DE10213394B4

DE10213394B4 - LED-Ansteuerungssystem

Info

Publication number: DE10213394B4
Application number: DE10213394.8A
Authority: DE
Inventors: Marcel Johannes Maria Bucks; Engbert Bernard Gerard Nijhof
Original assignee: Philips Lighting North America Corp
Current assignee: Signify North America Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: DE10213394A1; TWI288910B

Abstract

LED-Ansteuerungssystem, ausgebildet um die Stärke des von den angesteuerten LEDs erzeugten Lichtes zu überwachen und falls notwendig zu korrigieren, während gleichzeitig eine Korrektur hinsichtlich des Einflusses von Umgebungslicht ausgeführt wird, das einen Stromrichter (I) mit einer Steuerung (III) hat, mit- Mitteln (IV) zum Bilden eines LED-Lichtsignals (SL), das durch Licht generiert wird, welches von zumindest einer angesteuerten LED (II) aus emittiert wird, wobei das LED-Ansteuerungssystem Mittel (V) zum Ausgleichen des LED-Lichtsignals (SL) hinsichtlich des Umgebungslichtes durch periodisches Abtasten des Umgebungslichtes und Generieren eines Umgebungslichtsignals (SA), das vom LED-Lichtsignal (SL) zu subtrahieren ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (I) ein Schaltnetzteil (I) ist und wobei das LED-Ansteuerungssystem ein Array von LEDs umfasst, die von dem LED-Ansteuerungssystem als Einheit betrieben werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein LED-Ansteuerungssystem.
Ein LED-Ansteuerungssystem ist aus US 5 471 052 A bekannt. Bei dem bekannten Ansteuerungssystem gibt es zwei optische Empfänger, die je ein LED-Lichtsignal bilden, wobei die Signale durcheinander dividiert werden und das so gebildete Divisionsergebnis als Eingangssignal eines Steuerungsmikroprozessors verwendet wird, der sowohl einen Stromrichter des Ansteuerungssystems als auch die beiden optischen Empfänger steuert. Für jeden optischen Empfänger enthält das System eine Rückkopplungsschaltung zum Korrigieren des Signals des optischen Empfängers hinsichtlich des Umgebungslichtes. Auf diese Weise wird die Erzeugung von Licht durch die angesteuerte LED hinsichtlich einer Änderung des Lichtstroms der LED und hinsichtlich des Umgebungslichtes ausgeglichen. Ein Nachteil der bekannten Treiberschaltung ist ihre komplizierte Struktur.
Aus EP 0 102 816 A2 ist ein Pulsoximeter mit zwei Lichtquellen bekannt, wobei Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen zur Durchleuchtung von menschlichem Gewebe genutzt wird.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen LED-Treiber zu verschaffen, bei dem dem genannten Nachteil begegnet wird. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung hat das LED-Ansteuerungssystem, das einen Stromrichter mit einer Steuerung hat,

• Mittel zum Bilden eines LED-Lichtsignals SL, das durch Licht generiert wird, welches von zumindest einer angesteuerten LED aus emittiert wird;
• Mittel zum Ausgleichen des LED-Lichtsignals SL hinsichtlich des Umgebungslichtes durch periodisches Abtasten des Umgebungslichtes und Generieren eines Umgebungslichtsignals SA, das vom Signal SL zu subtrahieren ist.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Ansteuerungssystems ist, dass bei einer relativ einfachen Schaltungsanordnung eine Korrektur hinsichtlich des Umgebungslichtes mit einem verbesserten Rauschabstand verschafft wird. Wegen des Subtrahierens des Signals SA vom Signal SL bildet die Umgebungslichtkorrektur eine Vorwärtsschleife. Vorzugsweise haben bei einem erfindungsgemäßen LED-Ansteuerungssystem die Mittel zum periodischen Abtasten des Umgebungslichtes Mittel zum Halten des so generierten Umgebungslichtsignals SA auf einem dem Wert des letzten periodischen Abtastens entsprechenden Wert. Dies führt weiterhin zu einer Vereinfachung des Ansteuerungssystems. Dies gilt auch für eine Ausführungsform des Ansteuerungssystems, bei dem die Mittel zum periodischen Abtasten des Umgebungslichtes die LED-Lichterzeugung periodisch unterbrechen. Vorteilhafterweise wird die Unterbrechung der LED-Lichterzeugung mit dem periodischen Abtasten des Umgebungslichtes synchronisiert. Bei einer solchen Ausführungsform teilen sich die Mittel zum Bilden des Signals SL und zum Erzeugen des Signals SA vorteilhafterweise einen Photosensor.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße LED-Ansteuerungssystem mit einem Impulsgenerator zum Steuern eines Zeitgebers versehen, welcher Zeitgeber einen zwischen dem Stromrichter und der angeschlossenen LED angeordneten Schalter steuert. Vorzugsweise ist der Stromrichter ein Schaltnetzteil (SMPS: switch mode power supply). Schalten eines gesteuerten Hauptschalters des SMPS wird im Allgemeinen bei einer Folgefrequenz erfolgen, die um eine oder mehr Dekaden von einer Folgefrequenz abweicht, wie sie durch das periodische Abtasten des Umgebungslichtes definiert wird. Im Fall kleinerer Differenzen zwischen den beiden Folgefrequenzen kann es ratsam sein, dass der Impulsgenerator mit dem gesteuerten Hauptschalter des SMPS synchronisiert ist, was zu einem einfachen und zuverlässigen erfindungsgemäßen Ansteuerungssystem führt.
Auf die oben beschriebene Weise ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Ansteuerungssystem einen einzelnen optischen Sensor hat, der zusammen mit dem Impulsgenerator das dem Umgebungslicht entsprechende Signal SA generiert, wenn der der angesteuerten LED zugeführte Strom durch den Impulsgenerator unterbrochen wird.
Das Ansteuerungssystem kann eine einzelne LED ansteuern. Bei vielen in der Praxis verwendeten Ausführungsformen gibt es ein Array von LEDs, die von dem Ansteuerungssystem als Einheit betrieben werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein elektrisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen LED-Ansteuerungssystems und
2 graphische Darstellungen von in dem Ansteuerungssystem von 1 generierten Signalen.

In 1 sind A, B Eingangsklemmen des LED-Ansteuerungssystem, das einen Stromrichter I mit einer Steuerung III hat, mit

• Mitteln IV zum Bilden eines LED-Lichtsignals SL, das durch Licht generiert wird, welches von zumindest einer angesteuerten LED II aus emittiert wird;
• Mitteln V zum Ausgleichen des LED-Lichtsignals SL hinsichtlich des Umgebungslichtes durch periodisches Abtasten des Umgebungslichtes und Generieren eines Umgebungslichtsignals SA, das vom Signal SL zu subtrahieren ist.

Die von dem LED-Ansteuerungssystem angesteuerte LED ist mit Ausgangsklemmen C, D des Systems verbunden. Bei in der Praxis verwendeten Ausführungsformen gibt es im Allgemeinen ein Array aus LEDs, das mit den Ausgangklemmen verbunden ist und von dem Ansteuerungssystem betrieben wird.
Die Mittel V zum periodischen Abtasten des Umgebungslichtes haben eine Abtast-Halte-Schaltung SH, die Mittel zum Halten des so generierten Umgebungslichtsignals SA auf einem dem Wert des letzten periodischen Abtastens entsprechenden Wert bildet. Die Mittel V sind weiterhin mit einem Impulsgenerator PG zum Steuern eines Zeitgebers TR versehen, welcher Zeitgeber einen zwischen dem Stromrichter I und der angeschlossenen LED II angeordneten Schalter SW steuert.
Die Mittel zum Bilden des Signals SL und zum Erzeugen des Signals SA haben einen gemeinsamen Photosensor PT.
Das generierte Signal SA wird vom Signal SL in einer Subtraktionsschaltung SUB subtrahiert. Das resultierende Signal Vout wird dem Umformer zugeführt, im beschriebenen Fall einem SMPS mit einem Controller CC, beispielsweise einer PWM-Schaltung, die den Umformerbetrieb steuert.
In 2 geben die dargestellten Kurven ein vom Impulsgenerator PG generiertes Signal 100 und ein vom Zeitgeber TR generiertes Signal 101 wieder. Vertikal ist die Amplitude der Signale in willkürlichen Einheiten aufgetragen, und die horizontale Achse stellt die Zeitachse dar.
Bei einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Treiberanordnung wird der Stromrichter durch einen Umformer gebildet, wie in WO 01/05193 A1 offenbart, der in geeigneter Weise zum Betreiben eines LED-Arrays verwendet werden kann, beispielsweise vom Typ GR090053224 , Hersteller Lumileds Lighting, das Teil einer Verkehrssignalanlage ist. Der Umformer wird von einer Speisequelle mit 120V, 60Hz angesteuert.
Als Photosensor, der Teil der Mittel IV zum Generieren des Signals SL ist, sowie als Mittel V zum Generieren des Signals SA wird eine Photodiode vom Typ SHF2400, Hersteller Infineon, verwendet. Der Impulsgenerator und der Zeitgeber sind in einem IC vom Typ 74HCT221 kombiniert. Der Impulsgenerator generiert negative Rechteckimpulse mit einer Dauer von 50 µs bei einer Folgefrequenz zwischen 1 und 2 kHz. Auf diese Weise steuert er die Erzeugung von Impulsen von 25 µs durch den Zeitgeber am Anfang jedes negativen Impulsgeneratorimpulses. Vorzugsweise bildet die Folgefrequenz kein Vielfaches der Speisequellenfrequenz. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Abtast-Halte-Schaltung durch einen IC vom Typ NE5537, Hersteller Philips, verschafft.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform hat das SMPS einen Hauptschalter, der während des Betriebs der Ansteuerungsschaltung mit einer Folgefrequenz geschaltet wird, die zwischen 50 kHz und 130 kHz variiert und die mehrere Dekaden über der Folgefrequenz des Impulsgenerators liegt. Wegen dieser großen Differenz gibt es zwischen den genannten beiden Folgefrequenzen keine Synchronisation.
Das hier offenbarte Ansteuerungssystem ermöglicht es, die Stärke des von den angesteuerten LEDs erzeugten Lichtes zu überwachen und falls notwendig zu korrigieren, während gleichzeitig eine Korrektur hinsichlich des Einflusses von Umgebungslicht ausgeführt wird. In praktischen Fällen kann ein Offsetfehler im Vout-Signal toleriert werden. Dies ergibt eine Verbesserung um einen Faktor 200 im Rauschabstand relativ zu einem Rückkoppl ungskorrektursystem.

Claims

LED-Ansteuerungssystem, ausgebildet um die Stärke des von den angesteuerten LEDs erzeugten Lichtes zu überwachen und falls notwendig zu korrigieren, während gleichzeitig eine Korrektur hinsichtlich des Einflusses von Umgebungslicht ausgeführt wird, das einen Stromrichter (I) mit einer Steuerung (III) hat, mit - Mitteln (IV) zum Bilden eines LED-Lichtsignals (SL), das durch Licht generiert wird, welches von zumindest einer angesteuerten LED (II) aus emittiert wird, wobei das LED-Ansteuerungssystem Mittel (V) zum Ausgleichen des LED-Lichtsignals (SL) hinsichtlich des Umgebungslichtes durch periodisches Abtasten des Umgebungslichtes und Generieren eines Umgebungslichtsignals (SA), das vom LED-Lichtsignal (SL) zu subtrahieren ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (I) ein Schaltnetzteil (I) ist und wobei das LED-Ansteuerungssystem ein Array von LEDs umfasst, die von dem LED-Ansteuerungssystem als Einheit betrieben werden.
LED-Ansteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Mittel (V) zum periodischen Abtasten des Umgebungslichtes Mittel (SH) zum Halten des so generierten Umgebungslichtsignals (SA) auf einem dem Wert des letzten periodischen Abtastens entsprechenden Wert haben.
LED-Ansteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mittel (V) zum periodischen Abtasten des Umgebungslichtes die LED-Lichterzeugung periodisch unterbrechen.
LED-Ansteuerungssystem nach Anspruch 3, bei dem das Unterbrechen von LED-Lichterzeugung mit dem periodischen Abtasten des Umgebungslichtes synchronisiert ist.
LED-Ansteuerungssystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem die Mittel (IV, V) zum Bilden des LED-Lichtsignals (SL) und zum Erzeugen des Umgebungslichtsignals (SA) einen gemeinsamen Photosensor haben.
LED-Ansteuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mit einem Impulsgenerator (PG) zum Steuern eines Zeitgebers (TR) versehen ist, welcher Zeitgeber (TR) einen zwischen dem Stromrichter (I) und der angeschlossenen LED (II) angeordneten Schalter (SW) steuert.
LED-Ansteuerungssystem nach Anspruch 6, bei dem der Stromrichter (I) ein Schaltnetzteil (I) ist und bei dem der Impulsgenerator (PG) mit einem gesteuerten Hauptschalter des Schaltnetzteils (I) synchronisiert ist.