Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Betrieb einer LED-Anordnung zur Beleuchtung, Hinterleuchtung, Bestrahlung oder Signalisation, welches eine oder mehr Leuchtdiode I umfasst, welche mit geschalteter Gleichspannung betrieben werden. Um bei möglichst unverminderter Helligkeit eine Verringerung der Leistungsaufnahme der LED-Anordnung zu ermöglichen, wird jede LED I der LED-Anordnung über ein ihr zugeordnetes Schaltelement E mit der Stromquelle D während eines Einschaltzustandes verbunden und während eines darauf folgenden Ausschaltzustandes wieder getrennt wird, wobei mittels einer Steuerschaltung F eine solche Taktfrequenz größer 100 Hz eingestellt wird, dass entweder die Beleuchtungsstärke im getakteten Betrieb von jenem im ungetakteten Betrieb mit dem für die LED I vorgegebenen charakteristischen Betriebsstrom um höchstens 5% abweicht oder dass, bei zumindest zwei LEDs I, stets nur ein Teil der LEDs I eingeschaltet ist und in zwei aufeinander folgenden Einschaltzuständen jeweils andere LEDs I eingeschaltet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung zur Beleuchtung, Hinterleuchtung, Bestrahlung oder Signalisation, welches zumindest eine Leuchtdiode umfasst, welche mit geschaltetem Gleichstrom betrieben wird.

[0002] Seit einiger Zeit werden Leuchtdioden, allgemein als LED bezeichnet, gefertigt, die es an Hand ihrer lichttechnischen Parameter rechtfertigen, auch für Beleuchtungszwecke eingesetzt zu werden. Die fortschreitende Verbesserung der Parameter dieser Bauelemente hat dazu geführt, dass sich mit dem Einsatz dieser Bauelemente wesentliche Verbesserungen hinsichtlich des Energieverbrauches und der Lichtausbeute solcher Anordnungen und Beleuchtungseinheiten mit integrierten Anordnungen gegenüber dem Einsatz von Glühlampen und Leuchtstofflampen als Leuchtmittel ergeben.

[0003] Leuchtdioden als Bauelement werden in verschiedenen Ausführungen angeboten. Im klassischen Sinn umfassen sie die pn-Diode mit ihren Anschlusspaar. Zunehmend werden auch mehrere pn-Halbleiterdioden in einem kompakten Modul mit Gehäuse integriert, wobei die Dioden des Moduls entweder ein gemeinsames oder eine Reihe separater Anschlusspaare aufweisen. Die hier in Betracht gezogenen LEDs umfassen verschiedene Ausbaustufen, die eine oder mehr pn-Halbleiterdioden umfassen, jedoch nur ein Anschlusspaar. Es bleibt jedoch unbenommen, mehrere solcher LEDs zu einer Gruppe zusammenzufassen, d.h. parallel oder in Reihe zusammenzuschalten, so dass sie wie eine LED arbeiten. Gleichermaßen ist nebensächlich ob und in welcher Art die LED gehäust ist.

[0004] Die Bereitstellung der Betriebsenergie solcher LEDs erfolgt derzeit hauptsächlich durch Netzteile, die die Netzspannung auf eine für LEDs in ihrer Höhe zuträgliche Gleichspannung umsetzen, oder andere Gleichspannungsquellen wie z.B. Batterien. Da LEDs stromgesteuerte Bauelemente sind, müssen sie über ein strombegrenzendes Element, eine Stromquelle, betrieben werden, um eine Zerstörung durch zu hohes Stromaufkommen im Falle eines zu geringen Innenwiderstands des Netzteils oder einer Batterie zu vermeiden. Zum Zwecke dieser Strombegrenzung mittels Erhöhung des Innenwiderstandes der Spannungsquelle werden Widerstände oder auch Stromquellen auf Halbleiterbasis eingesetzt.

[0005] Für den Betrieb von LED-Anordnungen in Beleuchtungseinheiten werden derzeit Schaltungen eingesetzt, die eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der LEDs beinhalten. Durch eine Steuerung mittels Pulsweitenmodulation ist ein Dimmen der Anordnung möglich, wobei als Dimmen die Modifizierung der Beleuchtungsstärke der LED durch Veränderung des Puls/Pausenverhältnisses der Spannungspulse bzw. deren zeitlicher Abfolge verstanden wird. Bekanntermaßen geben die Hersteller üblicherweise die Betriebsparameter für zwei verschiedene Betriebsweisen an, für den Dauerbetrieb den Betriebsstrom und für Impulsbetrieb den Impulsbetriebsstrom, der etwas höher liegt als der Betriebsstrom.

[0006] Bekanntermaßen wird bei der Pulsweitenmodulation bei einer konstanten Taktfrequenz der Tastgrad, d.h. das Verhältnis der Weiten der beiden in einem Takt wechselnden Spannungszustände modifiziert, so dass linear stufenlose Helligkeitswerte einstellbar sind. Ein Flimmern wird vermieden, indem eine solche Grundfrequenz eingestellt wird, bei der das menschliche Auge die einzelnen Schaltzustände nicht mehr wahrnimmt. Diese Technik wird insbesondere für die Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen z.B. in Mobiltelefonen oder Cockpitanzeigen verwendet, in der eine hohe Beleuchtungsstärke nicht erforderlich und nicht gewünscht ist.

[0007] In der DE 20 2009 001 708 U1 wird ein Dimmen von LED-Anordnungen beschrieben, die der Umbebungsbeleuchtung dienen. Um eine Dimmen zu ermöglichen wird die LED mit Spannungspulsen angesteuert, wobei zur Variation der Beleuchtungsstärke der LED die Pulse insbesondere in ihrer zeitlichen Abfolge modifiziert werden. Dies erfolgt z.B. mittels einer Pulsweitensteuerung zur Erzeugung von Pulsfolgen mit wenigstens 100 Hz, was ermöglicht, dass die einzelnen von der LED abgegebenen Lichtpulse nicht als einzelne Blitze, sondern als gleichmäßiges Licht wahrgenommen werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Wert der Beleuchtungsstärke auch die Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges einbezieht und damit nicht nur eine fotometrische sondern auch ein physiologische Größe darstellt. Die Beleuchtungsstärke ist somit auch ein Maß für die vom Menschen wahrgenommene Helligkeit der Anordnung.

[0008] Allgemein ist die Beleuchtungsstärke eine Größe der Lichttechnik und wird bei der rechnergestützten Planung von Beleuchtungsanlagen im Innen- und Außenbereich als Überprüfungskriterium herangezogen. Diese Überprüfung, ob eine Leuchte bzw. ein Leuchtmittel die geplanten Werte in einer bestimmten Umgebung auch erreicht, wird mit Hilfe eines Luxmeters gemessen. Luxmeter enthalten zur Erledigung der Messaufgabe optische und elektronische Filter als auch Bauteile, die die Änderung der Messwerte in kurzen Zeitabschnitten unterdrücken, um stabile Messwerte zu erhalten, die auch angezeigt und auch abgelesen werden können. Solche Filter werden verwendet z. B. um den Erfassungsbereich des Luxmeters auf bestimmte Lichtquellen anzupassen oder auch nur dazu bestimmte Frequenzbereiche des Sonnenlichts auszublenden. Andere Filter werden für bestimmte Farbtemperaturbereiche verwendet oder auch um die Empfindlichkeit des menschlichen Auges für bestimmte Spektralfarben nachzubilden.

[0009] Mit einem Luxmeter wird die Beleuchtungsstärke gemessen, die die Menge des Lichtstroms eines Leuchtmittels beschreibt, die auf eine Fläche trifft:

[0010] Der Lichtstrom beschreibt die von einer Lichtquelle abgegebene Lichtmenge in einem die Lichtquelle umgebenden kugelförmigen Raum insgesamt ohne Berücksichtigung des Abstrahlwinkels. Der Abstrahlwinkel hat jedoch Einfluss auf die Fläche. Der Lichtstrom in Lumen wird von den LED-Herstellern im Datenblatt spezifiziert.

[0011] Durch den Einsatz von LEDs, die mehrere LED-Chips mit unterschiedlicher Leuchtfarbe in einem Gehäuse enthalten, ist es auch möglich, bei entsprechender Einzelansteuerung dieser Chips die resultierende Mischleuchtfarbe der LEDs, den Erfordernissen anzupassen.

[0012] Beim Betrieb von LED-Anordnungen zur Beleuchtung der Umgebung von geschlossenen und offenen Räumen wird derzeitig allgemein für den Normalbetrieb, d.h. dem Betrieb ohne Dimmen oder Farbmischung, davon ausgegangen, dass sich im Dauerbetrieb der LEDs auf der Basis der vom Hersteller garantierten Betriebsparameter die höchste Energieeffizienz und die höchste Lichtausbeute für diese Anordnung ergibt. Dies steht jedoch der allgemeinen Forderung nach Verringerung der benötigten Betriebsenergie der Anordnung entgegen. Da das Dimmen zwar eine Verringerung des Leistungsverbrauchs bewirkt, dies aber stets auch mit einer verminderte Lichtausbeute verbunden ist, kommt dieses Verfahren für viele Anwendungen zur Erhöhung der Energieeffizienz nicht in Betracht.

[0013] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung zur Beleuchtung und ebenso zur Hinterleuchtung, Bestrahlung und Signalisation oder andere vergleichbare Anwendungen zur Verfügung zu stellen, die bei möglichst unverminderter Helligkeit eine Verringerung der Leistungsaufnahme der LED-Anordnung ermöglicht.

[0014] Zur Lösung der Aufgabenstellung wird ein Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung beschrieben, bei dem die LEDs der LED-Anordnung über ein jeder LED zugeordnetes Schaltelement mit einer Stromquelle, die der Versorgung jeder LED mit dem für sie vorgegebenen konstanten Strom dient, während eines Einschaltzustands verbunden und während eines darauf folgenden Ausschaltzustands wieder getrennt wird. Mittels einer Steuerschaltung wird eine Taktfrequenz eines Ein- und Ausschaltzustandes größer 100 Hz eingestellt, wobei für den Fall von zwei oder mehr LEDs in der LED-Anordnung deren Schaltelemente mittels einer Steuerschaltung mit einer einheitlichen Taktfrequenz eines Ein- und Ausschaltzustandes größer 100 Hz derart gesteuert werden, dass stets nur ein Teil der LEDs eingeschaltet ist und in zwei aufeinander folgenden Einschaltzuständen jeweils andere LEDs eingeschaltet werden.

[0015] Für den Fall einer LED in der LED-Anordnung, für den das erfindungsgemäße Verfahren mit entsprechend angepassten Schaltkriterien in analoger Weise anwendbar ist, und in einer Ausgestaltung des Verfahrens für LED-Anordnungen für mehr als eine LED wird mittels einer Steuerschaltung eine solche Taktfrequenz eines Ein- und Ausschaltzustandes größer 100 Hz eingestellt, dass die Beleuchtungsstärke im getakteten Betrieb von jener im ungetakteten Betrieb, d.h. im Dauerbetrieb mit dem für die LED vorgegebenen charakteristischen Betriebsstrom, mit dem für die LED vorgegebenen charakteristischen Betriebsstrom um höchstens 5% abweicht. Bevorzugt soll die Abweichung höchstens 2%, am meisten bevorzugt höchstens 1% betragen.

[0016] Der Betrieb einer LED-Anordnung mit einer oder mehr LEDs mit dem erfindungsgemäßen, für verschiedene Zwecke anwendbaren Verfahren erzielt insbesondere eine Erhöhung der Energieeffizienz, der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit der LED-Anordnung bei gleicher oder zumindest nahezu gleicher wahrgenommener Beleuchtungsstärke im Vergleich zum Dauerbetrieb einer gleichen Anzahl von LEDs des gleichen Typs und bei gleichen Betriebsparametern.

[0017] Da sich von der LED-Anordnung immer nur ein Teil, bestenfalls eine LED oder LED-Gruppe bzw. die eine LED der LED-Anordnung nur zeitweise im Einschaltzustand befindet und dennoch infolge der Trägheit des menschlichen Auges bzw. anderer physikalischer und physiologischer Effekte die wahrgenommene Beleuchtungsstärke der erfindungsgemäßen LED-Anordnung einer konventionellen LED-Anordnung im Dauerbetrieb entspricht, wird wie nachfolgend dargelegt die Energieeffizienz deutlich gesteigert.

[0018] Aufgrund der erfindungsgemäßen Betriebsweise befinden sich die einzelnen LEDs oder LED-Gruppen der LED-Anordnung nur kurze Zeit im Einzustand, so dass sich zudem eine höhere Lebensdauer der einzelnen LEDs ergibt. Denn bekanntermaßen hängt die Lebensdauer einer LED von der Zeit ab, in der sich diese im Betrieb befindet. Die theoretische Lebensdauer der LED-Anordnung ergibt sich also aus der Multiplikation der Lebensdauer der einzelnen LEDs, je nach Anzahl der gleichzeitig betriebenen LEDs.

[0019] Ein weiterer Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit der LED-Anordnung. Da jede LED oder gegebenenfalls jede LED-Gruppe über ein separates Schaltelement betrieben werden, arbeitet bei einem Ausfall nur einer LED die LED-Anordnung weiter. Ein Kurzschluss über die ausgefallene LED, der auch zu einem Ausfall der Stromquelle führen kann, wird durch die regelmäßige Abschaltung der defekten LED durch das Schaltelement verhindert. Somit bewirkt die Zuordnung von Schaltelementen zu den einzelnen LEDs eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der LED-Anordnung. Ausfälle von LEDs, Schaltelementen oder Schaltungsteilen der LED-Anordnung führen aufgrund ihres Fehlens im Verlauf der Taktung lediglich zu einer mehr oder weniger feststellbaren Reduzierung der Beleuchtungsstärke, nicht zum Totalausfall der LED-Anordnung. Ein Ausfall der LED-Anordnung erfolgt nur dann, wenn auch die Stromquelle oder die Steuerschaltung ausfällt. Um die Zuverlässigkeit auch bei Mehrfachfehlern, d.h. dem gleichzeitigen Ausfall einer LED und des ihr zugeordneten Schaltelements, zu gewährleisten, können solche Bauelemente höherer Zuverlässigkeit verwendet werden oder redundant aufgebaut sein, die der Stromversorgung bzw. als Ablaufsteuerung der LEDs über die Schaltelemente dienen.

[0020] Auf die Zuverlässigkeit wirkt sich auch die Wärmebilanz der LED-Anordnung aus. Durch die erfindungsgemäße Art der Ansteuerung der LEDs und den daraus resultierenden Betrieb mit den vom LED-Hersteller spezifizierten Parametern ergibt sich eine sehr geringe Erwärmung der Anordnung, da die geringere Eigenerwärmung in jedem Fall an die Umgebung abgeführt werden kann. Die verringerte Temperaturbelastung vermindert auch Alterungsprozesse und ein damit einhergehendes Absenken der Lichtausbeute der LEDs.

[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren ist für LED-Anordnungen in verschiedenen Anwendungsfällen geeignet. Es gestattet beispielsweise, die Umgebung für den Menschen in geschlossenen und offenen, z.B. Straßenräumen zu beleuchten, so dass eine Erhöhung der Lichtausbeute als Verhältnis des Lichtstroms zur von der LED-Anordnung aufgenommenen elektrischen Leistung, insbesondere infolge einer Verringerung der Leistungsaufnahme möglich ist. Aufgrund des sich aus den laufend wiederkehrenden Ausschaltzuständen ergebenden wesentlich geringeren Energiebedarfs der LED-Anordnung, ergibt sich eine wesentlich höhere Lichtausbeute und das bei nahezu gleicher Beleuchtungsstärke im Vergleich zum Stand der Technik. Die Lichtausbeute eines Leuchtmittels ist das Verhältnis des Lichtstromes zur aufgenommenen elektrischen Leistung (1m/W). Sie ist ein Maß für die Energieeffizienz des Leuchtmittels.

[0022] Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise werden die eine oder mehr LEDs der LED-Anordnung diskontinuierlich betrieben, wobei die Gegebenheiten des menschlichen Auges und des Gehirns hinsichtlich der wahrgenommenen Beleuchtungsstärke ausgenutzt werden, um die Lichtausbeute und damit verbunden die Energieeffizienz zu erhöhen, um auf diesem Weg eine geringere Leistungsaufnahme durch die LED-Anordnung zu erzielen.

[0023] Zum einen wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt, dass das menschliche Auge in seiner Wahrnehmung von Helligkeitsunterschieden träge ist. Das bedeutet, Helligkeitsunterschiede werden nicht mehr wahrgenommen, wenn sie mit einer entsprechend hohen Folgefrequenz auftreten. Zum anderen erzeugen abrupte Übergänge zwischen Aus- und Einzustand im Auge einen deutlich höheren Helligkeitseindruck. Letzteres ist als Lichtblitzeffekt bekannt. Erfolgt der getaktete Betrieb mit steilen Impulsflanken, wie beispielsweise bei Blitzlichtanwendungen, kann der Helligkeitseindruck durch die abrupten Helligkeitsänderungen noch gesteigert werden. Mit den LEDs stehen Lichtquellen zur Verfügung, die aufgrund ihrer Möglichkeit des schnellen Ein- und Ausschaltens einen solchen Betrieb ermöglichen.

[0024] Im Hinblick auf die oben genannten Effekte auf die menschliche Wahrnehmung ist es für den Helligkeitseindruck und damit für die Beleuchtungsstärke unerheblich, ob die Lichtquelle kontinuierlich eingeschaltet ist oder mit einer hohen Wiederholfrequenz ein- und ausgeschaltet wird. Für die Energieeffizienz einer Lichtquelle hingegen ist eine solche Betriebsweise von hoher Bedeutung, da in den Ausschaltzuständen keine Betriebsleistung aufgenommen wird. Es wird sich also aus dieser Betrachtung selbst bei gleicher oder mit mindestens 95%, bevorzugt mindestens 98%, am meisten bevorzugt mindestens 99% nahezu gleicher Beleuchtungsstärke eine Halbierung des Energieverbrauchs durch eine LED ergeben, wenn die Ausschaltzustände mindestens so lang sind wie die Einschaltzustände.

[0025] Die Taktung der Schaltvorgänge erfolgt mit einer Taktfrequenz, die so hoch gewählt ist, dass sich in Abhängigkeit von der Anzahl der nacheinander ein- und auszuschaltenden LEDs kein Flimmern der LED-Anordnung als Ganzes ergibt. Zudem ist es möglich, dass die wahrgenommene Beleuchtungsstärke nicht unter einen Wert absinkt, der mit mindestens 95%, bevorzugt mindestens 98%, am meisten bevorzugt mindestens 99%, jener Beleuchtungsstärke dieser LED-Anordnung im ungetakteten Betrieb nahezu entspricht. Die einzustellende Taktfrequenz ergibt sich durch folgende drei Optimierungskriterien:

• Flimmerfreiheit der Anordnung
• Maximale wahrgenommene Beleuchtungsstärke ist nahezu gleich der Beleuchtungstärke der Anordnung bei Dauerbetrieb
• Geringster Verbrauch an Betriebsenergie

und ist leicht durch Versuche für die jeweilige LED-Anordnung zu ermitteln.

[0026] Die untere Grenze des Frequenzbereichs von ca. 100 Hz ist diejenige, ab der das menschliche Auge den diskontinuierlichen Betrieb nicht mehr als solchen wahrnimmt, d.h. kein Flimmern festgestellt wird. Dabei ist der Lichtblitzeffekt zur Steigerung des Helligkeitseindrucks zielführend nutzbar. Die obere Grenze des Frequenzbereichs ist durch die Vermeidung der elektromagnetischen Störung durch Wechselfelder, als EMV bekannt, gegeben.

[0027] Damit ist es möglich, eine LED-Anordnung so zu betreiben, dass es praktisch ausreicht, immer nur eine der LEDs der Anordnung oder, falls die LED-Anordnung nur eine LED umfasst, diese nur zeitweise einzuschalten und dennoch die gewünschte Beleuchtungsstärke zu erzielen, als würden alle LEDs gleichzeitig oder die eine LED kontinuierlich eingeschaltet sein. Da aber nur einige, im optimalen Fall nur eine LED je Takt eingeschaltet ist, wird auch nur der Leistungsverbrauch dieser wirksam. Die Energieeffizienz steigt demnach mit dem Verhältnis der gesamten Anzahl der LEDs der LED-Anordnung zur Anzahl der gleichzeitig eingeschalteten LEDs. Die Lichtausbeute nimmt mit der Anzahl der LEDs der LED-Anordnung als Addition der Lichtausbeuten der einzelnen LEDs zu. Grenzen in der Ausführung dieser Betriebsweise der LED-Anordnung hinsichtlich der maximalen Anzahl der zu steuernden LEDs bilden unter anderem die Abführung der Verlustwärme der jeweiligen LED-Anordnung und die Schaltzeiten der eingesetzten LEDs und anderen Bauelementen der LED-Anordnung.

[0028] Entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die LED-Anordnung auch mit Impulsbetriebsstrom betrieben werden. In diesem Fall kann über die Stromquelle ein Betriebsstrom eingespeist werden, der höher ist als der vom Hersteller vorgegebene charakteristische Dauerbetriebsstrom. Für diese Ausführungsvariante kann deshalb z.B. der vom Hersteller garantierte Impulsstrom genutzt werden. Voraussetzung dafür ist, dass die dynamische Verlustleistung der LEDs und anderen Bauelementen nicht überschritten wird. In diese dynamische Verlustleistung gehen z.B. das Verhältnis Ein- zu Auszeit und die Umgebungsparameter sowie die Parameter der verwendeten Bauelementegehäuse hinsichtlich des Wärmeverhaltens ein.

[0029] Diese Betriebsweise führt zu einer weiteren Erhöhung der Helligkeit aufgrund des höheren Betriebsstroms und zudem auch zu einem helleren Lichtblitz beim Einschalten, wodurch sich der oben beschriebene physiologische Lichtblitzeffekt verstärkt und eine höhere Lichtausbeute erzielbar ist.

[0030] Bekanntermaßen geben die Hersteller üblicherweise die Betriebsparameter für zwei verschiedene Betriebsweisen an, und zwar für den Dauerbetrieb den Betriebsstrom und für Impulsbetrieb den Impulsbetriebsstrom, der etwas höher liegt als der Betriebsstrom. D.h. die vom Hersteller von LEDs angegebenen Betriebsparameter, insbesondere der Betriebsstrom, werden für den Impulsbetrieb und den kontinuierlichen Betrieb spezifiziert. Die Lebensdauer einer LED hängt aufgrund der Erschöpfung des Halbleitermaterials, der Alterung des Diodenchips und des Phosphors bei weißen LEDs, als auch aufgrund von Materialwanderungsprozessen im LED-Aufbau, wesentlich von der Einschaltdauer der LED, der Höhe der Betriebsströme und der damit indizierten Erwärmung des Halbleitermaterials sowie der Umgebungsbedingungen während des Betriebs, beides bestimmt hauptsächlich die Betriebstemperatur, ab.

[0031] Ein wichtiger Parameter für eine Erhöhung der LED-Lebensdauer ist dabei der Betriebsstrom pro Zeit. Folglich wirkt sich das erfindungsgemäße Verfahren, das sowohl auf den diskontinuierlichen als auch auf den Impulsbetrieb einer LED anwendbar ist, positiv auf die Lebenserwartung der LEDs der LED-Anordnung aus. So führt die verringerte Einschaltdauer der Lichtquelle im erfindungsgemäßen Betrieb zu einer geringeren Erwärmung der LED. Zudem kann die Wärme in den Ausschaltzuständen an die Umgebung abgegeben werden. Bei guter Wärmeableitung kann folglich ebenfalls mit einem erhöhten Betriebsstrom und folglich unter verbesserter Ausnutzung der genannten Effekte mit einer höheren Lichtausbeute gearbeitet werden.

[0032] Bekanntermaßen wird eine weiße LED, vergleichbar aber auch eine farbige LED, unter Ausnutzung der additiven Farbmischung und unter Verwendung zumindest einer farbigen oder UV-LED in Verbindung mit einem photolumineszierendem Material als Leuchtstoff, zumeist Phosphor, realisiert. Für den Helligkeitseindruck der LED-Anordnung spielt somit neben den genannten physiologischen Effekten auch die Nachleuchtdauer und das Abklingverhalten des angeregten Leuchtstoffs eine Rolle. Somit ist es möglich, auch durch diesen Effekt den Helligkeitseindruck zu erhöhen, da bei einer entsprechend gewählten Taktfrequenz der Ausschaltzustand durch das Nachleuchten des Phosphors überbrückt wird, so dass auch die Ausnutzung dieses Effekts die positive Bilanz in der Lichtausbeute und der Energieeffizienz erhöht. Bei der Verwendung von LEDs mit langleuchtendem Phosphor, z.B. mit Nachleuchtzeiten von 10 bis 20 ms kann dieser Effekt noch verstärkt werden im Vergleich zu sonst üblichen Nachleuchtzeiten von gegenwärtig 1 bis 2 ms.

[0033] Die energietechnische Ansteuerung von LEDs erfolgt üblicherweise durch Netzteile, die die Netzspannung auf eine für LEDs in ihrer Höhe zuträgliche Gleichspannung umsetzen. Da LEDs stromgesteuerte Bauelemente sind, müssen sie über eine Stromquelle betrieben werden, um eine Zerstörung durch zu hohen Stromfluss, wie es bei einer Spannungsquelle beispielsweise durch Verringerung des Innenwiderstandes des Netzteiles oder der Batterie auftreten kann, zu vermeiden.

[0034] Die Realisierung des erfindungsgemäßen getakteten Betriebs erfolgt mit einem Schaltelement, das der LED zugeordnet ist und durch kurze Schaltzeiten die eine Ansteuerung mit steilen Impulsflanken erlaubt. Damit können einerseits eine hohe Taktfrequenz realisiert und andererseits die Schaltverluste gering gehalten werden.

[0035] Die LED-Anordnung umfasst in einer Ausführung eine Steuereinheit, die interne Parameter externen Parametern anpasst oder umgekehrt. Z.B. können integrierte Helligkeitssensoren in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit die LED-Anordnung aktivieren oder deaktivieren sowie den Betriebsstrom, der durch die Stromquelle bereit gestellt wird, reduzieren. Auch wenn das beschriebene Verfahren zunächst einer LED-Anordnung im Normalbetrieb dient, gestattet es entsprechend einer Verfahrensausgestaltung auch die Kombination mit dem Dimmen der LED-Anordnung mittels der Steuereinheit. In diesem Fall wird die Stromquelle für die LEDs so gesteuert, dass der entnehmbare Strom verändert wird und sich die Helligkeit der LEDs reduziert. Darüber hinaus kann auch die Pulsweitenmodulation oder die Verminderung der Taktfrequenz zum Dimmen genutzt werden.

[0036] Des Weiteren kann ein Bewegungsmelder oder Präsenzmelder integriert werden, der ein automatisches Abschalten einer nicht benötigten LED-Anordnung bewirkt, wenn sich keine Person in der unmittelbaren Umgebung befindet oder eine Reduzierung der Helligkeit für den Fall, dass die LED-Anordnung in ein Notlichtsystem eingebunden ist, das mittels einer Stützbatterie betrieben wird. Außerdem kann z.B. bei Änderungen der Temperatur der LED-Anordnung durch Änderung der Umgebungstemperatur oder Eigenerwärmung ein System zur Temperierung, d.h. Einstellung einer bevorzugten Temperatur durch Wasserkühlung, Belüftung oder gegebenenfalls auch Erwärmung aktiviert werden. Für LEDs gilt allgemein, dass eine Erhöhung der LED-Temperatur eine Verringerung der Lichtausbeute bewirkt, wenn die untere garantierte Betriebstemperatur der Bauelemente nicht unterschritten wird.

[0037] Ergänzend können in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens über diese Steuereinheit die LEDs als Lichtquellen der LED-Anordnung beeinflusst werden. Z.B. kann die Steuereinheit eine Funkschnittstelle für den Ein/Ausbetrieb oder die kontinuierliche Steuerung der LEDs hinsichtlich Helligkeit oder Schaltzeiten oder anderer Zusatzfunktionalitäten umfassen. Außerdem kann eine Programmierung der Stromquelle hinsichtlich der Parameter der zu steuernden einzelnen LEDs erfolgen, so dass eine Verringerung der Selektionstiefe der eingesetzten LEDs beim Hersteller der LEDs möglich ist, ohne Einbußen in der Funktionalität der LED-Anordnung, insbesondere dem gleichmäßigen Lichtaustritt aus der LED-Anordnung hinnehmen zu müssen.

[0038] Das zuvor beschriebene Verfahren ist für einzelne oder über Schaltelemente parallel geschaltete LEDs beschrieben. Alternativ sind anstelle einer, mehrerer oder aller LEDs je Zweig auch eine LED-Gruppe von mehreren in Reihe oder parallel geschalteten LEDs verwendbar. In diesem Fall sind die obigen Darlegungen in analoger Weise auf LED-Gruppen anwendbar.

[0039] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1

ein Blockschaltbild einer LED-Anordnung mit mehreren LEDs, die über ihre Schaltelemente einzeln angesteuert werden,

Fig. 2

ein Blockschaltbild einer LED-Anordnung mit mehreren LEDs, die zu Blöcken zusammengefasst angesteuert werden,

Fig. 3

ein Blockschaltbild einer LED-Anordnung mit Fig. 4 mehreren LEDs, die zu Blöcken zusammenfassbar über einen Mikrocontroller angesteuert werden, einen Schaltplan für die Ausführung und den Betrieb eines Schieberegisters,

Fig. 5

einen beispielhaften Signalverlauf für die Ausführungsform, in welcher von einer Mehrzahl von LEDs immer nur eine je Takt eingeschaltet ist, bei dem vom LED Hersteller spezifizierten Betriebsstrom und

Fig. 6

einen beispielhaften Signalverlauf für eine Ausführungsform, in welcher von einer Mehrzahl von LEDs immer nur eine je Takt eingeschaltet ist und die LEDs mit Impulsbetriebsstrom betrieben werden.

[0040] Die Ausgestaltung der Ansteuerung der LEDs der Fig. 1 bis Fig. 3 stellen lediglich beispielhafte Lösungen dar, die sich in ihrer Komplexität der jeweiligen LED-Anordnung hinsichtlich der Anzahl der ansteuerbaren LEDs und der integrierbaren Steuerelement bzw. Zusatzfunktionalitäten unterscheiden. Alle basieren auf demselben Wirkprinzip, nach dem eine bestimmte Anzahl von LEDs über eine Stromquelle betrieben werden, die so konfiguriert ist, dass sie je nach Anwendungsfall den herstellerspezifischen Betriebsstrom für den verwendeten LED-Typ bereitstellt, oder einen der Anwendung entsprechenden.

[0041] Wie oben bereits dargelegt, werden LED-Anordnungen bekanntermaßen mit einer Spannung im Niedervoltbereich betrieben, entsprechend ihren charakteristischen Diodenkennlinien und den Herstellerangaben im Bereich von einigen Volt Gleichspannung. Daraus ergibt sich, dass die übliche Netzspannung von z.B. 110 V oder 230 V Wechselspannung auf die für die LED-Anordnung erforderliche Spannung gewandelt werden muss. Hierfür verwendbare Verfahren und Vorrichtungen sind allgemein bekannt und sind nicht Gegenstand der Erfindung.

[0042] Die LED-Anordnung gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 1 umfasst mehrere LEDs I, die im dargestellten Ausführungsbeispiel über die Schaltelemente E, zusammen mit den notwendigen ergänzenden und im Blockschaltbild nicht näher dargestellten Bauelementen, parallel geschalten sind, wobei die drei Punkte zwischen den beiden letzten LEDs I darauf hinweisen, dass mehr als die dargestellten LEDs I in die Schaltung aufgenommen werden können.

[0043] Alternativ kann wie oben erwähnt, bei entsprechend angepasster Stromquelle D anstelle einer einzelnen, mit einem Schaltelement E verbundenen LED I auch eine LED-Gruppe I, die aus mehreren in Reihen und/oder parallel geschalteten LEDs I besteht, verwendet werden, so dass ein Schaltelement E jeweils einer LED-Gruppe I zugeordnet ist. In der Darstellung der Fig. 1 bis Fig. 3 würde demzufolge ein LED-Symbol alternativ auch für mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete LEDs I stehen können, so dass auch einer LED-Gruppe I dasselbe Bezugszeichen zugeordnet ist. Wenn nachfolgend von einer LED gesprochen wird, sollen sich die Darlegungen folglich auch auf eine solche LED-Gruppe I beziehen. Im Folgenden soll der besseren Übersicht wegen die Beschreibung beispielhaft anhand einer LED I je Schaltelement E erfolgen.

[0044] Da LEDs I stromgesteuerte Bauelemente sind, werden sie über eine Stromquelle D betrieben, die mit einer geeigneten Stromversorgung A verbunden ist. Die Stromversorgung A dient der Versorgung aller Komponenten der LED-Anordnung.Die Stromquelle D liefert einen konstanten Strom, der für jede LED I entsprechend den Herstellervorgaben und dem Anwendungsfall eingestellt wird. Zum Zweck der Strombegrenzung werden Stromquellen D auf Halbleiterbasis oder im einfachsten Fall Vorwiderstände in Reihe zu einer Spannungsquelle verwendet.

[0045] Jeder LED I ist ein Schaltelement E zugeordnet, das kurze Schaltzeiten und einen schnellen Wechsel der Schaltzustände unterstützt. In Frage kommen insbesondere elektronische Schaltelemente, z.B. schnelle Thyristoren, Transistoren oder MOS-FET's. Die Schaltelemente werden so gesteuert, dass sich im einfachsten Fall jeweils nur eine LED I im Einschaltzustand befindet und mit dem darauffolgenden Schaltvorgang diese LED I aus und eine andere LED I eingeschaltet wird. Alternativ können auch mehrere der LEDs I gleichzeitig eingeschaltet sein, wobei diese in darauffolgenden Schaltvorgang ausgeschaltet und andere LEDs I eingeschaltet werden.

[0046] Die Ansteuerung der Schaltelemente E erfolgt mittels einer Steuerschaltung F, die auf verschiedene Weise realisiert sein kann, z.B. mittels eines Schieberegisters oder eines Laufzeitgenerators. Mit einem Schieberegister, das im einfachsten Fall als Flip-Flop ausgebildet sein kann, sind sowohl der Ausschaltzustand für nur eine LED I als auch beliebige Kombinationen mehrerer LEDs I realisierbar. In jedem Fall wechselt bei der Verwendung eines Schieberegisters mit jedem Schaltvorgang die aktuell eingeschaltete LED I, so dass nacheinander oder beliebiger Reihenfolge jede der LEDs I eingeschalten war und die übrige Zeit ausgeschaltet ist. Zudem ist ein Schieberegister und im Übrigen auch ein Laufzeitgenerator einfach und kostengünstig zu realisieren.

[0047] Die Taktung der Schaltvorgänge erfolgt mittels eines Taktgenerators G als Taktgeber, dessen Taktfrequenz so hoch gewählt ist, dass sich in Abhängigkeit von der Anzahl der nacheinander einzuschaltenden LEDs I kein Flimmern der LED-Anordnung als Ganzes ergibt und die Beleuchtungsstärke, als den mit der wellenlängenabhängigen Hellempfindlichkeitsfunktion des menschlichen Auges und mit dem Maximum des photometrischen Strahlungsäquivalents bewertete spektrale Strahlungsfluss, nicht unter einen Wert absinkt, der nahezu der Beleuchtungsstärke dieser LED-Anordnung im ungetakteten Betrieb entspricht.

[0048] Die LED-Anordnung gemäß Ausführungsbeispiel umfasst weiter eine Steuereinheit B, die interne Parameter externen Parametern anpasst, z.B. der Umgebungshelligkeit über das Aktivieren oder Deaktivieren der LED-Anordnung oder die Reduzierung des Betriebsstroms, der durch die Stromquelle D bereit gestellt wird. Außerdem kann eine Programmierung der Stromquelle D hinsichtlich der Parameter der zu steuernden einzelnen LEDs I erfolgen. Auch weitere Funktionalitäten, wie Bewegungsmelder oder Präsenzmelder oder Systeme zur Temperierung der LED-Anordnung können integriert sein.

[0049] Ebenso ist es über die Steuereinheit B möglich die LEDs I als Lichtquellen der LED-Anordnung zu beeinflussen. Z.B. kann die Steuereinheit B eine Funkschnittstelle für den Ein/Ausbetrieb oder die kontinuierliche Steuerung der LEDs I hinsichtlich Helligkeit oder Schaltzeiten oder anderer Zusatzfunktionalitäten umfassen. Auch eine Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der bekannten Pulsweitenmodulation des Taktgenerators G zum Dimmen der LED-Anordnung ist über die Steuereinheit B möglich.

[0050] Umgekehrt können Parameter zum Betrieb der LED-Anordnung, die nicht unmittelbar die LEDs I und deren Anordnung zueinander betreffen und hier als externe Parameter bezeichnet werden, durch die internen, d.h. durch die LEDs I bestimmten Parameter mittels der Steuereinheit B beeinflusst werden. So kann z.B. eine Programmierung der Stromquelle D hinsichtlich der Parameter der zu steuernden einzelnen LEDs I erfolgen.

[0051] Anhand Fig. 1 soll für das Beispiel von sechs LEDs I die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Energieeffizienz der LED-Anordnung im Vergleich zum Dauerbetrieb ermittelt werden.

[0052] Es wird ein Typ von LEDs I mit folgenden Betriebsparametern zu Grunde gelegt:

Lichtstrom 100 lm

Betriebsstrom 350 mA

Spannung 3,4V

[0053] Im Dauerbetrieb ergibt sich folgende Energieeffizienz:

Aufgenommene Betriebsleistung: 6 * 350 mA * 3,4 V = 7,4 W

[0054] Nach erfindungsgemäßem Verfahren mit nur einer LED im Einschaltzustand je Takt ergibt sich folgende Energieeffizienz:

Aufgenommene Betriebsleistung: 350 mA * 3,4 V = 1,19 W

[0055] Für LED-Anorndnung mit 16 weißen LEDs ergeben sich folgende Werte im Dauerbetrieb:

Aufgenommene Betriebsleistung: 16 * 350 mA * 3,4V = 19,04W


und nach erfindungsgemäßem Verfahren:

Aufgenommene Betriebsleistung: 350 mA * 3,4 V = 1,19 W

[0056] Mit steigender LED-Anzahl der LED-Anordnung ergibt sich im erfindungsgemäßen Betrieb somit ein deutlicher Anstieg der Effizienz gegenüber einem Dauerbetrieb der LEDs.

[0057] In Fig. 2 ist eine alternative Ausgestaltung dargestellt, in der die Betriebsweise einer LED-Anordnung gezeigt ist, die eine große Anzahl von LEDs I umfasst. In diesem Fall werden jeweils mehrere parallel geschaltete LEDs I mit jeweils einem Schaltelement E zu je einem Block zusammengefasst und die Blöcke vergleichbar den einzelnen LEDs I im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mittels der Steuerschaltung F, ebenfalls ein Schieberegister, gesteuert werden. Um dennoch die Schaltelemente E und damit die LEDs I einzeln ansteuern zu können, wird für jeden Block ein Dekoder K zwischengeschaltet. Dieser setzt das Schaltsignal des dem jeweiligen Dekoder K zugeordneten Registerplatzes des Schieberegisters F in Einzelsignale für jedes Schaltelement E des Blocks um.

[0058] Fig. 3 zeigt eine Einzelansteuerung der LEDs I mittels Mikrocontroller H. Der Mikrokontroller H übernimmt hier verschiedene Funktionen, z.B. die Funktionen des Taktgenerators G, des Dekoders K, und weitere für den Betrieb wichtige Aufgaben, z.B. die Steuerung eines Busdekoders und/oder das individuelle Einstellen der Stromquelle D entsprechend der jeweiligen Einzel-LEDs I oder Gruppe von LEDs I. Auch eine Variation des Betriebsstroms einzelner LEDs innerhalb der Herstellerparameter ist möglich. Damit sind die einzelnen Schaltelemente E oder eine große Anzahl von LEDs I über Busdekoder L separat ansteuerbar, so dass ein beliebiger Wechsel der Ein- und Ausschaltzustände zwischen den einzelnen LEDs I, allerdings mit der für die LED-Anordnung charakteristischen Taktfrequenz erfolgen kann und dieser Parameter sowie weitere auch speicherbar und variierbar sind.

[0059] Mittels Mikrokontroller aber auch mit anderen Ausgestaltungen der Steuerschaltung kann entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens über ihren Betriebsstrom und/oder die Anzahl ihren Einschaltzustände derart gesteuert sind, dass bei der Verwendung von LEDs unterschiedlicher Farbe in der LED-Anordnung und Ansteuerung der entsprechenden Farb-LEDs eine definierte Mischfarbe eingestellt ist. Über die unterschiedliche Anzahl der Einschaltzustände der verschiedenen LEDs, d.h. deren Anzahl der Takte in denen die einzelnen LEDs eingeschaltet sind, imVergleich untereinander ist eine Mischfarbe durch Messung oder Berechnung gezielt einstellbar. Ergänzend oder alternativ sind die Helligkeit der einzelnen LEDs und damit deren Anteil an der Mischfarbe über den Betriebsstrom noch variierbar, so dass im Ergebnis die resultierende Mischfarbe besonderen Anforderungen (z.B. hohe Tageslichtähnlichkeit gemäß CRI-Farbwiedergabeindex) anpassbar ist.

[0060] Die Programmierbarkeit der Ansteuerung in dieser Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht es auch, das eine Haupt-LED-Anordnung durch Einsatz der Busdekoder L mit räumlich getrennten entfernten Teilanordnungen erweitert werden kann. Diese werden dann als Verlängerung des Schieberegisters in der Haupt-LED-Anordnung betrieben und verbessern die Energieeffizienz der Anordnung weiter.

[0061] Durch den Einsatz eines Mikrocontrollers H in der LED-Anordnung können außerdem bestimmte Arten von Ausfällen in der LED-Anordnung festgestellt werden, z. B. Erhöhung des Stromflusses in einem Zweig der Anordnung, der aus LED I und Schaltelement E besteht und es können, falls vorhanden, redundante Zweige der LED-Anordnung deren Funktion übernehmen.

[0062] In Fig. 4 ist eine einfache Gestaltung der Steuerschaltung F in Form eines Schieberegisters und dessen Verbindung mit den LEDs I über deren Schaltelemente E sowie der Stromquelle D und dem Taktgenerator G dargestellt. Weitere Komponenten der LED-Anordnung sind der besseren Übersicht wegen in Fig. 4 nicht dargestellt.

[0063] Das Schieberegister F setzt sich aus den einzelnen, in Fig. 4 separat dargestellten Registerplätzen SR1, SR2 usw. bis SRN zusammen, wobei n die Anzahl der parallel nacheinander anzusteuernden LEDs I ist. Der Ausgang eines jeden Registerplatzes SR1, SR2 ... SRN ist mit einem Schaltelement E verbunden, z.B. einem MOS-FET, welcher die jeweils zugeordnete LED I ein- und ausschaltet. Mittels der Stromquelle D werden die LEDs I mit dem jeweiligen vom Hersteller vorgegebenen konstanten Strom versorgt. Die Taktung der Schaltvorgänge erfolgt durch einen geeigneten Taktgenerator G.

[0064] Die einzelnen Registerplätze sind, wie von einem Schieberegister bekannt, so hintereinander geschaltet und deren Ausgänge dekodiert, dass mit jedem Takt das Signal eines Registerplatzes SR1, SR2 ... SRN, das den Ein- oder den Ausschaltzustand für die zugehörige LED I realisiert, an den benachbarten Registerplatz SR1, SR2 ... SRN in einer Richtung weiter schiebt. Die Ausgestaltung gemäß Fig. 4 sieht die Möglichkeit der Messung des Ausgangssignals eines jeden Schaltelements E an den Messstellen A1, A2, ... An vor, die das Eingangssignal der zugeordneten LED I ist.

[0065] Fig. 5 stellt den sich daraus ergebenden Signalverlauf anhand der Speisespannung U in Abhängigkeit von der Zeit an verschiedenen Punkten der Schaltung gemäß Fig. 4 dar. Der Signalverlauf U_G (t) gibt die vom Taktgenerators G übergeordnete Taktung mit konstanter Signaldauer für den Einschaltzustand t_i und einen sehr kurzen Ausschaltzustand t_p von ca. 1-2% von t_i und fortlaufendem Wechsel dieses Zustands an, wobei während der Signaldauer des Ausschaltzustandes tp stets alle Schaltelemente E die LEDs I ausschalten und der Übergang von einer LED zur nächsten erfolgt.

[0066] Die Registerplätze SR1, SR2 ... SRN des Speicherregisters sind so belegt, dass zu einem definierten Zeitpunkt eine erste LED I mit der Stromquelle D verbunden und alle anderen LEDs I getrennt sind, wie beispielhaft in den Signalverläufen U_SR1 (t), U_SR2 (t) und U_SR3 (t) ersichtlich und an den zugehörigen Messstellen A1, A2 und A3 bestätigt. Während des Auszustands wird der Schaltzustand des ersten Registerplatzes SR1 auf den nächsten Registerplatz SR2 übertragen und der Inhalt des Registerplatzes SR1 auf null gesetzt. Im Ergebnis ist immer abwechselnd genau eine LED I eingeschaltet und alle anderen ausgeschaltet, dann wird eine andere ein- und erneut alle anderen ausgeschaltet. Dieser Ablauf wiederholt sich fortlaufend, bis jede der LEDs I einmal angeschaltet war und der Ablauf wieder von neuem beginnt.

[0067] Fig. 6 stellt einen Signalverlauf analog dem in Fig. 5 dar, aber auf den Impulsbetrieb der LEDs I der LED-Anordnung angewendet. Dementsprechend wird die LED-Anordnung mit einem vom LED-Hersteller spezifizierten Impulsbetriebsstrom gespeist, der höher ist als der Betriebsstrom (in Fig. 6 nicht dargestellt).

[0068] Zur Einstellung des genannten Verhältnisses des Ein- zum Ausschaltzustand wird der übergeordnete Takt des Taktgenerators G ebenfalls mit konstanter Signaldauer für den Einschaltzustand t_i und den Ausschaltzustand t_p eingestellt, wobei hier der Einschaltzustand t_i deutlich kürzer ist als der Ausschaltzustand t_p. Der übergeordnete Takt des Taktgenerators ist den Erfordernissen des Impulsbetriebes (nicht dargestellt) angepasst. Dementsprechend ergeben sich der dargestellte Signalverlauf U_G (t) und die weiteren dargestellten Signalverläufe. Aus diesen ergeben sich wiederum die Schaltzustände, wie oben zu Fig. 5 beschrieben, jedoch mit kürzeren Schaltzeiten.

[0069] Durch die kürzeren Einschaltzeiten der LEDs (I) gegenüber der Darstellung in Fig. 5 ist es möglich, die LEDs I mit Impulsbetriebsstrom zu betreiben ohne die dynamische Verlustleistung der LEDs I und der anderen Bauelemente zu überschreiten, aber trotzdem eine höhere wahrgenommene Beleuchtungsstärke der LED-Anordnung zu erreichen, als wenn diese mit dem herstellerspezifischen Betriebsstrom der LEDs betrieben wird. Alternativ können wie oben beschrieben auch mehr als eine LED I gleichzeitig eingeschaltet sein.

[0070] Fig. 5 und 6 ist zu entnehmen, dass die einzelnen LEDs I nur mit sehr kurzen Einschaltzuständen betrieben werden, denen lange Ausschaltzustände folgen, die zur Erholung der beteiligten Bauelemente und auch zur Wärmeableitung dienen, Weiter ist ersichtlich, dass die Länge dieser Ausschaltzustände unmittelbar mit der Anzahl der in der Anordnung verwendeten LEDs I in Zusammenhang stehen. D. h. bei einer LED-Anordnung mit sechs LEDs I und einer eingeschalteten LED I wird jede der LEDs I erst wieder eingeschaltet nach dem alle übrigen fünf LEDs I ihre Ein- und Ausschaltzustände ebenfalls durchlaufen haben.

Bezugszeichenliste

[0071] 

A

Stromversorgung

B

Steuereinheit

D

Stromquelle

E

Schaltelement

F

Steuerschaltung, Schieberegister, Laufzeitgenerator

G

Taktgenerator

H

Mikrocontroller

I

Leuchtdiode, LED, LED-Gruppe

K

Dekoder

L

Busdekoder

SR1 ... SRn

Registerplatz 1 ... n

A1 ... An

Messstelle am Ausgang des Schaltelements 1 ... n

t_i

Signaldauer des Einschaltzustandes

t_p

Signaldauer des Ausschaltzustandes

t_mos

Signaldauer des an einer Messstelle gemessenen Signals

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung zur Beleuchtung, Hinterleuchtung, Bestrahlung oder Signalisation, welches zumindest zwei Leuchtdioden umfasst, nachfolgend als LEDs (I) bezeichnet, welche mittels einer Stromquelle (D) mit dem für die LEDs (I) vorgegebenen konstanten Strom versorgt und mit getakteten Steuersignalen betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs (I) der LED-Anordnung über jeweils ein jeder LED (I) zugeordnetes Schaltelement (E) mit der Stromquelle (D) während eines Einschaltzustandes verbunden und während eines darauf folgenden Ausschaltzustandes wieder von der Stromquelle (D) getrennt werden, wobei deren Schaltelemente (E) mittels einer Steuerschaltung (F), die mit einer einheitlichen Taktfrequenz größer 100 Hz betrieben wird, derart aus- und eingeschaltet werden, dass stets nur ein Teil der LEDs (I) eingeschaltet ist und in zwei aufeinander folgenden Einschaltzuständen jeweils andere LEDs (I) eingeschaltet werden.

2. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (F) zumindest ein Schieberegister oder einen Laufzeitgenerator zur Steuerung der Schaltelemente (E) umfasst.

3. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere von parallel und/oder in Reihe geschalteten LEDs (I) zu einem Block zusammengefasst sind, deren Steuerung separat und unabhängig von der Steuerung der übrigen LEDs (I) erfolgt.

4. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Anordnung LEDs (I) unterschiedlicher Farbe umfasst und solche LEDs (I) über ihren Betriebsstrom und/oder die Anzahl ihren Einschaltzustände derart gesteuert sind, dass eine definierte Mischfarbe eingestellt ist.

5. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Einschaltzustand nur eine LED (I) eingeschaltet ist.

6. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine solche Taktfrequenz eines Ein- und Ausschaltzustandes größer 100 Hz eingestellt wird, dass die Beleuchtungsstärke im getakteten Betrieb von jener im ungetakteten Betrieb mit dem für die LEDs (I) vorgegebenen charakteristischen Betriebsstrom um höchstens 5% abweicht.

7. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung zur Beleuchtung, Hinterleuchtung, Bestrahlung oder Signalisation, welches zumindest eine Leuchtdiode umfasst, nachfolgend als LED (I) bezeichnet, welche mittels einer Stromquelle (D) mit dem für die LED (I) vorgegebenen konstanten Strom versorgt und mit getakteten Steuersignalen betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (I) der LED-Anordnung über zumindest ein der LED (I) zugeordnetes Schaltelement (E) mit der Stromquelle (D) während eines Einschaltzustandes verbunden und während eines darauf folgenden Ausschaltzustandes wieder getrennt wird, wobei mittels einer Steuerschaltung (F) eine solche Taktfrequenz eines Ein- und Ausschaltzustandes größer 100 Hz eingestellt wird, dass die Beleuchtungsstärke im getakteten Betrieb von jener im ungetakteten Betrieb mit dem für die LED (I) vorgegebenen charakteristischen Betriebsstrom um höchstens 5% abweicht.

8. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (F) einen Mikrocontroller (H) zur Steuerung des Schaltelements (E) oder der Schaltelemente (E) oder der Stromquelle (B) umfasst.

9. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Anordnung mit Impulsbetriebsstrom betrieben wird, der größer ist als der für die LED (I) oder LEDs (I) charakteristischen Betriebsstrom.

10. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuereinheit (B) die Steuerung aller Schaltelemente (E), der Stromquelle (D) oder der Steuerschaltung (F) oder mehrerer dieser Komponenten für jedes Schaltelement (E) gemeinsam oder separat aufgrund externer oder interner Parameter geändert wird.

11. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuereinheit (B) der durch die Stromquelle (D) bereitgestellte Betriebsstrom modifiziert wird.

12. Verfahren zum Betrieb einer LED-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine LED (I) durch eine LED-Gruppe von mehreren in Reihe oder parallel geschalteten LEDs (I) ersetzt ist.

Zeichnung