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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Treiben einer elektrischen Last.
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Derartige Schaltungsanordnungen können in tragbaren Telefonen und Digitalkameras eingesetzt werden, um beispielsweise Leuchtdioden, englisch light emitting diodes, kurz LEDs, zu betreiben. LEDs werden zur Hintergrundbeleuchtung, aber mittlerweile standardmäßig auch als Blitzgerät in Mobilfunktelefonen genutzt. Aufgrund der zunehmenden Funktionsvielfalt, die in einem einzelnen Gerät vereinigt wird, entsteht zudem ein hoher Bedarf an kompakter und platzsparender Ausführung aller Komponenten.
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DE 10 2007 051 793 A1 zeigt einen LED-Treiber mit adaptivem Algorithmus für eine Speicherkondensatorvorladung. Zur Ansteuerung einer Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen wird eine Mehrzahl von Ausgangspfaden bereitgestellt, wobei jeder Ausgangspfad zumindest ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement und einen Stromregler zur Bestimmung eines Stroms durch einen Ausgangspfad umfasst. Das Verfahren umfasst ein Detektieren eines höchsten Mindestversorgungsspannungspegels für den ungünstigsten Ausgangspfad während dieses Verfahrens und Verwenden des höchsten Mindestversorgungsspannungspegels als gemeinsamen Spannungspegel für alle Ausgangspfade.
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DE 37 36 222 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Steuern der Helligkeit einer Lampe. Dabei ist ein Gleichrichter vorgesehen, der an der Netzwechselspannung angeschlossen ist. An der gleichgerichteten Netzwechselspannung ist ein elektronischer Transformator angeschlossen, an dessen Primärteil ein Helligkeitssignal anliegt und an dessen Sekundärteil die Lampe ist.
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DE 10 2005 001 024 A1 beschreibt eine Tastatureinheit mit Verbraucher-Strompfad, welcher einen Verbraucher sowie einen spannungsgesteuerten Schalter umfasst, der den Verbraucher-Strompfad in Abhängigkeit von der Höhe der externen Spannung ein- oder ausschaltet.
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DE 101 47 504 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von der Umgebungslichtstärke.
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DE 10 2006 015 053 A1 zeigt einen Fahrzeugblinker und ein Verfahren zum Detektieren eines Fehlers in dem Blinker. Der Blinker umfasst eine Vielzahl von LEDs, die in parallelen Reihen angeordnet sind und einen Strom von einer Stromquelle aufnehmen. Ein Detektor, der mit jeder der parallelen Reihen gekoppelt ist, liefert eine Fehlernachricht, wenn der Strom in einer der Reihen eine vorbestimmte Grenze überschreitet. Eine Stromsenke ist mit der Stromquelle gekoppelt und ausgebildet, um im Ansprechen auf die Fehlernachricht aktiviert zu werden. Wenn die Stromsenke aktiviert wird, bewirkt sie eine Änderung des Zustands der Stromquelle. Die Detektion bewirkt eine Änderung des Zustands der Stromquelle und die Erzeugung einer Fehleranzeige, um den Fahrer vor einer Fehlfunktion des Blinkers zu warnen.
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DE 10 2007 052 880 A1 zeigt eine elektronische Stromversorgungseinheit, welche mittels erster spannungswandelnder Elemente aus einer primärseitigen Wechselspannung eine sekundärseitige Gleichspannung zur Versorgung eines elektronischen Gerätes erzeugt sowie ein elektronisches Peripheriegerät mit einer Schnittstelle zum Anschluss an einen Computer und einer Stromversorgungseinheit, die erste spannungswandelnde Elemente aufweist, um aus einer primärseitigen Wechselspannung eine sekundärseitige Gleichspannung zur Versorgung der Peripheriegeräts zu erzeugen. Ferner zeigt
DE 199 36 214 A1 ein Messverfahren und -schaltung für Netzabkoppler zur Bestimmung eines Wiederaufschaltmoments für eine Netzspannung.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Treiben einer elektrischen Last bereitzustellen, die kompakter und platzsparender ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer Ausführungsform weist eine Schaltungsanordnung zum Treiben einer elektrischen Last einen Anschlussknoten zum Anschließen der elektrischen Last auf. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung eine Steuereinrichtung, die mit dem Anschlussknoten zum Treiben der elektrischen Last gekoppelt ist. Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung eine Detektionsschaltung, die mit dem Anschlussknoten zum Detektieren eines Auslösesignals am Anschlussknoten, und die mit der Steuereinrichtung über einen Messkanal gekoppelt ist.
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Die Detektionsschaltung dient zur Überwachung des Auslösesignals am Anschlussknoten. Liegt am Anschlussknoten ein entsprechendes Signal an, so wird dies über den Messkanal der Steuereinrichtung angezeigt. In der Folge kann die Steuereinrichtung ihrerseits eine elektrische Last am Anschlussknoten treiben. Dies geschieht beispielsweise durch Überlagern eines Laststromes am Anschlussknoten, der dann ein eventuell dort angeschlossenes Leuchtmittel, wie eine LED, betreibt.
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Durch die Kombination der Detektionsschaltung und der Steuereinrichtung ist es möglich, dem abgesehen von Versorgungsanschlüssen einzigen Anschlussknoten zwei Funktionen zuzuordnen und somit bei integrierter Ausführung ein Pin einzusparen. Der Anschlussknoten dient als Monitor zur Überwachung eines Auslöseereignisses und in der Folge als Versorgungsknoten für eine angeschlossene elektrische Last. Eine solche elektrische Last kann insbesondere eine LED oder andere geeignete Leuchtmittel umfassen. Möglich sind jedoch auch andere elektrische Komponenten wie Signalgeber, die durch Vibrationen oder mittels eines Lautsprechers bestimmte Ereignisse am Gerät signalisieren, beispielsweise einen Anruf auf einem Mobilfunktelefon.
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Vorteilhafterweise lässt sich durch die doppelte Funktionalität des Anschlussknotens eine kompaktere und platzsparendere Ausführung der Schaltungsanordnung realisieren. Ein zweiter Anschlussknoten ist somit nicht notwendig.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung eine steuerbare Stromquelle, die mit dem Anschlussknoten gekoppelt ist. Des Weiteren ist die steuerbare Stromquelle mit einem Versorgungsknoten verbunden, der deren Spannungsversorgung erlaubt.
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Die Steuereinrichtung kann die steuerbare Stromquelle so steuern, dass am Anschlussknoten vorzugsweise ein Laststrom anliegt.
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Vorteilhafterweise lässt sich durch die steuerbare Stromquelle am Anschlussknoten vorzugsweise der Laststrom zum Treiben eines Leuchtmittels oder anderer elektrischer Lasten zur Verfügung stellen. Die Steuerung erlaubt, dass der Strom nicht durchgängig, sondern lediglich während einstellbarer Abschnitte, bereitgestellt wird. Wird beispielsweise ein Leuchtmittel wie eine LED mit der Schaltungsanordnung betrieben, so lässt sich auf diese Weise ein Blitzgerät realisieren. Ein Blitzen ist in diesem Fall nicht dauerhaft erwünscht, sondern nur während definierbarer Zeitdauern, die beispielsweise von einem Benutzer vorgegeben werden.
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Alternativ kann die steuerbare Stromquelle auch als steuerbare Stromsenke herausgebildet sein.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst die Detektionsschaltung einen Komparator. Der Komparator ist über einen ersten Eingang mit dem Anschlussknoten verbunden und zudem über einen zweiten Eingang mit einer Referenzspannungsquelle. Ein Ausgang des Komparators ist über den Messkanal an die Steuereinrichtung gekoppelt.
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Der Komparator vergleicht das am Anschlussknoten anliegende Auslösesignal mit der Referenzspannungsquelle. Das aus diesem Vergleich entstandene Signal wird über den Messkanal der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt.
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Mit Hilfe des Komparators ist es vorteilhafterweise möglich, eine einfache und platzsparende Detektionsschaltung zu implementieren. Geeignete Komparatoren können ihrerseits wiederum steuerbar sein und beispielsweise intern eine Referenzspannung generieren. Auf diese Weise ist eine einfache und kompakte Integration bevorzugt auf einem integrierten Schaltkreis möglich. Des Weiteren kann der Komparator so eingestellt werden, dass das aus dem Vergleich entstandene Signal charakteristisch für das am Anschlussknoten anliegende Signal ist. Nur wenn das am Anschlussknoten anliegende Signal beispielsweise einen bestimmten Wert überschreitet uns somit als Triggersignal interpretiert wird, wird die Steuereinrichtung so angesteuert, dass sie ihrerseits eine am Anschlussknoten anschließbare elektrische Last treibt. Auf diese Weise lässt sich vorteilhafterweise verhindern, dass zum Beispiel Spannungsspitzen dazu führen, dass die elektrische Last betrieben wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Komparator über einen Aktivierungspfad mit der Steuereinrichtung steuerbar verbunden.
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Der Komparator lässt sich über den Aktivierungspfad durch die Steuereinrichtung beispielsweise an- und ausschalten. Der Komparator ist so einerseits dazu eingerichtet, dass er ein Signal am Anschlussknoten erwartet und entsprechend überwacht. Andererseits, wenn das nicht zu erwarten ist, beispielsweise weil ein Blitzereignis vom Benutzer unerwünscht ist, so ist der Komparator ausgeschaltet und es findet keine Detektion am Anschlussknoten statt.
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Auf diese Weise ist es möglich, den Komparator nur zu bestimmten Anlässen oder Zeiten zu aktivieren. Eine Detektion des Signals erfolgt so auch nur zu diesen Anlässen oder Zeiten, was einen stromsparenden Betrieb erlaubt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung über mindestens einen Kontrollanschluss an der Steuereinrichtung konfigurierbar.
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Mit Hilfe des Kontrollanschlusses lassen sich an der Steuereinrichtung Parameter einstellen. Vorteilhafterweise lassen sich beispielsweise für das Treiben einer Leuchtdiode Stromhöhe und Stromdauer und gegebenenfalls andere Parameter einstellen. Einem Benutzer ist es so weiterhin möglich beispielsweise für den Einsatz der LED als Blitz dessen Eigenschaften einzustellen. Dazu zählen insbesondere Blitzintensität, Blitzdauer oder Blitzabfolge, zum Beispiel Vorblitz zur Roteaugenkorrektur und andere.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Kontrolleinheit vorgesehen, die mit dem mindestens einen Kontrollanschluss und die mit dem Anschlussknoten verbunden ist.
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Die Kontrolleinheit stellt die Parameter am Kontrollanschluss der Steuereinrichtung ein und stellt die Schnittstelle zum Benutzer dar.
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Auf diese Weise ist es dem Benutzer möglich, komfortabel alle einstellbaren Parameter festzulegen, aber auch das Auslösesignal am Anschlussknoten zu beeinflussen, so dass ein Auslöseereignis initiiert wird, wie beispielsweise ein Blitzen einer LED durch Betätigen eines Auslösers.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine Schutzschaltung vorgesehen, die den Anschlussknoten und die Kontrolleinheit verbindet. Bevorzugt umfasst die Schutzschaltung zur Strombegrenzung Dioden und/oder Widerstände.
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Die Schutzschaltung verhindert, dass zu hohe Offset-Ströme am Anschlussknoten auftreten. Solche Offset-Ströme können durch ungleiche Spannungswerte auftreten, wie sie am Anschlussknoten anliegen und zudem von der Kontrolleinheit zur Verfügung gestellt werden.
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Die Kontrolleinheit und die Schutzschaltung können extern von der übrigen Anordnung vorgesehen sein, welche auch als Treiberschaltung bezeichnet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung als integrierter Schaltkreis ausgeführt.
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Eine Ausführung der Schaltungsanordnung als integrierter Schaltkreis erlaubt eine kompakte und platzsparende Implementierung, beispielsweise mit CMOS Bauteilen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist am Anschlussknoten mindestens ein Leuchtmittel angeschlossen. Ein solches Leuchtmittel ist beispielsweise eine Light Emitting Diode oder LED.
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In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Treiben einer elektrischen Last wird in einer ersten Betriebsphase ein Auslösesignal an einem Anschlussknoten der Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer elektrischen Last überwacht. Weiterhin wird in einer zweiten Betriebsphase ein Laststrom am Anschlussknoten bereitgestellt, wenn das überwachte Auslösesignal einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Durch eine Aufeinanderfolge der ersten und der zweiten Betriebsphase wird der Anschlussknoten mit doppelter Funktionalität verwendet. Er dient somit einerseits als Messpunkt für das überwachte Auslösesignal und andererseits als Versorgungsknoten zum Anschluss einer elektrischen Last. Auf diese Art und Weise kann das Verfahren zum Treiben der elektrischen Last kompakt und platzsparend, bevorzugt in einem integrierten Schaltkreis, realisiert werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird in der ersten Betriebsphase das überwachte Auslösesignal mit einem Referenzsignal verglichen. Des Weiteren wird in der zweiten Betriebsphase der Laststrom in Abhängigkeit von dem Vergleich bereitgestellt.
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Erfindungsgemäß wird die erste Betriebsphase durch ein Konfigurationssignal aktiviert.
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Auf diese Weise ist es möglich, das Verfahren nur zu bestimmten Anlässen oder Zeiten zu initialisieren. Dies kann beispielsweise durch einen Benutzer veranlasst werden, etwa durch Aktivieren eines Blitzmodus in einer Kamera, wenn das Verfahren zum Treiben eines Leuchtmittels oder ähnlichem eingesetzt wird. Eine Detektion des Auslösesignal erfolgt auch nur zu diesen Anlässen oder Zeiten, was eine stromsparende Umsetzung des Verfahrens erlaubt.
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Das Konfigurationssignal ist beispielsweise ein logischer Zustande einer geeigneten Schnittstelle, etwa eines Inter-Integrated Circuit (SDA/SCL). Die erste Betriebsphase wird so entsprechend über den Kontrollanschluss gemäß einem Schnittstellenstandard aktiviert.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Bereitstellen des Laststromes am Anschlussknoten durch das Konfigurationssignal steuerbar.
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Das Konfigurationssignal steuert beispielsweise Höhe, Dauer und zeitliche Abfolgen des Laststromes. Einem Benutzer ist es so weiterhin möglich, beispielsweise für den Einsatz eines Leuchtmittels als Blitz dessen Eigenschaften einzustellen. Dazu zählen insbesondere Blitzintensität, Blitzdauer oder Blitzabfolge, zum Beispiel Vorblitz zur Roteaugenkorrektur und andere.
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Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand einer Figur näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Elemente tragen dabei gleiche Bezugszeichen.
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Es zeigt:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Treiben einer elektrischen Last nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Treiben einer elektrischen Last nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Treiber Drv, eine Schutzschaltung Prt und eine Kontrolleinheit CU. Die Kontrolleinheit CU ist über ein Interface SDA, SCL umfassend einen ersten und zweiten Kontrollanschluss C1a und C1b mit dem Treiber Drv verbunden. Zudem ist die Kontrolleinheit CU über die Schutzschaltung Prt mit dem Anschlussknoten LED des Treibers Drv gekoppelt.
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Der Treiber Drv umfasst eine Steuereinrichtung Ctrl, eine steuerbare Stromquelle Ivar, einen Komparator Comp mit einer Referenzspannungsquelle Vref sowie einen Anschlussknoten LED zum Anschließen einer elektrischen Last und einen Anschlussknoten Vs zum Anschließen einer Versorgungsspannung. Die steuerbare Stromquelle Ivar ist verbunden mit dem Anschlussknoten Vs für eine Versorgungsspannung, dem Anschlussknoten LED und einem ersten Eingang In1 des Komparators Comp. Die steuerbare Stromquelle Ivar ist zudem über einen Steuereingang mit der Steuereinrichtung Ctrl gekoppelt. Der Komparator Comp ist über einen Ausgang mit der Steuereinrichtung Ctrl verbunden und über einen Aktivierungspfad Ch an die Steuereinrichtung Ctrl gekoppelt. Ein zweiter Eingang In2 des Komparators Comp ist mit der Referenzspannungsquelle Vref an Masse gekoppelt. Am Anschlussknoten LED ist eine Leuchtdiode LD angeschlossen. Am Anschlussknoten Vs für eine Versorgungsspannung ist eine Versorgungsspannung Vsupply angeschlossen.
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Die Kontrolleinheit CU hat im Wesentlichen zwei Funktionen. Zum einen erlaubt sie am Treiber Drv verschiedene Parameter einzustellen. Dies erfolgt über das Interface SDA, SCL und den ersten und zweiten Kontrollanschluss C1a und C1b. Dazu stellt die Kontrolleinheit CU geeignete Registerbits zur Verfügung, die beispielsweise Stromhöhe und Stromdauer am Treiber Drv einstellen. Eine zweite Funktion der Kontrolleinheit CU liegt im Bereitstellen eines Auslösesignals trig, das über der Schutzschaltung Prt am Anschlussknoten LED anliegt, und beispielsweise ein Blitzen der angeschlossenen Leuchtdiode LD veranlasst.
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Dazu veranlasst die Kontrolleinheit CU zunächst, dass der Treiber Drv weitere Komponenten aktiviert. Dies kann beispielsweise durch einen Benutzer eines Mobilfunktelefons oder einer Digitalkamera an der Kontrolleinheit CU durch geeignete Mittel, wie ein Programmmenü, eingestellt werden. Zu den aktivierbaren Komponenten zählt die Versorgungsspannung Vsupply und der Komparator Comp, der über den Aktivierungspfad Ch aktiviert wird. In der Folge überwacht der Komparator Comp am Anschlussknoten LED das dort anliegende Signal durch Vergleich mit einer Referenzspannung Vref, zum Beispiel aus einem Bereich von 500 bis 800 mV.
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Wird an der Kontrolleinheit CU ein Blitzereignis beispielsweise durch Drücken eines Auslösers an einem Mobilfunktelefon oder einer Digitalkamera, angezeigt, veranlasst die Kontrolleinheit CU, dass am Anschlussknoten LED ein Auslösesignal trig anliegt. Der Komparator Comp leitet ein entsprechendes Vergleichssignal über den Messkanal Mes an die Steuereinrichtung Ctrl weiter. Die Steuereinrichtung Ctrl schaltet dann die Stromquelle Ivar auf den Anschlussknoten LED und versorgt so die angeschlossene Leuchtdiode LD, die dann beispielsweise aufblitzt.
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Die zuvor durch die Kontrolleinheit CU über den ersten und zweiten Kontrollanschluss C1a und C1b eingestellten Parameter der Steuereinrichtung Ctrl des Treibers Drv definieren dabei beispielsweise die durch die steuerbare Stromquelle Ivar bereitgestellte Stromhöhe und die Stromdauer. So lassen sich beispielsweise Blitzintensität, Blitzdauer und Blitzabfolge einstellen.
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Durch die Kombination des Komparators Comp und der konfigurierbaren Steuereinrichtung Ctrl ist es möglich, dem Anschlussknoten LED zwei Funktionen zuzuordnen. Der Anschlussknoten LED dient als Monitor zur Überwachung eines Auslöseereignisses und in der Folge als Versorgungsknoten für die angeschlossene Leuchtdiode LD. Vorteilhafterweise lässt sich durch die doppelte Funktionalität des Anschlussknotens LED eine kompaktere und platzsparendere Ausführung der Schaltungsanordnung realisieren. Ein zweiter Anschlussknoten ist somit nicht notwendig.
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Das Interface SDA, SCL kann als shared oder not shared, also als geteiltes oder nicht – geteiltes Interface ausgeführt sein. Übliche Standards sind das Serial Peripheral Interface (SPI) oder wie vorliegend gezeigt ein Inter-Integrated Circuit (I2C).
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Alternativ zur Stromquelle Ivar kann eine steuerbare Stromsenke vorgesehen sein.
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In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit Ctrl einen internen Entprell-Schaltkreis.
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Der Entprell-Schaltkreis dient dazu, Spannungsspitzen zu vermeiden, die ein korrektes Betreiben einer elektrischen Last durch die Schaltungsanordnung stören könnten.
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In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die Kontrolleinheit CU ein Basisband einer Kommunikationsschnittstelle, einen Kameraprozessor oder eine Schaltvorrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- C1
- Kontrollanschluss
- C1a
- erster Kontrollanschluss
- C1b
- zweiter Kontrollanschluss
- Ch
- Aktivierungspfad
- Comp
- Komparator
- conf
- Konfigurationssignal
- Ctrl
- Steuereinrichtung
- CU
- Kontrolleinheit
- Det
- Detektionsschaltung
- Drv
- Treiber
- In1
- erster Eingang
- In2
- zweiter Eingang
- Ivar
- Stromquelle
- LD
- Leuchtdiode
- LED
- Anschlussknoten
- Mes
- Messkanal
- Out
- Ausgang
- Prt
- Schutzschaltung
- SCL
- Interface
- strb
- Kontrollsignal
- SDA
- Interface
- trig
- Auslösesignal
- Vref
- Referenzspannungsquelle
- Vs
- Versorgungsknoten
