DE10066459B4

DE10066459B4 - Drive circuit for light emitting diodes has LED current regulating device that detects LED brightness and/or current and compares it with desired value that can be set by controller

Info

Publication number: DE10066459B4
Application number: DE2000166459
Authority: DE
Inventors: Alexander Barth
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2020-03-18

Abstract

The circuit has a switching regulator (4) supplied with direct voltage as an input voltage that drives the light emitting diode or LED (1) on the output side, whereby a device for regulating the current through the LED to an adjustable value detects the brightness and/or the current of the LED and compares it with a desired value which can be set by the controller.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für wenigstens eine Leuchtdiode mittels der die Helligkeit der Leuchtdioden (kurz LED's) auf einen gewünschten Wert regelbar ist.The present invention relates to a drive circuit for at least one light-emitting diode by means of which the brightness of the light-emitting diodes (LED's for short) can be regulated to a desired value.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene derartige Ansteuerschaltungen bekannt. So ist z. B. in dem US-Patent Nr. 6,016,038 ein System zur Ansteuerung von LED-Anordnungen für Beleuchtungszwecke offenbart. Wie insbesondere die 1 und 2 des US-Patents zeigen, erfolgt die Ansteuerung der einzelnen LED's bzw. LED-Gruppen über einen durch die LED's fließenden, konstant geregelten Maximalstrom. Die Regelung des konstanten Maximalstroms erfolgt über integrierte Schaltungen. Der so geregelte Maximalstrom wird über eine Stromsenke ein- und ausgeschaltet, wobei die Stromsenke entsprechend dem gewünschten Verhältnis der Auszeiten und Einzeiten des Stroms angesteuert werden kann. Die für den Betrachter der LED's bzw. LED-Gruppen erzeugte Helligkeit kann so bekanntermaßen durch das Verhältnis der Ein- und Auszeiten des Stromes durch die LED's bestimmt werden.From the prior art, various such drive circuits are known. So z. B. in the U.S. Patent No. 6,016,038 discloses a system for driving LED arrays for lighting purposes. How the particular 1 and 2 of the US patent, the control of the individual LED's or LED groups via a flowing through the LED's, constantly regulated maximum current takes place. The regulation of the constant maximum current takes place via integrated circuits. The so regulated maximum current is switched on and off via a current sink, the current sink can be controlled according to the desired ratio of the time-outs and times of the current. The brightness generated for the viewer of the LEDs or LED groups can be determined as known by the ratio of the on and off times of the current through the LED's.

Die deutsche Patentanmeldung DE 198 41 270 A1 beschreibt eine Ansteuerschaltung zum Erzeugen eines konstanten Stromes durch zumindest eine Leuchtdiode mit einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer von einer vorgegebenen Versorgungsspannung abweichenden Spannung, die der Anode der zumindest einen Leuchtdiode zugeführt wird. Die Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Spannung ist mit einer Ansteuerung verbunden, wobei die Höhe der Spannung am Ausgang der Schaltungsanordnung von der Ansteuerung festgelegt wird. Eine Stromerfassung erfasst den durch die zumindest eine Leuchtdiode fliessenden Strom und steuert abhängig von der Höhe des Stromes die Ansteuerung.The German patent application DE 198 41 270 A1 describes a drive circuit for generating a constant current through at least one light emitting diode with a circuit arrangement for generating a voltage deviating from a predetermined supply voltage which is supplied to the anode of the at least one light emitting diode. The circuit for generating the voltage is connected to a drive, wherein the height of the voltage at the output of the circuit arrangement is determined by the drive. A current detection detects the current flowing through the at least one light-emitting diode and controls the activation depending on the magnitude of the current.

Weiter ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 197 32 828 A1 eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von mindestens einem Leuchtdioden-Array mit einer Mehrzahl von parallel zueinander verschalteten Leuchtdioden bekannt.Next is from the German patent application DE 197 32 828 A1 a circuit arrangement for controlling at least one light-emitting diode array with a plurality of parallel-connected light-emitting diodes known.

Schließlich beschreibt die französische Druckschrift FR 2 775 799 eine Anzeigevorrichtung für Kraftfahrzeuge mit Leuchtdioden, wie sie in Armaturenbrettern von Autos eingesetzt werden. Die Leuchtdioden dienen dazu, einen Teil des Armaturenbretts, einen Taster mit einem durchscheinenden Abschnitt von innen oder eine Anzeige- oder Kontrollleuchte zu erleuchten. Eine Leuchtdiode, eine Anzahl von Armaturenbrettbeleuchtungs-Dioden und ein Widerstand sind in Reihe verschaltet und werden von einem Versorgungsmodul gespeist. Der Strom wird von einem Regler erfasst und das Versorgungsmodul wird eingestellt, um es auf einem voreingestellten Wert zu halten. Wo eine Anzeige wichtiger ist als eine Beleuchtung können Transistoren verwendet werden, um eine bestimmte Leuchtdiode kurzzuschließen oder zu öffnen.Finally, the French document describes FR 2 775 799 a display device for motor vehicles with light-emitting diodes, such as those used in dashboards of cars. The light-emitting diodes serve to illuminate a part of the dashboard, a button with a translucent section from the inside or a display or indicator light. A light emitting diode, a number of dashboard light diodes and a resistor are connected in series and are powered by a supply module. The current is detected by a regulator and the supply module is adjusted to maintain it at a preset value. Where an indicator is more important than illumination, transistors can be used to short or open a particular LED.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ansteuerschaltung für wenigstens eine Leuchtdiode vorzusehen, mit der die Helligkeit der Leuchtdioden in einer verlustarmen Art und Weise und unabhängig von möglichen Spannungsschwankungen der Spannungsversorgung geregelt werden kann.Object of the present invention is to provide a drive circuit for at least one light emitting diode, with which the brightness of the LEDs can be controlled in a low-loss manner and independent of possible voltage fluctuations of the power supply.

Diese Aufgabe wird durch eine Ansteuerschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by a drive circuit with the features of claim 1.

Bei der Ansteuerschaltung wird der Strom durch die Leuchtdiode(n) auf einen einstellbaren Sollwert geregelt, wobei der Sollwert bevorzugt durch den Controller einstellbar ist. Das Dimmen der LED's erfolgt somit direkt durch das Dimmen des Stroms durch die Leuchtdioden.In the drive circuit, the current through the light-emitting diode (s) is regulated to an adjustable desired value, wherein the desired value is preferably adjustable by the controller. The dimming of the LED's is thus done directly by dimming the current through the LEDs.

Vorzugsweise kann der Schaltregler in einem AC/DC-Umsetzer integriert sein, der die Schaltung mit der erforderlichen Gleichspannung versorgt. Das heißt, der AC/DC-Umsetzer kann so ausgeführt sein, daß er direkt auf den gewünschten Strom durch die LED's regelt.Preferably, the switching regulator can be integrated in an AC / DC converter, which supplies the circuit with the required DC voltage. That is, the AC / DC converter may be configured to directly control the desired current through the LEDs.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verändert der Controller durch Einstellen des Sollwerts das Schaltverhalten des die Leuchtdioden ansteuernden Schaltreglers derart, daß die Schaltfrequenz oder das Tastverhältnis des Schaltreglers verändert wird. Vorzugsweise wird zur Regelung des Stroms durch die Leuchtdioden der Strom durch die Leuchtdioden mittels eines mit der Leuchtdiode in Serie geschalteten Meßwiderstands erfaßt und/oder die Helligkeit der Leuchtdioden mittels einer in der unmittelbaren Umgebung der Leuchtdioden angeordneten Photodiode erfaßt.In a preferred embodiment of the invention, by adjusting the setpoint, the controller changes the switching behavior of the switching regulator driving the light-emitting diodes such that the switching frequency or the duty cycle of the switching regulator is changed. Preferably, to control the current through the light emitting diodes of the current through the LEDs detected by means of a light-emitting diode connected in series with the measuring resistor and / or detects the brightness of the LEDs by means disposed in the immediate vicinity of the light emitting diode photodiode.

In einer Ausführungsform wird der Strom durch die Leuchtdioden mittels der über einen steuerbaren Widerstand abfallenden Spannung und/oder die Helligkeit der Leuchtdioden mittels einer in der unmittelbaren Umgebung der Leuchtdioden angeordneten Photodiode erfaßt.In one embodiment, the current through the light-emitting diodes is detected by means of the voltage drop across a controllable resistor and / or the brightness of the light-emitting diodes by means of a photodiode arranged in the immediate vicinity of the light-emitting diodes.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Further preferred embodiments and further developments of the invention are the subject of further subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to various preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show:

1 den schematischen Schaltungsaufbau eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung; 1 the schematic circuit structure of a first embodiment of the drive circuit according to the invention;

2 den schematischen Schaltungsaufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der Ansteuerschaltung; 2 the schematic circuit structure of a second embodiment of the drive circuit;

3 den schematischen Schaltungsaufbau eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung; und 3 the schematic circuit structure of a third embodiment of the drive circuit according to the invention; and

4 den schematischen Schaltungsaufbau eines vierten Ausführungsbeispiels der Ansteuerschaltung. 4 the schematic circuit structure of a fourth embodiment of the drive circuit.

In den 1 und 2 sind zwei grundlegende Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung dargestellt, während die 3 und 4 bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, die auf die Schaltungen der 1 und 2 zurückzuführen bzw. mit ihnen kombinierbar sind. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the 1 and 2 show two basic embodiments of the drive circuit according to the invention, while the 3 and 4 Preferred embodiments, which are based on the circuits of 1 and 2 attributable or can be combined with them. In the figures, the same or similar elements are identified by the same reference numerals.

Die in 1 dargestellte Ansteuerschaltung weist im wesentlichen eine Gleichspannungsquelle bzw. einen AC/DC-Umsetzer 2, einen Schaltregler 4, eine Leuchtdiode bzw. Leuchtdioden-Anordnung mit mehreren Leuchtdioden 1 und einen Mikrocontroller 3 auf. Die Ausgangsspannung des AC/DC-Umsetzers 2 wird dem Schaltregler 4 als Eingangsspannung U_B zugeführt. Der Schaltregler 4 regelt entsprechend einem ihm von dem Mikrocontroller 3 zugeführten Steuersignal den Strom I_LED an seinem Ausgang, welcher den Leuchtdioden 1 zugeführt wird.In the 1 shown drive circuit essentially has a DC voltage source or an AC / DC converter 2 , a switching regulator 4 , a light emitting diode or light emitting diode array with a plurality of light emitting diodes 1 and a microcontroller 3 on. The output voltage of the AC / DC converter 2 becomes the switching regulator 4 supplied as input voltage U _B. The switching regulator 4 regulates according to him from the microcontroller 3 supplied control signal, the current I _LED at its output, which the light-emitting diodes 1 is supplied.

Im Falle des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels ist in Serie mit der Leuchtdiode 1 ein Meßwiderstand 6 in Form eines ohmschen Widerstandes geschaltet. Zur Regelung des Stroms durch die Leuchtdioden 1 wird der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand 6 erfaßt und als Meßsignal U_mess dem Schaltregler 4 zugeführt. In dem Schaltregler wird der aus diesem Meßsignal U_mess erfaßte Strom durch die Leuchtdioden mit dem durch den Mikrocontroller 3 zugeführten Sollwert des Stroms durch die Leuchtdioden verglichen und der Strom I_LED entsprechend geregelt.In the case of in 1 shown first embodiment is in series with the light emitting diode 1 a measuring resistor 6 switched in the form of an ohmic resistance. For controlling the current through the LEDs 1 becomes the voltage drop across the measuring resistor 6 detected and as a measuring signal U _mess the switching regulator 4 fed. In the switching regulator of this measurement signal U _mess detected current through the LEDs with the by the microcontroller 3 supplied setpoint value of the current through the LEDs compared and the current I _LED regulated accordingly.

Der Schaltregler 4 kann beispielsweise als Tiefsetzsteller oder als Hochsetzsteller ausgebildet sein, wobei der Mikrocontroller 3 ein entsprechendes Halbleite Schaltelement 5 des Tiefsetzstellers bzw. Hochsetzstellers 4 ansteuert. Ein Beispiel für die Ausführung des Schaltreglers 4 als Hochsetzsteller ist beispielsweise in 2 des zweiten Ausführungsbeispieles der Ansteuerschaltung dargestellt. Der Controller 3 regelt das Schaltverhalten des Schaltreglers 4 derart, daß die Schaltfrequenz oder das Tastverhältnis des Schaltreglers 4 verändert wird, indem der Mikrocontroller 3 das Halbleiter-Schaltelement 5 des Schaltreglers 4 entsprechend mittels Pulsweitenmodulation, Taktung, Steuersignal an Slave, Nutzung der Fehlerabschaltung, und Abrechen der Versorgungsspannung und dgl. ansteuert.The switching regulator 4 For example, it can be designed as a buck converter or as a boost converter, with the microcontroller 3 a corresponding semi-conductive switching element 5 the buck converter or boost converter 4 controls. An example of the execution of the switching regulator 4 as a boost converter is for example in 2 of the second embodiment of the drive circuit shown. The controller 3 regulates the switching behavior of the switching regulator 4 such that the switching frequency or the duty cycle of the switching regulator 4 is changed by the microcontroller 3 the semiconductor switching element 5 of the switching regulator 4 Accordingly, by means of pulse width modulation, clocking, control signal to slave, use of fault switching, and canceling the supply voltage and the like. Drives.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels zeichnet sich durch eine verlustarme LED-Ansteuerung aus, die unabhängig von der Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle bzw. des AC/DC-Umsetzers 2 ist, d. h. Spannungsschwankungen der Spannungsquelle 2 sind ohne Einfluß auf die Helligkeit der Leuchtdioden 1, so daß die Anforderungen an die Gleichspannungsquelle bzw. den Umsetzer 2 geringer als bei herkömmlichen Ansteuerschaltungen sind.The drive circuit of the invention in 1 illustrated first embodiment is characterized by a low-loss LED drive, which is independent of the output voltage of the DC voltage source or the AC / DC converter 2 is, ie voltage fluctuations of the voltage source 2 are without influence on the brightness of the LEDs 1 , so that the requirements for the DC voltage source or the converter 2 lower than in conventional drive circuits.

In dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist der Schaltregler 4 als Hochsetzsteller ausgebildet. Insbesondere weist der Hochsetzsteller 4 eine Spule 10 und ein Halbleiter-Schaltelement 5 auf, die in üblicher Weise wie in 2 dargestellt angeordnet sind. Ferner wird das Meßsignal U_mess der über dem steuerbaren Widerstand 7 abfallenden Spannung dem negativen Einfang eines Operationsverstärkers 8 zugeführt. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 8 liegt auf einem konstanten Potential. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 8 wird einer Oszillatorschaltung 9 zugeführt, welche das Halbleiter-Schaltelement 5 ansteuert. Die Oszillatorschaltung 9 ermöglicht eine hochfrequente Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 5, wobei die Schaltfrequenz von dem Meßsignal U_mess und somit von dem tatsächlichen Strom durch Leuchtdioden 1 abhängt. Die Höhe des den Leuchtdioden 1 von dem Schaltregler 4 zugeführten Stromes I_LED hängt von der Schaltfrequenz des Halbleiter-Schaltelements 5 ab.In the in 2 illustrated second embodiment is the switching regulator 4 designed as a boost converter. In particular, the boost converter 4 a coil 10 and a semiconductor switching element 5 on, in the usual way as in 2 are arranged shown. Furthermore, the measurement signal U _{mess is} the over the controllable resistor 7 falling voltage to the negative capture of an operational amplifier 8th fed. The positive input of the operational amplifier 8th is at a constant potential. The output signal of the operational amplifier 8th becomes an oscillator circuit 9 supplied to the semiconductor switching element 5 controls. The oscillator circuit 9 allows high-frequency control of the semiconductor switching element 5 , wherein the switching frequency of the measuring signal U _mess and thus of the actual current through LEDs 1 depends. The height of the light emitting diodes 1 from the switching regulator 4 supplied current I _LED depends on the switching frequency of the semiconductor switching element 5 from.

Bei dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der Ansteuerschaltung ist der AC/DC-Umsetzer 11 so ausgeführt, daß er direkt den gewünschten Strom I_LED durch die Leuchtdioden 1 regelt. Das heißt, der Schaltregler 4 ist in den AC/DC-Umsetzer 2 integriert.At the in 3 illustrated third embodiment of the drive circuit is the AC / DC converter 11 designed so that it directly the desired current I _LED through the LEDs 1 regulates. That is, the switching regulator 4 is in the AC / DC converter 2 integrated.

Zur Einstellung des Sollwertes des Stroms durch die Leuchtdioden sind auch bei dieser Ausführungsform beide der anhand der 1 und 2 beschriebenen Steuerungsmöglichkeiten einsetzbar. In 3 wird der Sollwert des Stroms wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels von 1 eingestellt, d. h. es ist ein ohmscher Meßwiderstand 6 in Serie mit den Leuchtdioden 1 geschaltet und der Mikrocontroller 3 regelt das Schaltverhalten des Schaltreglers 4. Ebenso kann aber auch in Serie mit den Leuchtdioden 1 ein steuerbarer Widerstand 7 vorgesehen sein, dessen Widerstandswert über den Mikrocontroller 3 eingestellt wird, wie dies bei dem zweiten Ausführungsbeispiel von 2 der Fall ist.To set the desired value of the current through the LEDs are also in this embodiment, both based on the 1 and 2 used described control options. In 3 is the set value of the current as in the case of the first embodiment of 1 set, ie it is an ohmic measuring resistor 6 in series with the light emitting diodes 1 switched and the microcontroller 3 regulates the switching behavior of the switching regulator 4 , Likewise, but also in series with the LEDs 1 a controllable resistor 7 be provided, its resistance value via the microcontroller 3 is set, as in the second embodiment of 2 the case is.

4 schließlich zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung, das einen weiter verbesserten Wirkungsgrad gegenüber dem Ausführungsbeispiel mit dem ohmschen Meßwiderstand 6 oder dem steuerbaren Widerstand 7 gewährleistet. Anstelle des in Serie mit den Leuchtdioden 1 geschalteten Meßwiderstands 6 oder steuerbaren Widerstands 7 zur Erfassung des Stromes durch die Leuchtdioden 1 ist in der Nähe der Leuchtdioden 1 wenigstens eine Photodiode 12 angeordnet. Diese Photodiode 12 erfaßt die Helligkeit der Leuchtdioden 1. In Serie mit der Photodiode 12 ist ein ohmscher Meßwiderstand 13 geschaltet, wobei die über dem Meßwiderstand 13 abfallende Spannung als Meßsignal U_mess dem Schaltregler 4 zugeführt wird. Die Photodioden 12 sind vorzugsweise mit der gleichen Spannungsversorgung 2 in Form der Gleichspannungsquelle bzw. des AC/DC-Umsetzers verbunden. 4 Finally, a third embodiment of the drive circuit according to the invention, which has a further improved efficiency over the embodiment with the ohmic measuring resistor 6 or the controllable resistor 7 guaranteed. Instead of in series with the LEDs 1 switched measuring resistor 6 or controllable resistance 7 for detecting the current through the LEDs 1 is near the light emitting diodes 1 at least one photodiode 12 arranged. This photodiode 12 detects the brightness of the LEDs 1 , In series with the photodiode 12 is an ohmic measuring resistor 13 switched, with the above the measuring resistor 13 decreasing voltage as measuring signal U _mess the switching regulator 4 is supplied. The photodiodes 12 are preferably with the same power supply 2 connected in the form of the DC voltage source or the AC / DC converter.

Ferner ist es ebenso möglich, das Ausführungsbeispiel von 4 mit einer der in den 1 bis 3 gezeigten Ansteuerschaltung zu kombinieren. Das heißt, die Erfassung der Helligkeit der Leuchtdioden mittels einer oder mehrerer Photodioden 12 kann auch zusätzlich zur Erfassung des Stroms durch die Leuchtdioden 1 vorgesehen sein. Dies erhöht die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Regelung mittels der Ansteuerschaltung, da zur Regelung des Stroms zwei Meßwerte herangezogen werden.Furthermore, it is also possible, the embodiment of 4 with one of the in the 1 to 3 to combine shown drive circuit. That is, the detection of the brightness of the LEDs by means of one or more photodiodes 12 can also in addition to detecting the current through the LEDs 1 be provided. This increases the accuracy and reliability of the control by means of the drive circuit, since two measured values are used to regulate the current.

Claims

Control circuit for at least one light emitting diode ( 1 ), with one with a DC voltage ( 2 . 11 ) supplied as input voltage switching regulator ( 4 ), which at its output side the at least one light emitting diode ( 1 ), wherein a device for controlling the current through the light emitting diode ( 1 ) is provided to an adjustable setpoint, the device, the current of the light emitting diode ( 1 ) and compared with the setpoint, and depending on the switching regulator ( 4 ), with a controller ( 3 ), the switching behavior of the switching regulator ( 4 ) changed by means of pulse width modulation or clocking.

Drive circuit according to Claim 1, characterized in that an AC / DC converter ( 11 ) is provided for providing the DC voltage, and that the switching regulator ( 4 ) in the AC / DC converter ( 11 ) is integrated.

Drive circuit according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the switching regulator ( 4 ) a semiconductor switching element ( 5 ) provided by the controller ( 3 ) is controllable.

Drive circuit according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the controller ( 3 ) by setting the setpoint, the switching behavior of the switching regulator ( 4 ) so changed that the switching frequency or the duty cycle of the switching regulator ( 4 ) is changed.

Drive circuit according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a measuring resistor ( 6 ) for detecting the current through the light emitting diode ( 1 ) is provided in series with the light emitting diode ( 1 ) is switched.

Drive circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the switching regulator ( 4 ) is a boost converter.