DE102017216902A1 - Device and method for dynamic overload limitation in color temperature dimmable multi-channel LED systems - Google Patents
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Abstract
Mehrkanal-LED-System, aufweisend:- eine Treibereinheit (8),(9A),(9B), die ausgelegt ist zur voneinander unabhängigen Versorgung wenigstens zweier LED-Ausgangskanäle (16A),(16B) mit einer/einem auf einen Sollwert geregelter Spannung (U_K1),(U_K2) oder Strom (I_K1),(I_K2),wobei die Treibereinheit (8),(9A),(9B) weiterhin dazu ausgelegt ist, die Maximalleistung eines jeden LED-Ausgangskanals (16A),(16B) einerseits sowie die Summenleistung sämtlicher LED-Ausgangskanäle (16A),(16B) andererseits auf vorgegebene Werte zu begrenzen, und wobei die Treibereinheit (8),(9A),(9B) dazu ausgebildet ist, den Sollwert eines LED-Ausgangskanals (16B) zu verringern, wenn seine Leistung (P_K2) grösser ist als die maximal zulässige Summenleistung (P_System) abzüglich der Leistung des/der weiteren LED-Ausgangskanäle (P_K1).Multi-channel LED system, comprising: - a driver unit (8), (9A), (9B), which is designed for the independent supply of at least two LED output channels (16A), (16B) with a regulated to a desired value Voltage (U_K1), (U_K2) or current (I_K1), (I_K2), wherein the drive unit (8), (9A), (9B) is further configured to control the maximum power of each LED output channel (16A), (16B On the other hand, the sum power of all LED output channels (16A), (16B) on the other hand to limit to predetermined values, and wherein the driver unit (8), (9A), (9B) is adapted to the setpoint of an LED output channel (16B ) if its power (P_K2) is greater than the maximum allowable total power (P_system) minus the power of the other LED output channel (P_K1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren im Bereich eines vorzugsweise Zweikanal-LED-Moduls, wobei beide Kanäle separat voneinander angesteuert werden können, um ein Farbtemperaturdimmen zur erzielen.The invention relates to a device and a method in the region of a preferably two-channel LED module, wherein both channels can be controlled separately from each other to achieve a Farbtemperaturdimmen.
Vorbekannte Vorrichtungen zum Zweikanal-Farbtemperaturdimmen sind zumeist LED-Systeme, die eine Gruppe kaltweißer und eine Gruppe warmweißer LED-Elemente in der Regel auf einem gemeinsamen Chip aufweisen, d.h. auf einem einzigen Substrat aufgebracht sind.Previous devices for two-channel color temperature dimming are mostly LED systems, which have a group of cold white and a group of warm white LED elements usually on a common chip, i. are applied to a single substrate.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in
Die Vorrichtung umfasst unter anderem einen Stromtreiber der einen ersten und einen zweiten Treiberstrom erzeugt. Der erste Treiberstrom bewirkt das Leuchten einer ersten Gruppe von LED-Chips mit einer ersten Farbtemperatur und Helligkeit (Intensität). Der zweite Treiberstrom bewirkt das Leuchten einer zweiten Gruppe von LED-Chips mit einer zweiten Farbtemperatur und zweiten Helligkeit.Among other things, the device comprises a current driver which generates a first and a second drive current. The first drive current causes the illumination of a first group of LED chips with a first color temperature and brightness (intensity). The second drive current causes the illumination of a second group of LED chips having a second color temperature and second brightness.
Um den Farbabstimmungsprozess zu homogenisieren, können die farbunterschiedlichen LED-Gruppen bzw. -Elemente auch gemischt auf dem Substrat angeordnet sein.In order to homogenize the color matching process, the color different LED groups or elements may also be mixedly arranged on the substrate.
Allerdings umfasst die besagte Vorrichtung und das von dieser umgesetzte Verfahren ein separates Steuern beider Antriebsströme, sodass ein vom Benutzer gewünschtes Licht resultiert mit einer gewählten Farbtemperatur bei einer gewählten Intensität. However, said apparatus and method implemented thereby comprises separately controlling both drive currents such that user-desired light results in a selected color temperature at a selected intensity.
Da die Treiberschaltung dieser Vorrichtung unter anderem eine Steuerung, einen Speicher und außer dem Stromtreiber auch über einen Datenbus sowie über eine Sensorschnittstelle verfügt, welche mehrere CPU's, Prozessoren, Gate's, Array's, Hardware-Logik und Speicherdokumente aufweist, ist für eine solche Vorrichtung ebenso ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, durch das das Verfahren der Farbdimmung implementiert wird.Since the driver circuit of this device has, inter alia, a controller, a memory and, apart from the current driver, also a data bus and a sensor interface which has a plurality of CPUs, processors, gates, arrays, hardware logic and memory documents, such a device is also suitable Computer program product provided by the method of color dimming is implemented.
Die Treiberschaltung dieser Vorrichtung weist eine Schaltungsordnung auf, die so konfiguriert ist, dass Antriebsströme (erster und zweiter Antriebsstrom) erzeugt werden, die in der Lage sind, sowohl die erste als auch die zweite Gruppe von LEDs von ihrem jeweiligen „Aus“-Zustand bis zum Zustand ihrer maximalen Intensität zu steuern.The driver circuit of this device has a circuit arrangement configured to generate drive currents (first and second drive currents) capable of switching both the first and second groups of LEDs from their respective "off" state to to control the state of their maximum intensity.
Dabei setzt die Treiberschaltung derzeit die Pegel der ersten und zweiten Antriebsströme auf Basis einer Benutzereingabe (über ein interaktives Display, Tastatur, Dreh- oder Schieberegler, etc.) und/oder auf Basis sensorbasierter Rückmeldungen, weshalb diese Schaltung im eigentlichem Sinn keine Steuerung darstellt, sondern eine Regelung. Das von dem gesamten LED-System emittierte resultierende Licht ist letztendlich eine Kombination aus Farbtemperatur und Intensität des Lichtes bei dieser Farbtemperatur.The driver circuit currently sets the levels of the first and second drive currents on the basis of user input (via an interactive display, keyboard, rotary or slider, etc.) and / or based on sensor-based feedback, which is why this circuit does not represent control in the true sense, but a regulation. The resulting light emitted by the entire LED system is ultimately a combination of color temperature and intensity of light at that color temperature.
Allerdings wird in
Um Ströme für unterschiedliche Intensitäten und Farbtemperaturen spezifischer LED-Gruppen zu generieren greift die Regelung entweder auf in einem Speicher abgelegte Antriebsstromtabellen zurück oder berechnet die benötigten Werte für die jeweiligen Antriebsströme anhand von algebraischen Gleichungen selbst.To generate currents for different intensities and color temperatures of specific LED groups, the control either uses drive current tables stored in a memory or calculates the required values for the respective drive currents on the basis of algebraic equations themselves.
Zum Beispiel kann die sich bei der Überlagerung des Lichtes zweier LED-Gruppen ergebende Misch-Farbtemperatur (Tmisch) gemäß folgender Gleichung bestimmt werden:
Der Unterschied in der Farbtemperatur zwischen beiden Gruppen von LED-Chips sollte vorteilhafterweise mindestens 300 Kelvin betragen.The difference in color temperature between both groups of LED chips should advantageously be at least 300 Kelvin.
Die Werte der beiden Anstriebsströme (IK und Iw) für die beiden Gruppen von LED-Chips (kaltweiß und warmweiß) ergeben sich ebenfalls algebraisch aus
Obige Gleichungen ermöglichen es der Regelung sämtliche Antriebsströme zu berechnen, um eine gewünschte (physikalisch mögliche) Farbtemperatur bei einer ebenso gewünschten Helligkeit (Intensität) zur erzielen und die daraus resultierenden Parameter der Antriebsstromtabelle (Farbtemperatur, zwei Intensitätsstufen) zuzuführen um diese zu vervollständigen.The above equations allow the controller to compute all drive currents to achieve a desired (physically possible) color temperature with an equally desired brightness (intensity) and to supply the resulting parameters to the drive current table (color temperature, two intensity levels) to complete them.
Die beispielsweise bei der Geräteherstellung im Speicher abgelegten Antriebsstromtabellen sind der Regelung bzw. den entsprechenden Modulen der Treiberschaltung über den Datenbus zugänglich. Oder aber die Antriebsstromtabellen werden durch den Prozessor gespeichert, indem Information von einem anderen Gerät z.B. über eine Netzwerkverbindung erfasst wird.The drive current tables, for example, stored in memory during device manufacture, are accessible to the control or the corresponding modules of the driver circuit via the data bus. Or, the drive current tables are stored by the processor by taking information from another device, e.g. is detected via a network connection.
In einer möglichen Betriebsart werden die Antriebsströme auf konstante Ströme bei vorbestimmten Spannungspegeln gesetzt. In einer anderen möglichen Betriebsart werden durch (Aktivieren) aktuelle Amplituden der Antriebsströme definiert, die mit einer wählbaren Pulsrate gepulst werden.In one possible mode of operation, the drive currents are set to constant currents at predetermined voltage levels. In another possible operating mode, (Activation) defines current amplitudes of the drive currents which are pulsed at a selectable pulse rate.
Während des Betriebs empfangen die entsprechenden Treiber Antriebsstromparameter (z.B. von der Steuerung bzw. Regelung) und verwenden diese, um die entsprechenden Antriebsströme zu erzeugen.During operation, the respective drivers receive drive current parameters (e.g., from the controller) and use them to generate the corresponding drive currents.
Vorrichtungsindikatoren bzw. Geräteindikatoren, die Farbtemperatur und Intensität des gegenwärtig von der Lichtquelle emittierten Lichtes messen, dienen der Rückkopplung für die Treiberschaltung und sind Teil der Basis für die gesamte Regelung.Device indicators, which measure color temperature and intensity of the light currently emitted by the light source, provide feedback to the driver circuit and form part of the basis for the overall control.
Die Änderung der Intensität und/oder der Farbtemperatur des von einer Lichtquelle (LED-System z.B. aus zwei Gruppen) emittierten Lichtes aufgrund einer Benutzereingabe und / oder aufgrund von Zeitsteuerungsindikatoren, Umgebungsindikatoren und Geräteindikatoren (auch im Rahmen einer Drift beteiligter physikalischer Parameter) wird generell als „Dimmen“ bezeichnet.The change in the intensity and / or the color temperature of the light emitted by a light source (LED system eg from two groups) due to user input and / or due to timing indicators, environment indicators and device indicators (also in the context of a physical parameter involved in drift) is generally considered "Dimming" designates.
Dabei sei bemerkt, dass sich das Dimmen mit beispielsweise nur zwei LED-Gruppen unterschiedlicher Farbtemperatur (z.B. kaltweiß und warmweiß) und Intensität sehr komplex gestaltet.It should be noted that dimming with, for example, only two LED groups of different color temperature (e.g., cool white and warm white) and intensity is very complex.
Ferner sei angemerkt, dass der Lichtstrom einer weißen LED (gemessen in Lumen, Im) proportional zu deren Antriebsstrom ist, wobei die Proportionalitätskonstante von der Farbtemperatur abhängig ist und wobei angenommen wird, dass alle anderen Faktoren gleich sind.It should also be noted that the luminous flux of a white LED (measured in lumens, Im) is proportional to its driving current, the proportionality constant being dependent on the color temperature and assuming that all other factors are equal.
Beispielsweise erzeugt eine als 6000Kelvin-Kalt-Weiß-Quelle (engl. 6000K-Cool-White Source) konfigurierte LED Licht mit einer Rate von 100 Lumen pro Ampere, während eine 3000K-Warm-Weiß-Quelle Licht mit nur einer Rate von 70 Lumen pro Ampere generiert. Diese Ungleichheit muss beim Dimmen (insbesondere beim Berechnen der Antriebsströme) berücksichtig werden.For example, a 6000Kelvin cold white source LED produces light at a rate of 100 lumens per amp, while a 3000K warm white source generates light at only a rate of 70 lumens generated per amp. This inequality must be taken into account when dimming (in particular when calculating the drive currents).
Bei der Regelung des LED-Stromes mit einem Dimmer ist entscheidend welche Art von Dimmregelung implementiert werden soll. Es gibt für das Dimmen im Wesentlichen zwei unterschiedliche Ansätze: Pulsweiten-moduliertes Dimmen (engl. Pulse-Width-Modulation, PWM) und analoges Dimmen.
- ◯ Beim PWM-Dimmen wird der LED-Strom in gewisser Weise zerhackt und durch Variation des Tastverhältnisses gesteuert.
- ◯ Beim Analog-Dimmen skaliert der Dimmer die Amplitude des LED-Stromes in konstanter Weise.
- ◯ In PWM dimming, the LED current is somewhat chopped and controlled by varying the duty cycle.
- ◯ With analog dimming, the dimmer scales the amplitude of the LED current in a constant way.
Der Dimmer kann so die Wechselstromleistung reduzieren, um eine Wechselspannung zu erzeugen die zu einem reduzierten (zweiten) Antriebsstrom führt.The dimmer can thus reduce the AC power to produce an AC voltage resulting in a reduced (second) drive current.
Bei zwei oder mehr Dimm-Kanälen ist das analoge Dimmen von Vorteil, da mehrere PWM-Dimmsignale sogenannte Beatfrequenzen erzeugen, also Schwebungen hervorrufen können, die Flimmern oder hörbares Rauschen verursachen.With two or more dimming channels, analogue dimming is advantageous since several PWM dimming signals generate so-called beat frequencies, ie they can produce beats that cause flickering or audible noise.
Analoges Dimmen, aber auch PWM-Dimmen zu realisieren erfolgt auf einfache Weise mit einem Abwärtswandler (engl. buck converter). Im Stand der Technik wird sogar vorgeschlagen einen geeigneten integrierten Schaltkreis (IC) zu verwenden (siehe Jon Kraft „Convert a Buck Regulator into a Smart LED Driver, Including Dimming; www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/convert-a-buck-regulator.html) beispielsweise den ADP2384 oder den ADP2441 der Firma ANALOG DEVICES. In einem Datenblatt von Texas Instruments wird Dimmen mit dem integrierten Schaltkreis TPS92075 vorgeschlagen.Analog dimming, but also to realize PWM dimming is done easily with a buck converter. It is even proposed in the prior art to use a suitable integrated circuit (IC) (see Jon Kraft, "Convert a Buck Regulator into a Smart LED Driver, Including Dimming;" www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/convert- a-buck-regulator.html), for example the ADP2384 or the ADP2441 of the company ANALOG DEVICES. A Texas Instruments datasheet suggests dimming with the TPS92075 integrated circuit.
Ein Buck-Converter ist eine Form von schaltendem Gleichspannungswandler und dient zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsseite galvanisch getrennter Gleichspannungen. Dabei ist die Ausgangsspannung
In
Ein Schalter
Bei geschlossenem Schalter
Sowohl die Spule
Während der Einschaltzeit
Der Schaltzyklus des Schalters
Der Schaltzyklus kann aber auch so eingestellt werden, dass der Strom während des Zyklus' regelmäßig auf Null abfällt und stromlose bzw. spannungslose Intervalle entstehen (lückender Betrieb).However, the switching cycle can also be set so that the current during the cycle 'regularly drops to zero and currentless or voltage-free intervals occur (intermittent operation).
Um beide Betriebsarten bzw. deren Übergang von beiden Seiten aus exakt kontrollieren zu können, muss bei der Auslegung der Schaltung ein Regler eingesetzt werden, durch den sämtliche, zumindest die wichtigsten sich zum Teil rasch ändernden Parameter (Induktivität, Schaltfrequenz, Eingangsspannung, Ausgangsspannung, fließender Ausgangsstrom, Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Tastgrad, usw.) berücksichtigt werden können.In order to be able to precisely control both modes of operation or their transition from both sides, a controller must be used in the design of the circuit, through which all, at least the most important, sometimes rapidly changing parameters (inductance, switching frequency, input voltage, output voltage, flowing current) Output current, output voltage dependence on the duty cycle, etc.) can be taken into account.
In der beispielsweise oben genannten Literatur wird daher angegeben, wie der jeweilige Integrierte Schaltkreis (IC) für die Regelung der Ausgangsspannung, insbesondere zum Dimmen, durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) im lückenden oder im nicht-lückenden Betrieb oder aber zum analogen Dimmen, verschaltet werden muss.In the literature mentioned above, therefore, it is indicated how the respective integrated circuit (IC) for the regulation of the output voltage, in particular for dimming, by a pulse width modulation (PWM) in the latching or non-latching operation or for analog dimming, are connected got to.
Weitere Schaltungsvorschläge für Buck-Converter in diesem Zusammenhang sind derzeit auch unter dem Link www.joretronik.de insbesondere dort im Kapitel
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf Mehrkanal-LED-Module, insbesondere auf Zweikanal-LED-Module, die vorzugsweise einen kaltweißen und einen warmweißen Kanal aufweisen, und die separat voneinander so angesteuert werden können, dass eine Farbdimmung bei einer gleichzeitigen Helligkeitsdimmung erzielt werden kann. Um dies zu erreichen, ist eine hochpräzise Ansteuerung des jeweiligen LED-Stromes notwendig, wobei die Schwierigkeit im Wesentlichen darin besteht, die maximale Leistung, die ein einzelner Kanal erbringen kann bzw. darf, im Rahmen des Dimm-Prozesses nicht zu überschreiten, da sonst bei derzeitigen Systemen das LED-Modul bevor eine Überlastung entstehtkomplett abgeschaltet wird (engl. system shut down). Eine weitere Methode nach derzeitigem Stand der Technik, ein dimmbares Mehrkanal-System gegenüber einer elektronischen Überbeanspruchung/Überlastung zu schützen, ist eine signifikante Leistungsbegrenzung für jeden Kanal.The present invention now relates to multi-channel LED modules, in particular two-channel LED modules, which preferably have a cold white and a warm white channel, and which can be controlled separately from each other so that a color dimming can be achieved with a simultaneous brightness dimming , In order to achieve this, a high-precision control of the respective LED current is necessary, the difficulty being essentially that of not exceeding the maximum power which a single channel is allowed to perform during the dimming process, otherwise in current systems, the LED module before overloading is completely shut down (system shut down). Another prior art method of protecting a multichannel dimmable system from electronic overstressing / overloading is a significant power limitation for each channel.
Beide Vorgehensweisen sind aus der Sicht des Benutzers, aber auch aus der Sicht des Herstellers, unerwünscht, da bei einem shut-down das Gefühl vermittelt wird, die Beleuchtungsvorrichtung nicht richtig bedienen zu können bzw. bei einem nicht erzielbaren Farbtemperatur- und/oder Helligkeitswert der Eindruck entstehen kann, ein Gerät mit sehr begrenzter Leistungsfähigkeit erworben zu haben.Both approaches are undesirable from the user's point of view, but also from the point of view of the manufacturer, since in a shutdown the feeling is conveyed that the lighting device can not be operated properly or if the color temperature and / or brightness value of the light source is unattainable Imagine having acquired a device with very limited performance.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein Farbtemperatur- und Helligkeits-dimmbares Zwei- oder Mehrkanalsystem Sicherheitsmaßnahmen zu treffen, durch die ein maximales durch Dimmen bewirktes entstehendes Ausreizen des Farbtemperatur- und Helligkeitsbereiches kein Risiko für die technische Sicherheit des Systems darstellt.The invention is therefore based on the object to make for a color temperature and brightness dimmable two- or multi-channel system safety measures by which a maximum caused by dimming emerging Ausstreizen the color temperature and brightness range is no risk to the technical safety of the system.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen beschrieben.
-
1 zeigt eine einfache Ausfiihrungsform eines Buck-Konverters. -
2 zeigt das Schaltschema eines Farb- und Helligkeits-dimmbaren Zwei- oder Mehrkanalsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 shows a simple embodiment of a buck converter. -
2 shows the circuit diagram of a color and brightness dimmable two- or multi-channel system according to the present invention.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, bei Farbtemperatur- und/oder Helligkeits-dimmbaren Zwei- oder Mehrkanal-LED-Systemen eine dynamische Überlastbegrenzung zu schaffen, die das System vor Leistungs-Überschreitung in einzelnen Kanälen bzw. in allen Kanälen schützt und eine möglicherweise auf die Umgebung übergreifende Schädigung oder sogar Zerstörung verhindert.The basic idea of the present invention is to provide a dynamic overload limitation in color temperature and / or brightness dimmable two- or multi-channel LED systems which prevents the system from exceeding power in protects individual channels or in all channels and prevents possibly on the environment across damage or even destruction.
Ein „Dimmer“ im allgemeinsten Sinne wird zur Steuerung der (veränderbaren) Leistungsaufnahme von (elektrisch betriebenen) Verbrauchern eingesetzt. Die Art der Dimmung richtet sich nach der Art des Verbrauchers bzw. nach dessen Lastcharakteristik.A "dimmer" in the most general sense is used to control the (variable) power consumption of (electrically operated) consumers. The type of dimming depends on the type of consumer or on its load characteristics.
Ist die veränderliche/die zu verändernde Größe von mehreren möglicherweise miteinander komplex wechselwirkenden Parametern abhängig, so ist für den Dimm-Prozess eine Steuerung unter Umständen nicht ausreichend, sondern eine Regelung notwendig.If the variable (s) to be changed depends on several possibly interacting interacting parameters, a control may not be sufficient for the dimming process, but a regulation is necessary.
Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen im einfachsten Fall zwischen zwei (z.B. auf einem gemeinsamen oder benachbarten Substrat) LED-Gruppen unterschiedlicher Farbtemperatur (beispielsweise kaltweiß und warmweiß) einen Mischwert der Farbtemperatur zu erzeugen und diesen aber unter der Vorgabe einer definierten Intensität also Helligkeit.According to the invention, it is now provided in the simplest case between two (for example on a common or adjacent substrate) LED groups of different color temperature (for example, cool white and warm white) to produce a mixed value of the color temperature, but this is brightness given the specification of a defined intensity.
Erfolgt die Dimmung manuell, so verfügt der Benutzer über zwei Schnittstellen (Taster mit Display, Drehknopf, Schieber, etc.): eine für die Einstellung der Farbtemperatur und eine für die Einstellung der Helligkeit bei dieser gewählten Farbtemperatur.If the dimming is done manually, the user has two interfaces (button with display, knob, slider, etc.): one for setting the color temperature and one for adjusting the brightness at this selected color temperature.
Erfolgt die Dimmung vollautomatisch, so verfügt das System über eine geeignete Sensorik (z.B. Helligkeitssensoren, Farbtemperatursensoren, etc.) die gegebenenfalls Veränderungen der Lichtverhältnisse der Umgebung registriert und das System darauf entsprechend seiner Konfiguration dimmend reagieren lässt.If the dimming is done fully automatically, the system has suitable sensors (for example brightness sensors, color temperature sensors, etc.) which, if necessary, register changes in the lighting conditions of the environment and allow the system to react dimmingly according to its configuration.
Bei Zwei- oder Mehrkanalsystemen nach dem Stand der Technik ist eine beliebige Dimmung gemäß obiger Ausführungen technisch nicht umsetzbar, da - aus Sicherheitsgründen - die Maximalleistung eines jeden Kanals, aber auch die Summenleistung aller Kanäle des Gesamtsystems, nicht überschritten werden darf.In two- or multi-channel systems according to the prior art, any dimming according to the above statements is technically not feasible, since - for safety reasons - the maximum power of each channel, but also the total power of all channels of the entire system must not be exceeded.
Dies hat beispielsweise zur Folge, dass ein 50Watt 2-Kanal-System mit jeweils 25W an jedem Kanal gefahren werden darf, bei Überschreitung dieser Leistung in nur einem Kanal jedoch das System sofort heruntergefahren wird.This means, for example, that a 50Watt 2-channel system with 25W each may be run on each channel, but if this power is exceeded in just one channel, the system will shut down immediately.
Allerdings ist es nach wie vor von Interesse bei einem solchen 50W-2-Kanal-Gerät einen Einzelkanal bis zu 50W zu Betreiben ohne dass das System abgeschaltet wird. Ein solcher Kanal wird in der vorliegenden Erfindung „Masterkanal“ genannt.However, it is still of interest in such a 50W 2-channel device to operate a single channel up to 50W without shutting down the system. Such a channel is called a "master channel" in the present invention.
Die Erfindung besteht nun unter anderem darin, eine Strombegrenzung für den zweiten Nicht-Masterkanal (oder für weitere Nicht-Masterkanäle) zu implementieren. Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit ein Zweikanalsystem betrachtet.One of the objects of the invention is to implement a current limitation for the second non-master channel (or for further non-master channels). In the following, a two-channel system is considered without restriction of generality.
Der „Masterkanal“, kann mit einer Leistung P_K1 in einem Bereich zwischen minimaler und maximaler Leistung gefahren werden, wobei dessen maximale Leistung der maximalen Leistung P_System des Gesamtsystems entspricht.The "master channel" can be run with a power P_K1 in a range between minimum and maximum power, with its maximum power corresponding to the maximum power P_system of the overall system.
Die maximale Leistung des zweiten Kanals P_K2 hängt nun von der Last des ersten Kanals ab. Sie kann nur die zulässige Summenleistung minus der aktuell gemessenen Leistung des ersten Kanals betragen:
Die Leistung des ersten Kanals P_K1 muss technisch-physikalisch ermittelt werden. Sobald dadurch die maximale Leistung des zweiten Kanals P_K2 bekannt ist, führt dies auch zu einer Strombegrenzung Imax die wie folgt ermittelt wird:
Somit gilt für den zu beschränkenden Strom
Da der gewählte Strom ein fester Wert ist, muss nur noch der Dimm-Wert begrenzt werden.
Unter Berücksichtigung einer Toleranzbreite von ca. 10% nach oben ist der maximale Strom somit auf Imax begrenzt, um die Nennleistung des Systems nicht zu überschreiten.Taking into account a tolerance width of approx. 10% upwards, the maximum current is therefore limited to I max so as not to exceed the rated output of the system.
Falls die Situation entstehen sollte, dass durch die aktuelle Leistung des zweiten Kanals P_K2 die verbleibende maximal zulässige Leistung P_System überschritten wird, so tritt erfindungsgemäß eine Sicherheitsmaßnahme in Kraft, durch die die Leistung des zweiten Kanals P_K2 reduziert und dementsprechend der Sollwert des Stroms für den zweiten Kanal I_K2 vermindert wird.If the situation should arise that the remaining maximum permissible power P_System is exceeded by the current power of the second channel P_K2, according to the invention a safety measure comes into force, by which the power of the second channel P_K2 is reduced and, accordingly, the setpoint value of the current for the second Channel I_K2 is reduced.
Dabei muss allerdings in Kauf genommen werden, dass durch diese einseitige Verringerung des Stroms allein auf Kanal
Eine Maßnahme die dies verhindert, ist die Nachkalibrierung des Stromwertes für den ersten Kanal (den Master-Kanal) nach der Begrenzung des Stromwertes für den zweiten Kanal, sodass sich zwar insgesamt die Helligkeit des Systems verringert, die gewünschte Farbkoordinate des Mischlichtes jedoch gehalten wird.One measure that prevents this is the recalibration of the current value for the first channel (the master channel) after limiting the current value for the second channel, so that overall reduces the brightness of the system, but the desired color coordinate of the mixed light is maintained.
Zusammengefasst wird also (bei einem 2-Kanal-System) die Spannung über den zweiten Kanal U_K2 (die Spannung über die zweite LED-Strecke) im Gerät (System) gemessen. Aus dieser Messung ergibt sich der zulässige Maximalstrom durch den zweiten Kanal Imax, der sich wiederum als Dimm-Wert ausdrücken lässt.In summary, the voltage across the second channel U_K2 (the voltage across the second LED path) in the device (system) is measured (in the case of a 2-channel system). This measurement results in the permissible maximum current through the second channel I max , which in turn can be expressed as a dimming value.
Erfasst werden muss somit die Leistung des ersten Kanals P_K1 - die maximal zulässige Summenleistung P_System ist bekannt - sowie die Spannung über den zweiten Kanal U_K2, um abhängig davon die Information des maximal zulässigen Stroms Imax im zweiten Kanal zu ermitteln.Thus, the power of the first channel P_K1 - the maximum permissible sum power P_System is known - and the voltage across the second channel U_K2 must be detected in order to determine the information of the maximum permissible current I max in the second channel.
Selbstverständlich kann bei einem Mehrkanalsystem (N-Kanal-System) jeder beliebige N-te Kanal als Masterkanal verwendet werden.Of course, in a multi-channel system (N-channel system), any Nth channel may be used as the master channel.
Eine Mess- und Regelungsschaltung für den LED-Strom und die Spannung bei zwei LED-Strecken enthalten, sowie die Steuerschaltung, die eine interne Maximalleistungsbeschränkung durchführt und abhängig davon eine die LED-Leistung bestimmende Steuergröße ausgibt, insbesondere die Taktung eines Schalters eines getakteten LED-Konverters, ist in
Jede LED-Treibereinheit
Der en Steuereinheit
Die e Steuereinheit
Aufgrund der notwendigen Begrenzung der Spannungen bzw. Ströme in den LEDs - in anderen Worten der unvermeidbaren Leistungsbegrenzung jeder beteiligten LED-Strecke
Zu diesem Zweck berechnet die e Steuereinheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Buck-Konverter (Abwärtswandler)Buck converter (down converter)
- 22
- Schalter (Transistor)Switch (transistor)
- 33
- Diode (Schottky, Zener, Transistor, etc.)Diode (Schottky, Zener, Transistor, etc.)
- 44
- Drossel (Spule)Throttle (coil)
- 55
- Ohmscher WiderstandOhmic resistance
- 66
- ELKO (Elektrolyt-Kondensator)ELKO (electrolytic capacitor)
- 77
- LED (Leuchtdiode)LED (LED)
- 88th
- Software-TeilSoftware part
- 9A9A
-
LED-Treibereinheit Kanal 1LED
driver unit channel 1 - 9B9B
-
LED-Treibereinheit Kanal 2LED
driver unit channel 2 - 10 10
- Schnittstelleinterface
- 1111
- e Steuereinheite control unit
- 12A12A
-
Stromregler Kanal 1
Current controller channel 1 - 12B12B
-
Stromregler Kanal 2
Current controller channel 2 - 13A13A
-
Buck-Konverter Kanal 1
Buck converter channel 1 - 13B13B
-
Buck-Konverter Kanal 2
Buck converter channel 2 - 14A14A
-
Spannungsmessung Kanal 1
Voltage measurement channel 1 - 14B14B
-
Spannungsmessung Kanal 2
Voltage measurement channel 2 - 15A15A
-
Strommessung Kanal 1
Current measurement channel 1 - 15B15B
-
Strommessung Kanal 2
Current measurement channel 2 - 16A16A
- LED-Strecke (Diode/Dioden) kaltweißLED track (diode / diodes) cool white
- 16B16B
- LED-Strecke (Diode/Dioden) warmweißLED track (diode / diodes) warm white
- 17A17A
-
Strom-Istwert Kanal 1Current
actual value channel 1 - 17B17B
-
Strom-Istwert Kanal 2Current
actual value channel 2 - 18A18A
-
Spannung-Istwert Kanal 1Voltage
actual value channel 1 - 18B18B
-
Spannung-Istwert Kanal 2Voltage
actual value channel 2 - 19A19A
-
z.B. benutzerdefinierte Sollwerte Kanal 1e.g. user-defined
setpoints channel 1 - 19B19B
-
z.B. benutzerdefinierte Sollwerte Kanal 2e.g. user-defined
setpoints channel 2 - 20A20A
-
bestmögliche Sollwerte Kanal 1best
possible setpoints channel 1 - 20B20B
-
bestmögliche Sollwerte Kanal 2best
possible setpoints channel 2 - 2121
- LED-GesamtsystemLED overall system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2012038286 [0003, 0010]US 2012038286 [0003, 0010]
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-
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