Die Erfindung betrifft ein Steuer- und/oder Regelungsmittel, zum Steuern und/oder Regeln eines Leuchtdiodenfeldes mit n LEDs, wobei n>3 ist, mit Ausgängen, wobei an diesen Ausgängen des Steuer- und/oder Regelungsmittel (1) Steuer- und/oder Regelsignale zum Steuern und/oder Regeln von steuerbaren Schaltelementen abgreifbar sind,

• wobei das Steuer- und/oder Regelungsmittel geeignet und eingerichtet ist Einschaltzeitpunkte und Ausschaltzeitpunkte ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) von Impulsen durch die Steuersignale und/oder Regelsignale zu definieren und ein und/oder mehrere steuerbare Schaltelemente während der Impulse, deren Einschaltzeitpunkte und Ausschaltzeitpunkte ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) durch die Steuersignale und/oder Regelsignale definiert worden sind, zum Schließen oder Öffnen anzusteuern.
• Eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung.

Bei Leuchtdiodenfeldern wird die Helligkeit jedes einzelnen Pixels über ein pulsweitenmoduliertes (Strom-)Signal mit einem Impuls mit einer Pulsbreite PW= 0...100% gesteuert.

Das Dokument US 2011/031895 A1 offenbart dazu beispielsweise eine Treiberschaltung für Leuchtdioden. Die LED-Treiberschaltung umfasst eine Spannungseinstelleinheit, eine Schalteinheit und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist mit der Spannungseinstelleinheit und der Schalteinheit verbunden. Die Spannungseinstelleinheit gibt eine Ansteuerspannung an ein erstes Ende jeder einer Vielzahl von Lasteinheiten aus. Die Schalteinheit ist mit einem zweiten Ende jeder der Lasteinheiten gekoppelt. Wenn eine LED-Kette in den Lasteinheiten mit einer Stromquelle gekoppelt ist, stellt die Spannungseinstelleinheit den Spannungspegel der Treiberspannung so ein, dass der Spannungspegel der Treiberspannung der Treiberspannung der angesteuerten LED-Kette entspricht. Dadurch wird ein Ansteuerungsproblem, das durch die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der LEDs verursacht wird, entschärft.

In heutigen Systemen werden üblicherweise alle LED von einem Leuchtdiodenfeld zum Zeitpunkt t_ein = 0 gleichzeitig eingeschaltet und dann sukzessive am Ende ihres jeweiligen Impulses zum Zeitpunkt $t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$ ausgeschaltet.

Dies führt zu einer starken Pulsstrombelastung in der Versorgung eines solchen Leuchtdiodenfeldes, insbesondere zum Einschaltzeitpunkt t_ein = 0.

Dies wiederum erhöht die Anforderungen an die Versorgung dieser Systeme und kann zu Problemen bei der EMV führen.

Ein solches Leuchtdiodenfeld befindet sich beispielsweise in neuartig entwickelten LED-Scheinwerfern mit mehreren zehntausend Leuchtdioden innerhalb eines Leuchtdiodenfeldes. Hier ist es wünschenswert das Strommaximum im System zu reduzieren und die Stromkurve insgesamt zu vergleichsmäßigen, um bessere EMV Verhältnisse zu erreichen und eine günstigere Auslegung der LED Versorgung zu ermöglichen.

An diesem Punkt setzt die vorliegende Erfindung an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Steuer und/oder Regelungsmittel, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren vorzuschlagen, mit der das Maximum des von einem Leuchtdiodenfeld aufgenommenen Stroms reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird in einer ersten Variante erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Steuer- und/oder Regelungsmittel, zum Steuern und/oder Regeln eines Leuchtdiodenfeldes mit n LEDs, wobei n>3 ist, mit Ausgängen, wobei an diesen Ausgängen des Steuer- und/oder Regelungsmittel Steuer- und/oder Regelsignale zum Steuern und/oder Regeln von steuerbaren Schaltelementen abgreifbar sind, wobei das Steuer- und/oder Regelungsmittel geeignet und eingerichtet ist Einschaltzeitpunkte und Ausschaltzeitpunkte ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) von Impulsen durch die Steuersignale und/oder Regelsignale zu definieren und ein und/oder mehrere steuerbare Schaltelemente während der Impulse, deren Einschaltzeitpunkte und Ausschaltzeitpunkte ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) durch die Steuersignale und/oder Regelsignale definiert worden sind, zum Schließen oder Öffnen anzusteuern, wobei das Steuer- und/oder Regelungsmittel (1) geeignet und eingerichtet ist
eine Anzahl von k Gruppen von Leuchtdioden festzulegen oder eine Anzahl von k Gruppen von Leuchtdioden übergeben zu bekommen, jede LED einer der k Gruppen zuzuordnen, so dass jede der k Gruppen m_j Leuchtdioden enthält, wobei 1 ≤ j ≤ k und ${\displaystyle {\sum }_{j=1}^k{m}_j=n}$ ist, für jede Gruppe einen Bezugszeitpunkt a_j = a₁ ... a_k zu bestimmen und den Ein- und den Ausschaltzeitpunkt ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) des Impulses für jede LED einer jeden Gruppe in Abhängigkeit von dem Bezugszeitpunkt a_j = a₁ ... a_k zu ermitteln, wobei 1 ≤ p_j ≤ m_j ist.

Die Gruppierung der einzelnen LED eines Leuchtdiodenfeldes zu Gruppen und die Zuweisung von unterschiedlichen Bezugszeitpunkten zur Ermittlung der Ein- bzw. Ausschaltzeitpunkte führen zu einer Verteilung der Impulse über eine Taktperiode. Durch diese Maßnahme wird der Maximalstrom im System reduziert und die Stromkurve abgeflacht.

Geforderte Helligkeitsverteilungen weisen häufig kleine Gradienten hinsichtlich der Helligkeit zwischen benachbarten LEDs auf, d.h. das benachbarte LEDs eine ähnliche Helligkeit haben müssen und damit einen ähnlichen Impuls aufweisen. Dies ist insbesondere bei der Anwendung eines Leuchtdiodenfeldes in einem Scheinwerfer und den dort zu erwartenden Sollichtverteilungen der Fall.

Um die Vorteile der vorgeschlagenen Erfindung zu maximieren, ist es daher sinnvoll, dass die Zuordnung jeder LED zu einer der k Gruppen so erfolgt, dass benachbarte LEDs unterschiedlichen Gruppen zugeordnet sind.

Die LED einer Gruppe sollten so verteilt werden, dass innerhalb einer Gruppe keine LED-Blöcke benachbarter Leuchtdioden gebildet werden.

Im Folgenden wird beispielhaft gezeigt, wie eine sinnvolle Zuordnung der Leuchtdioden zu den k Gruppen erfolgen kann. Es wird angenommen, dass es sich um ein Matrix-LED-System handelt, bei dem die LED in Spalten und Reihen angeordnet sind. Ohne weiteres können andere Geometrien in ähnlicher Weise eingeteilt werden.

Für k=2 sollten die einzelnen LED eines Leuchtdiodenfeldes wie folgt den Gruppen 1 und 2 zugeordnet werden:

• 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2...
• 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1...
• 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2...

Für k=3 könnten die einzelnen LED eines Leuchtdiodenfeldes folgendermaßen den Gruppen 1, 2 und 3 zugeordnet werden:

• 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3...
• 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1...
• 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2...

Für k=5 ist eine sinnvolle Zuordnung der einzelnen LEDs eines Leuchtdiodenfeldes beispielsweise die Folgende:

• 1 4 2 5 3 1 4 2 5 3...
• 2 5 3 1 4 2 5 3 1 4...
• 3 1 4 2 5 3 1 4 2 5...
• 4253142531...

Es kann vorteilhaft sein, dass der Bezugszeitpunkt a_j = a₁ ... a_k zufällig wählbar ist. Dies erspart Rechenaufwand innerhalb des Steuer- und/oder Regelungsmittels.

Allerdings kann die Zielsetzung sein, die Einschaltzeitpunkte oder die Ausschaltzeitpunkte so weit wie möglich voneinander zu trennen, da eine Verringerung des Strommaximums dadurch erreicht werden kann, dass nicht alle LEDs gleichzeitig oder kurz hintereinander eingeschaltet werden.

Vorteilhafterweise ist das Steuer- und/oder Regelungsmittel geeignet den Bezugszeitpunkt a_j = a₁ ... a_k folgendermaßen zu ermitteln:

• k=1: a₁ ist frei wählbar,
• k=2: a₁ = 0, a₂ = T,
• $$\mathrm{k}>2:a_1=0,a_2\dots a_{k-1}=i\frac{T}{k-1},a_k=T$$
• mit i = 1... k - 2,
• wobei T eine Taktperiode ist.

Aus den ermittelten Bezugszeitpunkten a_j = a₁ ... a_k ist es möglich, den Einschaltzeitpunkt und den Ausschaltzeitpunkt des Impulses für jede LED einer Gruppe zu ermitteln.

Es kann vorgesehen sein, dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel geeignet ist, den Einschaltzeitpunkt ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) des Impulses für jede LED einer Gruppe in Abhängigkeit von a zu berechnen nach der Formel: $$t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}}=a_j-a_j\ast {\mathit{PW}}_{{\mathit{jp}}_j}$$ und den Ausschaltzeitpunkt ( $t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) des Impulses für jede LED einer Gruppe in Abhängigkeit von a zu berechnen nach der Formel: $$t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}=a_j+\left(T-a_j\right)\ast {\mathit{PW}}_{{\mathit{jp}}_j}$$ wobei

• a_j = a₁ ... a_k ist,
• PW_jpj = Breite des Impulses, im weiteren Pulsbreite genannt, der p. Leuchtdiode in der j. Gruppe in % von T ist.

Der Einschaltzeitpunkt und der Ausschaltzeitpunkt der Impulse für jede Leuchtdiode einer Gruppe sind nach den angegebenen Formeln für alle gewünschten Realisierungsformen berechenbar.

Für den eingangs erwähnten Fall, dass alle Leuchtdioden zum Beginn einer Taktperiode eingeschaltet werden sollen, bedeutet dies einen Bezugszeitpunkt a_j = 0. Wird dieser Wert für a in die Formeln eingesetzt, ergibt sich t_einjpj = 0 - 0 * PW_jpj = 0 und $t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}=0+\left(T-0\right)\ast {\mathit{PW}}_{{\mathit{jp}}_j}=T\ast {\mathit{PW}}_{{\mathit{jp}}_j}$. Es werden somit alle Impulse zum Beginn der Taktperiode eingeschaltet und nach der Impulsdauer jeder Leuchtdiode wieder ausgeschaltet.

Das gleiche Prinzip gilt für den Fall, dass alle Leuchtdioden am Ende der Taktperiode gleichzeitig ausgeschaltet werden sollen und der individuelle Einschaltzeitpunkt für jeden Impuls berechnet werden muss. In diesem Fall ist der Bezugszeitpunkt a_j = T in die Formeln einzusetzen. Leicht erkennbar ergeben sich ein individueller Einschaltzeitpunkt des Impulses für jede Leuchtdiode und ein gemeinsamer Ausschaltzeitpunkt am Ende der Taktperiode.

Für jeden Bezugszeitpunkt a_j, der innerhalb einer Taktperiode liegt, ergibt sich aus den Formeln wie lange vor dem Bezugszeitpunkt jeder Impuls eingeschaltet und wie lange nach dem Bezugszeitpunkt jeder Impuls ausgeschaltet wird.

Aufgrund der angegebenen Formeln ergeben sich so möglichst gleichmäßig verteilte Impulse über eine Taktperiode.

Da die Anzahl der zu bildenden k Gruppen von den technischen Möglichkeiten begrenzt wird, sollte k nach dem Grundsatz "so groß wie nötig, so klein wie möglich" gewählt werden.

Diese Aufgabe wird in einer zweiten Variante erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel geeignet und eingerichtet ist

• einen Mittelwert M_PW der Pulsbreiten PW_i zu berechnen, nach der Formel $$M_{\mathit{PW}}=\frac{1}{n}{\displaystyle {\sum }_{i=0}^n{\mathit{PW}}_i},$$
• in Abhängigkeit des Mittelwertes M_PW eine Anzahl von k Gruppen festzulegen, nach der Formel $k=M_{\mathit{PW}}^{-1}$,
• jede LED einer der k Gruppen zuzuordnen.

Erfindungsgemäß kann das Steuer- und/oder Regelungsmittel so eingerichtet werden, dass Ergebnisse von Simulationen hinterlegt werden, um die optimale Anzahl von k zu bestimmen.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Steuern und/oder Regeln eines Leuchtdiodenfeldes. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist ein Steuer- und/oder Regelungsmittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, eine Stromquelle für jede LED und ein Leuchtdiodenfeld auf, wobei das Leuchtdiodenfeld wenigstens zwei Reihenschaltungen umfasst, die jeweils wenigstens eine Leuchtdiode und ein steuerbares Schaltelement umfassen, wobei ein Steueranschluss jedes steuerbaren Schaltelements mit einem Ausgang des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden ist.

Dabei kann es vorgesehen sein, dass jede Stromquelle der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel regelbar ist, wobei der Strom bei geschlossenem steuerbarem Schaltelement i=i_max und bei geöffnetem steuerbarem Schaltelement i=0 ist.

Das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Steuern und/oder Regeln eines Leuchtdiodenfeldes weist wenigstens die nachfolgenden Schritte auf:

• eine Anzahl von k Gruppen werden von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ermittelt,
• jede LED wird einer Gruppe zugeordnet,
• für jede Gruppe wird ein Bezugszeitpunkt a_j = a₁ ... a_k festgelegt,
• der Ein- und der Ausschaltzeitpunkt ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) des Impulses für jede Leuchtdiode einer jeden Gruppe wird in Abhängigkeit von dem Bezugszeitpunkt a_j = a₁ ... a_k ermittelt
• das Steuer- und/oder Regelungsmittel (1) steuert die steuerbaren Schaltelemente für den ermittelten Einschaltzeitpunkt und den ermittelten Ausschaltzeitpunkt ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) des Impulses für jede Leuchtdiode einer jeden Gruppe zum Schließen oder Öffnen an.

Ebenso weist das Verfahren zum Betreiben einer zweiten Variante der Schaltungsanordnung wenigstens die nachfolgenden Schritte auf:

• ein Mittelwert M_PW aller Pulsbreiten PW_i wird nach der Formel $M_{\mathit{PW}}=\frac{1}{n}{\displaystyle {\sum }_{i=0}^n{\mathit{PW}}_i}$ berechnet.
• in Abhängigkeit des Mittelwertes M_PW wird eine Anzahl von k Gruppen nach der Formel $k=M_{\mathit{PW}}^{-1}$ festgelegt,
• jede LED wird einer der k Gruppen zugeordnet.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass mit einer zunehmenden Anzahl von Gruppen das Maximum des Stromes innerhalb eines Leuchtdiodenfeldes deutlich reduziert und kontinuierlicher wird.

Da die Anzahl der Gruppen sinnvollerweise nicht unendlich gesteigert werden können, gibt die vorliegende Erfindung ebenso eine Möglichkeit eine sinnvolle Aufwand-Nutzen Abwägung zu erreichen.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1

Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Steuern und/oder Regeln eines Leuchtdiodenfeldes

Fig. 2a, 2b

Flussdiagramme zur Veranschaulichung der Ermittlung der Bezugszeitpunkte und der Einschalt- und Ausschaltzeitpunkte

Fig. 3

beispielhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Impulsverteilung für k=5

Fig. 4

simulierte Stromverteilung bei einer unterschiedlichen Anzahl von Gruppen für eine reale Helligkeitsverteilung

In Fig. 1 wird ein Blockschaltbild von einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 5 zum Steuern und/oder Regeln eines Leuchtdiodenfeldes 2 gezeigt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 5 kann beispielsweise durch einen integrierten Schaltkreis, insbesondere einen Commodity Chip oder einen ASIC realisiert werden. Andere Ausführungen der Schaltungsanordnung 5 sind durchaus vorstellbar.

Das Leuchtdiodenfeld 2 wird hier als Matrix-LED-System angenommen, wie es in neuartig entwickelten Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen Anwendung findet.

Die einzelnen Leuchtdioden LED₁₁, LED₁₂, ... sind in Reihen und Spalten zueinander angeordnet. Die Erfindung ist aber nicht auf Leuchtdiodenfelder mit in Reihen und Spalten angeordneten Leuchtdioden beschränkt.

Es ist hierbei durch aus ohne weiteres vorstellbar, dass das Leuchtdiodenfeld 2 eine andere Anordnung der Leuchtdioden LED₁₁, LED₁₂, ... aufweist.

In heutigen Scheinwerfern kommen LED-Systeme mit 15.000-25.000 Leuchtdioden LED₁₁, LED₁₂, ... zum Einsatz.

Die einzelnen LED können über ein steuerbares Schaltelement 4, welches zum Öffnen oder Schließen angesteuert wird, betrieben werden. Über die Dauer des geschlossenen steuerbaren Schaltelementes 4 wird die Helligkeit der einzelnen Leuchtdioden LED₁₁, LED₁₂, ... eingestellt.

Die erforderliche Helligkeit der einzelnen Leuchtdioden LED₁₁, LED₁₂, ... kann anhand von Bilddaten, die von einem Steuergerät 8 an das Steuer- und oder Regelungsmittel 1 übergeben werden können, ermittelbar sein.

Es ist ebenso vorstellbar, dass die erforderlichen Helligkeitswerte direkt an das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 übergeben werden.

Das Ein- und Ausschalten der steuerbaren Schaltelemente 4 erfolgt mit einer so hohen Frequenz, dass es für das menschliche Auge nicht erkennbar ist.

Neben dem Leuchtdiodenfeld 2 umfasst die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 5 wenigstens eine Stromquelle 6. Bei der Stromquelle 6 handelt es sich um eine steuerbare Stromquelle 6.

Es ist vorstellbar, dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 5 für jede Leuchtdiode LED₁₁, LED₁₂, ... in dem Leuchtdiodenfeld 2 eine Stromquelle 6 und ein steuerbares Schaltelement 4 aufweist. Eine derartige Ausführung ist beispielsweise bei den eingangs genannten neuartigen LED-Scheinwerfern möglich.

Außerdem ist bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 5 wenigstens ein erfindungsgemäßes Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 vorgesehen. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 weist vorzugsweise mehrere Ausgänge 3 auf. Über diese Ausgänge 3 ist das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 mit der steuerbaren Stromquelle 6 und den steuerbaren Schaltelementen 4 des Leuchtdiodenfeldes 1 verbunden.

Ebenso kann das Steuer- und/oder Regelungsmittel wenigstens einen Eingang 9 aufweisen. Über diesen Eingang können beispielsweise Bilddaten zur Ermittlung der erforderlichen Helligkeit übergeben werden.

Das erfindungsgemäße Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ist derart eingerichtet, dass die erforderlichen Prozessschritte zum Erreichen einer gewünschten Helligkeitsverteilung der Leuchtdioden LED₁₁, LED₁₂, ... des Leuchtdiodenfeldes 2 autonom durchlaufen werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuer und/oder Regelungsmittel 1 wird dies dadurch erreicht, dass zunächst eine Anzahl von k Gruppen festgelegt und jede LED einer der k Gruppen zugeordnet wird.

Die Festlegung der Anzahl der notwendigen Gruppen kann zum einen durch eine Berechnung innerhalb des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 während des Betriebes erfolgen.

Weiterhin ist es vorstellbar, eine Anzahl von Gruppen im Vorhinein festzulegen und dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 zu übergeben.

Innerhalb des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 ist es weiterhin vorgesehen, dass eine Einheit 7 zur Bestimmung der Bezugszeitpunkte a_j = a₁ ... a_k vorhanden ist.

Die Bezugszeitpunkte a_j = a₁ ... a_k lassen sich auf unterschiedliche Weise ermitteln. Soll der Rechenaufwand minimiert werden, können die Werte beispielsweise zufällig, mit Hilfe eines Zufallsgenerators gewählt werden.

Bevorzugterweise ist die Einheit 7 so eingerichtet, dass sie aus dem ermittelten Wert der Anzahl der Gruppen den Bezugszeitpunkt a_j = a₁ ... a_k berechnet.

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Einheit 7 so eingerichtet, dass sie den Bezugszeitpunkt a_j = a₁ ... a_k unter Berücksichtigung der Anzahl der Gruppen folgendermaßen ermittelt:

• k=1: a₁ ist frei wählbar,
• k=2: a₁ = 0, a₂ = T,
• $$\mathrm{k}>2:a_1=0,a_2\dots a_{k-1}=i\frac{T}{k-1},a_k=T$$
• mit i = 1 ... k - 2,
• wobei T eine Taktperiode ist.

In Abhängigkeit von den dann zur Verfügung stehenden Bezugszeitpunkten a_j = a₁ ... a_k kann das erfindungsgemäße Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 den Ein- und Ausschaltzeitpunkt ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) des Impulses für jede LED einer Gruppe ermitteln.

Hierzu wird in der Einheit 7 eine Formel für die Berechnung des Einschaltzeitpunktes und des Ausschaltzeitpunktes( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) des Impulses für jede LED einer Gruppe hinterlegt. Im vorliegenden Fall werden folgende Formeln der Einheit zur Verfügung gestellt: $$t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}}=a_j-a_j\ast {\mathit{PW}}_{{\mathit{jp}}_j}$$ $$t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}=a_j+\left(T-a_j\right)\ast {\mathit{PW}}_{{\mathit{jp}}_j}.$$

Aufgrund der ermittelten Ein- bzw. Ausschaltzeiten ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) werden die steuerbaren Schaltelemente 4 zum Schließen oder Öffnen angesteuert.

Während das steuerbare Schaltelement geschlossen ist, liefert die regelbare Stromquelle den benötigten Strom i um die ausgewählte Leuchtdiode zum Leuchten zu bringen und die erforderliche Helligkeitsverteilung zu erreichen.

Fig. 2a, 2b zeigen Flussdiagramme zur besseren zur Veranschaulichung der Ermittlung der Bezugszeitpunkte und der Einschalt- und Ausschaltzeitpunkte. Fig. 2a zeigt eine äußere Schleife und Fig. 2b zeigt eine innere Schleife.

Als vorbereitende Maßnahme wird die Anzahl der k Gruppen nach einer der in Fig. 1 beschriebenen Varianten bestimmt und jede Leuchtdiode einer Gruppe zugeordnet, so dass jede Gruppe m_j Leuchtdioden enthält. Diese Angaben werden dem System in geeigneter Weise zugeführt.

Das Flussdiagramm beginnt in einer äußeren Schleife, in der die einzelnen Gruppen nacheinander durchlaufen werden. Der Wert von j läuft daher von j=1 bis j=k.

Beginnend wird zunächst j:=1 gesetzt, also die erste der k Gruppen betrachtet.

In einem ersten Schritt wird jetzt nach einem der vorgestellten Verfahren der Bezugszeitpunkt a₁ für die erste Gruppe festgelegt. Dies kann wie bereits dargestellt beispielsweise zufällig, gemäß einer hinterlegten Tabelle oder in Anwendung der dargelegten Formeln geschehen.

Nach der Festlegung des Bezugszeitpunktes für die gerade betrachtete Gruppe, startet die innere Schleife der Anwendung.

In der inneren Schleife wird rekursiv für jede zugeordnete Leuchtdiode p_j der in diesem Durchlauf betrachteten Gruppe der Einschaltzeitpunkt und der Ausschaltzeitpunkt ermittelt.

Der Wert von p_j durchläuft alle Werte bis die Anzahl der Leuchtdioden in der jeweiligen Gruppe m_j erreicht ist.

Zunächst ist j=1, so dass die Leuchtdioden p₁ der ersten Gruppen durchlaufen werden.

Hierzu wird zunächst p₁:=1 gesetzt, also die erste Leuchtdiode der ersten Gruppe betrachtet.

Ausgehend von dem Bezugswert für die erste Gruppe wird für diese Leuchtdiode im Folgenden ein Einschaltzeitpunkt und ein Ausschaltzeitpunkt ermittelt.

Ist dies geschehen, wird als nächstes geprüft, ob der Wert von p_j dem Wert von m_j entspricht, also für alle Leuchtdioden der betrachteten Gruppe die innere Schleife abgearbeitet wurde.

Wird die Abfrage mit "nein" beantwortet, wird der Wert von p_j um 1 erhöht und die innere Schleife wird erneut durchlaufen.

Wird die Abfrage mit "ja" beantwortet, endet die innere Schleife und zur äußeren Schleife zurückgekehrt.

Hier wird geprüft, ob der Wert von j dem Wert von k entspricht und somit alle Gruppen abgearbeitet wurden.

Wird die Abfrage mit "nein" beantwortet, wird der Wert von j um 1 erhöht, also die nächste Gruppe betrachtet. Die Rekursion startet erneut.

Wird die Abfrage mit "ja" beantwortet, sind alle erforderlichen Berechnungen durchgeführt worden. Der Ablauf endet.

In Fig. 3 ist eine beispielhafte Darstellung einer erfindungsgemäß ermittelten Impulsverteilung für k=5 gezeigt.

Auf der x-Achse ist die Zeit, in diesem Fall eine Taktperiode T aufgetragen.

Auf der y-Achse ist der Strom der regelbaren Stromquelle 6 aufgetragen.

Im eingeschalteten Zustand fließt der Strom i=i_max, im ausgeschalteten Zustand ist i=0.

Anhand der dargelegten Berechnungsmethode für a_j = a₁ ... a₅ ergeben sich anhand des unter Fig. 1 erläuterten Berechnungsmodells die Bezugszeitpunkte a₁ = 0, $a_2=\frac{T}{4},a_3=\frac{T}{2},a_4=\frac{3T}{4}$, a₅ = T.

Ausgehend von diesen Bezugszeitpunkten werden der Einschaltzeitpunkt und Ausschaltzeitpunkt ( $t_{{\mathit{ein}}_{{\mathit{jp}}_j}},t_{{\mathit{aus}}_{{\mathit{jp}}_j}}$) des Impulses für jede Leuchtdiode einer jeden Gruppe ermittelt, indem die unter Fig. 1 angegebenen Formeln für die Berechnung verwendet werden.

Das vorliegende Beispiel zeigt einen Impuls für jede der 5 Gruppen. Dies würde bedeuten, dass nur eine Leuchtdiode in jeder Gruppe vorhanden wäre. In der Praxis wird eine Vielzahl von Leuchtdioden einer Gruppe zugeordnet. Die Annahme, dass eine Leuchtdiode jeder der k Gruppen zugeordnet wird, dient ausschließlich einer besseren Übersichtlichkeit der Fig. 3.

Durch die erfindungsgemäße Ermittlung der Bezugszeitpunkte und die Berechnung des Einschaltzeitpunktes und des Ausschaltzeitpunktes wird eine gleichmäßige Verteilung der Impulse über eine Taktperiode erreicht.

In der Realität werden eine Vielzahl von Leuchtdioden LED₁₁, LED₁₂, ... eines Leuchtdiodenfeldes 2 jeder Gruppe zugeordnet. Jede dieser Leuchtdioden hat jeweils einen Impuls zur Einstellung der gewünschten Helligkeit.

Daraus ergibt sich, dass der benötigte Strom innerhalb einer Taktperiode nicht konstant i=i_max oder i=0 ist sondern so eingestellt werden muss, wie es der Strombedarf der eingeschalteten Leuchtdioden vorgibt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es den Maximalstrom innerhalb der Schaltungsanordnung zu reduzieren und den Stromverlauf zu harmonisieren.

Fig. 4 zeigt eine simulierte Stromverteilung bei einer unterschiedlichen Anzahl von Gruppen für eine reale Helligkeitsverteilung. In dem vorliegenden Fall wird die Anzahl der k Gruppen nicht ermittelt, sondern eine Gegenüberstellung von unterschiedlichen Anzahlen vorgenommen, um den Einfluss der Gruppenanzahl k auf die Stromverteilung zu verdeutlichen.

Die Einschaltzeitpunkte und die Ausschaltzeitpunkte werden anhand der unter Fig. 1 beschriebenen Formeln berechnet.

Es handelt sich bei der Simulation um eine reale Anordnung mit mehreren Tausend Leuchtdioden, die den unterschiedlichen Gruppen gemäß den in Fig. 1 dargestellten Kriterien zugeordnet werden.

Hierbei zeigt

• L1 den Stromverlauf für k=1, wenn alle Leuchtdioden bei a₁ = 0 eingeschaltet werden,
• L2 den Stromverlauf für k=2, wobei a₁ = 0, a₂ = T angenommen wird,
• L3 den Stromverlauf für k=3, wobei a₁ = 0, $a_2=\frac{T}{2}$, a₃ = T angenommen wird,
• L4 den Stromverlauf für k=5, wobei a₁ = 0, $a_2=\frac{T}{4},a_3=\frac{T}{2},a_4=\frac{3T}{4}$, a₅ = T angenommen wird.

Es wurde der Strom i_max dimensionslos mit i_max=1 angenommen.

Als Ergebnis ist hier erkennbar, dass der Maximalstrom mit einer zunehmenden Anzahl von Gruppen deutlich reduziert und der Stromverlauf abgeflacht und kontinuierlicher wird. Die Reduktion des Strommaximums wird jedoch mit einer zunehmenden Anzahl von k kleiner, was die dargestellte Ermittlung der benötigten Anzahl von Gruppen in seiner Wichtigkeit unterstreicht. Für die Realisierung muss hier insbesondere eine Aufwand/Nutzen-Abwägung mit Hilfe der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
eine Aufwand/Nutzen-Abwägung mit Hilfe der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.