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Die Erfindung betrifft ein Steuer- und/oder Regelungsmittel für ein Leuchtdiodenfeld. Eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung.
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Leuchtdiodenfelder bestehend aus einer Vielzahl von Leuchtdioden sind zurzeit dabei, die klassischen Glühlampen in Scheinwerfern moderner Kraftfahrzeuge abzulösen. Leuchtdioden bieten nicht nur eine hohe Lichtausbeute und mehr Sicherheit sondern auch viele Gestaltungsfreiräume und ein hohes Energieeinsparpotential. Neben gestalterischen Lichtkonzepten bieten neuartige Entwicklungen die Möglichkeit unterschiedliche Lichtverteilungen z.B. für Stadt- oder Landstraßen, Schlechtwetter- oder Autobahnlicht zu erzeugen. Hierfür ist es notwendig, dass die Helligkeit und die Lichtleistung der einzelnen Leuchtdioden oder von mehreren zu einer Gruppe zusammengefassten Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenfeld genau gesteuert werden kann.
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Aufgrund der Parameterstreuung der einzelnen Leuchtdioden haben die einzelnen Leuchtdioden sowie auch die Gruppen der Leuchtdioden einen unterschiedlichen Spannungsabfall. Diese verschiedenen Spannungen können zu einer ungleichmäßigen Strom- und damit zu einer ungleichmäßigen Lichtverteilung über die einzelnen Leuchtdioden einer Gruppe führen.
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Um eine gleichmäßige Lichtverteilung zu erreichen ist aus dem Dokument
DE 10 2006 005 521 B3 eine Ansteuerung für eine Leuchtdiodenfeld bekannt, wobei in einer Initialisierungs- oder Testphase bei jeweils einer Gruppe von Leuchtdioden eine Strommessung durchgeführt wird, während stufenweise die Spannung erhöht wird, bis bei einer Schwellen-Spannung ein vorbestimmter Sollstrom fließt. Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass zur Stromüberwachung der einzelnen Gruppen eine zusätzliche Strommesseinrichtung benötigt wird, was die Kosten erhöht. Weiterhin muss die Spannung stufenweise erhöht werden, was die Zeitdauer der Initialisierungs- oder Testphase erhöht.
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Wünschenswert ist eine geeignete Ansteuerung der Leuchtdioden oder der Gruppen von Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenfeld, um eine gewünschte Lichtverteilung bei gleichzeitiger Minimierung der Verluste zu erreichen. Weiterhin ist es wünschenswert einen Ausfall von Leuchtdioden zu erkennen und zu lokalisieren, um zum einen den Ausfall durch die restlichen intakten Leuchtdioden zu kompensieren und bei einem größeren Ausfall zeitnah eingreifen zu können.
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An diesem Punkt setzt die Erfindung an.
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Der Erfindung lag das Problem zugrunde die bekannte Ansteuerschaltung für ein Leuchtdiodenfeld so zu verbessern, dass mit einfachen Mitteln die Parameterstreuung der einzelnen Leuchtdioden erkannt und ausgeglichen werden kann, wobei die Erkennung innerhalb einer kurzen Zeitspanne gelingt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Steuer- und/oder Regelungsmittel für ein Leuchtdiodenfeld gelöst
- - mit wenigstens zwei ersten Ausgängen, an denen Steuersignale zum Steuern von ersten steuerbaren Schaltelementen des Leuchtdiodenfeldes abgreifbar sind,
- - mit wenigstens einem zweiten Ausgang, an welchem Steuersignale zum Steuern eines zweiten steuerbaren Schaltelementes abgreifbar sind oder an welchem Steuer- und/oder Regelungssignale zum Steuern und/oder Regeln einer steuerbaren und/oder regelbaren Stromquelle abgreifbar sind,
- - mit wenigstens zwei Messsignaleingängen, an welchen Sensorsignale von wenigstens zwei Spannungssensoren anlegbar sind, und
- - mit einem dritten Ausgang, an welchem Steuer- und/oder Regelungssignale zum Steuern und/oder Regeln einer regelbaren Spannungsquelle abgreifbar sind,
- - wobei die Steuer- und/oder Regelungssignale zum Steuern und/oder Regeln der regelbaren Spannungsquelle in Abhängigkeit der Sensorsignale der wenigstens zwei Spannungssensoren bestimmt sind.
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Das Problem wird hinsichtlich der Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel erfindungsgemäß ausgebildet ist, dass die Schaltungsanordnung wenigstens eine regelbare Spannungsquelle aufweist, die mit dem einen wenigstens dritten Ausgang des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden ist und dass die Schaltungsanordnung wenigstens einen ersten Spannungssensor aufweist, mit welchem die Spannung über dem Leuchtdiodenfeld erfassbar ist und mit wenigstens einem zweiten Spannungssensor, mit welchem eine Versorgungsspannung oder die Spannung der regelbaren Spannungsquelle erfassbar ist.
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Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gelöst, wobei das Verfahren wenigstens die nachfolgenden Schritte aufweist:
- - mittels des Steuer- und/oder Regelungsmittel werden die ersten steuerbaren Schaltelemente zum Öffnen angesteuert,
- - das zweite steuerbare Schaltelement wird zum Schließen angesteuert, wobei ein Messzweig über dem Messwiderstand zwischen einer Versorgungsspannung und dem Leuchtdiodenfeld geschlossen wird oder die steuerbare und/oder regelbare Stromquelle wird zum Einstellen eines definierten Stromes angesteuert,
- - der zweite Spannungssensor ermittelt die Versorgungsspannung,
- - mittels des Steuer- und/oder Regelungsmittel werden die ersten steuerbaren Schaltelemente zum Schließen und Öffnen angesteuert, derart dass nacheinander jeweils nur ein einer Reihenschaltung zugewiesenes erstes steuerbares Schaltelement geschlossen ist,
- - der erste Spannungssensor ermittelt den Spannungsabfall über der eingeschaltete Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes,
- - die ermittelten Spannungswerte der Spannungssensoren werden an das Steuer- und/oder Regelungsmittel übermittelt und im Steuer- und/oder Regelungsmittel gespeichert,
- - aus der Differenz der Spannungswerte der beiden Spannungssensoren bestimmt das Steuer- und/oder Regelungsmittel den Spannungsabfall über dem Messwiderstand,
- - aus der Spannungsabfall über dem Messwiderstand und dem Messwiderstand ermittelt das Steuer- und/oder Regelungsmittel den Strom, welcher durch die eingeschaltete Reihenschaltung als Leuchtdiodenstrom fließt,
- - das Wertepaar aus dem ermittelten Leuchtdiodenstrom und dem Spannungsabfall über der eingeschalteten Reihenschaltung wird im Steuer- und/oder Regelungsmittel als Arbeitspunkt der Reihenschaltung innerhalb eines Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinienfeldes bestimmt und mit Hilfe des Arbeitspunktes die für die eingeschaltete Reihenschaltung zutreffende Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinie ermittelt,
- - durch eine Verschiebung des Arbeitspunktes auf der bestimmten Kennlinie wird im Steuer- und/oder Regelungsmittel zu einem gewünschten Leuchtdiodenstrom eine optimale Betriebsspannung für die Reihenschaltung ermittelt.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird auf eine Strommesseinrichtung verzichtet. Durch den Verzicht auf eine Strommessung kann die Schaltungsanordnung kostengünstig aufgebaut werden. Weiterhin ist möglich auf eine stufenweise Erhöhung der Versorgungsspannung zu verzichten. Die Ermittlung der optimalen Betriebsspannung für die eingeschaltete Reihenschaltung kann so schneller erfolgen, als bei dem bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik.
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Eine Verkürzung der Ermittlung der optimalen Betriebsspannung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Schritte innerhalb einer Initialisierungs- oder Testphase durchgeführt werden. Innerhalb der Zeitdauer der Initialisierungs- oder Testphase wird das Leuchtdiodenfeld nicht in der Form betrieben, wie es für eine gewünschte Helligkeitsverteilung nötig ist. Bei einem Leuchtdiodenfeld in einem Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges wird während der Initialisierungs- oder Testphase demnach die Umgebung des Fahrzeugs nicht richtig ausgeleuchtet. Es ist daher notwendig, dass die Zeitdauer möglichst gering gehalten wird. Vorteilhaft ist eine Zeitdauer, die von einem Betrachter nahezu unbemerkt bleibt.
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Für die Bestimmung des Arbeitspunktes der Reihenschaltung kann es vorgesehen sein, dass die Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinie über eine Wertetabelle im Steuer- und/oder Regelungsmittel hinterlegt ist. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinie über eine mathematische Formel im Steuer- und/oder Regelungsmittel hinterlegt ist. Dadurch ist es möglich eine Parametrierung der Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinie vorzunehmen.
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Bei einer großen Anzahl von Reihenschaltungen kann es vorgesehen sein, dass durch jedes Ansteuern der ersten steuerbaren Schaltelemente zum Schließen eine variable Anzahl von Reihenschaltungen zugeschaltet wird. Durch eine Gruppierung der Reihenschaltungen würde die Zeitdauer für die Initialisierungs- oder Testphase weiter verkürzt. Es besteht dann jedoch nicht die Möglichkeit für jede Reihenschaltung eine optimale Betriebsspannung zu ermitteln, sondern nur für die Gruppe von Reihenschaltungen, die gemeinsam zugeschaltet wird. Es sollte in einem solchen Fall eine Abwägung zwischen der Genauigkeit der Ermittlung und der Verkürzung der Initialisierungs- oder Testphase erfolgen.
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Zum Schutz der Schaltungsanordnung kann es vorgesehen sein, dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel die ersten steuerbaren Schaltelemente des Leuchtdiodenfeldes nur dann zum Schließen ansteuert, wenn die Versorgungsspannung in einem Bereich liegt, der für die Leuchtdioden im Leuchtdiodenfeld tolerierbar ist, wobei dieser Wertebereich im Steuer- und/oder Regelungsmittel hinterlegt ist. Hier ist es insbesondere wichtig, die Leichtdioden vor Überlastungen zu schützen. Derartige Überspannungen können beispielsweise auftreten, wenn eine Fahrzeugbatterie durch eine Fremdstarteinrichtung überbrückt wird. Es ist ebenfalls möglich, dass bei dem Starten eines Fahrzeugs die Versorgungsspannung kurzzeitig einbricht und unter einen Wert der Durchlassspannung der Leuchtdioden innerhalb einer Reihenschaltung sinkt. Die Initialisierungs- oder Testphase startet erst dann, wenn die Versorgungsspannung einen tolerierbaren Wert angenommen hat.
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Vorzugsweise steuert das Steuer- und/oder Regelungsmittel die ersten steuerbaren Schaltelemente jeweils separat und unabhängig voneinander an, so dass jeweils nur eine Reihenschaltung zugeschaltet ist. Dies ermöglicht neben einer möglichst exakten Ermittlung der optimalen Betriebsspannung auch eine genaue Detektion von Fehlern innerhalb einer Reihenschaltung. Dabei kann es vorgesehen sein, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn innerhalb der Initialisierungs- oder Testphase an einer eingeschalteten und mit Spannung versorgten Reihenschaltung durch den ersten Spannungssensor eine Spannung ermittelt wird, die niedriger oder höher ist als eine festgelegte Fehlerschwelle.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass nach Detektion eines Fehlers an einer Reihenschaltung eine die Reihenschaltung identifizierende Fehlermeldung in dem Steuer- und/oder Regelungsmittel gespeichert wird. Durch die Speicherung der Fehlermeldung wird ein Auslesen des Fehlers, beispielsweise bei einer Wartung des Fahrzeugs ermöglicht. Auf diese Weise kann die fehlerhafte Reihenschaltung dann lokalisiert werden. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass nach der Detektion eines Fehlers benachbarte Reihenschaltungen so angesteuert werden, dass diese die fehlende Leichtleistung der fehlerhaften Reihenschaltung zumindest teilweise auffangen.
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Um einen optimalen Betrieb des Leuchtdiodenfeldes zu erreichen, kann es vorgesehen sein, dass im Betrieb der Schaltungsanordnung, außerhalb der Initialisierungs- oder Testphase die regelbare Spannungsquelle auf eine Betriebsspannung eingestellt wird, die mindestens der höchsten ermittelten optimalen Betriebsspannung einer Reihenschaltung entspricht. Dadurch wird gewährleistet, dass Betriebsspannungen der Reihenschaltungen in einem Bereich liegen, dass die Durchlassspannungen der Leuchtdioden erreicht werden. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass das Leuchtdiodenfeld nicht überlastet wird und es dadurch zu Defekten kommen kann.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Betriebsspannung um einen im Steuer- und/oder Regelungsmittel hinterlegten Wert höher eingestellt wird als es der höchsten ermittelten optimalen Betriebsspannung einer Reihenschaltung entspricht. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Betriebsspannung um 2% bis 25% höher eingestellt wird als es der höchsten ermittelten optimalen Betriebsspannung einer Reihenschaltung entspricht. Bei dieser Erhöhung der Betriebsspannung wird eine Überlastung des Leuchtdiodenfeldes vermieden, gleichzeitig aber erreicht, dass das Leuchtdiodenfeld zweifelsfrei betrieben wird. Es kann weiterhin eine Steigerung der Helligkeit erreicht werden, sofern dies gewünscht ist.
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Es besteht die Möglichkeit, dass eine Reihenschaltung, deren benötigter Leuchtdiodenstrom niedriger ist als der Leuchtdiodenstrom, der sich aufgrund der eingestellten Betriebsspannung einstellt, durch getaktetes Ansteuern des zugehörigen ersten steuerbaren Schaltelementes zum Öffnen und Schließen in ihrem Leuchtdiodenstrom angepasst wird. Die Reihenschaltung wird durch das Öffnen und Schließen des zugehörigen ersten steuerbaren Schaltelementes gerade so lange zugeschaltet, dass der gewünschte mittlere Leuchtdiodenstrom fließt. Ein zu hoher Leuchtdiodenstrom, der sich aufgrund der zu hohen Betriebsspannung einstellen würde, wird dadurch vermieden.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem Messwiderstand
- 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer steuerbaren und/oder regelbaren Stromquelle
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Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst ein Leuchtdiodenfeld 2 aus zwei Reihenschaltungen I, II. Jede Reihenschaltung I, II umfasst zwei Leuchtdioden D1, D2, einen Widerstand R1, R2 und ein erstes steuerbares Schaltelement S1, S2. Entsprechend der Indizes der Bezeichnungen der Bauelemente wird nachfolgend von der ersten Reihenschaltung I und der zweiten Reihenschaltung II gesprochen. Die Anzahl der Leuchtdioden D1, D2 ist bespielhaft zu sehen und kann variieren.
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Die Reihenschaltungen I, II sind parallel geschaltet. Die Leuchtdioden D1, D2 sind innerhalb der Reihenschaltungen I, II in Reihe angeordnet. Ihre Anoden liegen an einem gemeinsamen ersten Knoten an. Die ersten steuerbaren Schaltelemente S1, S2 liegen an einem gemeinsamen zweiten Knoten. Die Widerstände R1, R2 sind zwischen den Dioden D1, D2 und den ersten steuerbaren Schaltelementen S1, S2 angeordnet.
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Neben dem Leuchtdiodenfeld 2 umfasst die Schaltungsanordnung eine regelbare Spannungsquelle 12, die dem ersten Knoten vorgeschaltet ist. Die regelbare Spannungsquelle 12 wird aus der Versorgungsspannung des Bordnetzes 4 gespeist.
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Zwischen einem Anschluss an die Versorgungsspannung 4 und dem ersten Knoten ist ein Messzweig vorgesehen. Dieser umfasst einen Messwiderstand 13 und ein zweites steuerbares Schaltelement 6, über das der Messzweig zugeschaltet werden kann.
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In der Schaltungsanordnung sind zwei Spannungssensoren 9, 10 vorgesehen. Der zweite Spannungssensor 9 erfasst die Versorgungsspannung, der erste Spannungssensor 10 erfasst die Spannung zwischen dem ersten Knoten und dem Massepotential.
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Des Weiteren ist bei der Schaltungsanordnung ein erfindungsgemäßes Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 vorgesehen. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 hat mehrere Eingänge 8 und mehrere Ausgänge 3, 5, 11. Über diese Ein- und Ausgänge 3, 5, 8, 11 ist das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 mit der regelbaren Spannungsquelle 12, den ersten steuerbaren Schaltelementen S1, S2 des Leuchtdiodenfeldes 2, dem steuerbaren Schaltelement 6 des Messzweiges und den beiden Spannungssensoren 9, 10 verbunden.
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Im Einzelnen sind die Verbindungen zwischen den Bauelementen beziehungsweise Komponenten und den Ein- bzw. Ausgängen 3, 5, 8, 11 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 folgendermaßen hergestellt. Ein erster Eingang 8 des Steuer- und/oder Regelungsmittels ist mit dem ersten Spannungssensor 10 verbunden. Über diesen Eingang 8 kann dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ein Signal zugeführt werden, welches der Spannung zwischen dem ersten Knoten und dem Massepotential entspricht.
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Ein zweiter Eingang 8 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 ist mit dem zweiten Spannungssensor 9 verbunden. Über den zweiten Eingang 8 kann dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 die vom ersten Spannungssensor 9 erfasste Spannung der Versorgungsspannung zugeführt werden.
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Erste Ausgänge 3 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 sind mit den Steueranschlüssen der ersten steuerbaren Schaltelemente S1, S2 der Reihenschaltungen I, II des Leuchtdiodenfeldes 2 verbunden. Über Steuerimpulse können die ersten steuerbaren Schaltelemente S1, S2 zum Öffnen und Schließen angesteuert werden.
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Ein zweiter Ausgang 5 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 ist mit dem zweiten steuerbaren Schaltelement 6 des Messzweiges verbunden. Über diesen zweiten Ausgang 5 kann ein Steuerimpuls das zweite steuerbare Schaltelement 6 geöffnet und geschlossen werden und der Messzweig zu- oder abgeschaltet werden.
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Ein dritter Ausgang 11 ist mit der regelbaren Spannungsquelle 12 verbunden. Über diesen dritten Ausgang 11 kann von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ein Signal an die regelbare Spannungsquelle 12 gegeben werden, um die von der regelbaren Spannungsquelle 12 gelieferte Spannung einzustellen.
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Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ist so eingerichtet, dass die Leuchtdioden D1, D2 in dem Leuchtdiodenfeld 2 eine gewünschte Helligkeit haben. Aufgrund von Toleranzen der Kenngrößen der einzelnen Leuchtdioden D1, D2 haben die einzelnen Leuchtdioden D1, D2 sowie auch die Reihenschaltungen I, II dieser Leuchtdioden D1, D2 unterschiedliche Spannungen in den Reihenschaltungen I, II. Die verschiedenen Spannungen führen zu unterschiedlichen Strömen in den Reihenschaltungen I, II, die wiederum zu einer ungleichmäßigen Helligkeit führen können.
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Mittels der Schaltungsanordnung kann für jede Reihenschaltung I, II die Spannung individuell bestimmt werden. Wenn die Information über die Spannung jeder Reihenschaltung I, II vorliegt, kann die regelbare Spannungsquelle 12 optimal eingestellt werden.
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Um die Spannungen der Reihenschaltungen I, II zu bestimmen, werden in einer Initialisierungs- oder Testphase zunächst alle ersten steuerbaren Schaltelemente S1, S2 der Reihenschaltungen I, II zum Öffnen angesteuert. Nachfolgend wird der Messzweig zugeschaltet und die Versorgungsspannung über den zweiten Spannungssensor 9 gemessen. Liegt die Versorgungsspannung in einem Bereich, der für die Leuchtdioden D1, D2 im Leuchtdiodenfeld 2 tolerierbar ist, dieser Wertebereich ist im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 hinterlegt, steuert das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 das erste steuerbare Schaltelement S1 der ersten Reihenschaltung I des Leuchtdiodenfeldes 2 zum Schließen an. Der erste Spannungssensor 10 ermittelt den Spannungsabfall über dieser ersten Reihenschaltung I zwischen dem ersten Knoten und dem Massepotential. Aus den Spannungswerten der beiden Spannungssensoren 9, 10 können im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 die Spannungsdifferenz und damit der Spannungsabfall über dem Messwiderstand 13 bestimmt werden. Aus dem Spannungsabfall und dem Wert des Messwiderstandes 13 ist der Strom ermittelbar, der durch die erste Reihenschaltung I fließt.
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Das Wertepaar aus dem ermittelten Leuchtdiodenstrom und dem Spannungsabfall über der eingeschalteten Reihenschaltung I, II wird im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 als Arbeitspunkt der Reihenschaltung I, II innerhalb eines Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinienfeldes bestimmt und mit Hilfe des Arbeitspunktes die für die eingeschaltete Reihenschaltung I, II zutreffende Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinie ermittelt. Durch eine Verschiebung des Arbeitspunktes auf der bestimmten Kennlinie wird im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 zu einem gewünschten Leuchtdiodenstrom eine optimale Betriebsspannung für die Reihenschaltung I, II ermittelt.
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Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 steuert nacheinander alle ersten steuerbaren Schaltelemente S1, S2 der Reihenschaltungen I, II zum Öffnen und Schließen an, so dass jeweils ein erstes steuerbares Schaltelement S1, S2 einer Reihenschaltung I, II geschlossen ist und damit immer eine Reihenschaltung I, II aktiviert ist.
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Aus den ermittelten optimalen Betriebsspannungen jeder Reihenschaltung I, II wird eine optimale Betriebsspannung für das Leuchtdiodenfeld 2 ermittelt, die mindestens so groß ist wie die höchste ermittelte Betriebsspannung einer Reihenschaltung I, II. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 steuert die regelbare Spannungsquelle 12 derart an, dass nach dem Ende der Initialisierungs- oder Testphase die optimale Betriebsspannung für das Leuchtdiodenfeld 2 eingestellt wird. Um die Reihenschaltungen I, II mit einer geringeren optimalen Betriebsspannung anzupassen, werden die bekannten Verfahren der Pulsweitenmodulation genutzt. Hierbei wird bei einer Reihenschaltung I, II, deren benötigter Leuchtdiodenstrom niedriger ist als der Leuchtdiodenstrom, der sich aufgrund der eingestellten Betriebsspannung einstellt, durch getaktetes Ansteuern des zugehörigen ersten steuerbaren Schaltelementes S1, S2 zum Öffnen und Schließen der Leuchtdiodenstrom angepasst. Die Reihenschaltung I, II wird durch das Öffnen und Schließen des zugehörigen ersten steuerbaren Schaltelementes S1, S2 gerade so lange zugeschaltet, dass der gewünschte mittlere Leuchtdiodenstrom fließt. Ein zu hoher Leuchtdiodenstrom, der sich aufgrund der zu hohen Betriebsspannung einstellen würde, wird dadurch vermieden.
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2 zeigt eine Schaltungsanordnung wie in 1 beschrieben mit dem Unterschied, dass das zweite steuerbare Schaltelement 6 durch eine steuerbare und/oder regelbare Stromquelle 7 ersetzt wird. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass die Stromquelle eine auf einen fest eingestellten Wert eingestellte Konstantstromquelle ist.
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Der zweite Ausgang 5 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 ist in diesem Fall mit der steuerbaren und/oder regelbaren Stromquelle 7 verbunden. Über diesen zweiten Ausgang 5 kann von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ein Signal an die regelbare Stromquelle 7 gegeben werden, um den von der steuerbaren und/oder regelbaren Stromquelle 7 gelieferten Strom einzustellen.
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Wird eine steuerbare und/oder regelbare Stromquelle 7 genutzt, muss der Leuchtdiodenstrom nicht im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 durch Differenzbildung der mit den Spannungssensoren 9, 10 gemessenen Spannungen ermittelt werden, sondern ist von der steuerbaren und/oder regelbaren Stromquelle 7 eingeprägt.
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Die Ermittlung der Betriebsspannung ist identisch zu dem in 1 beschriebenen Verfahren. Um die Spannungen der Reihenschaltungen I, II zu bestimmen, werden in einer Initialisierungs- oder Testphase zunächst alle steuerbaren Schaltelemente S1, S2 der Reihenschaltungen I, II zum Öffnen angesteuert. Nachfolgend wird die Versorgungsspannung mittels des zweiten Spannungssensors 9 gemessen. Liegt die Versorgungsspannung in einem Bereich, der für die Leuchtdioden D1, D2 im Leuchtdiodenfeld 2 tolerierbar ist, dieser Wertebereich ist im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 hinterlegt, steuert das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 das erste steuerbare Schaltelement S1 der ersten Reihenschaltung I des Leuchtdiodenfeldes 2 zum Schließen an. Über den zweiten Ausgang 5 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 wird ein Signal an die steuerbare und/oder regelbare Stromquelle 7 gegeben, um den von der steuerbaren und/oder regelbaren Stromquelle 7 gelieferten Strom einzustellen.
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Der erste Spannungssensor 10 ermittelt den Spannungsabfall über der ersten Reihenschaltung I zwischen dem ersten Knoten und dem Massepotential.
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Das Wertepaar aus dem ermittelten Leuchtdiodenstrom und dem Spannungsabfall über der eingeschalteten Reihenschaltung I, II wird im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 als Arbeitspunkt der Reihenschaltung I, II innerhalb eines Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinienfeldes bestimmt und mit Hilfe des Arbeitspunktes die für die eingeschaltete Reihenschaltung I, II zutreffende Leuchtdioden-Strom-Spannungs-Kennlinie ermittelt. Durch eine Verschiebung des Arbeitspunktes auf der bestimmten Kennlinie wird im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 zu einem gewünschten Leuchtdiodenstrom eine optimale Betriebsspannung für die Reihenschaltung I, II ermittelt.
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Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 steuert nacheinander alle ersten steuerbaren Schaltelemente S1, S2 der Reihenschaltungen I, II zum Öffnen und Schließen an, so dass jeweils ein erstes steuerbares Schaltelement S1, S2 einer Reihenschaltung I, II geschlossen ist und damit immer eine Reihenschaltung I, II aktiviert ist.
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Aus den ermittelten optimalen Betriebsspannungen jeder Reihenschaltung I, II wird eine optimale Betriebsspannung für das Leuchtdiodenfeld 2 ermittelt, die mindestens so groß ist wie die höchste ermittelte Betriebsspannung einer Reihenschaltung I, II. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 steuert die regelbare Spannungsquelle 12 derart an, dass nach dem Ende der Initialisierungs- oder Testphase die optimale Betriebsspannung für das Leuchtdiodenfeld 2 eingestellt wird. Um die Reihenschaltungen I, II mit einer geringeren optimalen Betriebsspannung anzupassen, werden die bekannten Verfahren der Pulsweitenmodulation genutzt. Hierbei wird bei einer Reihenschaltung I, II, deren benötigter Leuchtdiodenstrom niedriger ist als der Leuchtdiodenstrom, der sich aufgrund der eingestellten Betriebsspannung einstellt, durch getaktetes Ansteuern des zugehörigen ersten steuerbaren Schaltelementes S1, S2 zum Öffnen und Schließen der Leuchtdiodenstrom angepasst. Die Reihenschaltung I, II wird durch das Öffnen und Schließen des zugehörigen ersten steuerbaren Schaltelementes S1, S2 gerade so lange zugeschaltet, dass der gewünschte mittlere Leuchtdiodenstrom fließt. Ein zu hoher Leuchtdiodenstrom, der sich aufgrund der zu hohen Betriebsspannung einstellen würde, wird dadurch vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuer- und/oder Regelungsmittel
- 2
- Leuchtdiodenfeld
- 3
- erste Ausgänge
- 4
- Versorgungsspannung
- 5
- zweiter Ausgang
- 6
- zweite steuerbare Schaltelemente
- 7
- steuerbare und/oder regelbare Stromquelle
- 8
- Messsignaleingänge
- 9, 10
- Spannungssensoren
- 11
- dritter Ausgang
- 12
- regelbare Spannungsquelle
- 13
- Messwiderstand
- I
- erste Reihenschaltung
- II
- zweite Reihenschaltung
- D1
- Leuchtdiode der ersten Reihenschaltung
- D2
- Leuchtdiode der zweiten Reihenschaltung
- R1
- Widerstand der ersten Reihenschaltung
- R2
- Widerstand der zweiten Reihenschaltung
- S1
- erstes steuerbares Schaltelement der ersten Reihenschaltung
- S2
- erstes steuerbares Schaltelement der zweiten Reihenschaltung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006005521 B3 [0004]
