DE19848925A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leuchtdioden - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von LeuchtdiodenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Anteuerung von Leuchtdioden (1). Um über einen weiten Helligkeitsbereich eine homogene und gleichmäßige Helligkeitsverteilung der Anzeige eine Anzeigevorrichtung zu gewährleisten, wird der Flußstrom (I) durch die Leuchtdioden (1) nur bis zu einem vorbestimmten unteren Grenzwert verringert und zur weiteren Reduzierung der Helligkeit der Flußstrom (I) getaktet, wobei der Betrag des Flußstromes gleich oder größer als der untere Grenzwert ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Leuchtdioden
(LED's) nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Schaltungsanordnung
zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
LED's werden häufig für Anzeigevorrichtungen, wie Displays oder dergleichen,
eingesetzt. Eine solche, mit LED's bestückte Anzeigevorrichtung sollte eine möglichst
homogene und gleichmäßige Helligkeit aufweisen, um die anzuzeigende Information für
einen Betrachter gut lesbar zu machen. Hierbei geht man davon aus, daß das
menschliche Auge Helligkeits- bzw. Intensitätsunterschiede erst dann wahrnimmt, wenn
die zu vergleichenden Intensitäten oder Lichtstärken (gemessen in candelar [cd]) um
mehr als 100% differieren, d. h. wenn das Verhältnis der Intensitäten größer als 1 : 2 ist.
Aus diesem Grunde werden die auf Anzeigevorrichtungen eingesetzten LED's in der
Regel als selektierte Ware in bestimmten, sogenannten Helligkeitsklassen angeboten
bzw. bezogen. Diese Helligkeitsklassen sind dadurch definiert, daß der maximale
Intensitätsunterschied der LED's in einer solchen Klasse bei einem festgelegten
Flußstrom, beispielsweise einem konstanten Gleichstrom I = 20 mA, höchstens 2 : 1
beträgt. Die Bestückung einer Anzeigefläche mit LED's aus einer Helligkeitsklasse
führt also zu dem gewünschten Ergebnis, bei einem festgelegten Flußstrom eine
homogene Helligkeitsverteilung auf der Anzeigevorrichtung zu erzielen.
Ein Nachteil dieses Selektionsverfahrens tritt dann auf, wenn die Helligkeit der
Anzeigevorrichtung den Umgebungsbedingungen angepaßt werden muß. Beispielsweise
muß eine außenseitig installierte Anzeigevorrichtung, wie zum Beispiel ein DFI-
Anzeiger für Fahrgastinformationen, bei direkter Sonneneinstrahlung auf ihre größt
mögliche Helligkeit eingestellt werden, um erkennbar und ablesbar zu bleiben. Bei
Dunkelheit hingegen muß die Helligkeit der Anzeigevorrichtung verringert werden, da
die LED's ansonsten derart überstrahlen, daß die dargestellte Information nicht mehr
für den Betrachter erkennbar ist.
Die Anpassung der Helligkeit der LED's wird herkömmlicherweise über eine Änderung
des Flußstromes durch die LED's vorgenommen. Die Helligkeit der LED's wird dabei
über eine vom jeweiligen Halbleitermaterial abhängende Beziehung der emittierten
Intensität vom Flußstrom bestimmt. Ein typischer Arbeitsbereich einer Anzeige
vorrichtung liegt beispielsweise zwischen 1 mA (geringste Helligkeit) und 15 mA
(höchste Helligkeit). Heutige Hochleistungsleuchtdioden sind dermaßen intensitätsstark,
daß sie bei einer Ansteuerung mit dem genannten Flußstrom auch unter Extrem
bedingungen, wie direkter Sonneneinstrahlung, eine gut lesbare Informationsanzeige
gewährleisten.
Allerdings ist das obige Selektionsverfahren nur bei einem diskreten Flußstrom bzw. in
einem bestimmten eingeschränkten Bereich des Flußstromes gültig. Dies hat zur Folge,
daß die Intensitäten der LED's bei einer Ansteuerung der LED's mit geringeren
Flußströmen zum Zwecke einer Helligkeitsreduzierung je nach Halbleitermaterial
auseinander driften. Dies bedeutet, daß der bei dem festgelegten Fließstrom maximale
Intensitätsunterschied zwischen den einzelnen LED's innerhalb einer Helligkeitsklasse
bei geringeren Flußströmen den Wert von 2 : 1 übersteigt. Dieser bei geringeren
Flußströmen auftretende Intensitätsunterschied ist wiederum vom menschlichen Auge
erkennbar und die auf der Anzeigevorrichtung dargestellte Information wird mit
abnehmender Helligkeit zunehmend fleckiger und schwerer lesbar.
Würde man das Intensitätsverhalten der LED's andererseits über weitere Bereiche des
Flußstromes berücksichtigen wollen, so würde dies zu einer Unmenge von Helligkeits
klassen führen. Diese Lösung ist sowohl aus herstellungstechnischen als auch aus
wirtschaftlichen Gründen nicht anzustreben.
Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Helligkeit der LED's ausschließlich
über eine Modulation der Pulsweite der AN/AUS-Ansteuerung der LED's eingestellt
wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß sehr hohe Ströme, die dem Maximalstrom
der LED's entsprechen können, geschaltet werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung ein
Verfahren zur Ansteuerung von Leuchtdioden bereitzustellen, das die oben beim Stand
der Technik beschriebenen Nachteile vermeidet und insbesondere über einen weiten
Helligkeitsbereich eine homogene, gleichmäßige Helligkeitsverteilung der Leuchtdioden
gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1
gelöst.
Dadurch daß der Betrag des Flußstromes durch die Leuchtdioden auch zur Reduzierung
der Helligkeit nicht unter einen vorbestimmten unteren Grenzwert abfällt, bei dem
zweckmäßigerweise der maximale Intensitätsunterschied der Leuchtdioden noch inner
halb einer Helligkeitsklasse liegt, wird eine für das menschliche Auge homogene
Helligkeitsverteilung der Anzeige gewährleistet. Um aber dennoch eine weitere
Reduzierung der Helligkeit der Anzeige zu erreichen, wird der Flußstrom getaktet,
wobei der Betrag des Flußstromes gleich oder größer als der untere Grenzwert ist.
Die resultierende Helligkeit der Anzeige wird in diesem Arbeitsbereich somit durch das
Verhältnis zwischen den Zeitdauern von eingeschaltetem und ausgeschaltetem Fluß
strom bestimmt. Mittels dieses Verfahrens ist es möglich, kleinste Helligkeiten bei einer
absolut homogenen und gleichmäßig hellen Anzeige zu erzielen.
Vorzugsweise ist die Taktfrequenz des Flußstromes in diesem Arbeitsbereich größer als
60 Hz, so daß die tatsächlichen AN/AUS-Phasen der Leuchtdioden vom menschlichen
Auge nicht wahrnehmbar sind und vom Betrachter nur als effektive Verminderung der
Helligkeit erkannt werden.
Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur
Ansteuerung von Leuchtdioden bereitzustellen, die zur Durchführung des erfindungs
gemäßen Verfahrens geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 4
gelöst.
Die Schaltungsanordnung weist neben einer Regeleinrichtung zum Regeln des Betrages
des Flußstromes durch die Leuchtdioden noch ein Schaltmittel zum Takten des
Flußstromes auf, welches vorzugsweise mit einer Taktfrequenz größer als 100 Hz
ansteuerbar ist.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungs
beispieles mit Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Darin
zeigt die einzige Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leuchtdioden
1. Die einzelnen Leuchtdioden 1 einer Anzeigevorrichtung werden üblicherweise
separat angesteuert, d. h. sie sind in Fig. 1 nicht parallel zueinander geschaltet. Die
Schaltungsanordnung 9 ist beispielsweise in Form eines IC's oder ASIC's realisierbar.
Mit einer derartigen Schaltungsanordnung 9 können beispielsweise 32 LED's
angesteuert werden, wobei eine Anzeigevorrichtung üblicherweise eine Vielzahl solcher
Schaltungsanordnungen 9 aufweist.
Die Schaltungsanordnung 9 steuert den Flußstrom I durch die LED 1. Ob eine LED 1
der Anzeigevorrichtung für die gewünschte Anzeigeinformation überhaupt Licht
emittieren soll oder nicht, wird über ein erstes Schaltmittel 2 gesteuert. Die
Ansteuerung des ersten Schaltmittels 2 erfolgt mittels eines Registers 3, welches die
Informationen über die gewünschte Anzeige enthält. Auf diese Weise können mit einer
Anzeigevorrichtung verschiedene Anzeigeinformationen erzeugt bzw. angezeigt
werden, wobei die Anzeige prinzipiell auch in Form einer bewegten Anzeige, wie
beispielsweise einer Laufschrift, erfolgen kann.
Zur Regelung des Betrages des Flußstromes I, d. h. des konstanten Gleichstromes, durch
die LED 1 ist eine Regeleinrichtung 4 vorgesehen, die im bevorzugten Ausführungs
beispiel von Fig. 1 als regelbare Stromquelle ausgebildet ist, welche mit der LED 1 in
Reihe geschaltet ist. Grundsätzlich sind auch andere Arten von Regeleinrichtungen 4
einsetzbar, wie beispielsweise regelbare Widerstände. Die Regeleinrichtung 4 muß
dabei in der Lage sein, einen konstanten Flußstrom durch die LED 1 zu erzeugen, was
jedoch im Falle der Verwendung eines regelbaren Widerstandes als Regeleinrichtung 4
aufgrund des unterschiedlichen Spannungsabfalles am Widerstand in Abhängigkeit von
der Art der LED 1 nicht problemlos sichergestellt ist.
Die regelbare Stromquelle 4 wird von einem D/A-Wandler 5 angesteuert. Die
Ansteuerung der regelbaren Stromquelle 4 durch den D/A-Wandler 5 erfolgt dabei
gemäß einem digitalen Steuersignal BRT1, welches dem D/A-Wandler zugeführt wird.
Der Betrag des von der regelbaren Stromquelle 4 erzeugten Flußstromes I bestimmt in
Abhängigkeit vom jeweiligen Halbleitermaterial der LED 1 die Intensität der von der
LED 1 emittierten Strahlung, d. h. die Helligkeit der LED 1. Im Arbeitsbereich A
höherer Intensitäten wird die Helligkeit der LED 1 und damit die Helligkeit der
Anzeigeinformation einer Anzeigevorrichtung durch Verringerung des Flußstromes I
durch die LED 1 mittels der regelbaren Stromquelle 4 reduziert. In diesem oberen
Arbeitsbereich A beträgt der maximale Intensitätsunterschied zwischen den eingesetzten
Leuchtdioden 1 höchstens 2 : 1, d. h. die Strahlungsemissionen der LED's 1 sind
innerhalb einer Helligkeitsklasse. Wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, wird
hierdurch eine homogene und gleichmäßige Helligkeitsverteilung der Anzeige
information erzielt, die für einen Betrachter gut lesbar ist.
Der Flußstrom I wird allerdings nur bis zu einem unteren Grenzwert reduziert, bei dem
die Strahlungsemissionen der LED's noch innerhalb einer Helligkeitsklasse liegen. Um
die Helligkeit der Anzeigeinformation dennoch weiter zu reduzieren und gleichzeitig
eine homogene und gleichmäßige Helligkeitsverteilung der Anzeigeinformation auch im
unteren Arbeitsbereich B sicherzustellen, erfolgt die Ansteuerung der LED's 1 im
Arbeitsbereich B niedrigerer LED-Intensitäten wie nachfolgend beschrieben.
Im Arbeitsbereich B wird die regelbare Stromquelle 4 derart angesteuert, daß sie einen
konstanten Flußstrom I liefert, dessen Betrag mit dem vorbestimmten unteren
Grenzwert übereinstimmt. Gleichzeitig wird der Flußstrom I mittels eines zweiten
Schaltmittels 8 getaktet, welches in Reihe mit der LED 1 und der regelbaren
Stromquelle 4 geschaltet ist.
Das Takten des Flußstromes I erfolgt derart, daß das Schaltmittel 8 periodisch für eine
erste Zeitdauer t1 geschlossen und anschließend für eine zweite Zeitdauer t2 geöffnet
ist. Im oberen Arbeitsbereich A größerer Helligkeiten wird das zweite Schaltmittel 8
vorzugsweise ständig geschlossen angesteuert, d. h. t2 = 0. Die Frequenz f des Taktens
des Flußstromes I im Arbeitsbereich B beträgt f = 1/T = 1/(t1 + t2) und ist bevorzugt
größer als 60 Hz, besonders bevorzugt größer als 100 Hz.
Eine derartige Ansteuerung der LED's 1 ergibt auch im Arbeitsbereich B niedrigerer
Intensitäten eine homogene und gleichmäßige Helligkeitsverteilung der Anzeige auf der
Anzeigevorrichtung. Dies deshalb, da der Betrag des Flußstromes I in einem Bereich
gehalten wird, in dem die eingesetzten LED's ihre Strahlung innerhalb einer
Helligkeitsklasse emittieren. Die resultierende, verringerte Helligkeit der Anzeige wird
über das Verhältnis von t1/t2 bestimmt, da das menschliche Auge bei einer Frequenz
oberhalb 60 Hz die AN/AUS-Phasen der LED's 1 nicht mehr auflösen kann und nur
eine Schwächung der LED-Intensitäten wahrnimmt.
Um das zweite Schaltmittel 8 und die regelbare Stromquelle 4 wie oben beschrieben in
beiden Arbeitsbereichen A und B ansteuern zu können, wird der Schaltungsanordnung 9
ein Steuersignal BRT zugeführt, welches Informationen über den einzustellenden Betrag
des Flußstromes I und über die Taktung des Flußstromes I enthält. Dieses Steuersignal
BRT wird von einer zentralen Steuerung (nicht dargestellt) der Anzeigevorrichtung
übertragen, welche sämtliche LED's bzw. Schaltungsanordnungen 9 der Anzeige
vorrichtung ansteuert. Die zentrale Steuerung berücksichtigt dabei insbesondere auch die
erforderliche Helligkeit der Anzeige in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen
sowie den unteren Grenzwert des Flußstromes I zur Einhaltung der Helligkeitsklasse.
Beispielsweise ist die zentrale Steuerung mit einem oder mehreren Helligkeitssensoren
verbunden, die die Lichtverhältnisse in der Umgebung der Anzeigevorrichtung erfassen.
Der untere Grenzwert des Flußstromes wird im allgemeinen experimentell bestimmt.
Das Steuersignal BRT wird einem Register 6, insbesondere einem seriellen
Empfangsregister, zugeführt. Dieses Register 6 spaltet das Steuersignal BRT bzw. die
darin enthaltenen Informationen in ein erstes Steuersignal BRT1 von in Bit Länge und
ein zweites Steuersignal BRT2 von n Bit Länge auf. Das erste Steuersignal BRT1
enthält die Informationen über den einzustellenden Betrag des Flußstromes I und wird
dem D/A-Wandler 5 zugeführt, der seinerseits die regelbare Stromquelle 4 entsprechend
dem ersten Steuersignal BRT1 ansteuert. Das zweite Steuersignal BRT2 enthält die
Informationen über das Takten bzw. die Taktfrequenz des Flußstromes I und wird einer
Pulsweitenmodulations(PWM)-Steuereinrichtung 7 zugeführt, welche ihrerseits das
zweite Schaltmittel 8 entsprechend dem zweiten Steuersignal BRT2 ansteuert.
Zur Pulsweitenmodulation (PWM) benötigt die PWM-Steuereinrichtung 7 zusätzlich zu
dem Steuersignal BRT2 ein Taktsignal Clk, welches der PWM-Steuereinrichtung 7 von
der zentralen Steuerung der Anzeigevorrichtung zugeführt wird, in an sich bekannter
Weise als Referenztakt. Die PWM kann beispielsweise auf zwei verschiedene Arten
erfolgen. Zum einen ist es möglich, die Frequenz f, d. h. also t1 + t2 festzuhalten und
die Pulsweite t1 für den eingeschalteten Flußstrom und die Pulsweite t2 für den
ausgeschalteten Flußstrom zu variieren, um über das Verhältnis von t1/t2 die Helligkeit
der LED 1 zu verändern. Ebenso kann zu diesem Zweck auch die Frequenz f bei fester
Pulsweite t1 für den eingeschalteten Flußstrom I, d. h. also nur die Pulsweite t2 variiert
werden. Um im oberen Arbeitsbereich A die Helligkeit der LED 1 nur über den Betrag
des Flußstromes I einstellen zu können, sollte die PWM-Steuereinrichtung vorzugsweise
das zweite Schaltmittel 8 auch derart ansteuern können, daß es ständig geschlossen ist.
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, aus schaltungstechnischen Gründen
in jedem IC oder ASIC nur ein serielles Empfangsregister 6 vorzusehen, welches das
empfangene Steuersignale BRT in die ersten und zweiten Steuersignale BRT1 und BRT2
der mehreren Schaltungsanordnungen 9 in dem IC oder ASIC aufspaltet, so daß nur ein
Eingang des IC oder ASIC für den Empfang des Steuersignales BRT belegt werden
muß.
Claims (7)
1. Verfahren zur Ansteuerung von Leuchtdioden, bei dem der Flußstrom durch die
Leuchtdioden zur Reduzierung der Helligkeit einer Anzeigevorrichtung verringert
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Betrag des Flußstromes (I) durch die Leuchtdioden (1) nur bis zu einem
vorbestimmten unteren Grenzwert verringert wird, und daß zur weiteren
Reduzierung der Helligkeit der Flußstrom (I) getaktet wird, wobei der Betrag des
Flußstromes gleich oder größer als der untere Grenzwert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Taktfrequenz (f) des Flußstromes (I) größer als 60 Hz ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Takten des Flußstromes (I) pulsweitenmoduliert erfolgt.
4. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leuchtdioden, mit einer Regel
einrichtung (4) zum Regeln des Betrages des Flußstromes (I) durch die Leucht
dioden (1) zur Regelung der Helligkeit einer Anzeigevorrichtung,
gekennzeichnet durch
ein Schaltmittel (8) zum Takten des Flußstromes (I).
5, Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltmittel (8) mit einer Taktfrequenz (f) größer als 60 Hz ansteuerbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ansteuerung des Schaltmittels (8) eine Pulsweitenmodulations-Steuer
einrichtung (7) vorgesehen ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung (4) zum Regeln des Betrages des Flußstromes (I) eine
regelbare Stromquelle ist.
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DE19848925A DE19848925B4 (de) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leuchtdioden |
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DE19848925B4 DE19848925B4 (de) | 2010-04-29 |
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DE19848925A Expired - Fee Related DE19848925B4 (de) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leuchtdioden |
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