AT15919U1 - LED control with superimposed high-frequency and low-frequency pulses - Google Patents

LED control with superimposed high-frequency and low-frequency pulses Download PDF

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AT15919U1
AT15919U1 ATGM9023/2014U AT90232014U AT15919U1 AT 15919 U1 AT15919 U1 AT 15919U1 AT 90232014 U AT90232014 U AT 90232014U AT 15919 U1 AT15919 U1 AT 15919U1
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low
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frequency pulse
pulse signal
dimming
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ATGM9023/2014U
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Keller Ueli
Pereira Eduardo
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Tridonic Gmbh & Co Kg
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Abstract

Es wird vorgeschlagen eine Betriebsschaltung für den Betrieb einer LED-Strecke, aufweisend: - eine Schaltreglerschaltung zur Erzeugung eines Stroms für die LED-Strecke und aufweisend mindestens einen Schalter (S1) und eine als Energiespeicher dienende Spule (L1), und - eine Steuerschaltung (SR) zur Steuerung des Schalters (S1) mit einem Steuersignal (ST), bei dem einem hochfrequenten Impulssignal ein im Vergleich dazu niederfrequentes Impulssignal (STLF) überlagert wird, wobei das hochfrequente Impulssignal und das niederfrequente Impulssignal (STLF) synchronisiert sind.It is proposed an operating circuit for the operation of an LED track, comprising: - a switching regulator circuit for generating a current for the LED track and having at least one switch (S1) and serving as an energy storage coil (L1), and - a control circuit ( SR) for controlling the switch (S1) with a control signal (ST) in which a high-frequency pulse signal is superimposed by a comparatively low-frequency pulse signal (STLF), wherein the high-frequency pulse signal and the low-frequency pulse signal (STLF) are synchronized.

Description

Beschreibungdescription

LED-STEUERUNG MIT ÜBERLAGERTEN HOCHFREQUENTEN UND NIEDERFREQUENTEN IMPULSEN [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltung zum Betrieb von Leuchtmitteln insbesondere Leuchtdioden (LEDs) mittels beispielsweise Schaltreglern zur Bereitstellung eines Betriebsstroms für die LEDs.LED CONTROL WITH OVERLAY HIGH-FREQUENCY AND LOW-FREQUENCY IMPULSES The present invention relates to a method and a circuit for operating lamps, in particular light-emitting diodes (LEDs) by means of, for example, switching regulators for providing an operating current for the LEDs.

[0002] Es ist grundsätzlich bekannt, Schaltregler, insbesondere Abwärtswandler zur Ansteuerung von LEDs zu verwenden.It is generally known to use switching regulators, in particular step-down converters for driving LEDs.

[0003] Dabei steuert eine Steuereinheit einen getakteten Halbleiter-Leistungsschalter an, mittels dem in dessen eingeschalteten Zustand eine Spule magnetisiert wird. Die in der Spule aufgebaute Energie entlädt sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters über die LEDStrecke.A control unit controls a clocked semiconductor power switch, by means of which a coil is magnetized in its switched-on state. The energy built up in the coil is discharged via the LED path when the switch is switched off.

[0004] Es kommt somit zu einem zickzackförmigen Stromverlauf durch die LED-Strecke um einen konstanten Mittelwert herum, wobei sich im eingeschalteten Zustand des Schalters jeweils eine ansteigende Flanke und im ausgeschalteten Zustand des Schalters eine abfallende Flanke des Leuchtdiodenstroms ergibt. Der zeitliche Mittelwert des LED-Stroms wird durch entsprechende hochfrequente Taktung des Leistungsschalters durch eine Steuereinheit eingestellt.There is thus a zigzag current flow through the LED path around a constant average, with a rising edge in the switched-on state and a falling edge of the light-emitting diode current when the switch is switched off. The temporal mean value of the LED current is set by a control unit by corresponding high-frequency clocking of the circuit breaker.

[0005] Indessen ist es bekannt, dass zum Dimmen der LED-Strecke die Steuereinheit der hochfrequenten Taktung des Schalters eine im Vergleich dazu niederfrequente Pulsweitenmodulation, auch PWM-Modulation genannt, überlagern kann. Bei dieser PWM-Modulation wird bei konstanter Frequenz das Tastverhältnis bzw. der Tastgrad eines Rechteckpulses moduliert. Mit anderen Worten wird bei fester Impulsperiodendauer von der Steuereinheit entweder die Impulsdauer oder die Pausendauer nach einem Impuls geändert.Meanwhile, it is known that for dimming the LED path, the control unit of the high-frequency clocking of the switch can overlay a low-frequency pulse width modulation, also called PWM modulation. With this PWM modulation, the pulse duty factor or the pulse duty factor of a rectangular pulse is modulated at a constant frequency. In other words, if the pulse period is fixed, the control unit changes either the pulse duration or the pause duration after a pulse.

[0006] Fig. 1 zeigt ein Beispiel für den Verlauf eines PWM-Signals LFPWM, dass nach dem Stand der Technik der hochfrequenten Taktung des Schalters überlagern wird. In der PWMModulation bleibt die Impulsperiodendauer TLF konstant, wobei die Frequenz des PWM-Signals beispielsweise 500 Hz beträgt. Wahlweise ist dann die Impulsdauer TonLF oder die Pausendauer ToffLF zum Erreichen des gewünschten Dimm-Levels veränderbar. Der Schaltregler zur Ansteuerung der LED-Strecke wird in bekannter Weise von einer in Fig. 1 gezeigten Busspannung Vbus versorgt, die um einen Mittelwert VO eine Restwelligkeit bzw. einen Ripple von beispielsweise 100 Hz aufweist.Fig. 1 shows an example of the course of a PWM signal LFPWM that the high-frequency clocking of the switch is superimposed according to the prior art. In PWM modulation, the pulse period T LF remains constant, the frequency of the PWM signal being 500 Hz, for example. The pulse duration Ton LF or the pause duration Toff LF can then be changed to achieve the desired dimming level. The switching regulator for controlling the LED path is supplied in a known manner from a bus voltage Vbus shown in FIG. 1, which has a ripple or ripple of, for example, 100 Hz around an average value VO.

[0007] Bei einer positiven Flanke des PWM-Signals LF PWM wird der Schalter des Schaltreglers geschlossen, was zu einer linearen Steigung des LED-Stroms ILED führt. Bei Erreichen eines Maximalwerts Imax wird der Schalter geöffnet. Der LED-Strom nimmt wieder linear ab, bis eine untere Schwelle Imin erreicht wird. Das folgende Schließen des Schalters führt zum zuvor genannten zickzackförmigen Stromverlauf des LED-Stroms um den Wert lamp während der Impulsdauer des PWM-Signals LF PWM.With a positive edge of the PWM signal LF PWM, the switch of the switching regulator is closed, which leads to a linear increase in the LED current ILED. When a maximum value Imax is reached, the switch is opened. The LED current decreases linearly again until a lower threshold Imin is reached. The subsequent closing of the switch leads to the aforementioned zigzag current profile of the LED current around the value lamp during the pulse duration of the PWM signal LF PWM.

[0008] Nachdem die Steuereinheit einen Dimmbefehl erhalten hat, berechnet sie die entsprechende Impulsdauer TonLF, die für den gewünschten Dimmpegel erforderlich ist. Sobald die zuvor berechnete Impulsdauer TonLF abgelaufen ist, wird für die restliche Pausendauer ToffLF der Schalter geöffnet. Zum Erreichen eines mittleren LED-Stroms IO wird dabei die Impulsdauer TonLF abhängig von folgender Formel berechnet:After the control unit has received a dimming command, it calculates the corresponding pulse duration Ton LF , which is required for the desired dimming level. As soon as the previously calculated pulse duration Ton LF has expired, the switch is opened for the remaining pause duration Toff LF . To achieve an average LED current IO, the pulse duration Ton LF is calculated depending on the following formula:

IO = lamp * TonLF * (TonLF + ToffLF) [0009] Indessen wurde erkannt, dass diese Art der Schaltersteuerung nachteilig sein kann. Die Steigung bzw. die Steilheit des LED-Stroms ist nämlich abhängig von dem Ripple der Busspannung Vbus und z.B. von der LED-Spannung, die wiederum von der Temperatur abhängt. Für einen bestimmten Dimmbefehl ist daher die Anzahl der hochfrequenten Impulse während der /15IO = lamp * Ton LF * (Ton LF + Toff LF ) However, it has been recognized that this type of switch control can be disadvantageous. The slope or the slope of the LED current is namely dependent on the ripple of the bus voltage Vbus and, for example, on the LED voltage, which in turn depends on the temperature. For a specific dimming command, the number of high-frequency pulses is therefore during / 15

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Impulsdauer TonLF variabel.Pulse duration tone LF variable.

[0010] Weiterhin wurde erkannt, dass für ein festgesetztes Tastverhältnis des PWM-Signals LFPWM der LED-Strom sich beim Ablauf der Impulsdauer TonLF in unterschiedlichen Phasen befinden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann z.B. der LED-Strom den Maximalwerts Imax oder den Minimalwert Imin aufweisen. Alternativ kann der LED-Strom nach Ablauf der Impulsdauer TonLF mitten in einer Anstiegs- oder Abnahme-Phase sein. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Steigung des LED-Stroms nicht immer gleich bleibt.Furthermore, it was recognized that for a fixed duty cycle of the PWM signal LFPWM, the LED current can be in different phases when the pulse duration tone LF expires. At this time, for example, the LED current can have the maximum value Imax or the minimum value Imin. Alternatively, the LED current can be in the middle of an increase or decrease phase after the pulse duration Ton LF . This is due to the fact that the slope of the LED current does not always remain the same.

[0011] Dies kann z.B. bei niedrigen Dimm-Werten zu unerwünschten Flicker-Erscheinungen führen.This can e.g. with low dimming values lead to undesirable flicker phenomena.

[0012] Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltung zum Betrieb von LEDs vorzuschlagen.The present invention is based on the object of proposing an improved circuit for operating LEDs.

[0013] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.[0013] This object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

[0014] Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen eine Betriebsschaltung für den Betrieb einer LED-Strecke, aufweisend:[0014] According to one aspect of the invention, an operating circuit for operating an LED section is proposed, comprising:

[0015] - eine Schaltreglerschaltung zur Erzeugung eines Stroms für die LED-Strecke und aufweisend mindestens einen Schalter und eine als Energiespeicher dienende Spule, und [0016] - eine Steuerschaltung zur Steuerung des Schalters mit einem Steuersignal, bei dem einem hochfrequenten Impulssignal ein im Vergleich dazu niederfrequentes Impulssignal überlagert wird, [0017] wobei das hochfrequente Impulssignal und das niederfrequente Impulssignal synchronisiert sind.- A switching regulator circuit for generating a current for the LED path and having at least one switch and a coil serving as energy storage, and [0016] - A control circuit for controlling the switch with a control signal, in which a high-frequency pulse signal is compared for this purpose, low-frequency pulse signal is superimposed, the high-frequency pulse signal and the low-frequency pulse signal being synchronized.

[0018] Es wird also eine Synchronisation der hochfrequenten Taktung des Schalters und der niederfrequenten Modulation dieser hochfrequenten Taktung vorgeschlagen. Die niederfrequente Modulation wird somit abhängig von der hochfrequenten Taktung des Schalters durchgeführt.A synchronization of the high-frequency clocking of the switch and the low-frequency modulation of this high-frequency clocking is proposed. The low-frequency modulation is thus carried out depending on the high-frequency clocking of the switch.

[0019] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen ein Verfahren zum Betrieb einer LED-Strecke mittels einer Schaltreglerschaltung aufweisend mindestens einen Schalter und eine als Energiespeicher dienende Spule. Das Verfahren weist auf den Schritt der Steuerung des Schalters mit einem Steuersignal, bei dem einem hochfrequenten Impulssignal ein im Vergleich dazu niederfrequentes Impulssignal überlagert wird, wobei das hochfrequente Impulssignal und das niederfrequente Impulssignal synchronisiert werden.According to a further aspect of the invention, a method for operating an LED section by means of a switching regulator circuit is proposed, comprising at least one switch and a coil serving as an energy store. The method has the step of controlling the switch with a control signal, in which a high-frequency pulse signal is superimposed on a low-frequency pulse signal, the high-frequency pulse signal and the low-frequency pulse signal being synchronized.

[0020] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen eine integrierte Schaltung, vorzugsweise in Form eines Mikrocontrollers, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder eines digitalen Signalprozessors, zur Durchführung des Verfahrens.According to a further aspect of the invention, an integrated circuit is proposed, preferably in the form of a microcontroller, an application-specific integrated circuit (ASIC) or a digital signal processor, for carrying out the method.

[0021] Es wird also eine Synchronisation der hochfrequenten Taktung des Schalters und der niederfrequenten Modulation dieser hochfrequenten Taktung vorgeschlagen. Die niederfrequente Modulation wird somit abhängig von der hochfrequenten Taktung des Schalters durchgeführt.A synchronization of the high-frequency clocking of the switch and the low-frequency modulation of this high-frequency clocking is proposed. The low-frequency modulation is thus carried out depending on the high-frequency clocking of the switch.

[0022] Die abfallenden Flanken des niederfrequenten Impulssignals können mit dem hochfrequenten Impulssignal synchronisiert sein.The falling edges of the low-frequency pulse signal can be synchronized with the high-frequency pulse signal.

[0023] Die Zeitdauer jedes Impulses des niederfrequenten Impulssignals kann derart gewählt werden, dass während dieser Zeitdauer das hochfrequente Impulssignal nur vollständige Impulse aufweist.The duration of each pulse of the low-frequency pulse signal can be chosen such that the high-frequency pulse signal has only complete pulses during this period.

[0024] Mit anderen Worten soll vorzugsweise eine abfallende Flanke eines niederfrequenten Impulses keinen hochfrequenten Impuls unterbrechen. Eine abfallende Flanke eines niederfrequenten Impulses darf also gemäss diesem Beispiel nur zu einem Zeitpunkt erzeugt werden, zu dem das hochfrequente Impulssignal keinen Impuls aufweist.In other words, a falling edge of a low-frequency pulse should preferably not interrupt a high-frequency pulse. According to this example, a falling edge of a low-frequency pulse may only be generated at a time when the high-frequency pulse signal has no pulse.

[0025] Die Überlagerung besteht insbesondere darin, dass z.B. zum Dimmen der LEDs dieThe overlay consists in particular in that e.g. to dim the LEDs

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Steuereinheit der hochfrequenten Taktung des Schalters eine im Vergleich dazu niederfrequente Modulation überlagert.Control unit of the high-frequency clocking of the switch superimposed a low-frequency modulation.

[0026] Während jedes Impulses des niederfrequenten Impulssignals kann das hochfrequente Impulssignal dieselbe Anzahl an vollständigen Impulsen aufweisen.During each pulse of the low-frequency pulse signal, the high-frequency pulse signal can have the same number of complete pulses.

[0027] Die Steuereinheit kann eine abfallende Flanke des niederfrequenten Impulses dann erzeugen, wenn erkannt wird, dass der Strom für die LED-Strecke abnimmt.The control unit can then generate a falling edge of the low-frequency pulse when it is detected that the current for the LED path is decreasing.

[0028] Die Steuereinheit kann eine abfallende Flanke des niederfrequenten Impulses dann erzeugen, wenn erkannt wird, dass der Strom für die LED-Strecke einen Minimalwert erreicht.The control unit can then generate a falling edge of the low-frequency pulse when it is detected that the current for the LED path has reached a minimum value.

[0029] Die Anzahl der hochfrequenten Impulse während eines niederfrequenten Impulses kann unabhängig von einem Dimmgrad für die LED-Strecke sein.The number of high-frequency pulses during a low-frequency pulse can be independent of a degree of dimming for the LED path.

[0030] Bei konstantem Dimmgrad für die LED-Strecke kann das Tastverhältnis des niederfrequenten Impulssignals konstant bleiben.With a constant degree of dimming for the LED path, the pulse duty factor of the low-frequency pulse signal can remain constant.

[0031] Zum Dimmen der LED-Strecke kann die Pausendauer zwischen zwei Impulsen des niederfrequenten Impulssignals einstellbar sein.For dimming the LED path, the pause time between two pulses of the low-frequency pulse signal can be adjustable.

[0032] Die Pausendauer kann von der Impulsdauer und von einem gewünschten Dimmgrad abhängig sein, vorzugsweise gemäß folgender Formel:The pause duration can depend on the pulse duration and on a desired degree of dimming, preferably according to the following formula:

tOFF/LF1 = tON/LF1 / dim + tON/LF1.tOFF / LF1 = tON / LF1 / dim + tON / LF1.

[0033] Die Anzahl der hochfrequenten Impulse kann während eines niederfrequenten Impulses abhängig von einem Dimmgrad für die LED-Strecke sein.The number of high-frequency pulses can be dependent on a degree of dimming for the LED path during a low-frequency pulse.

[0034] Bei variierendem Dimmgrad für die LED-Strecke kann das Tastverhältnis des niederfrequenten Impulssignals konstant bleiben.With a varying degree of dimming for the LED path, the pulse duty factor of the low-frequency pulse signal can remain constant.

[0035] Zum Dimmen der LED-Strecke kann die Anzahl der hochfrequenten Impulse während eines niederfrequenten Impulses einstellbar sein.For dimming the LED path, the number of high-frequency pulses can be adjustable during a low-frequency pulse.

[0036] Zur Synchronisierung des hochfrequenten Impulssignals und des niederfrequenten Impulssignals kann die Zeitdauer eines hochfrequenten Impulssignals ermittelt werden, z.B. durch direkte Messung des hochfrequenten Impulssignals oder durch direkte oder indirekte Messung des Stroms für die LED-Strecke oder durch Abschätzung auf Basis des aktuellen Werts der Eingangsspannung.To synchronize the high-frequency pulse signal and the low-frequency pulse signal, the duration of a high-frequency pulse signal can be determined, e.g. by direct measurement of the high-frequency pulse signal or by direct or indirect measurement of the current for the LED section or by estimation based on the current value of the input voltage.

[0037] Die Frequenz des niederfrequenten Impulssignals kann variierbar sein.[0037] The frequency of the low-frequency pulse signal can be variable.

[0038] Die Steuerschaltung kann das hochfrequente Impulssignal derart erzeugen, dass wenn der Strom für die LED-Strecke einen Maximalwert erreicht, das hochfrequente Impulssignaleine eine negative Flanke zum Öffnen des Schalters aufweist, und wenn der Strom für die LEDStrecke einen Minimalwert erreicht, das hochfrequente Impulssignal eine positive Flanke zum Schließen des Schalters aufweist.The control circuit can generate the high frequency pulse signal such that when the current for the LED path reaches a maximum value, the high frequency pulse signal has a negative edge to open the switch, and when the current for the LED path reaches a minimum value, the high frequency Pulse signal has a positive edge to close the switch.

[0039] Bei eingeschaltetem Schalter kann in der Spule eine Energie aufgebaut werden, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über die LED-Strecke entlädt.When the switch is switched on, energy can be built up in the coil, which discharges via the LED path when the switch is switched off.

[0040] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen eine Betriebsschaltung, vorzugsweise nach einem der obigen Aspekte, für den Betrieb einer LED-Strecke, aufweisend:[0040] According to a further aspect of the invention, an operating circuit, preferably according to one of the above aspects, is proposed for operating an LED line, comprising:

[0041] - eine Schaltreglerschaltung zur Erzeugung eines Stroms für die LED-Strecke und aufweisend mindestens einen Schalter und eine als Energiespeicher dienende Spule, und [0042] - eine Steuerschaltung zur Steuerung des Schalters mit einem Steuersignal, bei dem einem hochfrequenten Impulssignal ein im Vergleich dazu niederfrequentes Impulssignal überlagert wird, [0043] wobei zum Dimmen bzw. Herunterdimmen der LED-Strecke in einem höheren Dimmbereich das Tastverhältnis des niederfrequenten Impulssignals verringert wird, und zum Dimmen- A switching regulator circuit for generating a current for the LED path and having at least one switch and a coil serving as an energy store, and [0042] - A control circuit for controlling the switch with a control signal in which a high-frequency pulse signal is compared for this purpose, low-frequency pulse signal is superimposed, the duty cycle of the low-frequency pulse signal being reduced for dimming or dimming the LED path in a higher dimming range, and for dimming

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Patentamt bzw. Herunterdimmen der LED-Strecke in einem niedrigeren Dimmbereich die Pausendauer des niederfrequenten Impulssignals erhöht wird.Patent office or dimming down the LED path in a lower dimming range, the pause duration of the low-frequency pulse signal is increased.

[0044] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen ein Verfahren, vorzugsweise nach einem der obigen Aspekte, zum Betrieb einer LED-Strecke mittels einer Schaltreglerschaltung aufweisend mindestens einen Schalter und eine als Energiespeicher dienende Spule, aufweisend die Steuerung des Schalters mit einem Steuersignal, bei dem einem hochfrequenten Impulssignal ein im Vergleich dazu niederfrequentes Impulssignal überlagert wird, wobei zum Dimmen bzw. Herunterdimmen der LED-Strecke in einem höheren Dimmbereich das Tastverhältnis des niederfrequenten Impulssignals (STLf) verringert wird, und zum Dimmen bzw. Herunterdimmen der LED-Strecke in einem niedrigeren Dimmbereich die Pausendauer (TOFF) des niederfrequenten Impulssignals (STLF) erhöht wird.According to a further aspect of the invention, a method is proposed, preferably according to one of the above aspects, for operating an LED section by means of a switching regulator circuit having at least one switch and a coil serving as an energy store, having the control of the switch with a control signal, in which a high-frequency pulse signal is superimposed with a low-frequency pulse signal, the duty cycle of the low-frequency pulse signal (ST L f) being reduced for dimming or dimming the LED path in a higher dimming range, and for dimming or dimming the LED In a lower dimming range, the pause duration (TOFF) of the low-frequency pulse signal (ST LF ) is increased.

[0045] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen eine integrierte Schaltung, vorzugsweise in Form eines Mikrocontrollers, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder eines digitalen Signalprozessors, zur Durchführung des Verfahrens. [0046] Der höhere Dimmbereich und der niedrigere Dimmbereich können angrenzen.According to a further aspect of the invention, an integrated circuit, preferably in the form of a microcontroller, an application-specific integrated circuit (ASIC) or a digital signal processor, is proposed for carrying out the method. [0046] The higher dimming range and the lower dimming range can adjoin.

[0047] Im höheren Dimmbereich bleibt die Periode eines niederfrequenten Impulses vorzugsweise konstant und lediglich die Impulsdauer wird verringert.In the higher dimming range, the period of a low-frequency pulse preferably remains constant and only the pulse duration is reduced.

[0048] Im niedrigeren Dimmbereich bleibt die Impulsdauer des niederfrequenten Impulssignals vorzugsweise konstant und lediglich die Pausendauer wird erhöht.In the lower dimming range, the pulse duration of the low-frequency pulse signal preferably remains constant and only the pause duration is increased.

[0049] Die Impulsdauer, die an der unteren Grenze des höheren Dimmbereichs erreicht wird, kann im gesamten niedrigeren Dimmbereich konstant gehalten werden.The pulse duration that is reached at the lower limit of the higher dimming range can be kept constant throughout the lower dimming range.

[0050] Die Periode des niederfrequenten Impulses, die an der oberen Grenze des niedrigeren Dimmbereichs erreicht wird, kann im gesamten höheren Dimmbereich konstant gehalten werden.The period of the low-frequency pulse, which is reached at the upper limit of the lower dimming range, can be kept constant throughout the higher dimming range.

[0051] Die Steuerschaltung kann das hochfrequente Impulssignal derart erzeugen, dass wenn der Strom für die LED-Strecke einen Maximalwert erreicht, das hochfrequente Impulssignal eine negative Flanke zum Öffnen des Schalters aufweist, und wenn der Strom für die LEDStrecke einen Minimalwert erreicht, das hochfrequente Impulssignal eine positive Flanke zum Schließen des Schalters aufweist.The control circuit can generate the high-frequency pulse signal such that when the current for the LED path reaches a maximum value, the high-frequency pulse signal has a negative edge to open the switch, and when the current for the LED path reaches a minimum value, the high-frequency Pulse signal has a positive edge to close the switch.

[0052] Bei eingeschaltetem Schalter kann in der Spule eine Energie aufgebaut werden, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über die LED-Strecke entlädt.When the switch is switched on, energy can be built up in the coil, which discharges via the LED path when the switch is switched off.

[0053] Weitere Aspekte, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele und anhand der Figuren der begleitenden Zeichnungen näher erläutert.Further aspects, features and properties of the present invention are explained in more detail from the following description of exemplary embodiments and with reference to the figures of the accompanying drawings.

[0054] Fig [0055] Fig. 2 [0056] Fig. 3 [0057] Fig. 4 [0058] Fig. 5 [0059] Fig. 6 [0060] Fig. 7 zeigt Signalverläufe, wie sie sich bei einer Betriebsschaltung nach dem Stand der Technik einstellen, zeigt eine Betriebsschalung für Leuchtdioden gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, zeigt eine erfindungsgemäße Abwandlung der Betriebsschalung von Fig. 2, zeigt Signalverläufe, wie sie sich bei einer Betriebsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einstellen, zeigt Signalverläufe, wie sie sich bei einer Betriebsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel einstellen, zeigt den Verlauf des LED-Stroms, der Impulsdauer und der Frequenz des niederfrequenten Impulssignals gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und zeigt den Verlauf des LED-Stroms bei unterschiedlichen Dimmwerten gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.Fig. 2 [0056] Fig. 3 [0057] Fig. 4 [0058] Fig. 5 [0059] Fig. 6 [0060] Fig. 7 shows waveforms as they occur in an operating circuit the state of the art, shows an operational formwork for light emitting diodes according to an embodiment of the present invention, shows a modification of the operational formwork of FIG. 2, shows waveforms as they occur in an operational circuit according to a first embodiment, shows waveforms as they occur in an operating circuit according to a second embodiment, shows the profile of the LED current, the pulse duration and the frequency of the low-frequency pulse signal according to a third embodiment, and shows the profile of the LED current at different dimming values according to the third embodiment.

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Patentamt [0061] In Fig. 2 ist schematisch eine Schaltung zum Betrieb von Leuchtdioden (LEDs) bzw. zum Betrieb einer LED-Strecke gezeigt.Patent Office [0061] FIG. 2 schematically shows a circuit for operating light-emitting diodes (LEDs) or for operating an LED section.

[0062] Im dargestellten Beispiel umfasst die LED-Strecke zwei in Serie geschaltete LEDs. Indessen kann sich die Betriebsschaltung an die Art und die Anzahl der ebenfalls seriell verbundenen Leuchtdioden (LED) anpassen. Die Betriebsschaltung kann für lediglich eine LED eingesetzt werden. Alternativ können die LEDs auch parallel oder gemäß einer Seriell- und Parallelanordnung geschaltet sein. Die LEDs können OLEDs sein. Weiterhin kann es sich bspw. um monochromatische LEDs, Farbstoff-konvertierte weiße LEDs und/oder um RGB-LEDModule handeln.In the example shown, the LED section comprises two LEDs connected in series. However, the operating circuit can adapt to the type and number of light-emitting diodes (LEDs) that are also connected in series. The operating circuit can be used for only one LED. Alternatively, the LEDs can also be connected in parallel or according to a serial and parallel arrangement. The LEDs can be OLEDs. Furthermore, it can be, for example, monochromatic LEDs, dye-converted white LEDs and / or RGB LED modules.

[0063] Die Betriebsschaltung kann als Schaltregler bezeichnet werden, in dem die Stromversorgung der LED-Strecke mittels mindestens eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters und mindestens eines Energiespeichers gewährleistet wird.The operating circuit can be referred to as a switching regulator in which the power supply to the LED path is ensured by means of at least one periodically operating electronic switch and at least one energy store.

[0064] Eine Eingangsspannung bzw. Busspannung Vin wird der Betriebsschaltung zugeführt, wobei diese Eingangsspannung Vin eine gleichgerichtete Wechselspannung bzw. DCSpannung sein kann. Diese gleichgerichtete Wechselspannung bzw. DC-Spannung kann eine vorzugsweise näherungsweise konstante Spannung aufweisend eine Restwelligkeit oder Ripple sein. Die Eingangsspannung Vin kann ebenfalls eine konstante Gleichspannung sein in Form z.B. einer Batteriespannung.An input voltage or bus voltage Vin is fed to the operating circuit, and this input voltage Vin can be a rectified AC voltage or DC voltage. This rectified AC voltage or DC voltage can be a preferably approximately constant voltage having a ripple or ripple. The input voltage Vin can also be a constant DC voltage in the form of e.g. a battery voltage.

[0065] Die Betriebsschaltung der Fig. 2 ist als Buck Konverter oder Abwärtswandler ausgestaltet. Die Eingangsspannung Vin liegt an einer Serienschaltung eines Halbleiter-Leistungsschalter S1, wie beispielsweise eines MOSFETs, und einer Freilaufdiode D1 an. Vorzugsweise ist in Serie zum Schalter S1 und zur Freilaufdiode D1 noch einen Messwiderstand Rs zum Ermitteln des Stroms durch den Schalter S1 vorgesehen. Eine Serienschaltung bestehend aus einer Spule L1 und der LED-Strecke ist parallel zur Freilaufdiode D1 angeordnet. In parallel zur LEDStrecke kann ein Kondensator C1 geschaltet sein.2 is designed as a buck converter or step-down converter. The input voltage Vin is applied to a series circuit of a semiconductor power switch S1, such as a MOSFET, and a free-wheeling diode D1. A measuring resistor Rs for determining the current through the switch S1 is preferably also provided in series with the switch S1 and the free-wheeling diode D1. A series circuit consisting of a coil L1 and the LED path is arranged parallel to the free-wheeling diode D1. A capacitor C1 can be connected in parallel to the LED path.

[0066] Im eingeschalteten Zustand des Schalters S1 fließt ein Strom durch die LED-Strecke und die Spule L1. Während dieser Einschaltphase steigt somit der Strom durch die Spule L1. Während einer darauffolgenden Freilaufphase d.h. im ausgeschalteten Zustand des Schalters S1 entlädt sich die in der Spule L1 gespeicherte Energie in Form eines Stroms durch die LEDStrecke.When switch S1 is on, a current flows through the LED path and coil L1. During this switch-on phase, the current through coil L1 increases. During a subsequent free-running phase i.e. When switch S1 is switched off, the energy stored in coil L1 is discharged in the form of a current through the LED path.

[0067] Es ist eine Steuerschaltung SR vorgesehen, die als Stellgröße der Regelung der LEDLeistung bzw. des LED-Stroms die Taktung des Schalters S1 in Form eines erfindungsgemäßen Signals vorgibt. Die Steuerschaltung SR kann als Steuer- und/oder Regelschaltung ausgestaltet sein.A control circuit SR is provided, which specifies the timing of the switch S1 in the form of a signal according to the invention as the manipulated variable for regulating the LED power or the LED current. The control circuit SR can be designed as a control and / or regulating circuit.

[0068] Mittels des Messwiderstands RS erfasst die Steuerschaltung SR den Strom durch den Schalter S1. Diese Erfassung erfolgt im eingeschalteten Zustand des Schalters S1. Über einen Spannungsteiler R1, R2 kann die Steuerschaltung SR das Potential auf der potentialniedrigeren Seite der LED-Strecke erfassen. Ein weiterer Spannungsteiler R3, R4 ermöglicht die Erfassung der Eingangsspannung Vin.By means of the measuring resistor RS, the control circuit SR detects the current through the switch S1. This detection takes place when switch S1 is switched on. The control circuit SR can detect the potential on the lower-potential side of the LED path via a voltage divider R1, R2. Another voltage divider R3, R4 enables the input voltage Vin to be detected.

[0069] Fig. 3 zeigt eine Modifikation der Schaltung von Fig. 2 dahingehend, dass die Anordnung der Spule L1, der Freilaufdiode D1 sowie der Orientierung der LED-Strecke modifiziert ist. Die Betriebsschaltung der Fig. 3 ist als Boost Konverter oder Aufwärtswandler ausgestaltet.Fig. 3 shows a modification of the circuit of Fig. 2 in that the arrangement of the coil L1, the freewheeling diode D1 and the orientation of the LED path is modified. 3 is designed as a boost converter or step-up converter.

[0070] Die vorliegende Erfindung lässt sich auch bei einer Ausgestaltung der Betriebsschaltung als Buck-Boost Konverter, auch Sperrwandler oder Inverter genannt, anwenden.The present invention can also be used in a configuration of the operating circuit as a buck-boost converter, also known as a flyback converter or inverter.

[0071] Fig. 4 zeigt den Verlauf der Eingangsspannung Vin, des LED-Stroms ILED d.h. des Stroms durch die LED-Strecke, das niederfrequente Steuersignal STLF und das Steuersignal ST zum Ansteuern des Schalters S1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel Aspekt der Erfindung. Falls ein Kondensator C1 parallel zur LED-Strecke angeordnet ist, handelt es sich beim LED-Strom vorzugsweise um den Strom durch die Parallelschaltung von Kondensator C1 und LED-Strecke.Fig. 4 shows the course of the input voltage Vin, the LED current ILED ie the current through the LED path, the low-frequency control signal ST LF and the control signal ST for driving the switch S1 according to a first embodiment aspect of the invention. If a capacitor C1 is arranged parallel to the LED path, the LED current is preferably the current through the parallel connection of capacitor C1 and the LED path.

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Patentamt [0072] Das niederfrequente Steuersignal STLF weist eine erste Impulsperiodendauer mit einer Impulsdauer tON/LF1 und einer Pausendauer bzw. Ausschaltzeitdauer tOFF/LFI. Die nächste Impulsperiodendauer weist gleichermaßen eine Impulsdauer tON/LF2, gefolgt von einer Pausendauer. Die Dauer der Impulsperiodendauer ist in diesem Ausführungsbeispiel im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mehr konstant.Patent Office The low-frequency control signal ST LF has a first pulse period with a pulse duration tON / LF1 and a pause duration or switch-off duration tOFF / LFI. The next pulse period also has a pulse duration tON / LF2, followed by a pause. In contrast to the prior art, the duration of the pulse period is no longer constant in this exemplary embodiment.

[0073] Während einer Impulsperiodendauer des niederfrequenten Steuersignals STLF wird der Schalter S1 alternierend ein- und ausgeschaltet. Beim ersten Einschalten des Schalters S1 während der Impulsdauer tON/LF1 steigt der LED-Strom ILED linear von Null an. Sobald der LED-Strom einen Maximalwert Imax erreicht, wird der Schalter S1 wieder ausgeschaltet. Danach erfolgt der zickzackförmige Stromverlauf des Stroms durch die LED-Strecke in dem der Schalter bei Erreichen eines Minimalwerts Imin bzw. des Maximalwerts Imax alternierend einund ausgeschaltet wird.During a pulse period of the low-frequency control signal ST LF , the switch S1 is switched on and off alternately. When switch S1 is switched on for the first time during the pulse duration tON / LF1, the LED current ILED increases linearly from zero. As soon as the LED current reaches a maximum value Imax, switch S1 is switched off again. This is followed by the zigzag current flow of the current through the LED path, in which the switch is switched on and off alternately when a minimum value Imin or a maximum value Imax is reached.

[0074] In Fig. 4 ist gezeigt, wie der LED-Strom während einer niederfrequenten Impulsperiodendauer zunächst von Null ansteigt, den Minimalwert Imin zum Zeitpunkt t1A erreicht, und noch weiter bis zum Maximalwert Imax ansteigt. Zum Zeitpunkt t1A+t1B, wenn der LED-Strom z.B. zum dritten Mal bis zum Minimalwert Imin absinkt, wird der niederfrequente Impuls beendet. Die Zeitdauer t1 A+t1 B entspricht der Impulsdauer tON/LF1.4 shows how the LED current initially rises from zero during a low-frequency pulse period, reaches the minimum value Imin at time t1A, and continues to rise up to the maximum value Imax. At time t1A + t1B, when the LED current e.g. for the third time to the minimum value Imin, the low-frequency pulse is ended. The time duration t1 A + t1 B corresponds to the pulse duration tON / LF1.

[0075] Der LED-Strom sinkt dann weiter während einer Zeitdauer t1C bis zum Nullwert zurück. Erst nach einer weiteren Zeitdauer t1 D steigt der LED-Strom wieder an. Die Zeitdauer t1C+t1 D entspricht dabei die Ausschaltzeitdauer tOFF/LF1 des niederfrequenten Impulssignals.The LED current then drops further during a time period t1C back to the zero value. Only after a further period of time t1 D does the LED current rise again. The time period t1C + t1 D corresponds to the switch-off time period tOFF / LF1 of the low-frequency pulse signal.

[0076] Die gezeigte hochfrequente Impulsfolge des Steuersignals ST dient dazu, den LEDStrom um den Mittelwert lamp =(lmax + Imin) / 2 zu regeln. Diesem hochfrequentem Impulssignal wird nun mit dem niederfrequenten Impulssignal STLF moduliert, so dass auch ein Dimmen der LED-Strecke möglich wird.The high-frequency pulse sequence of the control signal ST shown serves to regulate the LED current around the mean value lamp = (lmax + Imin) / 2. This high-frequency pulse signal is now modulated with the low-frequency pulse signal ST LF , so that dimming of the LED path is also possible.

[0077] Das niederfrequente Impulssignal STLF ist mit dem hochfrequenten Impulssignal synchronisiert. Somit kann den eingangs erwähnten Flicker-Erscheinungen entgegengewirkt werden.The low-frequency pulse signal ST LF is synchronized with the high-frequency pulse signal. The flicker phenomena mentioned at the outset can thus be counteracted.

[0078] Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn von dem niederfrequenten Impulssignal STLF keine hochfrequente Impulse unterbrochen werden. In Fig. 4 wird dies durch die Angabe np = 3 gekennzeichnet: während der ersten Impulsperiodendauer tON/LF1 + tOFF/LF1 werden von der Steuereinheit SR drei komplette niederfrequente Impulse zum Ansteuern des Schalters ausgegeben.It is particularly advantageous if no high-frequency pulses are interrupted by the low-frequency pulse signal ST LF . This is indicated in FIG. 4 by the specification np = 3: during the first pulse period tON / LF1 + tOFF / LF1, the control unit SR outputs three complete low-frequency pulses for actuating the switch.

[0079] Vorzugsweise hört der niederfrequente Impuls dann auf, wenn der LED-Strom sich in der absinkender Phase zwischen dem Maximalwert Imax und dem Minimalwert Imin befindet.The low-frequency pulse preferably stops when the LED current is in the falling phase between the maximum value Imax and the minimum value Imin.

[0080] Die Flicker-Erscheinungen können indessen insbesondere auftreten, wenn das niederfrequente Impulssignal ein Öffnen des Schalters in der Ansteigungs-Phase des LED-Stroms verursacht.However, the flicker phenomena can occur in particular if the low-frequency pulse signal causes the switch to open in the rise phase of the LED current.

[0081] Der Messwiderstand RS kann zum Vergleichen des LED-Stroms mit dem Maximalwert Imax während der Einschaltzeitdauer des Schalters S1 dienen.The measuring resistor RS can be used to compare the LED current with the maximum value Imax during the switch-on period of the switch S1.

[0082] Das Erreichen des Minimalwerts Imin und des Maximalwerts Imax kann in bekannter Weise direkt oder indirekt ermittelt werden. Z.B. kann der LED-Strom direkt gemessen werden und mit den Werten Imin und Imax verglichen werden. Hierfür kann z.B. ein Messwiderstand (nicht gezeigt) in Serie zur LED-Strecke, oder gegebenenfalls in Serie zur Parallelschaltung aus Kondensator C1 und LED-Strecke, vorgesehen sein. Alternativ kann auch die Spule L1 mit einer Sekundärwicklung (nicht gezeigt) gekoppelt sein, so dass über die gemessene Spannung der Sekundärwicklung ein Erreichen des Minimal- bzw. Maximalwerts Imin, Imax ermittelt wird. Das Erreichen dieser Werte Imin, Imax kann auch durch einen Vergleich der Spannung an der LED-Strecke oder der Eingangsspannung Vin mit entsprechenden Referenzwerten erkannt werden.The reaching of the minimum value Imin and the maximum value Imax can be determined directly or indirectly in a known manner. For example, the LED current can be measured directly and compared with the values Imin and Imax. For this, e.g. a measuring resistor (not shown) can be provided in series with the LED section or, if appropriate, in series with the parallel connection of capacitor C1 and LED section. Alternatively, the coil L1 can also be coupled to a secondary winding (not shown), so that the minimum or maximum value Imin, Imax is determined via the measured voltage of the secondary winding. The achievement of these values Imin, Imax can also be recognized by comparing the voltage on the LED path or the input voltage Vin with corresponding reference values.

[0083] Der Zeitdauer eines niederfrequenten Impulses kann entweder berechnet oder gemes6/15The duration of a low frequency pulse can either be calculated or measured 6/15

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Patentamt sen werden. Zum Erreichen einer vorgegebener Anzahl np an hochfrequenten Impulsen innerhalb eines niederfrequenten Impulses kann z.B. der LED-Strom in bekannter Weise gemessen werden. Sobald der gemessene LED-Strom in der absteigenden Phase np Mal den Minimalwert erreicht erfolgt eine negativen Flanke des niederfrequenten Impulssignals. Alternativ kann die Zeitdauer tON/LF1 auf Basis der gemessenen Eingangsspannung Vin ermittelt werden: ausgehend von der Eingangsspannung Vin kann auf die Steigung des LED-Stroms geschlossen werden und somit auf die Zeitdauer tON/LF1.Patent Office sen. To achieve a predetermined number np of high-frequency pulses within a low-frequency pulse, e.g. the LED current can be measured in a known manner. As soon as the measured LED current reaches the minimum value np times in the descending phase, there is a negative edge of the low-frequency pulse signal. Alternatively, the time period tON / LF1 can be determined on the basis of the measured input voltage Vin: starting from the input voltage Vin, the slope of the LED current can be concluded and thus the time period tON / LF1.

[0084] Alternativ kann auch die negative Flanke des niederfrequenten Impulses erzeugt werden, wenn durch Berechnung oder Messung ermittelt wird, dass der LED-Strom innerhalb des niederfrequenten Impulses np Mal den Maximalwert Imax erreicht hat.Alternatively, the negative edge of the low-frequency pulse can also be generated if it is determined by calculation or measurement that the LED current within the low-frequency pulse has reached the maximum value Imax np times.

[0085] Vorzugsweise ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel ein LED-Betrieb, bei dem innerhalb von jedem niederfrequenten Impuls dieselbe Anzahl an vollständigen hochfrequenten Impulsen gegeben ist. In Fig. 4 sind innerhalb des ersten und des zweiten niederfrequenten Impulses genau np = 3 hochfrequente Impulse vorhanden.This embodiment preferably results in an LED operation in which the same number of complete high-frequency pulses is given within each low-frequency pulse. 4 there are exactly np = 3 high-frequency pulses within the first and the second low-frequency pulse.

[0086] Vorzugsweise bleibt das Tastverhältnis des niederfrequenten Impulssignals STLF konstant. Die Pausendauer tOFF/LF1 ist daher von der Impulsdauer tON/LF1 und von einem gewünschten Dimmgraddim abhängig:Preferably, the duty cycle of the low-frequency pulse signal ST LF remains constant. The pause duration tOFF / LF1 therefore depends on the pulse duration tON / LF1 and on a desired dimming level dim:

tOFF/LF1 = tON/LF1 / dim + tON/LF1.tOFF / LF1 = tON / LF1 / dim + tON / LF1.

[0087] Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Länge np der Impulspakete festgehalten auch bei unterschiedlichen Dimmleveln. Die Zeitdauer der niederfrequenten Impulspakete beträgt vorzugsweise ein vollständiges Vielfaches einer der Dauer der hochfrequenten Impulse. Die Dauer der hochfrequenten Impulse verändert sich indessen synchron zu der Schwankung der Busspannung.According to this exemplary embodiment, the length np of the pulse packets is recorded even at different dimming levels. The duration of the low-frequency pulse packets is preferably a complete multiple of the duration of the high-frequency pulses. The duration of the high-frequency pulses, however, changes synchronously with the fluctuation in the bus voltage.

[0088] Zum Dimmen wird nunmehr wie gesagt die Länge der niederfrequenten Impulse auf das ganzzahlige Vielfache der hochfrequenten Impulse festgehalten, so dass die Veränderung des Dimmlevels durch Verlängerung der Ausschaltzeitdauer tOFF/LF1 der niederfrequenten Impulse und somit durch Verringerung der niederfrequenten Frequenz erfolgt. Die Grenze der Verringerung der Frequenz liegt bei der für die Augen sichtbaren Flackerfrequenz. Wenn beispielsweise die Grundfrequenz für die niederfrequenten Impulse 500 Hz bis 1000 Hz beträgt, so kann diese Frequenz nur verringert werden auf einen Bereich von beispielsweise 100 Hz bis 200 Hz.For dimming, the length of the low-frequency pulses is now recorded to the integer multiple of the high-frequency pulses, so that the dimming level is changed by extending the switch-off period tOFF / LF1 of the low-frequency pulses and thus by reducing the low-frequency frequency. The limit of frequency reduction is the flicker frequency visible to the eyes. If, for example, the basic frequency for the low-frequency pulses is 500 Hz to 1000 Hz, this frequency can only be reduced to a range of, for example, 100 Hz to 200 Hz.

[0089] Allgemein gilt: Die niederfrequenten Impulse weisen vorzugsweise eine Frequenz auf, die wenigstens das 10 fache der Frequenz der niederfrequenten Impulse beträgt. Bspw. weisen die niederfrequenten (PWM-) Impulse eine Frequenz von 100Hz bis 500 Hz auf. Bspw. weisen die hochfrequenten Impulse eine Frequenz von mehr als 5 kHz, vorzugsweise mehr als 10kHz auf.In general, the following applies: the low-frequency pulses preferably have a frequency which is at least 10 times the frequency of the low-frequency pulses. For example. the low-frequency (PWM) pulses have a frequency of 100 Hz to 500 Hz. For example. the high-frequency pulses have a frequency of more than 5 kHz, preferably more than 10 kHz.

[0090] Fig. 5 zeigt den Verlauf des LED-Stroms gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.5 shows the profile of the LED current according to a second exemplary embodiment according to the invention.

[0091] Die Zeitdauer tONI', tONI eines niederfrequenten Impulses, d.h. auch die Anzahl der hochfrequenten Impulse innerhalb dieses niederfrequenten Impulses, kann zum Dimmen der LED-Strecke verändert werden.The time period tONI ', tONI of a low frequency pulse, i.e. the number of high-frequency pulses within this low-frequency pulse can also be changed to dim the LED path.

[0092] Die Fig. 5 zeigt eine spezielle Ausführungsform, in der für einen gewünschten Dimmpegel von 1% die Zeitdauer tONT so gewählt ist, dass innerhalb eines niederfrequenten Impulses drei hochfrequente Impulse (dim=3) von der Steuereinheit SR an den Schalter S1 abgegeben werden.5 shows a special embodiment in which the time period tONT is selected for a desired dimming level of 1% such that three high-frequency pulses (dim = 3) are emitted by the control unit SR to the switch S1 within a low-frequency pulse become.

[0093] Zum Erhöhen des Dimmpegels wird in diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl der hochfrequenten Impulse innerhalb eines niederfrequenten Impulses erhöht. Auf Fig. 5 werden nunmehr sechs hochfrequente Impulse (dim=6) innerhalb eines Impulspakets abgegeben, um z.B. einen Dimmpegel von 2% einzustellen. Entsprechend erhöht sich die Zeitdauer der niederfrequenten Impulse von tONT auf tON1.To increase the dimming level, the number of high-frequency pulses within a low-frequency pulse is increased in this exemplary embodiment. In Fig. 5, six high-frequency pulses (dim = 6) are now delivered within a pulse packet, e.g. set a dimming level of 2%. The duration of the low-frequency pulses increases accordingly from tONT to tON1.

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Patentamt [0094] Die Pausendauer bzw. Ausschaltzeitdauer tOFF1', tOFF1 der niederfrequenten Impulse ergibt sich wiederum aus folgenden Formeln:Patent Office The pause duration or switch-off duration tOFF1 ', tOFF1 of the low-frequency pulses again results from the following formulas:

tOFFT = tONT/dim + tONT tOFF2' = tON2' / dim + tON2' [0095] wobei dim der gewünschte Dimmgrad darstellt.tOFFT = tONT / dim + tONT tOFF2 '= tON2' / dim + tON2 'where dim represents the desired degree of dimming.

[0096] Auch bei variierendem Dimmgrad bleibt vorzugsweise das Tastverhältnis des niederfrequenten Impulssignals (STLF) konstant.Even when the degree of dimming varies, the pulse duty factor of the low-frequency pulse signal (ST LF ) preferably remains constant.

[0097] Durch diesen Aspekt kann also die Dauer der hochfrequenten Impulse verändert werden zum Dimmen, dies indessen nur Inkrementeil (und nicht kontinuierlich), wobei die Inkrementlänge eine vollständige Dauer eines hochfrequenten Impulses ist.This aspect means that the duration of the high-frequency pulses can be changed for dimming, but this is only an incremental part (and not continuous), the increment length being a complete duration of a high-frequency pulse.

[0098] Da die Dauer des hochfrequenten Impulses sich laufend ändert zusammen mit der Schwankung der Eingangsspannung Vin, muss also in diesem Fall eine Information hinsichtlich der aktuellen hochfrequenten Impulslänge der niederfrequenten Modulationseinheit zugeführt werden.Since the duration of the high-frequency pulse changes continuously together with the fluctuation of the input voltage Vin, information regarding the current high-frequency pulse length must be supplied to the low-frequency modulation unit in this case.

[0099] Alternativ kann die aktuelle Zeitdauer der hochfrequenten Impulse auch indirekt ermittelt werden bzw. abgeschätzt werden durch Erfassung beispielsweise des aktuellen Werts der Eingangsspannung Vin.[0099] Alternatively, the current duration of the high-frequency pulses can also be determined or estimated indirectly, for example by detecting the current value of the input voltage Vin.

[00100] Es kann also vermieden werden, dass die niederfrequenten Impulse die hochfrequenten Impulse mit relativ niedriger und somit sichtbarer Frequenz an unterschiedlichen Punkten abschneiden, was zu einem sichtbaren Flackern führen würde.It can thus be avoided that the low-frequency pulses cut off the high-frequency pulses with a relatively low and thus visible frequency at different points, which would lead to a visible flickering.

[00101] Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den oberen Dimmpegeln und in den unteren Dimmpegeln unterschiedlich gedimmt. Bei höheren Dimmpegeln wird die LED-Strecke durch eine Verringerung des niederfrequenten Tastverhältnisses gedimmt. Bei niedrigeren Dimmpegeln hingegen wird die Frequenz des niederfrequenten Impulssignals verringert.According to a third embodiment of the invention is dimmed differently in the upper dimming levels and in the lower dimming levels. At higher dimming levels, the LED section is dimmed by reducing the low-frequency duty cycle. At lower dimming levels, however, the frequency of the low-frequency pulse signal is reduced.

[00102] Fig. 6 zeigt einen beispielhaften Verlauf des LED-Stroms, der Impulsdauer und der Frequenz des niederfrequenten Impulssignals gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel.Fig. 6 shows an exemplary course of the LED current, the pulse duration and the frequency of the low-frequency pulse signal according to this third embodiment.

[00103] Fig. 7 zeigt indessen den Verlauf des LED-Stroms bei unterschiedlichen Dimmwerten gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.Fig. 7 shows the course of the LED current at different dimming values according to the third embodiment.

[00104] In einem höheren Dimmbereich von 100% bis zum Dimmwert D wird das Tastverhältnis des niederfrequenten Impulssignals verringert. Vorzugsweise wird dabei die Periodendauer eines niederfrequenten Impulses konstant gehalten und seine Impulsdauer verringert.In a higher dimming range from 100% to the dimming value D, the pulse duty factor of the low-frequency pulse signal is reduced. The period of a low-frequency pulse is preferably kept constant and its pulse duration is reduced.

[00105] Vorzugsweise kann die Verringerung dieser Impulsdauer derart durchgeführt werden, dass entsprechend den obigen Ausführungsbeispielen während der Zeitdauer eines niederfrequenten Impulses das Steuersignal für den Schalter S1 nur vollständige hochfrequente Impulse aufweist.Preferably, the reduction of this pulse duration can be carried out in such a way that, according to the above exemplary embodiments, the control signal for the switch S1 has only complete high-frequency pulses during the period of a low-frequency pulse.

[00106] Die Verringerung des Tastverhältnisses wird auch in Fig. 7 veranschaulicht. Um z.B. von 25% auf 3% herunterzudimmen, wird das Tastverhältnis entsprechend von 25% auf 3% verringert.The reduction in the duty cycle is also illustrated in FIG. 7. To e.g. dimming down from 25% to 3%, the duty cycle is reduced accordingly from 25% to 3%.

[00107] Bei niedrigeren Dimmpegeln hingegen, z.B. unter D%, wird die Frequenz des niederfrequenten Impulssignals verringert. Bei Erreichen des Mindestwerts D wird dann die Frequenz verringert.In contrast, at lower dimming levels, e.g. below D%, the frequency of the low-frequency pulse signal is reduced. When the minimum value D is reached, the frequency is then reduced.

[00108] Dies ist auch in Fig. 6 gezeigt, wo unterhalb vom Dimmpegel D die Impulsdauer TON beim Wert TONmin konstant bleibt und die Frequenz fLF des niederfrequenten Impulssignals gesenkt wird. Wie z.B. in Fig. 7 ersichtlich wird die Impulsdauer TON nicht weiter verringert, wenn die Mindest-Impulsdauer TONmin erreicht wird. Ausgehend vom Dimmwert D=3% wird zum Erreichen eines niedrigeren Dimmwerts die Ausschaltzeitdauer des niederfrequentenThis is also shown in Fig. 6, where below the dimming level D, the pulse duration TON remains constant at the value TONmin and the frequency fLF of the low-frequency pulse signal is reduced. Such as. 7, the pulse duration TON is not reduced further when the minimum pulse duration TONmin is reached. Starting from the dimming value D = 3%, the switch-off time of the low-frequency is reached in order to achieve a lower dimming value

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Impulssignals erhöht, wobei in Fig. 7 diese Erhöhung durch den Wert TOFFextra gekennzeichnet ist.Pulse signal increased, this increase being characterized in FIG. 7 by the value TOFFextra.

[00109] Es liegt vorzugsweise kein Mischbetrieb vor, sondern entweder nur echtes PWMDimmen - d.h. nur Verringerung des Tastverhältnisses des niederfrequenten Impulssignals bzw. reines Dimmen über die Veränderung der Frequenz der niederfrequenten Impulse mit vorgegebener Minimaleinschaltzeitdauer TONmin.There is preferably no mixed operation, but either only real PWM dimming - i.e. only a reduction in the duty cycle of the low-frequency pulse signal or pure dimming by changing the frequency of the low-frequency pulses with a predetermined minimum switch-on time TONmin.

[00110] Dieser Vorgehensweise ist dadurch verursacht, dass eine Verringerung des Tastverhältnisses des niederfrequenten Impulssignals technisch bedingt nur bis zu einem unteren Schwellenwert möglich ist. Ab diesem Schwellenwert D - und bis unter 1% bzw. bis weit unter 1% - soll also ein alternativer Dimmbetrieb über eine Veränderung der Frequenz vorgeschlagen werden.This procedure is caused by the fact that a reduction in the pulse duty factor of the low-frequency pulse signal is only possible for technical reasons up to a lower threshold value. From this threshold value D - and up to less than 1% or to far below 1% - an alternative dimming operation by changing the frequency should be proposed.

[00111] Im Stand der Technik wird dagegen bei niedrigen Dimmwerten ein Amplituden-Dimmen durchgeführt, d.h. der LED-Strom verläuft zickzackförmig nicht mehr zwischen den Werten Imax und Imin sondern zwischen niedrigeren Grenzwerten Imax' und Imin'. Ein derartiges Amplituden-Dimmen kann aber zu einer unerwünschten Verschiebung des Farborts führen.In contrast, in the prior art, amplitude dimming is carried out at low dimming values, i.e. the LED current no longer runs zigzag between the values Imax and Imin but between lower limit values Imax 'and Imin'. However, such amplitude dimming can lead to an undesirable shift in the color location.

[00112] Ein Dimmen im unteren Dimmbereich über eine Veränderung der Frequenz der niederfrequenten Impulse ist insofern vorteilhaft, dass eine Verschiebung des Farborts verhindert wird.Dimming in the lower dimming range by changing the frequency of the low-frequency pulses is advantageous in that a shift in the color locus is prevented.

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Claims (15)

AnsprücheExpectations 1. Betriebsschaltung für den Betrieb einer LED-Strecke, aufweisend:1. Operating circuit for the operation of an LED line, comprising: - eine Schaltreglerschaltung zur Erzeugung eines Stroms für die LED-Strecke und aufweisend mindestens einen Schalter (S1) und eine als Energiespeicher dienende Spule (L1), und- A switching regulator circuit for generating a current for the LED path and having at least one switch (S1) and a coil (L1) serving as an energy store, and - eine Steuerschaltung (SR) zur Steuerung des Schalters (S1) mit einem Steuersignal (ST), bei dem einem hochfrequenten Impulssignal ein im Vergleich dazu niederfrequentes Impulssignal (STLF) überlagert wird, wobei das hochfrequente Impulssignal und das niederfrequente Impulssignal (STLF) synchronisiert sind.- A control circuit (SR) for controlling the switch (S1) with a control signal (ST), in which a high-frequency pulse signal is superimposed with a low-frequency pulse signal (ST LF ), the high-frequency pulse signal and the low-frequency pulse signal (ST LF ) are synchronized. 2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, wobei die abfallenden Flanken des niederfrequenten Impulssignals (STLF) mit dem hochfrequenten Impulssignal synchronisiert sind.2. Operating circuit according to claim 1, wherein the falling edges of the low-frequency pulse signal (ST LF ) are synchronized with the high-frequency pulse signal. 3. Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Zeitdauer (tON/LF1, tON/LF2) jedes Impulses des niederfrequenten Impulssignals (STLF) derart gewählt wird, dass während dieser Zeitdauer (tON/LF1, tON/LF2) das hochfrequente Impulssignal nur vollständige Impulse aufweist.3. Operating circuit according to one of the preceding claims, wherein the period (tON / LF1, tON / LF2) of each pulse of the low-frequency pulse signal (ST LF ) is selected such that during this period (tON / LF1, tON / LF2) the high-frequency pulse signal shows only complete impulses. 4. Betriebsschaltung nach Anspruch 3, wobei während jedes Impulses des niederfrequenten Impulssignals (STLF) das hochfrequente Impulssignal dieselbe Anzahl (np) an vollständigen Impulsen aufweist.4. Operating circuit according to claim 3, wherein during each pulse of the low-frequency pulse signal (ST LF ), the high-frequency pulse signal has the same number (np) of complete pulses. 5. Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SR) eine abfallende Flanke des niederfrequenten Impulses dann erzeugt, wenn erkannt wird, dass der Strom für die LED-Strecke abnimmt.5. Operating circuit according to one of the preceding claims, wherein the control unit (SR) generates a falling edge of the low-frequency pulse when it is detected that the current for the LED path decreases. 6. Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SR) eine abfallende Flanke des niederfrequenten Impulses dann erzeugt, wenn erkannt wird, dass der Strom für die LED-Strecke einen Minimalwert (Imin) erreicht.6. Operating circuit according to one of the preceding claims, wherein the control unit (SR) generates a falling edge of the low-frequency pulse when it is detected that the current for the LED path reaches a minimum value (Imin). 7. Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Anzahl (np) der hochfrequenten Impulse während eines niederfrequenten Impulses unabhängig von einem Dimmgrad für die LED-Strecke ist.7. Operating circuit according to one of claims 3 to 6, wherein the number (np) of high-frequency pulses during a low-frequency pulse is independent of a degree of dimming for the LED path. 8. Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei bei konstantem Dimmgrad für die LED-Strecke das Tastverhältnis des niederfrequenten Impulssignals (STLF) konstant bleibt.8. Operating circuit according to one of the preceding claims, wherein the duty cycle of the low-frequency pulse signal (ST LF ) remains constant with a constant degree of dimming for the LED path. 9. Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei zum Dimmen der LEDStrecke die Pausendauer (tOFF/LF1) zwischen zwei Impulsen des niederfrequenten Impulssignals (STLF) einstellbar ist.9. Operating circuit according to one of the preceding claims, the pause duration (tOFF / LF1) between two pulses of the low-frequency pulse signal (ST LF ) being adjustable for dimming the LED path. 10. Betriebsschaltung Anspruch 9, wobei die Pausendauer (tOFF/LF1) von der Impulsdauer (tON/LF1) und von einem gewünschten Dimmgrad (dim) abhängig ist, vorzugsweise gemäß folgender Formel: tOFF/LF1 = tON/LF1 / dim + tON/LF1.10. Operating circuit claim 9, wherein the pause duration (tOFF / LF1) depends on the pulse duration (tON / LF1) and on a desired degree of dimming (dim), preferably according to the following formula: tOFF / LF1 = tON / LF1 / dim + tON / LF1. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen5 sheets of drawings 10/1510/15 AT15919U1 2018-09-15 österreichischesAT15919U1 2018-09-15 Austrian PatentamtPatent Office 11 /1511/15 12/1512/15 AT15919U1 2018-09-15 österreichischesAT15919U1 2018-09-15 Austrian PatentamtPatent Office Fig· 4Fig.4 13/1513/15 AT15919U1 2018-09-15 österreichisches patentamtAT15919U1 2018-09-15 Austrian patent office Fig. 5Fig. 5 14/1514/15 AT15919U1 2018-09-15 österreichischesAT15919U1 2018-09-15 Austrian PatentamtPatent Office I|_EDI | _ED 15/1515/15
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