EP2062461A1 - Steuerverfahren, steuervorrichtung und verfahren zum herstellen der steuervorrichtung - Google Patents

Steuerverfahren, steuervorrichtung und verfahren zum herstellen der steuervorrichtung

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EP2062461A1
EP2062461A1 EP08706896A EP08706896A EP2062461A1 EP 2062461 A1 EP2062461 A1 EP 2062461A1 EP 08706896 A EP08706896 A EP 08706896A EP 08706896 A EP08706896 A EP 08706896A EP 2062461 A1 EP2062461 A1 EP 2062461A1
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EP
European Patent Office
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radiation
current
electrical
determined
emitting semiconductor
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EP08706896A
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English (en)
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EP2062461B1 (de
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Thomas Zahner
Florian Dams
Peter Holzer
Stefan GRÖTSCH
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Publication of EP2062461B1 publication Critical patent/EP2062461B1/de
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/14—Controlling the intensity of the light using electrical feedback from LEDs or from LED modules
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light

Definitions

  • the invention relates to a control method and a control device for operating at least one radiation-emitting semiconductor component.
  • the invention further relates to a method for producing the control device.
  • Radiation-emitting semiconductor components are used, for example, as light-emitting diodes, or in short: LEDs, for signaling purposes and increasingly also for illumination purposes.
  • LEDs of different colors in particular red, green or blue LEDs, are used for projecting color images.
  • the LEDs of different color alternately illuminate, in rapid succession, an array of micromirrors which are controlled in such a way that the desired color impression of a respective pixel results as a function of the respective time duration that the light of the respective LED falls on the respective pixel.
  • a viewer creates a colored picture impression, which can also include mixed colors, for example white.
  • the LEDs must be operated in each case in a pulse mode, that is, in rapid succession on and off again.
  • the object of the invention is to provide a control method, a control device and a method for producing the control device, the one or more Pulse operation of a radiation-emitting semiconductor device with a homogeneous radiation flux allows.
  • the invention is characterized by a control method and a corresponding control device.
  • a pulse-shaped, during a pulse duration increasing, electrical operating current is generated.
  • the pulse duration does not include an ascending or falling edge of the electrical operating current, which is produced by switching the electrical operating current on or off.
  • the invention is based on the finding that the at least one radiation-emitting semiconductor component heats up during the pulse duration and as a result the radiation flux decreases during the pulse duration if the electrical operating current remains substantially constant during the pulse duration. By the increasing during the pulse duration operating current can be counteracted the drop in the radiation flux. As a result, reliable pulse operation of the at least one radiation-emitting semiconductor component is possible.
  • the electrical operating current is generated such that a radiation flux of the at least one radiation-emitting Semiconductor device during the pulse duration changed only within a predetermined Radfl Wegtoleranzbandes.
  • the electrical operating current is generated such that the radiation flux of the at least one radiation-emitting semiconductor component is substantially constant.
  • a pulse-shaped, electrical switching current is generated.
  • An electrical compensation current is generated, which is superimposed on the electrical switching current for generating the electrical operating current of the at least one radiation-emitting semiconductor component.
  • the electrical compensation current increases during the pulse duration. In this way, the electrical operating current rising during the pulse duration is very easily generated.
  • the advantage is that the electrical switching current and the electrical compensation current can be generated independently of each other.
  • the electrical switching current is for example very simple rectangular generated. This is superimposed with the rising electrical compensation current.
  • a profile of the electrical operating current or of the electrical compensation current is generated as a function of a sum over at least one summand of the form A * (1-exp (-). t / tau)).
  • a time constant tau and a factor A are given in each case.
  • this is formed together with the at least one radiation-emitting semiconductor component as a common structural unit.
  • the control device forms a driver circuit for the at least one radiation-emitting semiconductor component.
  • the control device can be designed to be adjusted in accordance with the associated at least one radiation-emitting semiconductor component, so that the associated at least one radiation-emitting semiconductor component can be driven in a particularly precise manner and the resulting radiation flux is particularly reliable.
  • the invention is characterized by a method for producing the control device for operating at least one radiation-emitting semiconductor component by means of a pulse-shaped electrical operating current rising during a pulse duration.
  • a temporal profile of a thermal impedance is determined, which is representative of the at least one radiation-emitting semiconductor component.
  • a course to be set of the electrical operating current is determined.
  • the control device is further configured that the course of the operating current to be set is set in each case during the pulse duration.
  • the pulse duration does not include a rising or falling edge of the electrical operating current, which is produced by switching on or off the electrical operating current.
  • the temporal course of the thermal impedance of the at least one radiation-emitting semiconductor component is in particular easily detectable by measurement and is essentially dependent on the type of construction and the material.
  • the time profile of the thermal impedance is not determined for each individual radiation-emitting semiconductor component, but is determined representatively for all or a subset of the radiation-emitting semiconductor components of the same design and the same material selection.
  • the control device is simple and inexpensive to produce in large quantities.
  • the course of the electrical operating current to be set is determined in such a way that there is a radiation flux of the at least one radiation-emitting element
  • the course of the electrical operating current to be set is determined such that the radiation flux of the at least one radiation-emitting element
  • Radiation-emitting semiconductor device is operated in the pulse mode and in which a high uniformity and low-fluctuation of the radiation flux during the pulse duration is required.
  • a voltage-current characteristic and / or a radiation flux-current characteristic and / or a radiation flux-junction temperature characteristic curve is determined, which is in each case representative of the at least one radiation-emitting semiconductor component.
  • the characteristic curves are generally from, for example, manufacturer-provided characteristics of the at least one
  • Radiation-emitting semiconductor device known or can be determined simply by measurement. By taking into account at least one of the characteristic curves, the course to be set of the electrical operating current or of the electrical compensation current can be determined precisely.
  • the course to be set of the electrical operating current or of the electrical compensation current is determined as a function of a sum over at least one summand of the form A * (1-exp (-t / tau)).
  • a time constant tau is determined in each case depending on the time characteristic of the thermal impedance.
  • a factor A is determined in each case depending on the determined voltage-current characteristic and / or the determined radiation flux-current characteristic and / or the determined radiation flux-junction temperature characteristic.
  • the respective time constant tau and / or the respective factor A can be determined, for example, by approximation to a predetermined curve of the electrical operating current or of the electrical compensation current, which is predetermined by a physical model of the at least one radiation-emitting semiconductor component.
  • the temporal course of the thermal impedance and / or the determined voltage-current characteristic and / or the determined radiation flux-current characteristic and / or the determined radiation flux-junction temperature characteristic are supplied to the physical model.
  • the course to be set of the electrical operating current or the electrical CompensatingStroms easily determined with the desired precision.
  • FIG. 1 shows a radiation flux-junction temperature
  • FIG. 2 shows a profile of a thermal impedance
  • FIG. 3 is a detail of the radiation flux-current-time diagram
  • FIG. 4 shows a first current-time diagram
  • FIG. 5 shows a second current-time diagram
  • Figure 6 shows a control device and a
  • FIG. 7 is a first flowchart
  • the pulse duration PD includes a duration for each pulse - S -
  • the radiant flux ⁇ e changes due to a switch-on process or a switch-off process.
  • the radiation flux ⁇ e should be substantially constant.
  • FIG. 1 shows at the top left a radiation flux-junction temperature characteristic in which a first
  • Radiation flux ratio is plotted against a junction temperature Tj of a radiation-emitting semiconductor device 1.
  • the first radiation flux ratio is formed by a ratio of a radiation flux ⁇ e of the radiation-emitting semiconductor component 1 with respect to the radiation flux ⁇ e, which results at a predetermined junction temperature of 25 ° C.
  • the first radiation flux ratio can also be formed differently. With increasing junction temperature Tj, which can also be referred to as Junetion temperature, the decreases
  • Radiation flux ⁇ e This has a negative effect, in particular during an impulse operation of the radiation-emitting semiconductor component 1, when the radiation-emitting semiconductor component 1 heats up during each pulse during its pulse duration PD and cools down again after one end of the pulse.
  • the radiation flux ⁇ e during the respective pulse duration PD then generally decreases with increasing heating.
  • FIG. 1 shows at the bottom left a radiation flux-current characteristic of the radiation-emitting semiconductor component 1, in which a second radiation flux ratio against an electrical operating current If of the radiation-emitting element Semiconductor device is applied.
  • the second radiation flux ratio is formed by a ratio of the radiation flux ⁇ e of the radiation-emitting
  • the semiconductor device 1 with respect to the radiation flux ⁇ e, which results at a predetermined operating current of 750 mA.
  • the second radiation flux ratio can also be specified differently. With increasing operating current If the radiation flux ⁇ e increases.
  • the radiation flux ⁇ e can not be arbitrarily increased by increasing the operating current If, and decreases even if the operating current If and the pulse width PD are too long or the duty cycle is too long.
  • a radiation flux-current-time diagram can be determined is shown on the right in FIG. In the radiation flow-current-time diagram, a third radiation flux ratio is plotted against the operating current If and a time t.
  • Radiation flux ratio is formed by a ratio of the radiation flux ⁇ e of the radiation-emitting Semiconductor device 1 with respect to a predetermined reference radiation flux ⁇ eO.
  • the predetermined reference radiation flux ⁇ eO is, for example, as the
  • Radiation flux ⁇ e given, which results at the predetermined junction temperature of 25 ° C and at the predetermined operating current of 750 mA.
  • the predetermined reference radiation flux ⁇ eO can also be specified differently.
  • the third radiation flux ratio can also be formed differently.
  • the radiation flux-current-time diagram can be determined, for example, by a physical model of the radiation-emitting semiconductor component 1, which is in particular an electro-thermo-optical model in which the relevant electrical, thermal and optical variables are suitably linked to one another.
  • the electrical quantities include, for example, the operating current If, which flows through the radiation-emitting semiconductor component 1, and a voltage that exceeds that
  • the thermal quantities include, for example, a thermal power and thermal resistances and thermal capacitances, which are predetermined by the materials and their arrangement in the radiation-emitting semiconductor component 1.
  • the optical quantities include, for example, the radiation flux ⁇ e. Also, other or other quantities may be considered in the physical model.
  • the physical model is preferably given the radiation flux-junction temperature characteristic, the radiation flux-current characteristic, the course of the thermal impedance Zth and possibly a voltage-current characteristic. In the voltage-current characteristic, not shown, is the voltage that is above the radiation-emitting Semiconductor device drops, applied over the operating current If.
  • the characteristics and the time profile of the thermal impedance Zth can be determined, for example, by measuring.
  • the temporal course of the thermal impedance Zth can be determined, for example, by a heating or cooling process and is dependent on the thermal resistances and the thermal capacitances of the radiation-emitting semiconductor component 1.
  • the characteristic curves and the course of the thermal impedance Zth are characteristic of the respective radiation-emitting semiconductor component 1.
  • FIG. 3 shows a detail of the radiation flux-current-time diagram according to FIG. 1 for the case that the third radiation flux ratio is to be kept constant at a value of 1.
  • the operating current If to be set for the constant third radiation flux ratio results as a contour line in the radiation flux-current-time diagram or, in other words, as a section line in the plane of the third radiation flux ratio with the constant value 1. Accordingly, the operating current If also to be set be determined for a different value of the third radiation flux ratio.
  • the radiation flow-current-time diagram in FIG. 3 shows that the third radiation flux ratio can not be kept at the value of 1 for any desired length of time.
  • a further increase in the operating current If causes no increase due to the associated heating of the radiation-emitting semiconductor component 1, but a reduction of the radiation flux ⁇ e.
  • the pulse duration PD must therefore be so short or the duty cycle be so small that the third radiation flux ratio and thus the radiation flux ⁇ e can be kept substantially constant by increasing the operating current If. It can also be provided to keep the third radiation flux ratio constant at a value other than 1, in particular at a lower value.
  • the result for the course of the operating current If to be set is a different cutting line or contour line.
  • the pulse duration PD may be longer or the duty cycle greater, without the radiation flux ⁇ e falling during the pulse time duration PD.
  • the profile of the operating current If to be set is determined, set and generated as an overlay, that is to say as a sum, of an electrical switching current Is and of an electric compensation current Ik, in order to compensate for the drop in the radiation flux .phi.e due to the heating during the respective pulse duration PD.
  • the electrical switching current Is is preferably provided rectangular and therefore corresponds to rectangular pulses.
  • the electrical switching current Is is preferably substantially constant during the pulse duration PD and serves for switching on the radiation-emitting semiconductor component 1 during the pulse duration PD and for otherwise switching off the radiation-emitting semiconductor component 1.
  • the compensation electric current Ik is provided so that it increases during the pulse duration PD, to the waste of
  • According to the electrical Compensation current Ik also increases the electrical operating current If during the pulse duration PD.
  • FIG. 4 shows a first current-time diagram in which the compensation current Ik, as can be determined, for example, by means of the physical model, is plotted over time t.
  • a profile of an approximated compensation current Ia is determined as an approximation of the profile of the compensation current Ik, which represents the course of the compensation current Ik to be set.
  • the profile of the approximated compensation current Ia is determined as a function of a sum over at least one summand of the form A * (1-exp (-t / tau)).
  • FIG. 4 shows the profile of the approximated compensation current Ia for a single summand. By considering further summands, the precision of the approximation can be improved. In the example of FIG.
  • a time constant tau is determined in each case depending on the time characteristic of the thermal impedance Zth. If the number of summands equal to a number of thermal resistance capacitance elements or thermal RC elements of the radiation-emitting semiconductor component 1 is selected, which characterize the course of the thermal impedance Zth, then the respective time constant tau corresponds to a respective time constant which is defined by one of the thermal RC components. Members of the radiation-emitting semiconductor device 1 are predetermined. The thermal resistances and the thermal capacitances which form the thermal RC elements, and thus also the associated time constants, can be determined as a function of the course of the thermal impedance Zth.
  • a factor A is determined in each case depending on the voltage-current characteristic and / or the radiant-flux-current characteristic and / or the radiant-flux junction temperature characteristic. Due to the simplicity of the function of the individual summands, the profile of the approximated compensation current Ia can be generated very easily, for example by means of suitably designed electrical resistance-capacitance elements, which can also be referred to as electrical RC elements.
  • FIG. 5 shows a second current-time diagram with a measured course of the radiation flux .phi.e, which is kept substantially constant by the rising operating current If. Furthermore, the measured course of the operating current If is shown.
  • the radiation flux ⁇ e should remain substantially constant during the pulse duration PD.
  • the radiation flux ⁇ e during the pulse duration PD should be within a predetermined radiation flux tolerance band ⁇ etol, by which a maximum fluctuation range of the radiation flux ⁇ e is predetermined.
  • the width of the predetermined radiation flux tolerance band ⁇ etol can be specified according to the requirements.
  • the operating current If and, if necessary, the compensation current Ik or the approximated one must be correspondingly precise Compensation current Ia are generated.
  • the predetermined radiation flux tolerance band ⁇ etol can also be specified differently.
  • FIG. 6 shows a control device 2 and a radiation-emitting semiconductor component 1, which is electrically coupled to an output of the control device 2.
  • the control device is electrically coupled to an operating potential VB and a reference potential GND.
  • the control device 3 can be coupled to a control line, via which the control device 2, for example, control signals can be supplied to trigger the respective pulse for the pulse operation of the radiation-emitting semiconductor device 1.
  • the control device 2 is formed, the pulse-shaped, during the pulse duration PD rising, electrical operating current If to generate for driving the radiation-emitting semiconductor device 1.
  • the control device 2 is designed as a driver circuit for the radiation-emitting semiconductor component 1.
  • control device 2 and the radiation-emitting semiconductor component 1 are preferably formed together as a common structural unit in a module 4. It can also be provided to operate two or more radiation-emitting semiconductor components 1 by the control device 2 and / or to arrange them in the module 4.
  • FIG. 7 shows a first flow chart of a method for producing the control device 2.
  • the method begins in a step S 1.
  • the time profile of the thermal impedance Zth is determined. This is preferably representative of a group of similar radiation-emitting semiconductor components 1 Similarity relates in particular to the design and the selection of materials.
  • the temporal courses of the thermal impedance Zth differ between different radiation-emitting semiconductor components 1 within the group only to a tolerable extent from one another. Thus, it may not be necessary to determine for each individual radiation-emitting semiconductor component 1 its time profile of the thermal impedance Zth.
  • the radiation-flux-junction-temperature characteristic and / or the radiant-flux-current characteristic and / or the voltage-current characteristic are also determined in step S2, preferably representative of the group of radiation-emitting semiconductor components 1.
  • a step S3 may be provided, in which the control device 2 is formed so that the pulse-shaped, preferably rectangular electrical switching current Is can be generated.
  • a step S4 may be provided in which the course of the electrical compensation current Ik rising during the pulse duration PD is determined, optionally in the form of the approximated compensation current Ia. The determination takes place as a function of the detected course of the thermal impedance Zth. The determination preferably takes place by means of the physical model of the radiation-emitting semiconductor component 1, to which the detected profile of the thermal impedance Zth is predetermined. For this purpose, for example, the course of the desired contour line in the radiation flux-current-time diagram is determined and, if appropriate, the approximation of the approximated compensation current Ia is carried out. The approximation, for example, determines parameters that can be used to set the compensation current Ik. The Determining the course to be set of the compensation current Ik, however, can also be done differently.
  • a step S5 may be provided in which the operating current If to be set is determined as a superposition or sum of the switching current Is and the compensation current Ik.
  • the control device 2 is designed such that the operating current If to be set can be generated during operation. This can be done for example by forming an electrical circuit arrangement and suitable dimensioning of electrical RC elements.
  • Compensating current Ik and the operating current If, digitally store in a memory and during the pulse duration PD to set the compensation current Ik or the operating current If to use, for example by converting a sequence of stored values by means of a digital-to-analog converter.
  • a further possibility is, for example, to provide a function generator which is designed to provide on the output side a signal curve corresponding to the course of the operating current If to be set or of the compensation current Ik to be set.
  • the control device 2 may be formed differently in the step S6.
  • the method ends in a step S7. It can also be provided to determine the operating current If to be set depending on the determined characteristic of the thermal impedance Zth in a step S8, without the switching current Is and the compensation current Ik being determined for this purpose have to.
  • the step S8 may therefore optionally replace the steps S3 to S5.
  • FIG. 8 shows a second flow chart of a control method for operating the at least one radiation-emitting semiconductor element 1 by means of the pulse-shaped electrical operating current If rising during the pulse duration PD.
  • the control method is preferably carried out by the control device 2.
  • the control method can be implemented, for example, in the form of the electrical circuit arrangement in the control device 2.
  • the electrical circuit arrangement comprises, for example, the electrical RC elements.
  • the control method may also be implemented as a program and stored in a memory included by the control device 2 or electrically coupled to the control device 2.
  • the control device 2 then comprises, for example, a computing unit which executes the program.
  • the arithmetic unit controls the digital-to-analog converter or another component of the control unit which is designed to set the course of the compensation current Ik or of the operating current If to be set.
  • the control process starts in a step S10.
  • a step Sil the pulse-shaped, preferably rectangular, electrical switching current Is is generated.
  • the compensating current Ik to be set is set, for example in the form of the approximated compensation current Ia, and generated accordingly.
  • the operating current If is superimposed or sum of the switching current Is and the compensation current Ik generated and output in a step S14 to the at least one radiation-emitting semiconductor device 1.
  • the control process ends in a step S15. It may also be provided to generate the increasing operating current If in a step S16, without the switching current Is and the compensation current Ik having to be generated for this purpose.
  • the step S16 may therefore optionally replace the steps Sil to S13.

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Abstract

Zum Betreiben mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements wird ein impulsförmiger, während einer Impulsdauer ansteigender, elektrischer Betriebsstrom (If) erzeugt. Dazu wird bei einem Verfahren zum Herstellen einer Steuervorrichtung zum Betreiben des mindestens eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ein zeitlicher Verlauf einer thermischen Impedanz (Zth) ermittelt, die repräsentativ ist für das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement. Abhängig von dem ermittelten zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz (Zth) wird ein einzustellender Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) ermittelt. Die Steuervorrichtung wird ferner so ausgebildet, dass der einzustellende Verlauf des Betriebsstroms (If) jeweils während der Impulsdauer eingestellt wird.

Description

Beschreibung
Steuerverfahren, Steuervorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Steuervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren und eine Steuervorrichtung zum Betreiben mindestens eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen der Steuervorrichtung .
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente werden beispielsweise als lichtemittierende Dioden, oder kurz: LED, für Signalisierungszwecke und in zunehmendem Maße auch für Beleuchtungszwecke genutzt. Beispielsweise werden LEDs unterschiedlicher Farbe, insbesondere rot, grün oder blau leuchtende LEDs, genutzt für das Projizieren von Farbbildern. Die LEDs unterschiedlicher Farbe beleuchten dazu abwechselnd in schneller Folge eine Anordnung von Mikrospiegeln, die so angesteuert werden, dass sich der gewünschte Farbeindruck eines jeweiligen Bildpunkts abhängig von der jeweiligen Zeitdauer ergibt, die das Licht der jeweiligen LED auf den jeweiligen Bildpunkt fällt. Durch das abwechselnde Projizieren in schneller Folge beispielsweise eines roten, eines grünen und eines blauen Teilbildes entsteht bei einem Betrachter ein farbiger Bildeindruck, der auch Mischfarben umfassen kann, zum Beispiel weiß. Die LEDs müssen dazu jeweils in einem Impulsbetrieb betrieben werden, das heißt in schneller Folge ein- und wieder ausgeschaltet werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Steuerverfahren, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Steuervorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die einen Impulsbetrieb eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements mit einem homogenen Strahlungsfluss ermöglicht .
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Steuerverfahren und eine entsprechende Steuervorrichtung. Zum Betreiben mindestens eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements wird ein impulsförmiger, während einer Impulsdauer ansteigender, elektrischer Betriebsstrom erzeugt. Die Impulsdauer umfasst dabei insbesondere nicht eine ansteigende oder abfallende Flanke des elektrischen Betriebsstroms, die durch ein Einschalten oder Ausschalten des elektrischen Betriebsstroms entsteht .
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement während der Impulsdauer erwärmt und dadurch der Strahlungsfluss während der Impulsdauer abnimmt, wenn der elektrische Betriebsstrom während der Impulsdauer im Wesentlichen konstant bleibt. Durch den während der Impulsdauer ansteigenden Betriebsstrom kann dem Abfallen des Strahlungsflusses entgegengewirkt werden. Dadurch ist ein zuverlässiger Impulsbetrieb des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der elektrische Betriebsstrom derart erzeugt, dass sich ein Strahlungsfluss des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements während der Impulsdauer nur innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes verändert. Insbesondere wird der elektrische Betriebsstrom derart erzeugt, dass der Strahlungsfluss des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements im Wesentlichen konstant ist. Dies hat den Vorteil, dass das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement dadurch besonders gut für Anwendungen geeignet ist, bei denen das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement im Impulsbetrieb betrieben wird und bei denen eine hohe Gleichmäßigkeit und Schwankungsarmut des Strahlungsflusses während der Impulsdauer gefordert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein impulsförmiger, elektrischer Schaltstrom erzeugt. Ein elektrischer Kompensationsstrom wird erzeugt, der dem elektrischen Schaltstrom überlagert wird zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements . Der elektrische Kompensationsström steigt während der Impulsdauer an. Auf diese Weise wird der während der Impulsdauer ansteigende elektrische Betriebsstrom sehr einfach erzeugt. Der Vorteil ist, dass der elektrische Schaltstrom und der elektrische Kompensationsstrom unabhängig voneinander erzeugbar sind. Der elektrische Schaltstrom ist beispielsweise sehr einfach rechteckförmig erzeugbar. Dieser wird mit dem ansteigenden elektrischen Kompensationsstrom überlagert .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms erzeugt abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form A * (1 - exp(- t/tau) ) . Eine Zeitkonstante tau und ein Faktor A sind jeweils vorgegeben. Dies hat den Vorteil, dass die Präzision des Verlaufs des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms sehr einfach über eine Anzahl der Summanden vorgebbar ist. Ferner ist der Verlauf auf diese Weise einfach und kostengünstig erzeugbar .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Steuervorrichtung ist diese zusammen mit dem mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet. Insbesondere bildet die Steuervorrichtung eine Treiberschaltung für das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement. Durch das Ausbilden als eine gemeinsame Baueinheit, beispielsweise als ein Modul, kann diese besonders kompakt ausgebildet sein. Ferner kann die Steuervorrichtung entsprechend dem zugehörigen mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement justiert ausgebildet sein, so dass das zugehörige mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement besonders präzise ansteuerbar ist und der resultierende Strahlungsfluss besonders zuverlässig ist.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Herstellen der Steuervorrichtung zum Betreiben mindestens eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements mittels eines impulsförmigen, während einer Impulsdauer ansteigenden, elektrischen Betriebsstroms. Ein zeitlicher Verlauf einer thermischen Impedanz wird ermittelt, die repräsentativ ist für das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement . Abhängig von dem ermittelten zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz wird ein einzustellender Verlauf des elektrischen Betriebsstroms ermittelt. Die Steuervorrichtung wird ferner so ausgebildet, dass der einzustellende Verlauf des Betriebsstroms jeweils während der Impulsdauer eingestellt wird. Die Impulsdauer umfasst insbesondere nicht eine ansteigende oder abfallende Flanke des elektrischen Betriebsstroms, die durch ein Einschalten oder Ausschalten des elektrischen Betriebsstroms entsteht.
Der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist insbesondere einfach messtechnisch ermittelbar und ist im Wesentlichen bauart- und materialabhängig. Vorteilhafterweise wird der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz nicht für jedes einzelne Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ermittelt, sondern wird repräsentativ für alle oder eine Untermenge der Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente gleicher Bauart und gleicher Materialauswahl ermittelt . Dadurch ist die Steuervorrichtung einfach und kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar. Durch Nutzen des Verlaufs der thermischen Impedanz ist der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms präzise ermittelbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts wird der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms derart ermittelt, dass sich ein Strahlungsfluss des mindestens einen Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelements während der Impulsdauer nur innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes verändert. Insbesondere wird der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms derart ermittelt, dass der Strahlungsfluss des mindestens einen Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelements im Wesentlichen konstant ist. Dies hat den Vorteil, dass das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement dadurch besonders gut für Anwendungen geeignet ist, bei denen das mindestens eine
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement im Impulsbetrieb betrieben wird und bei denen eine hohe Gleichmäßigkeit und Schwankungsarmut des Strahlungsflusses während der Impulsdauer gefordert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts wird die Steuervorrichtung ausgebildet, einen impulsförmigen, elektrischen Schaltstrom zu erzeugen. Das Ermitteln des einzustellenden Verlaufs des Betriebsstroms umfasst, dass der einzustellende Verlauf eines elektrischen, während der Impulsdauer ansteigenden, Kompensationsstroms ermittelt wird, der den elektrischen Schaltstrom zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms überlagert. Ferner wird die Steuervorrichtung so ausgebildet, dass der einzustellende Verlauf des KompensationsStroms jeweils während der Impulsdauer eingestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass der elektrische Schaltstrom und der elektrische Kompensationsstrom unabhängig voneinander einstellbar sind. Insbesondere ist der elektrische Schaltstrom sehr einfach rechteckförmig einstellbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts wird eine Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder eine Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder eine Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie ermittelt, die jeweils repräsentativ ist für das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement. Abhängig von der Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder Strahlungsfluss-Strom- Kennlinie und/oder Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur- Kennlinie wird der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms ermittelt. Die Kennlinien sind im Allgemeinen aus beispielsweise herstellerseitig zur Verfügung gestellten Kenndaten des mindestens einen
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements bekannt oder sind einfach durch Messung ermittelbar. Durch Berücksichtigen mindestens einer der Kennlinien ist der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms präzise ermittelbar.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms ermittelt wird abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form A * (1 - exp (-t/tau)) . Eine Zeitkonstante tau wird jeweils ermittelt abhängig von dem zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz. Ein Faktor A wird jeweils ermittelt abhängig von der ermittelten Spannungs-Strom- Kennlinie und/oder der ermittelten Strahlungsfluss-Strom- Kennlinie und/oder der ermittelten Strahlungsfluss- Sperrschichttemperatur-Kennlinie. Die jeweilige Zeitkonstante tau und/oder der jeweilige Faktor A sind beispielsweise durch Approximation an einen vorgegebenen Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms ermittelbar, der durch ein physikalisches Modell des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements vorgegeben ist. Dem physikalischen Modell werden dazu vorzugsweise der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz und/oder die ermittelte Spannungs-Strom- Kennlinie und/oder die ermittelte Strahlungsfluss-Strom- Kennlinie und/oder die ermittelte Strahlungsfluss- Sperrschichttemperatur-Kennlinie zugeführt. Auf diese Weise ist der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms beziehungsweise des elektrischen KompensationsStroms einfach mit der gewünschten Präzision ermittelbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-
Kennlinie, eine Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und ein Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm,
Figur 2 einen Verlauf einer thermischen Impedanz,
Figur 3 ein Ausschnitt aus dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit- Diagramm,
Figur 4 ein erstes Strom-Zeit-Diagramm,
Figur 5 ein zweites Strom-Zeit-Diagramm,
Figur 6 eine Steuervorrichtung und ein
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement ,
Figur 7 ein erstes Ablaufdiagramm und
Figur 8 ein zweites Ablaufdiagramm.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Messungen haben gezeigt, dass ein Strahlungsfluss Φe eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 in einem Impulsbetrieb während einer Impulsdauer PD abnimmt. Die Impulsdauer PD umfasst dabei für jeden Impuls eine Zeitdauer - S -
zwischen einer Einschaltphase und einer Ausschaltphase. Während der Einschaltphase und der Ausschaltphase verändert sich der Strahlungsfluss Φe aufgrund eines Einschaltvorgangs beziehungsweise eines Ausschaltvorgangs. Während der Impulsdauer PD soll der Strahlungsfluss Φe jedoch im Wesentlichen konstant sein.
Figur 1 zeigt links oben eine Strahlungsfluss-Sperrschicht- temperatur-Kennlinie, in der ein erstes
Strahlungsflussverhältnis gegen eine Sperrschichttemperatur Tj eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 aufgetragen ist. Das erste Strahlungsflussverhältnis ist gebildet durch ein Verhältnis eines Strahlungsflusses Φe des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 in Bezug auf den Strahlungsfluss Φe, der sich bei einer vorgegebenen Sperrschichttemperatur von 25° C ergibt. Das erste Strahlungsflussverhältnis kann jedoch auch anders gebildet sein. Mit zunehmender Sperrschichttemperatur Tj , die auch als Junetion-Temperatur bezeichnet werden kann, sinkt der
Strahlungsfluss Φe. Dies wirkt sich insbesondere während eines Impulsbetriebs des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 negativ aus, wenn sich das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 bei jedem Impuls während dessen Impulsdauer PD erwärmt und nach einem Ende des Impulses wieder abkühlt. Der Strahlungsfluss Φe während der jeweiligen Impulsdauer PD sinkt dann im Allgemeinen mit zunehmender Erwärmung.
Figur 1 zeigt links unten eine Strahlungsfluss-Strom- Kennlinie des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1, in dem ein zweites Strahlungsflussverhältnis gegen einen elektrischen Betriebsstrom If des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements aufgetragen ist. Das zweite Strahlungsflussverhältnis ist gebildet durch ein Verhältnis des Strahlungsflusses Φe des Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelements 1 in Bezug auf den Strahlungsfluss Φe, der sich bei einem vorgegebenen Betriebsstrom von 750 mA ergibt. Das zweite Strahlungsflussverhältnis kann jedoch auch anders vorgegeben sein. Mit steigendem Betriebsstrom If steigt der Strahlungsfluss Φe.
Jedoch steigt mit steigendem Betriebsstrom If im Allgemeinen auch die Sperrschichttemperatur Tj des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Impulsdauer PD genügend lang ist, das heißt ein Arbeitszyklus in dem Impulsbetrieb genügend groß ist, um das Erwärmen des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 zu bewirken. Aufgrund des in der Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie gezeigten Zusammenhangs kann der Strahlungsfluss Φe durch Erhöhen des Betriebsstroms If daher nicht beliebig erhöht werden und sinkt sogar bei zu großem Betriebsstrom If und zu langer Impulsdauer PD beziehungsweise zu großem Arbeitszyklus.
Abhängig von der Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur- Kennlinie, der Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und abhängig von einem zeitlichen Verlauf einer thermischen Impedanz Zth des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1, der in Figur 2 dargestellt ist, kann ein Strahlungsfluss-Strom-Zeit- Diagramm ermittelt werden, das rechts in der Figur 1 gezeigt ist. In dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm ist ein drittes Strahlungsflussverhältnis gegen den Betriebsstrom If und eine Zeit t aufgetragen. Das dritte
Strahlungsflussverhältnis ist gebildet durch ein Verhältnis des Strahlungsflusses Φe des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 in Bezug auf einen vorgegebenen Referenzstrahlungsfluss ΦeO . Der vorgegebene Referenzstrahlungsfluss ΦeO ist beispielsweise als der
Strahlungsfluss Φe vorgegeben, der sich bei der vorgegebenen Sperrschichttemperatur von 25° C und bei dem vorgegebenen Betriebsstrom von 750 mA ergibt. Der vorgegebene Referenzstrahlungsfluss ΦeO kann jedoch auch anders vorgegeben sein. Ferner kann auch das dritte Strahlungsflussverhältnis anders gebildet sein.
Das Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm ist beispielsweise ermittelbar durch ein physikalisches Modell des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1, das insbesondere ein Elektro-Thermo-Optisches Modell ist, in dem die relevanten elektrischen, die thermischen und die optischen Größen geeignet miteinander verknüpft sind. Zu den elektrischen Größen gehören beispielsweise der Betriebsstrom If, der durch das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 fließt, und eine Spannung, die über dem
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 1 abfällt. Zu den thermischen Größen gehören beispielsweise eine thermische Leistung sowie thermische Widerstände und thermische Kapazitäten, die durch die Materialien und deren Anordnung in dem Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 1 vorgegeben sind. Zu den optischen Größen gehört beispielsweise der Strahlungsfluss Φe. Es können auch weitere oder andere Größen in dem physikalischen Modell berücksichtigt sein. Dem physikalischen Modell werden bevorzugt die Strahlungsfluss- Sperrschichttemperatur-Kennlinie, die Strahlungsfluss-Strom- Kennlinie, der Verlauf der thermischen Impedanz Zth und gegebenenfalls eine Spannungs-Strom-Kennlinie vorgegeben. In der nicht dargestellten Spannungs-Strom-Kennlinie ist die Spannung, die über dem Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement abfällt, über den Betriebsstrom If aufgetragen.
Die Kennlinien und der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz Zth sind beispielsweise durch Messen ermittelbar. Der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz Zth ist beispielsweise durch einen Aufheiz- oder Abkühlvorgang ermittelbar und ist abhängig von den thermischen Widerständen und den thermischen Kapazitäten des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1. Die Kennlinien und der Verlauf der thermischen Impedanz Zth sind charakteristisch für das jeweilige Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Strahlungsfluss-Strom- Zeit-Diagramm gemäß Figur 1 für den Fall, dass das dritte Strahlungsflussverhältnis konstant auf einem Wert von 1 gehalten werden soll. Der für das konstante dritte Strahlungsflussverhältnis einzustellende Betriebsstrom If ergibt sich als eine Höhenlinie in dem Strahlungsfluss-Strom- Zeit-Diagramm oder, anders ausgedrückt, als eine Schnittlinie in der Ebene des dritten Strahlungsflussverhältnisses mit dem konstanten Wert 1. Entsprechend kann der einzustellende Betriebsstrom If auch für einen anderen Wert des dritten Strahlungsflussverhältnisses ermittelt werden.
Dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm in Figur 3 ist zu entnehmen, dass das dritte Strahlungsflussverhältnis nicht beliebig lange auf dem Wert von 1 gehalten werden kann. Eine weitere Erhöhung des Betriebsstroms If bewirkt dann aufgrund der damit einhergehenden Erwärmung des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 keine Erhöhung, sondern eine Verringerung des Strahlungsflusses Φe. Die Impulsdauer PD muss daher so kurz beziehungsweise der Arbeitszyklus so klein sein, dass das dritte Strahlungsflussverhältnis und damit der Strahlungsfluss Φe durch das Erhöhen des Betriebsstroms If im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, das dritte Strahlungsflussverhältnis auf einem anderen Wert als 1 konstant zu halten, insbesondere auf einem niedrigeren Wert. Entsprechend ergibt sich für den einzustellenden Verlauf des Betriebsstroms If eine andere Schnittlinie beziehungsweise Höhenlinie. Gegebenenfalls kann bei einem dritten Strahlungsflussverhältnis mit einem Wert kleiner als 1 die Impulsdauer PD länger beziehungsweise der Arbeitszyklus größer sein, ohne dass der Strahlungsfluss Φe während der ImpulsZeitdauer PD abfällt.
Bevorzugt wird der Verlauf des einzustellenden Betriebsstroms If als Überlagerung, das heißt als Summe, eines elektrischen Schaltstroms Is und eines elektrischen Kompensationsstroms Ik ermittelt, eingestellt und erzeugt, zum Kompensieren des Abfalls des Strahlungsflusses Φe aufgrund der Erwärmung während der jeweiligen Impulsdauer PD. Der elektrische Schaltstrom Is wird vorzugsweise rechteckförmig vorgesehen und entspricht daher Rechteckimpulsen. Der elektrische Schaltstrom Is ist während der Impulsdauer PD vorzugsweise im Wesentlichen konstant und dient zum Einschalten des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 während der Impulsdauer PD und zum ansonsten Ausschalten des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1. Der elektrische Kompensationsstrom Ik ist so vorgesehen, dass dieser während der Impulsdauer PD ansteigt, um den Abfall des
Strahlungsflusses Φe aufgrund der Erwärmung des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 zu kompensieren. Entsprechend dem elektrischen Kompensationsstrom Ik steigt auch der elektrische Betriebsstrom If während der Impulsdauer PD an.
Figur 4 zeigt ein erstes Strom-Zeit-Diagramm, in dem der Kompensationsstrom Ik, wie er beispielsweise mittels des physikalischen Modells ermittelbar ist, über die Zeit t aufgetragen ist. Bevorzugt wird ein Verlauf eines approximierten KompensationsStroms Ia als Approximation des Verlaufs des Kompensationsstroms Ik ermittelt, der den Verlauf des einzustellenden Kompensationsstrom Ik repräsentiert. Der Verlauf des approximierten KompensationsStroms Ia wird ermittelt abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form A * (1 - exp(- t/tau) ) . Figur 4 zeigt den Verlauf des approximierten Kompensationsstroms Ia für einen einzigen Summanden. Durch Berücksichtigen weiterer Summanden kann die Präzision der Approximation verbessert werden. Beim Beispiel der Figur 4 wird die Funktion Ia = A * (1 - exp(-t/tau)) + IO an die Messwerte für den Kompensationsstrom Ik gefittet. Da nur ein Summand der Form A * (1 - exp ( -t/tau)) berücksichtig wird, ist die Anpassung nicht perfekt. Dafür ist der Stromverlauf Ia durch eine besonders einfache Funktion gegeben, was die Erzeugung des Kompensationsstroms vereinfacht. Vorliegend ist A = - 0.425 A, tau = 0,00033s und 10 = 0.425 A.
Eine Zeitkonstante tau wird jeweils ermittelt abhängig von dem zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz Zth. Wird die Anzahl der Summanden gleich einer Anzahl thermischer Widerstands-Kapazitätsglieder oder thermischer RC-Glieder des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 gewählt, die den Verlauf der thermischen Impedanz Zth prägen, dann entspricht die jeweilige Zeitkonstante tau einer jeweiligen Zeitkonstante, die durch jeweils eines der thermischen RC- Glieder des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 vorgegebenen sind. Die thermischen Widerstände und die thermischen Kapazitäten, die die thermischen RC-Glieder bilden, und somit auch die zugehörigen Zeitkonstanten sind abhängig von dem Verlauf der thermischen Impedanz Zth ermittelbar. Ferner wird ein Faktor A jeweils ermittelt abhängig von der Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder der Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder der Strahlungsfluss- Sperrschichttemperatur-Kennlinie . Aufgrund der Einfachheit der Funktion der einzelnen Summanden kann der Verlauf des approximierten Kompensationsstroms Ia sehr einfach erzeugt werden, zum Beispiel mittels entsprechend ausgebildeter elektrischer Widerstands-Kapazitäts-Glieder, die auch als elektrische RC-Glieder bezeichnet werden können.
Figur 5 zeigt ein zweites Strom-Zeit-Diagramm mit einem gemessenen Verlauf des Strahlungsflusses Φe, der durch den ansteigenden Betriebsstrom If im Wesentlichen konstant gehalten wird. Ferner ist der gemessene Verlauf des Betriebsstroms If gezeigt. Der Strahlungsfluss Φe soll während der Impulsdauer PD im Wesentlichen konstant bleiben. Anders ausgedrückt soll der Strahlungsfluss Φe während der Impulsdauer PD innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes Φetol liegen, durch das eine maximale Schwankungsbreite des Strahlungsflusses Φe vorgegeben ist. Beispielsweise kann vorgegeben sein, dass der Strahlungsfluss Φe während der Impulsdauer PD nur um maximal 1,5 % schwanken darf. Die Breite des vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes Φetol kann entsprechend den Anforderungen vorgegeben werden. Entsprechend präzise muss der Betriebsstrom If und gegebenenfalls der Kompensationsström Ik oder entsprechend der approximierte Kompensationsstrom Ia erzeugt werden. Das vorgegebene Strahlungsflusstoleranzband Φetol kann jedoch auch anders vorgegeben sein.
Figur 6 zeigt eine Steuervorrichtung 2 und ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement 1, das mit einem Ausgang der Steuervorrichtung 2 elektrisch gekoppelt ist . Die Steuervorrichtung ist elektrisch mit einem Betriebspotential VB und einem Bezugspotential GND gekoppelt. Eingangsseitig ist die Steuervorrichtung 3 mit einer Steuerleitung koppelbar, über die der Steuervorrichtung 2 beispielsweise Steuersignale zuführbar sind zum Auslösen des jeweiligen Impulses für den Impulsbetrieb des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1. Die Steuervorrichtung 2 ist ausgebildet, den impulsförmigen, während der Impulsdauer PD ansteigenden, elektrischen Betriebsstrom If zum Ansteuern des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1 zu erzeugen. Bevorzugt ist die Steuervorrichtung 2 als eine Treiberschaltung für das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 ausgebildet. Ferner sind bevorzugt die Steuervorrichtung 2 und das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 zusammen als eine gemeinsame Baueinheit in einem Modul 4 ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, zwei oder mehr Strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 1 durch die Steuervorrichtung 2 zu betreiben und/oder in dem Modul 4 anzuordnen.
Figur 7 zeigt ein erstes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Steuervorrichtung 2. Das Verfahren beginnt in einem Schritt Sl. In einem Schritt S2 wird der zeitliche Verlauf der thermischen Impedanz Zth ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt repräsentativ für eine Gruppe von gleichartigen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 1. Die Gleichartigkeit betrifft insbesondere die Bauart und die Materialauswahl. Die zeitlichen Verläufe der thermischen Impedanz Zth weichen zwischen verschiedenen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 1 innerhalb der Gruppe nur in einem tolerierbaren Maße voneinander ab. So muss gegebenenfalls nicht für jedes einzelne Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 dessen zeitlicher Verlauf der thermischen Impedanz Zth ermittelt werden. In dem Schritt S2 werden gegebenenfalls auch die Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie und/oder die Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder die Spannungs-Strom- Kennlinie ermittelt, vorzugsweise repräsentativ für die Gruppe von Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 1.
Ein Schritt S3 kann vorgesehen sein, in dem die Steuervorrichtung 2 so ausgebildet wird, dass der impulsförmige, vorzugsweise rechteckförmige, elektrische Schaltstrom Is erzeugbar ist. Ein Schritt S4 kann vorgesehen sein, in dem der einzustellende Verlauf des während der Impulsdauer PD ansteigenden, elektrischen Kompensationsstroms Ik ermittelt wird, gegebenenfalls in Form des approximierten Kompensationsstroms Ia. Das Ermitteln erfolgt abhängig von dem erfassten Verlauf der thermischen Impedanz Zth. Bevorzugt erfolgt das Ermitteln mittels des physikalischen Modells des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 1, dem der erfasste Verlauf der thermischen Impedanz Zth vorgegeben wird. Dazu wird beispielsweise der Verlauf der gewünschten Höhenlinie in dem Strahlungsfluss-Strom-Zeit-Diagramm ermittelt und gegebenenfalls die Approximation des approximierten Kompensationsstroms Ia durchgeführt. Durch die Approximation werden beispielsweise Parameter ermittelt, die zum Einstellen des Kompensationsstroms Ik nutzbar sind. Das Ermitteln des einzustellenden Verlaufs des Kompensationsstroms Ik kann jedoch auch anders erfolgen.
Ferner kann ein Schritt S5 vorgesehen sein, in dem der einzustellende Betriebsstrom If als Überlagerung oder Summe des Schaltstroms Is und des Kompensationsstroms Ik ermittelt wird. In einem Schritt S6 wird die Steuervorrichtung 2 so ausgebildet, dass der einzustellende Betriebsstrom If während des Betriebs erzeugbar ist. Dies kann beispielsweise durch Ausbilden einer elektrischen Schaltungsanordnung und geeignetes Dimensionieren von elektrischen RC-Gliedern erfolgen. Es ist jedoch ebenso möglich, die Parameter oder Werte, die den einzustellenden Verlauf des
Kompensationsstroms Ik beziehungsweise des Betriebsstroms If repräsentieren, digital in einem Speicher zu speichern und während der Impulsdauer PD zum Einstellen des Kompensationsstroms Ik beziehungsweise des Betriebsstroms If zu nutzen, beispielsweise durch Wandeln einer Folge von gespeicherten Werten mittels eines Digital-Analog-Wandlers . Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, einen Funktionsgenerator vorzusehen, der ausgebildet ist, ausgangsseitig einen Signalverlauf entsprechend dem Verlauf des einzustellenden Betriebsstroms If oder des einzustellenden Kompensationsstroms Ik bereitzustellen. Die Steuervorrichtung 2 kann in dem Schritt S6 jedoch auch anders ausgebildet werden.
Das Verfahren endet in einem Schritt S7. Es kann auch vorgesehen sein, den einzustellenden Betriebsstrom If abhängig von dem ermittelten Verlauf der thermischen Impedanz Zth in einem Schritt S8 zu ermitteln, ohne dass dazu der Schaltstrom Is und der Kompensationsstrom Ik ermittelt werden müssen. Der Schritt S8 kann daher gegebenenfalls die Schritte S3 bis S5 ersetzen.
Figur 8 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens zum Betreiben des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterelements 1 mittels des impulsförmigen, während der Impulsdauer PD ansteigenden, elektrischen Betriebsstroms If. Das Steuerverfahren wird vorzugsweise durch die Steuervorrichtung 2 ausgeführt. Das Steuerverfahren kann beispielsweise in Form der elektrischen Schaltungsanordnung in der Steuervorrichtung 2 implementiert sein. Die elektrische Schaltungsanordnung umfasst dazu beispielsweise die elektrischen RC-Glieder. Das Steuerverfahren kann jedoch auch als ein Programm implementiert und in einem Speicher gespeichert sein, der durch die Steuervorrichtung 2 umfasst ist oder der mit der Steuervorrichtung 2 elektrisch gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung 2 umfasst dann beispielsweise eine Recheneinheit, die das Programm ausführt. Beispielsweise steuert die Recheneinheit abhängig von dem Programm den Digital-Analog-Wandler oder eine andere Komponente der Steuereinheit, die ausgebildet ist, den einzustellenden Verlauf des KompensationsStroms Ik beziehungsweise des Betriebsstroms If einzustellen.
Das Steuerverfahren beginnt in einem Schritt SlO . In einem Schritt Sil wird der impulsförmige, vorzugsweise rechteckförmige, elektrische Schaltstrom Is erzeugt. In einem Schritt S12 wird der einzustellende Kompensationsström Ik eingestellt, zum Beispiel in Form des approximierten Kompensationsstroms Ia, und entsprechend erzeugt. In einem Schritt S13 wird der Betriebsstrom If als Überlagerung oder Summe des Schaltstroms Is und des Kompensationsstroms Ik erzeugt und in einem Schritt S14 an das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 1 ausgegeben. Das Steuerverfahren endet in einem Schritt S15. Es kann auch vorgesehen sein, den ansteigenden Betriebsstrom If in einem Schritt S16 zu erzeugen, ohne dass dazu der Schaltstrom Is und der Kompensationsstrom Ik erzeugt werden muss. Der Schritt S16 kann daher gegebenenfalls die Schritte Sil bis S13 ersetzen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102007009532.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 strahlungsemittierendes Halbleiterbaueie 2 Steuervorrichtung
3 Steuerleitung
4 Modul
Φe Strahlungsfluss
ΦeO vorgegebener Referenzstrahlungsfluss
Φetol vorgegebenes Strahlungsflusstoleranzband
GND Bezugspotential
Ia approximierter Kompensationsström
If Betriebsström
Ik Kompensationsstrom
Is Schaltstrom
PD Impulsdauer
Sl-16 Schritt t Zeit
Tj Sperrschichttemperatur
VB Betriebspotential
ZtIi thermische Impedanz

Claims

Patentansprüche
1. Steuerverfahren, bei dem zum Betreiben mindestens eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) ein impulsförmiger, während einer Impulsdauer (PD) ansteigender, elektrischer Betriebsstrom (If) erzeugt wird.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Betriebsstrom (If) derart erzeugt wird, dass sich ein Strahlungsfluss (Φe) des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) während der Impulsdauer (PD) nur innerhalb eines vorgegebenen
Strahlungsflusstoleranzbandes (Φetol) verändert.
3. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem
- ein impulsförmiger, elektrischer Schaltstrom (Is) erzeugt wird und
- ein elektrischer Kompensationsstrom (Ik) erzeugt wird, der während der Impulsdauer (PD) ansteigt und der dem elektrischen Schaltström (Is) überlagert wird zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms (If) des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) .
4. Steuerverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms (Ik) erzeugt wird abhängig von einer Summe über mindestens einen Summanden der Form
A * (1 - exp( -t/tau) ) , wobei eine Zeitkonstante tau und ein Faktor A jeweils vorgegeben sind.
5. Steuervorrichtung, die ausgebildet ist zum Erzeugen eines impulsförmigen, während einer Impulsdauer (PD) ansteigenden, elektrischen Betriebsstroms (If) zum Betreiben mindestens eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) .
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, die ausgebildet ist zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms (If) derart, dass sich ein Strahlungsfluss (Φe) des mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) während der Impulsdauer (PD) nur innerhalb eines vorgegebenen Strahlungsflusstoleranzbandes (Φetol) verändert.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6 , die zusammen mit dem mindestens einen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement (1) als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet ist.
8. Verfahren zum Herstellen einer Steuervorrichtung (2) zum Betreiben mindestens eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) mittels eines impulsförmigen, während einer Impulsdauer (PD) ansteigenden, elektrischen Betriebsstroms (If) , bei dem
- ein zeitlicher Verlauf einer thermischen Impedanz (Zth) ermittelt wird, die repräsentativ ist für das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (1) ,
- abhängig von dem ermittelten zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz (Zth) ein einzustellender Verlauf des Betriebsstroms (If) ermittelt wird und
- die Steuervorrichtung (2) so ausgebildet wird, dass der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) jeweils während der Impulsdauer (PD) eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , bei dem der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstrom (If) derart ermittelt wird, dass sich ein Strahlungsfluss (Φe) des mindestens einen
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (1) während der Impulsdauer (PD) nur innerhalb eines vorgegebenen
Strahlungsflusstoleranzbandes (Φetol) verändert.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem
- die Steuervorrichtung (2) ausgebildet wird, einen impulsförmigen, elektrischen Schaltstrom (Is) zu erzeugen,
- das Ermitteln des einzustellenden Verlaufs des Betriebsstroms (If) umfasst, dass ein einzustellender Verlauf eines elektrischen, während der Impulsdauer (PD) ansteigenden, Kompensationsstroms (Ik) ermittelt wird, der den elektrischen Schaltström (Is) überlagert zum Erzeugen des elektrischen Betriebsstroms (If) , und
- die Steuervorrichtung (2) so ausgebildet wird, dass der einzustellende Verlauf des KompensationsStroms (Ik) jeweils während der Impulsdauer (PD) eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem
- eine Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder eine Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder eine Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie ermittelt wird, die jeweils repräsentativ ist für das mindestens eine Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (1) ,
- abhängig von der Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder Strahlungsfluss- Sperrschichttemperatur-Kennlinie der einzustellende Verlauf des elektrischen Betriebsstroms (If) beziehungsweise des elektrischen Kompensationsstroms (Ik) ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der einzustellende Verlauf des elektrischen
Betriebsstroms (If) beziehungsweise des elektrischen
Kompensationsstroms (Ik) ermittelt wird abhängig von einer
Summe über mindestens einen Summanden der Form
A * (1 - exp( -t/tau) ) , wobei
- eine Zeitkonstante tau jeweils ermittelt wird abhängig von dem zeitlichen Verlauf der thermischen Impedanz (Zth) und
- ein Faktor A jeweils ermittelt wird abhängig von der ermittelten Spannungs-Strom-Kennlinie und/oder der ermittelten Strahlungsfluss-Strom-Kennlinie und/oder der ermittelten Strahlungsfluss-Sperrschichttemperatur-Kennlinie .
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