[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf den Betrieb von LEDs, wobei
darunter anorganische LEDs wie auch organische LEDs (OLEDs) zu verstehen sind.
[0002] Grundsätzlich ist es bereits bekannt, eine LED-Strecke, die eine oder mehrere in
Serie geschaltete LEDs aufweisen kann, ausgehend von einer Konstantstromquelle mit
elektrischer Leistung zu versorgen. Es ist ebenfalls bekannt, zur Ausführung eines
Dimmens eine PWM-Modulation zu verwenden, so dass in den Einschaltzeitdauern eines
PWM-Impulszugs die genannte Konstantstromregelung durchgeführt wird. Beim Dimmen wird
also dann das Tastverhältnis des PWM-Signals verändert.
[0003] Zur Bereitstellung der Versorgungsspannung der Konstantstromquelle kann beispielsweise
eine aktiv getaktete PFC-Schaltung (Power Factor Correction Circuit, Leistungsfaktorkorrekturschaltung)
verwendet werden.
[0004] Schließlich sind auch noch weitere Anforderungen beim Betrieb von LEDs zu beachten,
beispielsweise dass üblicherweise eine galvanische Trennung zwischen der LED-Strecke
und der Versorgungspannung des PFCs, typischerweise eine Netzwechselspannung, gefordert
wird.
[0005] Aus dem obigen ergibt sich, dass zu einem ordnungsgemäßen und vorteilhaften Betrieb
einer LED-Strecke funktional mehrere Schaltungsblöcke vorliegen müssen (Gleichrichter,
PFC, galvanische Trennung, Konstantstromquelle etc.). Dies führt gegebenenfalls zu
relativ komplexen Schaltungen.
[0006] Insbesondere sind aus
WO 2007/062662 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtquelle mit variabler
Farbe bekannt.
[0007] Die Erfindung macht nunmehr mehrere Ansätze, wie eine LED-Strecke in besonders vorteilhafter
Weise betrieben werden kann.
[0008] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen
Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise
weiter.
[0009] Ein erster Aspekt der Erfindung sieht vor ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle
mit einem LED-Modul, welche zumindest zwei LED-Kanäle (53, 53') mit jeweils einer
LED-Strecke unterschiedlicher Emissionsfarben aufweist,
wobei zum Erzielen einer Lichtabgabe mit einem Farbton entsprechend einem gewünschten
Farbort die LED-Strecken in ihrer Intensität individuell angesteuert werden,
wobei die Intensitäten für die LED-Strecken jeweils derart normiert werden, dass bei
einem Wechsel des Farborts innerhalb eines für den Betrieb vorgesehenen ansteuerbaren
Farbbereichs die Gesamtintensität der Lichtabgabe konstant bleibt.
[0010] Die Normierung der Intensitäten der LED-Strecken kann auf Basis eines Referenzwerts
erfolgen, welcher der Intensität desjenigen Farborts entspricht, der innerhalb des
für den Betrieb vorgesehenen ansteuerbaren Farbbereichs den geringsten Wirkungsgrad
aufweist.
[0011] Der Farbort mit dem geringsten Wirkungsgrad kann auf Basis von zuvor bestimmten Wirkungsgraden
für die einzelnen LED-Strecken ermittelt werden.
[0012] Der Farbort mit dem geringsten Wirkungsgrad kann experimentell im Rahmen eines Scans
ermittelt werden.
[0013] Der Scan kann in regelmäßigen Abständen und/oder betriebsabhängig durchgeführt werden.
[0014] Der für den Betrieb vorgesehene ansteuerbare Farbbereich kann zumindest einen Teil
der Planckschen Weißlichtkurve umfassen.
[0015] Der für den Betrieb vorgesehene ansteuerbare Farbbereich kann im Wesentlichen der
Planckschen Weißlichtkurve entsprechen.
[0016] Die Lichtquelle kann wenigstens eine monochromatische und wenigstens eine farbstoffkonvertierte
LED aufweisen, und kann insbesondere eine monochromatische blaue LED, eine monochromatische
rote LED und eine grünlich-weiße farbstoffkonvertierte LED aufweisen.
[0017] Das Dimmen bzw. Einstellen der Intensitäten der einzelnen LED-Strecken kann mittels
Pulsweitenmodulation erfolgen.
[0018] Die Erfinding bezieht sich auch auf eine Anordnung zur Lichtabgabe mit einer Lichtquelle
mit einem LED-Modul, aufweisend
- zumindest zwei LED-Kanäle mit jeweils eine LED-Strecke unterschiedlicher Emissionsfarben,
sowie
- eine Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, zum Erzielen einer Lichtabgabe mit
einem Farbton entsprechend einem gewünschten Farbort die LED-Strecken in ihrer Intensität
individuell anzusteuern,
wobei die Intensitäten für die LED-Strecken durch die Steuereinheit jeweils derart
eingestellt bzw. normiert werden, dass bei einem Wechsel des Farborts innerhalb eines
für den Betrieb vorgesehenen ansteuerbaren Farbbereichs die Intensität der Gesamtlichtabgabe
konstant bleibt.
[0019] Die Normierung der Intensitäten der LED-Strecken kann auf Basis eines Referenzwerts
erfolgen, welcher der Intensität desjenigen Farborts entspricht, der innerhalb des
für den Betrieb vorgesehenen ansteuerbaren Farbbereichs den geringsten Wirkungsgrad
aufweist.
[0020] Die Anordnung kann dazu ausgebildet sein, den Farbort mit dem geringsten Wirkungsgrad
selbständig zu ermitteln.
[0021] Die Anordnung kann ferner einen Sensor zum Erfassen der Lichtabgabe aufweisen, wobei
die Steuereinheit (E) dazu ausgebildet sein kann, im Rahmen eines Scans durch unterschiedliches
Ansteuern der LED-Strecken Licht entsprechend unterschiedlicher Farborte zu generieren
und auf Basis der bei den unterschiedlichen Farborten erhaltenen Sensor-Informationen
den Farbort mit dem geringsten Wirkungsgrad zu ermitteln.
[0022] Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, den Scan in regelmäßigen Abständen
und/oder betriebsabhängig durchzuführen.
[0023] Der für den Betrieb vorgesehene ansteuerbare Farbbereich lamm zumindest einen Teil
der Planckschen Weißlichtkurve umfassen.
[0024] Der für den Betrieb vorgesehene ansteuerbare Farbbereich kann im Wesentlichen der
Planckschen Weißlichtkurve entsprechen.
[0025] Die Lichtquelle kann wenigstens eine monochromatische und wenigstens eine farbstoffkonvertierte
LED aufweisen, und kann insbesondere eine monochromatische blaue LED, eine monochromatische
rote LED und eine grünlich-weiße farbstoffkonvertierte LED aufweisen.
[0026] Das Dimmen bzw. Einstellen der Intensitäten der einzelnen LED-Strecken kann bspw.
mittels Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen.
[0027] Die Erfindung bezieht sich auch auf eine integrierte Steuerschaltung, insbesondere
ASIC oder Mikrokontroller, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden
Ansprüche ausgebildet ist.
[0028] Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren ersichtlich werden.
- Fig. 1
- zeigt den modularen Aufbau eines erfindungsgemäßen modularen LED-Beleuchtungssystems.
- Fig. 2
- zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen isolierten DC/DC-Wandler, in Form eines Wechselrichters
mit folgerndem Resonanzkreis und Transformator.
- Fig. 3
- schematisch weitere Steuermodi für den DC/DC-Wandler von Figur 2.
- Fig. 4
- zeigt die erfindungsgemäße Kommunikation zwischen einer Mastereinheit und mehreren
Slave-Einheiten des modularen LED-Beleuchtungssystems.
- Fig. 5
- zeigt die erfindungsgemäße Erzeugung einer DC-Niedervoltspannung.
- Fig. 6a und 6b
- zeigen das LED-Modul mit mehreren voneinander unabhängigen steuerbaren Kanälen.
Allgemeiner Aufbau des modularen Schaltungskonzepts:
[0029] Es soll nunmehr der allgemeine Aufbau des modularen erfindungsgemäßen Schaltungskonzepts
für eine LED-basierte Beleuchtung, beispielsweise für ein sogenanntes 'Downlight'
(in die Decke eingelassener Strahler) erläutert werden. Es können sowohl anorganische
LEDs und / oder organische LEDS (OLED) eingesetzt werden.
[0030] Wie in Figur 1 ersichtlich, weist das erfindungsgemäße modulare Schaltungskonzept
ein erstes Modul 1 auf, das vorzugsweise mit der Eingangsspannung 9, insbesondere
Netz-Wechselspannung, versorgt ist. Diese Eingangsspannung 9 wird einem ersten Untermodul
A zugeführt, das typischerweise eine Gleichrichtung der als Eingangsspannung 9 zugeführten
Wechselspannung ausführt, wobei dann die gleichgerichtete Wechselspannung einer aktiv
getakteten PFC (Power Factor Correction)-Schaltung des Untermoduls A, falls vorhanden,
zugeführt wird. Die Ausgangsspannung des ersten Untermoduls A ist eine DC-Spannung,
im Folgenden 'Busspannung V
Bus' genannt, die einem zweiten Untermodul B des ersten Moduls 1 zugeführt wird. Das
zweite Untermodul B weist im Wesentlichen die Funktion einer galvanischen Trennung
(Isolierung) auf und kann dazu beispielsweise als galvanisches Trennelement einen
Transformator aufweisen.
[0031] Mit dem Untermodul G ist eine Steuereinheit des Moduls 1 bezeichnet, die insbesondere
als integrierte Schaltung, wie beispielsweise ASIC oder Mikroprozessor bzw. Hybrid
davon implementiert sein kann. Wie schematisch in Figur 1 gezeigt, steuert diese Steuereinheit
G aktive Schaltelemente des zweiten Untermoduls B an, die beispielsweise in Form einer
Halbbrücke (beispielsweise eines Halbbrückentreibers und zweier Schalter in Serie,
siehe im Folgenden Fig. 2) ausgestaltet sein können, der eine den Transformator 19
des zweiten Untermoduls B zugeführte Wechselspannung erzeugt. Die Steuereinheit G
kann über Programmiereingänge verfügen, wodurch eine Programmierung oder Kalibrierungsprogrammierung
der Steuereinheit G möglich ist. Dafür können die Anschlüsse der Steuereinheit G auf
die Platine des zweiten Untermoduls B herausgeführt werden, um eine Programmierung
dieses Untermoduls B und somit der Steuereinheit G auch nach Auslieferung des Untermoduls
B zu ermöglichen.
[0032] Die Steuereinheit G ist mit einem Speicher 52 verbunden.
[0033] Mit dem zweiten Untermodul B des ersten Moduls 1 ist eine galvanische Entkopplung
bezeichnet, über die die Steuereinheit G des Moduls 1 mit dem Untermodul D als Schnittstellenschaltung
kommuniziert. Diese Schnittstellenschaltung D kann eine Datenschnittstelle 11 aufweisen,
die insbesondere zur Anbindung eines externen analogen oder digitalen Busses 10, beispielsweise
gemäß dem DALI-Industriestandard, ausgebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich
können aber auch unidirektionale oder bidirektionale Signale an dieser Datenschnittstelle
11 bzw. Schnittstellenschaltung D gemäß anderen Standards übertragen werden. Weiterhin
können an dieser Datenschnittstelle 11 bzw. Schnittstellenschaltung D alternativ oder
zusätzlich Signale empfangen werden, die ausgehend von einem durch die Datenschnittstelle
11 bzw. Schnittstellenschaltung D selbst oder extern (beispielsweise ebenfalls über
die Eingangsspannung 9) versorgten manuell zu betätigenden Taster oder Schalter erzeugt
werden.
[0034] Die wesentlichen Funktionen des ersten Moduls 1 sind somit die Bereitstellung (am
Ausgang des zweiten Untermoduls B) einer DC-Spannung (durch Gleichrichtung der Ausgangsspannung
des Transformators 19 des zweiten Untermoduls B mit dem Gleichrichter 22) ausgehend
von einer zugeführten Eingangsspannung 9 sowie die externe Kommunikation über die
Datenschnittstelle 11 bzw. Schnittstellenschaltung D.
[0035] Vorzugsweise räumlich getrennt von dem genannten ersten Modul 1 ist ein zweites Modul
2 als Schaltungsmodul vorgesehen. Dieses zweite Modul 2 hat im Wesentlichen die Funktion
des sogenannten 'Lampenmanagements', was bedeutet, dass dieses zweite Modul 2 einerseits
die angeschlossenen Leuchtmittel (hier die LED-Strecke 8 mit einer oder mehreren LEDs)
mit Konstantstrom versorgt und andererseits Rückführgrößen (schematisch mit 13 bezeichnet)
aus dem Bereich der LED-Strecke 8 erhält.
[0036] Die DC-Versorgungsspannung 5 am Ausgang des zweiten Untermoduls B des ersten Moduls
1 wird also einem weiteres Untermodul C, als steuer-/regelbaren Konstantstromquelle,
zugeführt. Dieses weitere Untermodul C versorgt also über einen Ausgang 7 die LED-Strecke
mit Konstantstrom. Das zweite Modul 2 kann dabei mehrere Konverterstufen (mehrere
weitere Untermodule C als Konstantstromquellen) enthalten, wobei diese Konverterstufen
(weitere Untermodule C als Konstantstromquellen) jeweils voneinander getrennte (unabhängige)
LED-Strecken 8 ansteuern können.
[0037] Das weitere Untermodul C kann sowohl als getaktete Konstantstromquelle (also beispielsweise
als Tiefsetzsteller auch Buck-Konverter genannt oder isolierter Sperrwandler auch
Flyback-Konverter genannt) oder als Linearregler (realisiert mit Transistoren oder
integrierten Schaltkreisen) ausgeführt sein.
[0038] Weiterhin weist das zweite Modul 2 eine eigene Steuereinheit E auf, die wiederum
als Mikrocontroller, ASIC oder Hybrid davon ausgebildet sein kann. Diese Steuereinheit
E des zweiten Moduls 2 enthält also Rückführgrößen 13 aus dem Bereich der LED-Strecke
8. Die Steuereinheit E steuert die eine oder mehreren weiteren Untermodule C im zweiten
Modul 2 an. Dabei wird der Strom durch die LED-Strecke 8 geregelt, es können zum korrekten
Betrieb der LEDs und zur Fehlererkennung aber auch weitere Rückführgrößen erfasst
und überwacht werden wie beispielsweise die LED-Spannung oder die Temperatur.
[0039] Darüber hinaus kann die Steuereinheit E über eine Kommunikationsschnittstelle 6,
die zusätzlich zu der DC-Versorgungsspannung 5 ausgeführt ist, mit der Steuereinheit
G des ersten Moduls 1 unidirektional oder bidirektional in Datenkommunikation stehen.
Die Kommunikationsschnittstelle 6 kann auch zur Übertragung der Niedervoltversorgung
genutzt werden (es erfolgt dann sowohl eine Datenkommunikation als auch eine Energieübertragung).
Die Kommunikationsschnittstelle 6 kann auch in die DC-Versorgungsspannung 5 integriert
sein, beispielsweise kann die Polarität der DC-Versorgungsspannung 5 umgeschaltet
werden oder ein Trägersignal auf die DC-Versorgungsspannung 5 aufmoduliert werden.
[0040] Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, ist das zweite Modul 2, hier als Lampenmanagementmodul,
vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 12 mit dem eigentlichen LED-Modul F untergebracht.
[0041] Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, kann das LED-Modul F einen eigenen Speicher
4, beispielsweise in Form eines Eproms aufweisen. Mit dem Bezugszeichen 3 ist schematisch
bezeichnet, dass die Steuereinheit E des zweiten Moduls 2 auf diesen Speicher 4 des
LED-Moduls F zugreifen kann.
[0042] Hinsichtlich des ersten Moduls 1 ist darauf hinzuweisen, dass die PFC-Schaltung nur
fakultativ ist.
[0043] Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass die dargestellten Funktionen der Untermodule
A, B und C schaltungstechnisch auch integriert sein können, so dass, solange diese
Funktionen grundsätzlich vorliegen, diese sich nicht in einem entsprechenden Aufbau
der Schaltungstopologie widerspiegeln müssen.
[0044] Der Vorteil des modularen Aufbaus gemäß Fig. 1 ist es, beispielsweise dass das erste
Modul 1 bzw. das zweite Modul 2 von unterschiedlichen Herstellern produziert werden
können. Darüber hinaus können an ein erstes Modul 1 auch mehrere zweite Module 2 im
Sinne eines Master/Slave-Betriebs angeschlossen werden.
[0045] Schließlich erlaubt der modulare Aufbau auch, dass die entsprechenden Untermodule
und insbesondere das zweite Modul 2 unter Beibehaltung der übrigen Bestandteile austauschbar
sind.
[0046] Wenn das zweite Modul 2 in einem gemeinsamen Gehäuse 12 mit dem eigentlichen LED-Modul
F untergebracht ist, ergibt sich der Vorteil, dass diese Kombination aus zweitem Modul
2 und LED-Modul F in sich justiert werden kann, sodass beispielsweise deren Abstrahlungscharakteristik,
Lichtmenge, Lichtfarbe und / oder Lichtlenkung parametrisiert und somit abgeglichen
werden kann. Das erste Modul 1 und auch der Nutzer können somit über ein oder mehrere
abgeglichene Systeme verfügen, die bei dann aber gleich ansteuern lassen und auch
dementsprechend verhalten. Dieser interne Abgleich der Kombination aus zweitem Modul
2 und LED-Modul F kann beispielsweise über eine der folgenden Methoden erfolgen:
- Abgleich in der Fertigung oder bei der Inbetriebnahme
- ein geschlossenes Regelsystem innerhalb dieser Kombination (beispielsweise mittels
eines internen Sensorsystems)
- Stützwerte
- Verfahren mit LED-Charakterisierung
- oder eine Kombination aus den genannten Verfahren.
[0047] Die Kommunikation zwischen dem ersten Modul 1 und dem zweiten Modul 2 über die Kommunikationsschnittstelle
6 erfolgt dementsprechend vorzugsweise standardisiert.
[0048] Von außen beispielsweise über eine Busleitung des externen Busses 10 über die Datenschnittstelle
11 eingehende Befehle oder Abfragen werden wie dargestellt nur dem ersten Modul 1
zugeführt. Dies kann somit als externe Datenkommunikation bezeichnet werden, im Gegensatz
zu der internen Datenkommunikation über die Kommunikationsschnittstelle 6 zwischen
dem ersten Modul 1 und dem zweiten Modul 2.
[0049] Dies hat den Vorteil, dass zur Anpassung an unterschiedliche externe Busse 10 nur
das erste Modul 1 anzupassen ist, während der Aufbau und das Datenprotokoll für das
zweite Modul 2 davon unberührt bleibt.
[0050] Die Kommunikation über die interne Kommunikationsschnittstelle 6 ist somit auch standardisiert,
da sie unabhängig von unterschiedlichen an das erste Modul 1 anlegbaren Busprotokollen
oder Steuersignalen ist.
[0051] Die Kommunikation über die interne Kommunikationsschnittstelle 6 kombiniert mit dem
modularen Aufbau des Systems ergibt den Vorteil, dass von dem zweiten Modul 2 die
Betriebsdaten für die optimale Speisung des zweiten Moduls 2 übertragen werden können.
Das zweite Modul 2 (vorzugsweise von der Steuereinheit E ausgehend) kann die erforderlichen
Betriebsdaten über die interne Kommunikationsschnittstelle 6 an das erste Modul 1
übermitteln. Dies bietet den Vorteil, dass ein erstes Modul 1 mit vielen verschiedenen
zweiten Modulen 2 kombiniert werden kann, wobei die erforderlichen Betriebsdaten dabei
aus dem zweiten Modul 2 ausgelesen werden können.
[0052] Beispiele für die Rückführgrößen 13 von der LED-Strecke 8 sind der direkt oder indirekt
gemessene LED-Strom und/oder die Spannung über der LED-Strecke 8.
[0053] In dem Speicher 4, der dem LED-Modul F zugeordnet ist, können Betriebsdaten für die
LEDs der LED-Strecke 8 beispielsweise beim Hersteller abgelegt werden. Diese Daten
in diesem Speicher 4 können also beispielsweise Kennwerte sein, die zulässige Maximalwerte
für Strom und/oder Spannung, Temperaturabhängigkeit von elektrischen oder optischen
(Spektren) Parametern der LEDs, etc. Auch diese Betriebsdaten für die LEDs (beispielsweise
Daten aus dem Speicher 4) können über die interne Kommunikationsschnittstelle 6 an
das erste Modul 1 übermittelt werden.
[0054] Wie bereits oben kurz ausgeführt, kann ein erstes Modul 1 im Sinne eines Masters
mehrere zweite Module 2 versorgen. Dies bedeutet, dass ein einziges erstes Modul 1
mehrere zweite Module 2 nicht nur mit einer DC-Versorgungsspannung 5 versorgt, sondern
auch mit diesen bidirektional im Sinne einer internen Kommunikationsschnittstelle
6 kommuniziert.
[0055] Die Steuereinheit G in dem ersten Modul 1 kann wie oben bereits kurz erläutert das
vorzugsweise getaktet ausgeführte zweite Untermodul B ansteuern. Dieselbe Steuereinheit
G oder vorzugsweise auch eine weitere (nicht dargestellte) Steuereinheit kann auch
den Betrieb des PFCs des ersten Untermoduls A regeln, d. h. beispielsweise den Schalter
des PFCs des Untermoduls A ansteuern und für Signale aus dem Bereich des PFCs, wie
beispielsweise die Eingangsspannung, den Strom durch eine Induktivität des PFCs, den
Strom durch den Schalter des PFCs, die Ausgangsspannung des PFCs, entgegennehmen,
wie schematisch durch Pfeile in Fig. 1 dargestellt ist.
[0056] Bei dem PFC kann es sich beispielsweise um einen Hochsetzsteller (Boost-Konverter),
Sperrwandler (Buck-Boost-Konverter, einen isolierten Sperrwandler (Flyback-Konverter)
oder auch SEPIC Konverter handeln.
[0057] Typischerweise liegt dabei die Ausgangsspannung (Busspannung) V
Bus des PFCs des ersten Untermoduls A in einem Bereich von mehreren hundert Volt DC.
Aufgrund des Transformators 19 in dem zweiten Untermodul B kann somit diese DC-Spannung
heruntergesetzt werden, beispielsweise auf eine Spannung im Bereich von 20 bis 60
Volt, vorzugsweise 40 bis 50 Volt DC. Somit ist die DC-Versorgungsspannung 5 nach
dem Ausgang des ersten Moduls 1 in einem niedrigeren Pegel als die intern in dem ersten
Modul 1 herrschenden Spannungen, was für die Anforderungen beispielsweise an die Isolierung
der DC-Versorgungsspannung 5 an das zweite Modul 2 sowie an das zweite Modul 2 selbst
niedrigere Ansprüche stellt. Zusätzlich kann optional eine zweite Ausgangsspannung,
beispielsweise eine DC-Niedervoltversorgung für das zweite Modul 2, in dem ersten
Modul 1 erzeugt werden und dem zweiten Modul 2 bereitgestellt werden.
[0058] Ein Vorteil des modularen Aufbaus mit interner Kommunikationsschnittstelle 6 wie
oben geschildert ist, dass das zweite Modul 2 abgeschaltet werden kann, während das
erste Modul 1 weiterhin für die Kommunikationsschnittstelle 6 ansprechbar ist oder
ggf. auch über die Kommunikationsschnittstelle 6 Meldungen absenden kann. Somit kann
das erste Modul 1 eine Notlichterkennung ausführen (Umschalten von AC auf DC-Versorgung
oder gleichgerichtete AC-Versorgung). Darüber hinaus kann die Steuereinheit G, beispielsweise
als Mikrocontroller, des ersten Moduls 1 in diesem Ruhezustand nur über den externen
Bus 10 mit Leistung versorgt werden, wenn der Ruhezustand des externen Bus 10 (wie
beispielsweise bei DALI) ungleich 0 Volt ist. Es kann also eine über den externen
Bus 10 übertragene Energie zur Versorgung der Steuerschaltung G (insbesondere als
Anlaufenergie für die Steuerschaltung G oder eine Niedervoltversorgungsschaltung)
genutzt werden. Somit kann die eigentliche Spannungsversorgung des ersten Moduls 1
in diesem Ruhezustand abgeschaltet werden. Es ist auch möglich, dass über den externen
Bus 10 nur ein Aufwecksignal gesendet wird, welches eine Anlaufenergie als Leistung
zur kurzzeitigen Versorgung für die Steuerschaltung G oder eine Niedervoltversorgungsschaltung
bereitstellt. In diesem Fall kann auch das erste Modul 1 komplett in einen Ruhezustand
ohne Energieaufnahme versetzt werden. Das Aufwecksignal kann auch eine Datenübertragung
oder ein kurzzeitiges Zuschalten einer Spannung sein.
[0059] Wenn mehrere zweite Module 2 durch ein erstes Modul 1 (Zentralmodul) versorgt werden,
können natürlich selektiv ausgewählte dieser mehreren zweiten Module 2 abgeschaltet
werden. Auch dies führt zu einer Einsparung von elektrischen Verlusten. Beispielsweise
im Notlichtfall kann vorgesehen sein, dass zum Erreichen der geringeren Grundhelligkeit
für den Notlichtbetrieb nur eines bzw. eine Untergruppe der mehreren von dem ersten
Modul 1 versorgten zweiten Module 2 betrieben wird.
[0060] Mit dem gemeinsamen Gehäuse 12 ist ein passives oder vorzugsweise aktives, insbesondere
von der Steuereinheit E angesteuertes Kühlmittel 40 verbunden, bspw. ein Ventilator
oder eine Kühleinheit.
[0061] Zusätzlich zu der Kommunikationsschnittstelle 6 kann das zweite Modul 2 (Lampenmanagement-Modul)
auch eine zusätzliche Schnittstelle (nicht dargestellt) aufweisen. Diese zusätzliche
Schnittstelle kann beispielsweise drahtgebunden oder auch drahtlos ausgelegt sein.
Über diese Schnittstelle können beispielsweise Daten von dem zweiten Modul 2 ausgelesen
werden, insbesondere zu Wartungszwecken, wie beispielsweise dem Austausch eines zweiten
Moduls 2. Es kann aber auch eine Aktualisierung der Daten oder Steuersoftware über
diese zusätzliche Schnittstelle erfolgen, insbesondere bei einer drahtlosen Kommunikation.
Es kann auch möglich sein, über diese zusätzliche Schnittstelle auch fehlender DC-Versorgungsspannung
5 (Leistungsübertragung) für das zweite Modul 2 insbesondere Daten aus diesem zweiten
Modul 2 auszulesen. Vorzugsweise ist die zusätzliche Schnittstelle auf dem zweiten
Modul 2 räumlich getrennt von der Kommunikationsschnittstelle 6 angeordnet.
Adaptive Ansteuerung des getakteten DC-DC-Wandlers (zweites Untermodul B) als energieübertragender
Konverter
[0062] Wie oben bereits erläutert, weist das erste Modul 1 ein zweites Untermodul B auf,
das die Funktion eines isolierenden Wandlers aufweist. Dieses zweite Untermodul B
wird ausgehend beispielsweise von dem PFC des ersten Untermoduls A mit einer DC-Spannung
(Busspannung) V
Bus versorgt.
[0063] Dieses zweiten Untermodul B weist wie im Folgenden im Detail erläutert einen getakteten
isolierenden DC/DC-Wandler auf. Dieser soll nunmehr unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert
werden.
[0064] In Figur 2 ist gezeigt, dass die Ausgangsspannung des Moduls A (bspw. PFCs), nämlich
die Busspannung V
Bus einem Wechselrichter 14 zugeführt ist, der beispielsweise als Halbbrücken-Wechselrichter
mit zwei Schaltern S1, S2 ausgebildet sein kann. Die Ansteuersignale für die Taktung
der Schalter S1, S2 kann von der Steuereinheit G des ersten Moduls 1 erzeugt werden.
[0065] An den Mittenpunkt 29 des Wechselrichters 14 schließt sich im dargestellten Beispiel
ein Resonanzkreis 15, hier als Serienresonanzkreis ausgebildet, nämlich ein LLC-Resonanzkreis,
an. Im dargestellten Beispiel weist dieser Resonanzkreis 15 eine erste Induktivität
16, einen Koppelkondensator 17, einen Transformator 19 auf. An den Resonanzkreis 15
schließt sich ein Transformator 19 an mit einer Primärwicklung 20 und einer Sekundärwicklung
21. Die Induktivität 16 kann in den Transformator 19 integriert sein, wie später noch
erläutert wird.
[0066] Hinsichtlich des dargestellten Beispiels ist anzumerken, dass der Transformator 19
als Ersatzschaltbild dargestellt ist. Die Primärwicklung 20 weist dabei in der Realität
eine Induktivität 18 als integrierte Streuinduktivität auf und daneben eine Hauptinduktivität
Lm, die den Magnetisierungsstrom führt.
[0067] Auf den Transformator 19 folgt ein Gleichrichter 22, an dessen Ausgang dann die heruntergesetzte
DC-Versorgungsspannung 5 für das Lampenmanagementmodul 2 bereitgestellt wird. Der
Transformator 19 sorgt also für die notwendige galvanische Entkopplung (Isolierung
bzgl. der dem ersten Modul 1 zugeführten Eingangsspannung 9). Der Gleichrichter 22
kann wie an sich bekannt mit zwei oder vier Dioden ausgeführt werden, es kann indessen
auch ein sogenannter 'synchronous rectifyer' (Synchrongleichrichter) vorgesehen sein,
der zwei MOSFETs aufweist. Dieser Synchrongleichrichter führt wie an sich bekannt
mit den beiden MOSFETs eine Vollbrückengleichrichtung aus. Der Gleichrichter 22 kann
also sowohl als aktiver Gleichrichter (mit aktiv geschalteten Elementen wie beispielsweise
MOSFET) oder als passiver Gleichrichter (mit passiv geschalteten Elementen wie Dioden)
ausgeführt sein. Es kann eine Vollweggleichrichtung oder auch nur eine Einweggleichrichtung
erfolgen. Auf den Gleichrichter folgt wie dargestellt ein Speicherkondensator 23.
Es können am Ausgang auch weitere Filterelemente wie beispielsweise eine oder mehrere
Induktivitäten und / oder auch zusätzliche Kondensatoren zur Glättung und Stabilisierung
der Ausgangsspannung vorhanden sein.
[0068] Hinsichtlich des als LLC-Resonanzkreis im dargestellten Beispiel ausgeführten Resonanzkreis
15 ist zu bemerken, dass die Induktivität 16 nicht als eigenes Bauteil vorliegen muss.
Vielmehr kann die Streuung der Primärwicklung 20 eines realen Transformators diese
Funktion übernehmen. Wenn somit die erste Induktivität 16 durch die Streuung der Primärwicklung
20 des Transformators 19 gebildet werden soll, wird gezielt darauf geachtet, dass
keine perfekte Kopplung zwischen Primärwicklung 20 und Sekundärwicklung 21 des Transformators
19 vorliegt. Beispielsweise durch eine entsprechende Beabstandung der Primärwicklung
20 und der Sekundärwicklung 21 des Transformators 19 kann gezielt der notwendige Streueffekt
erreicht werden, der funktionell die erste Induktivität 16 erzielen lässt. Indessen
diese Streuwirkung nicht ausreichend sein sollte, wird eine tatsächlich auch als separates
Bauteil vorliegende Induktivität 16 vorgesehen sein.
[0069] Die Kombination des Wechselrichters 14 mit dem Resonanzkreis 15 und dem folgenden
Gleichrichter 22 bildet also einen durch den Transformator 19 isolierenden DC/DC-Wandler
als Energie übertragenden Konverter.
[0070] Dieses Prinzip findet indessen genauso auch Anwendung auf andere Resonanzschaltungen,
die beispielsweise Parallelresonanzschaltungen.
[0071] Der Vorteil der Verwendung einer Resonanzschaltung in einem derartigen Energie übertragenden
DC/DC-Wandler in der Ausnutzung einer Resonanzüberhöhung, um bei Nominallast oder
hoher Belastung sekundärseitig ein möglichst verlustarmes Schalten der Schalter S1,
S2 des Wechselrichters 14 zu ermöglichen. Dazu wird üblicherweise in der Nähe der
Resonanzfrequenz des Resonanzkreises oder in der Nähe einer harmonischen einer Resonanz
des Ausgangskreises gearbeitet.
[0072] Die Ausgangsspannung (an dem Speicherkondensator 23) des übertragenen Konverters
ist somit eine Funktion der Frequenz der Ansteuerung der Schalter S1, S2 des Wechselrichters
14, hier als Halbbrücken-Wechselrichter.
[0073] Wenn indessen an dem Ausgang der in Figur 2 dargestellten Schaltung eine geringe
Last vorliegt (also das Modul 2 und die LED-Module F in Figur 1 eine geringe elektrische
Last darstellen) wird die Ansteuerfrequenz der Schalter S1, S2 des Wechselrichters
14 weg von der Resonanzfrequenz erhöht. Mit der Veränderung der Ansteuerfrequenz ändert
sich indessen nunmehr auch der Phasenwinkel zwischen der Spannung und dem AC-Strom
an dem Mittenpunkt 29 des Wechselrichters 14.
[0074] Bei sehr hoher Last (beispielsweise großer Strom durch die LEDs) und somit einem
Betrieb nahe der Resonanz ist der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung am Mittenpunkt
29 sehr gering. Wie gesagt, bei geringer Last und somit einem Betrieb weiter entfernt
von der Resonanz, wenn also beispielsweise eine geringe Leistung durch die LED-Strecke
8 fließt und somit keine oder nur eine geringe Leistung auf der Sekundärseite des
Transformators 19 abgenommen wird, wird der Phasenwinkel sehr groß (siehe Figur 3c)
und kann beispielsweise bis zu 50° betragen. In diesem Zustand fließen also weiterhin
Ströme durch den Wechselrichter 14, die zu elektrischen Verlusten führen, ohne dass
eine nennenswerte Leistung in die LED-Strecke 8 fließt.
[0075] Eine kombinierte Regelung kann vorgesehen sein. Die kombinierte Regelung besteht
darin, dass für die zu regelnde Größe 'Ausgangsspannung des Energie übertragenden
isolierten Konverters' zwei Steuergrößen verwendet werden, nämlich neben der Taktung
des wenigstens einen Schalters S1, S2 des Wechselrichters 14 die Veränderung der Busspannung
V
Bus des Wechselrichters 14. Die Veränderung der Busspannung V
Bus kann durch entsprechende Ansteuerung des PFCs des ersten Untermoduls A erreicht werden.
[0076] Zusätzlich oder alternativ kann nicht nur die Busspannung V
Bus durch entsprechende Ansteuerung des PFCs des ersten Untermoduls A angepasst werden.
Abhängig vom Lastzustand oder auch Betriebszustand kann der PFC des ersten Untermoduls
A entweder selbstständig oder durch eine entsprechende Ansteuerung, insbesondere durch
die Steuereinheit G, den Betriebsmodus wechseln. Insbesondere kann der PFC des ersten
Untermoduls A bei einem Betrieb mit hoher Last entweder im sogenannten Grenzbetrieb
zwischen lückendem und nichtlückendem Strombetrieb (,Borderline Mode') oder im nichtlückendem
Strombetrieb (,continuous conduction mode') arbeiten, und bei Betrieb einer geringen
Last oder im Stand-By Modus im lückendem Strombetrieb (,discontinuous conduction mode')
arbeiten. Es wäre aber auch beispielsweise möglich, dass der PFC des ersten Untermoduls
A bei Betrieb einer geringen Last oder im Stand-By Modus in sogenannten Burst Modus
(also eines Puls-Pause-Betriebsmodus oder auch Impulsmodus genannt), wechselt. Dabei
wird weiterhin die Versorgungsspannung (Busspannung V
Bus) gleichgehalten, aber nach einer Anzahl von Ansteuerimpulsen für den oder die Schalter
des PFC eine längere Pause eingelegt, bevor der nächste "Burst" (Impuls) als Ansteuersignal
für die Schalter des PFC angelegt wird. Die Pause zwischen den Impulszügen ist dabei
wesentlich länger, also beispielsweise mindestens das Doppelte einer Addition der
Einschaltzeitdauern der Schalter des PFC.
[0077] Es liegt also ein kombiniertes Regelkonzept vor, bei dem abhängig von der Lastaufnahme
von einem Rückführsignal, das diese Lastaufnahme direkt oder indirekt wiedergibt,
die genannten Steuergrößen kombiniert werden.
[0078] Eine weitere Möglichkeit ist es, in der Steuergröße "Frequenz der Schalter" bei gleichbleibender
Frequenz die Totzeit (siehe Figur 3b) zwischen den Einschaltzeitdauern der Schalter
S1, S2 des Wechselrichters 14 zu verlängern. Es kann also beispielsweise die Frequenzverringerung
der Leistungsbereitstellung zu einer maximal zulässigen Ansteuerfrequenz der Schalter
S1, S2 des Wechselrichters 14 erhöht werden. Bei dieser maximal zulässigen Frequenz
(entsprechend dem maximal zulässigen Phasenwinkel) wird dann die zweite Steuergröße
zur weiteren Verringerung der Leistungsaufnahme verwendet, nämlich die Verlängerung
der Totzeit zwischen den Einschaltzeitdauern der Schalter S1, S2.
[0079] Eine weitere Möglichkeit ist es, bei gleichbleibender Frequenz das Verhältnis von
Einschaltzeitdauer zu Ausschaltzeitdauer der Schalter S1, S2 des Wechselrichters 14
zu verändern (also das Einschaltverhältnis). Vorzugsweise wird das Einschaltverhältnis
mit Abnahme der Last verringert. Es kann also beispielsweise die Frequenzverringerung
der Leistungsbereitstellung zu einer maximal zulässigen Ansteuerfrequenz der Schalter
S1, S2 des Wechselrichters 14 erhöht werden. Bei dieser maximal zulässigen Frequenz
(entsprechend dem maximal zulässigen Phasenwinkel) wird dann die zweite Steuergröße
zur weiteren Verringerung der Leistungsaufnahme verwendet, nämlich die Veränderung
der Einschaltzeitdauer der Schalter S1, S2 (bei gleichbleibender Frequenz).
[0080] Eine weitere Möglichkeit, eine weitere Steuergröße einzuführen, ist die Einführung
eines sogenannten Burst Modes (also eines Puls-Pause-Betriebsmodus oder auch Impulsmodus
genannt), siehe Figur 3a. Dabei wird weiterhin die Versorgungsspannung (Busspannung
V
Bus) gleichgehalten, aber zumindest dann, wenn die Ansteuerfrequenz einen maximal zulässigen
Wert erhalten wird, zur Verringerung der Lastbereitstellung die Frequenz nicht mehr
weiter erhöht. Vielmehr werden nach einer Anzahl von Ansteuerimpulsen für beide Schalter
S1, S2 (die Anzahl ist dabei größer als 1) eine längere Pause eingelegt, bevor der
nächste "Burst" (Impuls) als Ansteuersignal für die Schalter S1, S2 angelegt wird.
Die Pause zwischen den Impulszügen ist dabei wesentlich länger, also beispielsweise
mindestens das Doppelte einer Addition der Einschaltzeitdauern der Schalter S1, S2.
[0081] Bei diesem Burst-Modus, bei dem die Steuergröße also die Länge der aus Totzeit zwischen
zwei Impulszügen ist, wird es natürlich zu einem gewissen "Rippel" der Spannung an
der Ausgangsseite, also am Speicherkondensator 23 kommen, wie in Figur 3d dargestellt.
Erfindungsgemäß kann nunmehr vorgesehen sein, dass ein zulässiger Rippel-Korridor
um einen Sollwert für die Spannung an dem Speicherkondensator 23 vorgegeben ist. Wenn
die Spannung nach einer gewissen Anzahl an Impulsen eines Impulszuges (Bursts) den
oberen Grenzwert des Rippel-Korridors erreicht hat, wird eine längere Impulspause
eingelegt. In dieser Impulspause des Burst-Betriebsmodus sinkt die Spannung am Speicherkondensator
23 dann ab, bis sie den unteren Grenzwert des vorgegebenen Rippel-Korridors erreicht.
Beim Erreichen des unteren Grenzwerts wird der nächste Impulszug angelegt, so dass
sich dieses Ansteigen und Abfallen der Spannung (Rippel) am Speicherkondensator 23
zyklisch wiederholen wird. Es liegt also eine hysteretische Regelung vor. Die Burst
Pakete (also der Zeitraum in dem kurzzeitig getaktet wird) können dabei relativ kurz
gehalten werden. Auf diese Weise kann Störungen und auch hörbaren Geräuschen entgegengewirkt
werden. Alternativ können die Bursts auch mit einer veränderlichen Wiederholrate und
/ oder Dauer der Pakete erzeugt werden.
[0082] Wie bereits erwähnt erfolgt die adaptive Einstellung des Betriebsmodus (Steuergröße)
des DC-DC-Wandlers abhängig von der Last auf der Sekundärseite, d.h. der Last, die
durch die Spannung an dem Speicherkondensator 23 versorgt ist. Dazu kann ein die Last
wiedergebendes Signal an die Ansteuerschaltung (IC in der Steuerschaltung G in Fig.
1) zurückgeführt werden, oder ein extern zugeführtes Dimmsignal verwendet werden.
Die Leistungsaufnahme der Last kann dabei sekundärseitig (bezüglich des Transformators
19), aber auch auf der Primärseite des Transformators 19 gemessen werden. Beispielsweise
kann als ein die Leistungsaufnahme der Last wiedergebendes Signal der Spannungsabfall
über einen Messwiderstand 24 in Serie zu den Schaltern S1, S2 oder zumindest in Serie
zu einem der Schalter S1, S2 des Wechselrichters 14 verwendet werden. Die eigentliche
Leistungsaufnahme stellt dann im Wesentlichen ein Produkt der (gemessenen oder zumindest
durch den PFC konstant gehaltenen) Versorgungsspannung (Busspannung V
Bus) mit diesem über den Spannungsabfall am Messwiderstand 24 gemessenen Strom durch
den Wechselrichter 14 dar.
[0083] In dem obigen Beispiel wurde eine primärseitige Erfassung für ein die Leistungsaufnahme
der Last wiedergebendes Signal gegeben. Natürlich können indessen auch sekundärseitige
Rückführsignale, beispielsweise der Strom durch die und/oder die Spannung über der
LED-Strecke 8, etc. als Rückführsignal verwendet werden, welches Rückführsignal die
Leistungsaufnahme der Last wiedergibt.
[0084] Ein bevorzugter Ablauf der adaptiven kombinierten Regelung ist es dabei, die Verringerung
für die Last dadurch durchzuführen, dass kontinuierlich die Ansteuerfrequenz der Schalter
S1, S2 des Wechselrichters 14 erhöht wird, bis einen fest vorgegebene Maximalfrequenz
erreicht wird. Wenn diese Maximalfrequenz erreicht ist, aber die zugeführte Leistung
für die Last weiterverringert werden soll, wird dann adaptiv die Ansteuerschaltung
einer der oben angeführten weiteren Betriebsarten wählen. Wenn beispielsweise bei
Erreichen der zulässigen Maximalfrequenz die Busspannung V
Bus abgesenkt wird, kann dann die zulässige Maximalfrequenz der Ansteuerung der Schalter
S1, S2 beibehalten werden, oder auch wenn dies durch Absenken der Busspannung V
Bus oder der anderen gewählten Steuergröße überkompensiert werden kann, die Ansteuerfrequenz
sogar wieder auf einen niedrigeren Sollwertbereich abgesenkt werden.
[0085] Es folgt also ein Umschalten der Steuergröße für die Leistungszufuhr für die Sekundärseite
beim Erreichen der Maximalfrequenz. Beispiele für eine weitere Steuergröße die dann
ergänzend oder alternativ zu der Veränderung der Ansteuerfrequenz verwendet wird,
wurde bereits die Veränderung (Absenkung) der Versorgungsspannung (Busspannung V
Bus), die Veränderung der Totzeit zwischen den Einschaltdauern der beiden Schalter S1,
S2 oder die Verlängerung der Totzeit zwischen zwei Impulszügen im Burst-Modus genannt.
Dabei kann auch eine Kombination von weiteren Steuergrößen genutzt werden, beispielsweise
können sowohl das Einschaltverhältnis als auch die Totzeit geändert werden.
[0086] Es liegt somit grundsätzlich eine alternative Ansteuerung eines getakteten DC-DC
Wandlers als Untermodul B vor, wobei sich die Adaptivität auf die Adaption der Steuergrößen
abhängig von der Lastaufnahme der Sekundärseite des DC-DC-Wandlers bezieht. Das Untermodul
B kann auch durch einen Wechselrichter mit einem Schalter gebildet werden, beispielsweise
als Class-E Konverter oder quasi-resonanter Flyback-Konverter.
[0087] Wie in Fig. 1 und 2 bereits dargestellt kann an dem Speicherkondensator 23 ein zweites
Modul 2 mit einer weiteren Konverterstufe (weiteres Untermodul C als Konstantstromquelle)
angeschlossen sein, wobei das zweite Modul 2 (Lampenmanagementmodul) eine Steuereinheit
E, z.B. als integrierte Schaltung, aufweisen kann. Das weitere Untermodul C kann sowohl
als getaktete Konstantstromquelle (also beispielsweise als Tiefsetzsteller, d.h. Buck-Konverter)
oder als Linearregler (realisiert mit Transistoren oder integrierten Schaltkreisen)
ausgeführt sein. Es können aber auch direkt LEDs an den Ausgang des zweiten Untermoduls
B angeschlossen werden.
[0088] Externe Dimmbefehle können, wie in Fig. 1 dargestellt, der Steuereinheit G des ersten
Moduls 1, aber auch der Steuereinheit E des zweiten Moduls 2 zugeführt werden. Im
zweiten Fall kann die Steuereinheit E des zweiten Moduls 2 die Dimminformation an
die Steuereinheit G des ersten Moduls 1 übertragen, so dass für die Leistungsaufnahme
kein Messsignal vorliegen muss, sondern vielmehr aus einer der Steuereinheit G für
den DC-DC-Wandler im zweiten Modul B vorliegende Dimminformation verwendet werden
kann.
[0089] Die adaptive Einstellung des zweiten Untermoduls B kann aber auch aufgrund eines
von extern zugeführten Dimmbefehls oder auch aufgrund einer Rückmeldung durch das
zweite Modul 2 erfolgen.
[0090] Die Ansteuerung der Schalter S1, S2 des Wechselrichters 14 kann über die Steuereinheit
G über eine Treiberstufe erfolgen. Vorzugsweise ist zumindest die Treiberstufe für
die auf hohem Potential liegenden Schalter des Wechselrichters für eine Ansteuerung
auf hohem Spannungspotential ausgelegt. Beispielsweise handelt es sich bei dieser
Treiberstufe um eine Pegelversatzstufe, eine Treiberstufe mit Transformator oder eine
Treiberstufe mit Luftspule. Diese Treiberstufe kann auch in die Steuereinheit G integriert
sein.
[0091] Die Steuereinheit G kann weiterhin Mittel zur Vermeidung von Fehlern beim Betrieb
des Wechselrichters aufweisen. So können beispielsweise Überstromabschaltungen oder
Strombegrenzungen für den Strom durch zumindest einen Schalter vorhanden sein. Es
kann auch die Totzeit für die Ansteuerung des Wechselrichters einstellbar sein (d.h.
die Zeitspanne zwischen dem Öffnen des einen Schalters (bspw. S1) und dem Schließen
des zweiten Schalter (S2)). Vorzugsweise ist diese Totzeit auch adaptiv einstellbar,
beispielsweise abhängig von der Mittelpunktspannung am Wechselrichter 14 oder vom
Strom oder der Spannung über einem Schalter des Wechselrichters 14.
[0092] Die Steuereinheit G kann auch die Busspannung V
Bus überwachen, insbesondere auch den Rippel der Busspannung V
Bus (d.h. die Schwankungen innerhalb einer bestimmten Zeit). Abhängig von der Auswertung
des Rippels der Busspannung V
Bus kann die Steuereinheit G die Ansteuerung des Wechselrichters 14 beeinflussen. Insbesondere
kann sie die Frequenz des Wechselrichters 14 an die Auswertung des Rippels der Busspannung
V
Bus anpassen, um den Rippel am Ausgang des Wechselrichter 14 zu reduzieren. Vorzugsweise
wird dabei die Frequenz des Wechselrichters bei steigender Busspannung V
Bus erhöht, und bei sinkender Busspannung V
Bus abgesenkt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass dieser Rippel auf der Busspannung
V
Bus weniger stark an den Ausgang des Wechselrichters 14 weitergeführt wird.
Datenkommunikation zwischen dem ersten Modul 1 und dem zweiten Modul 2 (Lampenmanagement-Modul):
[0093] Bezugnehmend auf Figur 4 soll nunmehr die Kommunikationsschnittstelle 6 (interner
Bus) zwischen dem ersten Modul 1 und einem oder mehreren zweiten Module 2, 2' als
Lampenmanagement-Module erläutert werden.
[0094] Aufgrund der Tatsache, dass über den internen Bus mehrere zweiten Module 2, 2' nicht
nur mit Leistung (Übertragungsstrecke 5), sondern auch unidirektionalen oder bidirektionalen
mit Datenaustausch in Verbindung stehen (Kommunikationsschnittstelle 6), kann das
erste Modul 1 auch als Zentraleinheit oder auch Master bezeichnet werden. Die zweiten
Module 2, 2' können als Slaves bezeichnet werden.
[0095] Wie bereits eingangs erwähnt liegt hinsichtlich des internen Busses für die Kommunikationsschnittstelle
6 eine standardisierte Kommunikation vor, die zusätzlich zu der DC-Versorgungsspannung
5 vorgesehen ist. Unter "standardisiert" ist zu verstehen, dass das Protokoll der
Kommunikationsschnittstelle 6 unabhängig ist von dem Protokoll der externen Kommunikation
über die Datenschnittstelle 11 des ersten Moduls 1.
[0096] Vorzugsweise ist die Kommunikation über die Kommunikationsschnittstelle 6 bidirektional
und kann beispielsweise gemäß dem SPI-Protokoll (Serial Peripheral Interface Bus)
erfolgen.
[0097] Auch die Datenkommunikation über die Kommunikationsschnittstelle 6 (internen Bus)
erfolgt vorzugsweise potentialgetrennt, beispielsweise unter Verwendung von Optokopplern
oder Transformatoren.
[0098] Eine grundsätzliche Funktion der Kommunikationsschnittstelle 6 kann die Weitergabe
von Dimmbefehlen von dem ersten Modul 1 an die zweiten Module 2 sein, welche beispielsweise
über den externen Bus 10 empfangen worden sind. Dabei können auch aus den über den
externen Bus 10 empfangenen Dimmbefehlen neue Steuerinformationen oder Befehle für
die zweiten Module 2 abgeleitet werden.
[0099] Ein Anwendungsfall für die bidirektionale Datenkommunikation über den internen Bus
(Kommunikationsschnittstelle 6) ist es, dass Daten, die in einem der zweiten Module
2, 2' abgespeichert sind, über den internen Bus (Kommunikationsschnittstelle 6) zu
der Steuereinheit G des ersten Moduls 1 übertragen werden können. Dies ist insofern
von Vorteil, als das die Datenspeicherung in den zweiten Modulen 2, 2' näher an der
LED-Strecke 8 liegt, so dass dort eine höhere Erwärmung stattfindet, die zu einem
gegebenenfalls nicht wieder herstellbaren Datenverlust der Speicherung im Bereich
der Lampenmanagementmodule (zweiten Modulen 2, 2') folgen kann. Auch durch die Übertragung
über die Kommunikationsschnittstelle 6 zu dem ersten Modul 1 können diese Daten dann
dem ersten Modul 1 im Sinne eines Backups nochmal gespeichert werden.
[0100] Beispiele für diese über die Kommunikationsschnittstelle 6 übertragenen Daten sind
Betriebsdaten für die LED-Strecke 8, wie beispielsweise Temperaturen, Betriebszeitdauern,
elektrische Parameter etc.
[0101] Nachdem die Daten von einem der Lampenmanagementmodule (zweite Module 2, 2', ...,
2
n') zum ersten Modul 1 übertragen sind, können sie natürlich gegebenenfalls weiter
verarbeitet auch über den externen an der Datenschnittstelle 11 angeschlossenen Bus
10 ausgelesen werden. Somit kann über den externen Bus 10 eine weitere Analyse der
Betriebsdaten, beispielsweise eine Ausfalls-Analyse, eine Alterungskompensation abhängig
von der übertragenen Betriebszeitdauer der LED-Strecke 8, etc. erfolgen.
[0102] Der standardisierte Ansatz für den internen Bus (Kommunikationsschnittstelle 6) hat
auch den Vorteil, dass Lampenmanagement-Module (zweite Module 2, 2') in einfacher
Weise ausgetauscht werden können. Die Zufuhr in einer auszutauschenden Lampenmanagement-Modul
(zweite Module 2, 2') abgespeicherte Daten können wir oben bereits beschrieben nach
Übertragung über die Kommunikationsschnittstelle 6 in dem ersten Modul 1 abgespeichert
werden. Wenn dann das Lampenmanagement-Modul ausgetauscht ist, können die in dem ersten
Modul 1 abgelegten Betriebsdaten wieder zu dem neu eingesetzten Lampenmanagement-Modul
übertragen werden, so dass dieses dann identisch zu dem ersetzten Lampenmanagement-Modul
konfiguriert ist.
[0103] Weitere Beispiele für derartige Betriebsdaten sind Farbkoordinaten, Farbort oder
andere das Spektrum der LED-Strecke 8 beeinflussende Parameter.
[0104] Über die Kommunikationsschnittstelle 6 können auch Lastwechsel oder besondere Betriebszustände
oder vergleichbare Ereignisse von einem zweiten Modul 2, 2' über die Kommunikationsschnittstelle
6 an das erste Modul 1 übertragen werden. Es kann damit eine Vorabsignalisierung von
zu erwartenden Lastwechseln oder Betriebszustandsänderungen erfolgen, so dass die
Steuereinheit G im ersten Modul 1 die Ansteuerung des PFCs im ersten Untermodul A
und/oder die Ansteuerung des zweiten Untermodul B entsprechend adaptiv anpasst. Beispielsweise
kann abhängig von einem über die Kommunikationsschnittstelle 6 von einem zweiten Modul
2, 2' übertragenen zu erwartenden Lastwechsel oder Betriebszustandswechsel die Steuereinheit
G des ersten Moduls 1 Parameter für den in Figur 2 dargestellten Wechselrichter 14
und/oder Reglereigenschaften für die Ansteuerung des PFCs im ersten Untermodul A anpassen.
[0105] Natürlich kann auch eine Art Vorabinformation umgekehrt, d.h. von dem ersten Modul
1 hin zu den zweiten Modulen 2, 2' erfolgen. Wenn beispielsweise das erste Modul 1
über den externen Bus 10 und die Datenschnittstelle 11 bzw. die Schnittstellenschaltung
D Dimmbefehle erhält, die einen Lastwechsel der LED-Strecke 8 bedeuten, können derartige
Informationen bzw. ein den Betriebszustandswechsel wiedergebendes Signal über den
Bus bzw. die Kommunikationsschnittstelle 6 an die zweiten Modulen 2, 2' übertragen
werden, so dass auch die in den zweiten Modulen 2, 2' vorgesehene Steuereinheit E
Steuerparameter, beispielsweise für die Konstantstromquelle (weiteres Untermodul C)
entsprechend dem zu erwartenden Lastwechsel anpassen können.
[0106] Das in Figur 4 gezeigte Master/Slave-System hat auch Vorteile hinsichtlich der Verringerung
elektrischer Verluste, da eine Art Standby-Betrieb vorgesehen sein kann, in dem eines,
mehrere, oder auch alle der an einem ersten Modul 1 angeschlossenen zweiten Module
2, 2' abgeschaltet werden, während zumindest die Steuereinheit G des ersten Moduls
1 weiterhin den extern angeschlossenen Bus 10 über die Datenschnittstelle 11 bzw.
die Schnittstellenschaltung D überwachen kann.
[0107] Extern ist das in der Figur 4 dargestellte Master/Slave-System vorzugsweise nur über
den an der Datenschnittstelle 11 bzw. die Schnittstellenschaltung D des ersten Moduls
1 angeschlossenen Bus 10 ansprechbar. Indessen kann es eine interne hierarchische
Aufteilung, ggf. inklusive Adressierung über den internen Bus (Kommunikationsschnittstelle
6) hin zu den mehreren anschließbaren zweiten Modulen 2, 2' geben.
[0108] Somit kann einerseits eine adressierte Kommunikation hin zu den zweiten Modulen 2,
2' erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann indessen auch ein Broadcast-Modus vorgesehen
sein, d.h. eine nicht andressierte Datenübermittlung von dem ersten Modul 1 an alle
angeschlossenen zweiten Module 2, 2'. In diesem Broadcast-Modus wird ein von dem ersten
Modul 1 über den internen Bus (Kommunikationsschnittstelle 6) ausgesandter Befehl
von allen zweiten Modulen 2, 2'empfangen und ausgewertet.
[0109] Die Kommunikationsschnittstelle 6 kann auch zur Übertragung der Niedervoltversorgung
genutzt werden (es erfolgt dann sowohl eine Datenkommunikation als auch eine Energieübertragung).
Beispielsweise kann eine sogenannte Active Low Datenübertragung genutzt werden, wobei
im Ruhezustand ein Pegel von einigen Volt, beispielsweise 12V, anliegt. Bei einer
Kopplung beispielsweise über Transformatoren könnte somit auch bei einer galvanischen
Trennung der Kommunikationsschnittstelle 6 trotzdem auch Energie übertragen werden.
Niedervoltversorgung
[0110] Unter Bezugnahme auf Fig. 5 soll nunmehr eine Niedervoltversorgung in dem in Fig.
1 gezeigten modularen System erläutert werden.
[0111] Es wird im Weiteren dann erläutert werden, wie durch eine derartige Niedervoltversorgung
beispielsweise auch durch ein zweites Modul 2 (Lampenmanagementmodul) aktive Kühlmittel
40, wie beispielsweise ein Ventilator etc. versorgt werden können. Derartiges aktives
Kühlmittel 40 wird also nicht direkt ausgehend von dem ersten Modul 1, sondern vorzugsweise
individuell über jedes angeschlossene Lampenmanagementmodul 2 mit elektrischer Leistung
versorgt.
[0112] In der Figur 5 ist wiederum gezeigt, wie die Busspannung V
Bus, beispielsweise durch den PFC-Modul des ersten Moduls 1 erzeugt, einem Wechselrichter
zugeführt wird. Im dargestellten Beispiel weist der Wechselrichter nur einen Schalter
S1 im Gegensatz zu dem Wechselrichter 14 als Halbbrückenwechselrichter von Fig. 2
auf. Im dargestellten Beispiel ist folgend auf den Wechselrichter mit dem Schalter
S1 die Primärwicklung 20 des Transformators 19 gezeigt. Wiederum wird ausgehend von
der Sekundärwicklung 21 des Transformators 19 ein Gleichrichter 22 versorgt, bei dem
die Ausgangsspannung des Gleichrichters 22 direkt oder indirekt der LED-Strecke 8
zugeführt ist. Somit stellen die Primär- und Sekundärwicklungen 20, 21 den bereits
weiter oben erläuterten Pfad zur elektrischen Leistungsversorgung (DC-Versorgungsspannung
5) der LED-Strecke des LED-Modul F dar.
[0113] Bei dem Wechselrichter gemäß Fig. 5 kann es sich um einen Konverter mit einem oder
mehreren Schaltern wie beispielsweise einen Halbbrückenwechselrichter (siehe Beispiel
Fig.2) oder isolierten Sperrwandler (Flyback-Konverter) handeln.
[0114] Zusätzlich zu diesem Übertragungspfad gibt es nunmehr erfindungsgemäß einen weiteren
Niedervolt-Übertragungspfad. Dieser weist eine weitere Sekundärwicklung 30 auf, die
also ebenfalls magnetisch mit der Primärwicklung 20 gekoppelt ist. Über eine Gleichrichterschaltung
mit einer Diode 31 und einem Kondensator 32 wird durch entsprechend Wahl der Wicklungsverhältnisse
der Wicklungen 20, 30 eine sekundärseitige DC-Niedervoltspannungsversorgung V
CCS erzeugt. In der Figur ebenfalls dargestellt, ist diese sekundärseitige DC-Niedervoltspannungsversorgung
V
CCS ebenfalls dem zweiten Modul 2 zugeführt. Das zweite Modul 2 kann dann diese Niedervoltspannungsversorgung
in unterschiedlicher Weise verwenden, nämlich:
- zur Versorgung der integrierten Steuereinheit E im Lampenmanagementmodul (zweiten
Modul 2),
- zur selektiv gesteuerten Ansteuerung von aktiven Kühlmitteln 40, und/oder zur aktiven
Versorgung weiterer angeschlossener Aktoren oder Sensoren, die schematisch mit dem
Bezugszeichen 41 bezeichnet sind.
[0115] Wie in der Figur 5 weiterhin dargestellt, ist eine noch weitere (und somit dritte)
Sekundärwicklung 33 magnetisch mit der Primärwicklung 20 des Transformators 19 gekoppelt.
Diese Sekundärwicklung 33 speist einen Gleichrichter mit einer Diode 42 und einem
Kondensator 43, dient zur Erzeugung einer primärseitigen Niedervoltspannungsversorgung
V
CCP. Unter primärseitig ist dabei zu verstehen, dass diese Niedervoltspannungsversorgung
V
CCP im ersten Modul 1 verwendet wird (also auf der Netzseite, d.h. vor einer Potentialtrennung),
beispielsweise als Niedervoltspannungsversorgung für die interne integrierte Steuereinheit
G des ersten Moduls 1.
[0116] Während die Leistungsübertragung über die Strecke der DC-Versorgungsspannung 5 zur
Speisung des LED-Modul F beispielsweise 48 Volt DC betragen kann, ist der Spannungspegel
der Niedervoltspannungsversorgungen V
CCS und V
CCP deutlich geringer, und beispielsweise in einem Bereich von 2 bis 12 Volt DC.
[0117] Es können also zwei unterschiedliche DC-Spannungsversorgungen von dem ersten Modul
1 an jedes angeschlossene zweite Modul 2 zugeführt werden.
[0118] Der Sensor 41, der funktionell dem zweiten Modul 2 zugeordnet ist, kann ein Helligkeitssensor,
beispielsweise eine Photodiode mit optionaler Auswertelogik, sein.
[0119] Der Sensor 41, der funktionell dem zweiten Modul 2 zugeordnet ist, kann natürlich
auch ein Temperatursensor sein, dessen Ausgangssignal beispielsweise zur Ermittlung
der Temperatur der LED-Junction der LEDs des LED-Moduls F verwendet werden kann. Andererseits
kann dieser Sensor 41 als Temperatursensor auch zur Regelung des Betriebs der aktiven
Kühlung, beispielsweise des Kühlmittels 40 (vorzugsweise als Ventilator) verwendet
werden.
[0120] Alternativ oder zusätzlich kann natürlich auch eine Temperaturermittlung der Temperatur
der LED-Junction durch Auswertung der Kennlinie und Messung elektrischer Parameter
der LED-Strecke des LED-Moduls F erfolgen.
[0121] Dadurch, dass die primärseitige Niedervoltspannungsversorgung V
CCP über eine für die Erzeugung der sekundärseitigen Niedervoltspannungsversorgung V
CCS unabhängige Wicklung 33 erfolgt, liegt somit eine Potentialtrennung vor.
[0122] Wie einen Zusammenschau der Figur 2 und Figur 5 erkennen lässt kann ein Wechselrichter
mit einem Schalter S1 oder mehreren Schaltern S1, S2 vorliegen. Als weitere Beispiele
neben dem in Figur 2 dargestellten Wechselrichters 14 als Halbbrückenwechselrichter
sind zu nennen der Flyback-Konverter, ein SEPIC oder ein Vorwärtswandler. Es liegt
auf jeden Fall also ein isolierter Wandler vor.
[0123] Für die Anlaufphase der Steuereinheit G des ersten Moduls 1 kann in an sich bekannter
Weise mit der Eingangsspannung 9 ein Anlaufwiderstand R1 gespeist werden, der die
Steuereinheit G mit Energie versorgt, bis die primärseitige Niedervoltspannungsversorgung
V
CCP erwartungsgemäß erzeugt wird, da die Erzeugung der primärseitigen und auch der sekundärseitigen
Niedervoltspannungsversorgungen V
CCP und V
CCS eine Taktung des zweiten Untermoduls B (DC/DC-Wandler) voraussetzt. Wenn die eigentliche
Niedervoltspannungsversorgung dann ausgehend von dem isolierten Wandler (zweiten Untermoduls
B) angefahren ist, kann der ohmsche Anlaufwiderstand R1 wieder mit dem Schalter S3
abgeschaltet werden, um somit elektrische Verluste über den Anlaufwiderstand R1 im
regulären Betrieb der Schaltung zu vermeiden.
[0124] Vorzugsweise werden die Niedervoltspannungsversorgungen V
CCS, V
CCP mittels eine Vollbrücken-Gleichrichters gewonnen. Es kann aber auch nur eine einzige
Diode zur Gleichrichtung verwendet werden.
[0125] Die sekundäre DC-Niedervoltspannungsversorgung V
CCS für das zweite Modul 2 kann zur Spannungsstabilisierung wie in der Figur 5 gezeigt
nochmals eine Kühlmittelansteuerung 50, beispielsweise einen DC/DC-Konverter oder
auch einen Linearregler zugeführt werden, wobei dann die stabilisierte Ausgangsspannung
dieses DC/DC-Konverters oder Linearreglers 50 die Steuereinheit E des zweiten Moduls
2 speist.
Speicherabgleich Kommunikation zwischen Lampenmanagement-Modul und LED-Modul
[0126] Wie in Figur 1 dargestellt, kann das LED-Modul F in einem ihm zugeordneten Speicher
4, beispielsweise mit einem EPROM, FLASH oder OTP versehen sein.
[0127] Durch das Bezugszeichen 3 in Figur 1 schematisch dargestellt, kann die Steuereinheit
E, beispielsweise eine integrierte Schaltung oder ein Mikrocontroller des zweiten
Moduls 2 auf den Speicher 4 des LED-Moduls F zugreifen, um somit beispielsweise dessen
Speicherinhalt selektiv auszulesen. Die von diesem Speicher 4 ausgelesenen Daten können
dann beispielsweise auch von der Steuereinheit E des zweiten Moduls 2 über die Kommunikationsschnittstelle
6 (interner Bus) an das erste Modul 1 gesandt werden. Die Daten in dem Speicher 4
können beispielsweise die Laufzeit, Fertigungsdaten, eine Fehlerlogging, Maximalwert,
Minimalwerte (z.B. für Strom und Spannung) und / oder die Temperatur sein.
[0128] Dies hat den Vorteil, dass eine etwaige Beeinträchtigung des Speicherinhalts des
Speichers 4 des LED-Moduls F, beispielsweise durch die Temperaturbeeinträchtigung
aufgrund der großen physischen Nähe zu der LED-Strecke 8, verringert wird. Somit kann
die Steuereinheit E des zweiten Moduls 2 diese Daten auslesen und in einem ihm zugeordneten
Speicher im Sinne eines Backups ablegen. Darüber hinaus kann die Steuereinheit E des
zweiten Moduls 2 periodisch oder Betriebszustands- oder eventabhängig den Speicher
4 des LED-Moduls F auffrischen.
[0129] Es kann indessen auch möglich sein, dass das LED-Modul F selbst keinen Speicher aufweist.
Die entsprechenden Daten, beispielsweise der zulässige Vorwärtsstrom für die LEDs
der LED-Strecke 8 können in diesem Fall in den der Steuereinheit E des zweiten Moduls
2 zugeordneten Speicher 51 geschrieben werden. Dies kann beispielsweise während der
Herstellung des zweiten Moduls 2 erfolgen.
[0130] Eine noch weitere Alternative oder zusätzliche Option ist es, dass das LED-Modul
F mit einem Identifikations-Tag versehen ist, das beispielsweise die Betriebsdaten
repräsentiert oder zumindest eine Identifikation für das LED-Modul F darstellt. Das
Identifikations-Tag wird dann von der Steuereinheit E des zweiten Moduls 2 ausgelesen
und beispielsweise in einen der Steuereinheit E des zweiten Moduls 2 zugeordneten
Speicher abgelegt. Dieser somit nur einmal ausgelesene Dateninhalt des Identifikations-Tags
kann dann für den weiteren Betrieb des LED-Moduls F verwendet werden.
[0131] Wie gesagt, es kann sich bei dem Identifikations-Tag auch nur um eine reine Identifikation
handeln. Das Lampenmanagement-Modul (zweite Modul 2) würde in diesem Fall die Identifikationsdaten
ermitteln und dann von dem LED-Modul F unabhängigen Speicher, beispielsweise auch
einen über den externen Bus 10 zugreifbaren Datenbankinhalt, zugehörige Betriebsdaten
ermitteln. Der Ansatz hat natürlich den Vorteil, dass somit die Kosten für den zusätzlichen
Speicher 4, beispielsweise ein Eprom des LED-Moduls F eingespart werden können.
[0132] Die Möglichkeit des Auslesens des Speichers 4 des LED-Moduls F durch die Steuereinheit
E ergibt den Vorteil, dass ein ganz verschiedene LED-Module F mit einem Lampenmanagement-Modul
(zweiten Modul 2) kombiniert werden können, wobei die erforderlichen Betriebsdaten
dabei aus dem LED-Moduls F ausgelesen werden können und sich das Lampenmanagement-Modul
(zweiten Modul 2) somit flexibel an das angeschlossene LED-Modul F anpassen kann.
Lichtleistungskalibrierung
[0133] Vorzugsweise weist das LED-Modul F wie schematisch in Figur 6a, 6b bereits gezeigt,
zwei, drei oder noch mehr voneinander unabhängig steuerbare Kanäle 53, 53', 53" auf.
Jeder Kanal 53, 53', 53" kann eine LED-Strecke 8, 8', 8" mit einem oder mehrere LEDs
aufweisen. Vorzugsweise sind natürlich die LEDs einer LED-Strecke 8, 8', 8" hinsichtlich
ihres Spektrums nahezu identisch.
[0134] Ziel ist es, dass die unterschiedlichen LED-Kanäle 53, 53', 53" des LED-Moduls F
im Farbraum (bspw. CIE-Normfarbtafel) einen Raum aufspannen, innerhalb dessen die
gewünschten ansteuerbaren Farbkoordinaten liegen.
[0135] Bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung der zwei oder mehreren LED-Kanäle 53, 53',
53" des LED-Moduls F derart, dass der umspannte Raum zumindest große Bereiche der
Planckschen Weißlichtkurve umfasst.
[0136] Eine beispielsweise Ausgestaltung könnte also sein:
- ein erster Kanal mit einer oder mehreren monochromatischen blauen LEDs,
- ein zweiter Kanal mit einer oder mehreren monochromatischen roten LEDs und
- ein dritter Kanal mit einer oder mehreren farbstoffkonvertierten LEDs, vorzugweise
im grünlichweißen Spektrum.
[0137] Bei Vorliegen von drei unterschiedlichen LED-Kanälen wird also im Farbkoordinatensystem
(CIE) ein Dreieck aufgespannt. Durch unterschiedliche individuelle Ansteuerung der
Intensitäten der unterschiedlichen LED-Kanäle kann jeder Farbort (Koordinate) innerhalb
des dadurch gebildeten Dreiecks angesteuert werden.
[0138] Das obige Beispiel spannt im Farbraum ein Dreieck auf, das zumindest große Bereiche
der Planckschen Weißlichtkurve abdeckt. Somit kann durch individuelle Ansteuerung
der drei genannten LED-Kanäle im Wesentlichen jeder Punkt der Planckschen Weißlichtkurve
angesteuert werden, d.h. es kann - als Ergebnis einer Mischung des Lichts der mehreren
LED-Kanäle - weißes Licht mit unterschiedlicher Farbtemperatur ausgesendet werden..
[0139] Wie gesagt, um die unterschiedlichen Farborte insbesondere auf der Planckschen Weißlichtkurve
anzusteuern, müssen die unterschiedlichen LED-Kanäle mit unterschiedlicher Intensität
angesteuert werden, wobei die Intensität bspw. durch Amplitudenmodulation (Strom durch
die LEDs) und/oder PWM-Modulation erreichbar ist.
[0140] Für den Farbort ist indessen die Lichtintensität der jeweiligen LED entscheidend,
die dann bei bekanntem Wirkungsgrad der LED in eine elektrische Ansteuergrösse zurückgerechnet
wird.
[0141] Dies ist bei bekannter ermittelter oder vorab bekannter Effizienz der LEDs der LED-Kanäle
rechnerisch möglich, d.h. ausgehend von einer X/Y-Koordinate des gewünschten Farborts
kann unmittelbar die anzusteuernde Intensität (ausgedrückt in einer Ansteuergrösse
wie bspw. Amplitude und/oder Tastverhältnis) der einzelnen Kanäle berechnet werden.
[0142] Ein Problem ist nunmehr, dass unterschiedliche LEDs unterschiedliche Wirkungsgrade
(Lumen/LED-Strom) haben. Insbesondere ist die Kurve des Lichtoutputs (Helligkeit für
eine vorgegebene Wellenlänge) bzw. deren Steigung nicht für alle LEDs gleich. Wenn
nunmehr unterschiedliche Farborte innerhalb des aufgespannten Dreiecks im Farbkoordinatensystem,
insbesondere zum Abfahren der Planckschen Weißlichtkurve angesteuert werden, wird
zwar das gewünschte Spektrum erreicht, es wird sich aber normalerweise der Gesamtlichtoutput
verändern. Der Gesamtlichtoutput wird dabei tendenziell geringer werden, je höher
der Anteil der Intensität von weniger effizienten LEDs ist.
[0143] Gemäß einem Aspekt der Erfindung soll nunmehr auch bei einem Abfahren unterschiedlicher
Farborte, insbesondere auf der Planckschen Weißlichtkurve, der Gesamtlichtoutput konstant
bleiben.
[0144] Dazu wird vorab rechnerisch oder experimentell ermittelt, bei welchem Punkt innerhalb
der abzufahrenden Farborte innerhalb des aufgespannten Farbdreiecks der minimale Lichtoutput
vorliegt. In Kenntnis des minimalen Lichtoutputs können dann die Ansteuerintensitäten
für alle anderen anzufahrenden Farborte kalibriert werden, d.h. es werden 'künstlich'
die Intensitäten für jeden vom minimalen Lichtoutput abweichenden Farbort herunterskaliert,
so dass letztendlich in dem aufgespannten Farbraum überall konstant Licht mit dem
minimal erzielbaren Lichtoutput erzeugt wird.
[0145] Diese Kalibrierung auf den minimal erzielbaren Lichtoutput erfolgt also mittels eines
Kalibrierungsfaktors, der gleichermaßen auf die Intensitäten sämtlicher LED-Kanäle
angewandt wird.
[0146] Der Kalibrierungsfaktor kann dabei aufgrund der bekannten Wirkungsgrade der verwendeten
LEDs berechnet werden.
[0147] Für den Fall, dass die Wirkungsgrade der unterschiedlichen LEDs der LED-Strecken
8, 8', 8'' nicht bekannt sein sollten, kann beispielsweise mittels eines Photosensors
der Gesamtlichtoutput beim Abfahren unterschiedlicher Farborte, insbesondere in der
Art eines Scans der Planckschen Weißlichtkurve unter gleichzeitiger Messung des Gesamtlichtoutputs
gemessen werden. Eine derartige Messung ermittelt also einerseits den minimalen Gesamtlichtoutput
innerhalb der abzufahrenden Farborte sowie die Abhängigkeit des Gesamtlichtoutputs
vom Farbort.
[0148] Beispielsweise kann der Kalibrierungsfaktor zur Verringerung der Intensitäten der
einzelnen LED-Strecken im Sinne eines PWM-Dimmens (durch Änderung der Pulsweite der
Ansteuerung) durchgeführt werden. Somit wird vorzugsweise das Kalibrieren durch eine
Verringerung des Tastverhältnisses einer PWM-Ansteuerung erzeugt. Es kann dies aber
auch durch eine Anpassung der Amplitude erfolgen (im Sinne eines Amplitudendimmens).
Gerade wenn das Dimmen bzw. Einstellen der Intensität über eine PulsweitenModulation
(PWM) erfolgt, kann die Kalibrierung über einer Anpassung der Amplitude erfolgen.
[0149] Der genannte Intensitätsscan kann wiederholt ausgeführt werden, da nämlich die unterschiedlichen
LEDs hinsichtlich ihres Wirkungsgrads (Intensität pro Strom) unterschiedliche Alterungserscheinungen
aufweisen, die kompensiert werden müssen und zu unterschiedlichen Wirkungsgraden führen
können. Insbesondere eine farbstoffkonvertierte LED wird einen höheren Grad an Alterung
aufweisen als monochromatische LEDs.
[0150] Der genannte Intensitätsscan kann aber auch zur Überwachung der Alterung eingesetzt
werden, wenn die Betriebsdaten der LED bekannt sind (beispielsweise in dem Speicher
4 des LED-Modul F abgelegt sind).
[0151] Derartige Alterungsparameter können indessen auch bereits herstellerseitig ermittelt
und beispielsweise in dem Speicher 4 abgelegt werden, der dem LED-Modul F zugeordnet
ist.
Liste der Bezugszeichen
[0152]
- 1:
- erstes Modul
- 2, 2':
- zweites Modul
- 3:
- Zugriff von E auf 4
- 4:
- Speicher
- 5:
- DC-Versorgungsspannung
- 6:
- Kommunikationsschnittstelle
- 7:
- Ausgang
- 8, 8', 8":
- LED-Strecke
- 9:
- Eingangsspannung
- 10:
- externer Bus
- 11:
- Datenschnittstelle
- 12:
- Gehäuse
- 13:
- Rückführgröße von 8
- 14:
- Wechselrichter
- 15:
- Resonanzkreis
- 16:
- Induktivität
- 17:
- Koppelkondensator
- 18:
- Induktivität
- 19:
- Transformator
- 20:
- Primärwicklung
- 21:
- Sekundärwicklung
- 22:
- Gleichrichter
- 23:
- Speicherkondensator
- 24:
- Messwiderstand
- 29:
- Mittenpunkt
- 30:
- Sekundärwicklung
- 31:
- Diode
- 32:
- Kondensator
- 33:
- Sekundärwicklung
- 40:
- Kühlmittel
- 41:
- Aktoren oder Sensoren
- 42:
- Diode
- 43:
- Kondensator
- 50:
- Kühlmittelansteuerung
- 51:
- Speicher
- 52:
- Speicher, der mit der Steuereinheit G verbunden ist
- 53, 53', 53":
- LED-Kanal
- A:
- erstes Untermodul
- B:
- zweites Untermodul
- C:
- weiteres Untermodul
- D:
- Schnittstelleschaltung
- E:
- Steuereinheit
- F:
- LED-Modul
- G:
- Steuereinheit
- Lm:
- Hauptinduktivität
- R1:
- Anlaufwiderstand
- S1:
- Schalter
- S2:
- Schalter
- S3:
- Schalter
- VBus:
- Busspannung
- VCCP:
- primärseitige Niedervoltspannungsversorgung
- VCCS:
- sekundärseitige DC-Niedervoltspannungsversorgung
1. Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle mit einem LED-Modul (F), welche zumindest
zwei LED-Kanäle (53, 53') mit jeweils einer LED-Strecke (8, 8') unterschiedlicher
Emissionsfarben aufweist,
wobei zum Erzielen einer Lichtabgabe mit einem Farbton entsprechend einem gewünschten
Farbort die LED-Strecken (8, 8') in ihrer Intensität individuell angesteuert werden,
wobei die Intensitäten für die LED-Strecken (8, 8') jeweils derart normiert werden,
dass bei einem Wechsel des Farborts innerhalb eines für den Betrieb vorgesehenen ansteuerbaren
Farbbereichs die Gesamtintensität der Lichtabgabe konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Normierung der Intensitäten der LED-Strecken (8, 8') auf Basis eines Referenzwerts
erfolgt, welcher der Intensität desjenigen Farborts entspricht, der innerhalb des
für den Betrieb vorgesehenen ansteuerbaren Farbbereichs den geringsten Wirkungsgrad
aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Farbort mit dem geringsten Wirkungsgrad auf Basis von zuvor bestimmten Wirkungsgraden
für die einzelnen LED-Strecken (8, 8') ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Farbort mit dem geringsten Wirkungsgrad experimentell im Rahmen eines Scans ermittelt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Scan in regelmäßigen Abständen und/oder betriebsabhängig durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der für den Betrieb vorgesehene ansteuerbare Farbbereich zumindest einen Teil der
Planckschen Weißlichtkurve umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der für den Betrieb vorgesehene ansteuerbare Farbbereich im Wesentlichen der Planckschen
Weißlichtkurve entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle wenigstens eine monochromatische und wenigstens eine farbstoffkonvertierte
LED aufweist, insbesondere eine monochromatische blaue LED, eine monochromatische
rote LED und eine grünlich-weiße farbstoffkonvertierte LED aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Dimmen bzw. Einstellen der Intensitäten der einzelnen LED-Strecken (8,8') mittels
Pulsweitenmodulation erfolgt.
9. Anordnung zur Lichtabgabe mit einer Lichtquelle mit einem LED-Modul (F), aufweisend
• zumindest zwei LED-Kanäle (53, 53') mit jeweils eine LED-Strecke (8, 8') unterschiedlicher
Emissionsfarben sowie
• eine Steuereinheit (E), welche dazu ausgebildet ist, zum Erzielen einer Lichtabgabe
mit einem Farbton entsprechend einem gewünschten Farbort die LED-Strecken (8, 8')
in ihrer Intensität individuell anzusteuern, wobei die Intensitäten für die LED-Strecken
(8, 8') durch die Steuereinheit (E) jeweils derart eingestellt bzw. normiert werden,
dass bei einem Wechsel des Farborts innerhalb eines für den Betrieb vorgesehenen ansteuerbaren
Farbbereichs die Intensität der Gesamtlichtabgabe konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Normierung der Intensitäten der LED-Strecken (8, 8') auf Basis eines Referenzwerts
erfolgt, welcher der Intensität desjenigen Farborts entspricht, der innerhalb des
für den Betrieb vorgesehenen ansteuerbaren Farbbereichs den geringsten Wirkungsgrad
aufweist.
10. Anordnung zur Lichtabgabe nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese dazu ausgebildet ist, den Farbort mit dem geringsten Wirkungsgrad selbständig
zu ermitteln.
11. Anordnung zur Lichtabgabe nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese ferner einen Sensor (41) zum Erfassen der Lichtabgabe aufweist, wobei die Steuereinheit
(E) dazu ausgebildet ist, im Rahmen eines Scans durch unterschiedliches Ansteuern
der LED-Strecken (8, 8') Licht entsprechend unterschiedlicher Farborte zu generieren
und auf Basis der bei den unterschiedlichen Farborten erhaltenen Sensor-Informationen
den Farbort mit dem geringsten Wirkungsgrad zu ermitteln.
12. Anordnung zur Lichtabgabe nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (E) dazu ausgebildet ist, den Scan in regelmäßigen Abständen und/oder
betriebsabhängig durchzuführen.
13. Anordnung zur Lichtabgabe nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass der für den Betrieb vorgesehene ansteuerbare Farbbereich zumindest einen Teil der
Planckschen Weißlichtkurve umfaßt.
14. Anordnung zur Lichtabgabe nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der für den Betrieb vorgesehene ansteuerbare Farbbereich im Wesentlichen der Planckschen
Weißlichtkurve entspricht.
15. Anordnung zur Lichtabgabe nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle wenigstens eine monochromatische und wenigstens eine farbstoffkonvertierte
LED aufweist, insbesondere eine monochromatische blaue LED, eine monochromatische
rote LED und eine grünlich-weiße farbstoffkonvertierte LED aufweist.
16. Anordnung zur Lichtabgabe nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Dimmen bzw. Einstellen der Intensitäten der einzelnen LED-Strecken (8, 8') mittels
Pulsweitenmodulation erfolgt.
1. Procédé de commande d'une source de lumière avec un module LED (F), qui comprend au
moins deux canaux de LED (53, 53') avec chacun une chaîne de LED (8, 8') de différentes
couleurs d'émission,
moyennant quoi, afin d'obtenir une émission de lumière avec une nuance correspondant
à une chromaticité souhaitée, les chaînes de LED (8, 8') sont contrôlables individuellement
en ce qui concerne leurs intensités,
les intensités pour les chaînes de LED (8, 8') étant normalisées de façon à ce que,
lors d'un changement de chromaticité à l'intérieur d'une gamme de couleurs contrôlable
prévue pour le fonctionnement, l'intensité totale de l'émission de lumière reste constante,
caractérisé en ce que la normalisation des intensités des chaînes de LED (8, 8') a lieu sur la base d'une
valeur de référence, qui correspond à l'intensité de la chromaticité qui présente,
à l'intérieur de la gamme de couleurs contrôlable prévue pour le fonctionnement, le
rendement le plus faible.
2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la chromaticité avec le rendement le plus faible est déterminée sur la base de rendements
déterminés auparavant pour les différentes chaînes de LED (8, 8').
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
la chromaticité avec le rendement le plus faible est déterminée de manière expérimentale
dans le cadre d'un balayage.
4. Procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce que
le balayage est effectué à des intervalles réguliers et/ou en fonction du fonctionnement.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la gamme de couleurs contrôlable prévue pour le fonctionnement comprend au moins une
partie de courbe de lumière blanche de Planck.
6. Procédé selon la revendication 5,
caractérisé en ce que
la gamme de couleurs contrôlable prévue pour le fonctionnement correspond globalement
à la courbe de lumière blanche de Planck.
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6,
caractérisé en ce que
la source de lumière comprend au moins une LED monochromatique et au moins une LED
convertie en colorant, plus particulièrement une LED bleue monochromatique, une LED
rouge monochromatique et une LED convertie en colorant verdâtre-blanche.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la gradation ou le réglage des intensités des différentes chaînes de LED (8, 8') a
lieu au moyen d'une modulation de largeur d'impulsion.
9. Dispositif d'émission de lumière avec une source de lumière avec un module LED (F),
comprenant
• au moins deux canaux de LED (53, 53') avec chacun une chaîne de LED (8, 8') de différentes
couleurs d'émission ainsi que
• une unité de commande (E) qui est conçue pour piloter individuellement les chaînes
de LED (8, 8') en ce qui concerne leurs intensités, afin d'obtenir une émission de
lumière avec une nuance correspondant à une chromaticité souhaitée,
les intensités des chaînes de LED (8, 8') étant réglées ou normalisées par l'unité
de commande (E) de façon à ce que, lors d'un changement de chromaticité à l'intérieur
d'une gamme de couleurs contrôlable prévue pour le fonctionnement, l'intensité totale
de l'émission de lumière reste constante,
caractérisé en ce que la normalisation des intensités des chaînes de LED (8, 8') a lieu sur la base d'une
valeur de référence, qui correspond à l'intensité de la chromaticité qui présente,
à l'intérieur de la gamme de couleurs contrôlable prévue pour le fonctionnement, le
re
10. Dispositif d'émission de lumière selon la revendication 9,
caractérisé en ce que
celui-ci est conçu pour déterminer automatiquement la chromaticité avec le rendement
le plus faible.
11. Dispositif d'émission de lumière selon la revendication 10,
caractérisé en ce que
celui-ci comprend en outre un capteur (41) pour la mesure de l'émission de lumière,
l'unité de commande (E) étant conçue pour générer, dans le cadre d'un balayage à l'aide
d'une commande différente des chaînes de LED (8, 8'), une lumière correspondant à
différentes chromaticités, et pour déterminer, sur la base des infirmations, obtenues
à l'aide du capteur, concernant les différentes chromaticités, la chromaticité avec
le rendement le plus faible.
12. Dispositif d'émission de lumière selon la revendication 11,
caractérisé en ce que
l'unité de commande (E) est conçue pour effectuer le balayage à des intervalles réguliers
et/ou en fonction du fonctionnement.
13. Dispositif d'émission de lumière selon l'une des revendications 9 à 12,
caractérisé en ce que
la gamme de couleurs contrôlable prévue pour le fonctionnement comprend au moins une
partie de la courbe de lumière blanche de Planck.
14. Dispositif d'émission de lumière selon la revendication 13,
caractérisé en ce que
la gamme de couleurs contrôlable prévue pour le fonctionnement correspond globalement
à la courbe de lumière blanche de Planck.
15. Dispositif d'émission de lumière selon la revendication 13 ou 14,
caractérisé en ce que
la source de lumière comprend au moins une LED monochromatique et au moins une LED
convertie en colorant, plus particulièrement une LED bleue monochromatique, une LED
rouge monochromatique et une LED convertie en colorant verdâtre-blanche.
16. Procédé selon l'une des revendications 9 à 15,
caractérisé en ce que
la gradation ou le réglage des intensités des différentes chaînes de LED (8, 8') a
lieu au moyen d'une modulation de largeur d'impulsion.