WO2009092443A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur zweistufigen regelung von halbleiterlichtquellen. - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur zweistufigen regelung von halbleiterlichtquellen. Download PDF

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control
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Ralf Hying
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the invention relates to a two-stage control method for semiconductor light sources, which is suitable for ge applications that require a very fast control of Halb ⁇ leiterloismaschinen. This is the case, for example, with projection devices equipped with semiconductor light sources. In particular, microdisplay applications for front and rear projection should be mentioned.
  • Powerful semiconductor light sources such as high-performance light-emitting diodes ⁇ lately are increasingly used in applications that were previously reserved for high-pressure discharge lamps. Especially in the projection area, the semiconductor light sources are not driven continuously, but operated pulsed to meet the local requirements. It works with very short Pul ⁇ sen, which have a very high power density for it.
  • the control circuit is divided into a video electronics, working up the etcssig ⁇ nal, and a driver electronics that controls the far ⁇ -lived semiconductor light sources.
  • a driver electronics that controls the far ⁇ -lived semiconductor light sources.
  • fast line speeds are used to control the semiconductor light sources. arregler used. So that the linear regulator must not produce übermä ⁇ ssige power loss and dissipate them is preceded by a switching regulator that controls down sources of the higher supply voltage to the voltage of the semiconductor light.
  • the upstream switching regulator is regulated to a voltage which corresponds at least to the highest forward voltage of the semiconductor light sources.
  • the output voltage is determined by a STEU ⁇ ersignal the switching regulator. This is preferably done in such a way that it adjusts the output voltage to a voltage that depends on the forward voltage of at least one semiconductor light source branch. While in the prior art, the switching regulator is not driven and therefore, in order to ensure safe operation of the semiconductor light sources, provides a high enough in each case and therefore selected too high out ⁇ output voltage, the switching regulator by his knowledge of the Flusstapen the semiconductor light source branches, which are in particular also time-varying, each currently an output voltage value festle ⁇ conditions, in which the lowest possible power loss occurs in the linear controllers.
  • the output voltage is set to a voltage which is dependent on the forward voltage of that Halbleiterlicht provokenastes in which the forward voltage is the largest (when compared to the other in the semiconductor light source branches).
  • the voltage should be slightly higher, namely between 0.1 and 10% and preferably between 1 and 5%, for example between 0.03 and 0.05 V per LED in a semiconductor light source ⁇ nast, be higher than the forward voltage of that semiconductor light source branch in where the forward voltage is the largest.
  • the output voltage of the switching regulator is, if possible, already adjusted to the next semiconductor light sources to be operated while the current semiconductor light sources are still being operated. Of course, this is only possible if the forward voltage of the next semiconductor light sources to be operated is higher than the forward voltage of the semiconductor light sources currently being operated.
  • Fig. 2 Schematic representation of a Wegungsanord ⁇ tion according to the prior art with a switching regulator 3.1, the output voltage is set to a voltage corresponding to the maximum possible forward voltage to be operated semiconductor light sources (5.1 .. 5.n).
  • Fig. 4 waveforms representing the delay between the control input and the LED current 90.
  • the input signal 70 is delayed by a Sig ⁇ nal umanscrien passed on to the semiconductor light sources in order to give the switching regier time to adjust the output voltage 80th
  • Fig. 5 waveforms according to a preferred embodiment with three different colored LEDs.
  • a switching controller 3.1 receives an input voltage U 1n and converts it to an output voltage Uout. This voltage serves as input voltage for several linear regulators 4.1 .. 4.n, in turn, connected to them light-emitting diodes 5.1 .. 5.n operate with a forward voltage U f i .. U fn .
  • a forward voltage U f i .. U fn U f i .. U fn .
  • more than one light-emitting diode can be connected to a linear regulator. Due to the operation of the light-emitting diode ⁇ are driven substantially in succession. But it can also happen that an LED color with egg ⁇ nem small portion of another light emitting color is saturated ent ⁇ .
  • the controller 61 processes the output from the video electronics signal 70 and outputs it to the controller near Li ⁇ 4.1 ... 4.n control signals 7.1 ... 7.n which drive these substantially sequentially.
  • the controller outputs a signal to the switching regulator 3.1, which always adjusts its output voltage to a voltage slightly above the forward voltage of the currently operating LEDs. If several LEDs are operated, the output voltage is set to a voltage slightly above the LEDs with the higher forward voltage.
  • the switching regulator is adjusted in its output voltage as closely as possible to the optimum input voltage of the linear regulator to be used.
  • a signal store is implemented in the controller which delays the input signal 70 of the video electronics 65 in order to give the switching regulator sufficient time to adapt its output voltage to the required values.
  • the waveforms are shown in Fig. 4 is provided ⁇ .
  • the minimum delay time results from the minimum rise time t rise from the minimum required output voltage to the maximum required output voltage 80 of the switching regulator. This is necessary at the Switching on the corresponding LEDs always to be able to provide the full forward voltage.
  • Fig. 5 shows the waveform of a preferred embodiment with three different colored LEDs.
  • the image is composed of pixels similar to a television tube, the color of which is composed by means of an additive color mixture of the colors red, green and blue.
  • the input signal contains 70 ent ⁇ speaking color components 7.1, 7.2 and 7.3 for red, green and blue.
  • This signal is ver ⁇ works by the control circuit 61 and this is then by the time t rise delays the signals 7.1 ... 7.3 to the corresponding linear controller.
  • the signal 80 represents the output voltage of the switching regulator, the signals 91, 92 and 93 are the current waveforms of the red, green and blue LEDs.
  • the output voltage 80 of the Wegreg ⁇ lers is adapted to the forward voltage of the red LED before it is turned on (signal 91).
  • the switching regulator starts setting the voltage to the new value.
  • time ti ie at time t rise later, this has happened and the red LED is turned on.
  • the output voltage of the switching regulator 3.1 is already increased again at time t 2 , since the green LED has a higher forward voltage. This happens at the time the signal 72, the green LED switching signal, goes to logic 1.
  • the time interval between t 2 and the switch-on time of the green LED t 4 is also t rise .
  • the red LED is switched off.
  • the green LED is a short gap to separate the colors cleanly from each other, and high current peaks that would be caused by overlapping operation of two LEDs to be avoided.
  • signal 73 for the blue LED is switched to logic 1 at time t 5 .
  • the output voltage 80 of the switching regulator 3.1 is maintained once at time t 5 .
  • the green LED is turned off, starting, the output ⁇ off voltage 80 down to the forward voltage of the blue LED.
  • the blue LED is turned on.
  • the red LED with a low current is also switched on again. Both LEDs remain in operation until time ts. Since the blue LED forward voltage higher ⁇ be located than the red LED, the output voltage of the switching regulator is set to 3.1, a voltage ge ⁇ is slightly higher than the forward voltage of the blue LED. This means that the linear regulator of the red LED has to compensate for a higher input voltage. However, this is not a problem due to the low LED current of the red LED in desaturation mode. In order to be able to adapt the output voltage 80 of the switching regulator to the forward voltages of the diodes, the forward voltages of the connected diodes must be stored in the control circuit 61.
  • the forward voltage of the LEDs during operation is measured and input to the controller 61, as indicated by dashed lines 62 in FIG.
  • the output voltage 80 of the switching regulator can always be optimally adapted to the diodes to be operated without the flux voltages of the connected diodes having to be stored in the control unit.
  • the controller 61 sets by their control signals, which sends them to the linear ⁇ controller 4.1 .. 4.9, the respective current strength of the light emitting diodes 5.1 .. 5.n flowing current. It can now at least be calibrated once a characteristic of the flow ⁇ voltage of the LEDs in dependence on this current strength (defined by control signals).
  • a reference current value is already set by the controller 61 anyway.
  • the intensity of the said current by the diode at ⁇ value emitted light is measured.
  • the reference current value is changed from frame to frame, so that after passing through a certain number of frames a characteristic of the emitted light intensity is obtained at the current setpoint.
  • the flux voltage at the respective LED can be measured simultaneously with the light intensity by the sensor, so that in addition to the intensity-current characteristic curve, a flux voltage current intensity characteristic curve is available after a predetermined time.
  • the STEU ⁇ augmentation 61 Due to the characteristic of the STEU ⁇ augmentation 61 has then always have information about the actual flow voltage and thus can precisely adjust the output voltage of the switching regulator 3.1 to such a voltage, a ⁇ which is slightly higher than said flow voltage, due to the precise knowledge of the forward voltage can be precisely determined to what extent the adjusted voltage should be higher than the forward voltage of the LED. It is advisable to increase the forward voltage of at least 0.1% and at most 10% in relation to the refreshes ⁇ economic forward voltage.
  • the lower limit should be chosen so that an emission of light by the respective LED even with variations in the voltage (if necessary due to voltages of the current) ge ⁇ is ensured.
  • the upper limit is due to the power loss to be accepted.
  • the range mentioned can be further restricted to a range of 1 to 5%.
  • the voltage is set by the switching regulator to a voltage 3.1 namely, that of the maximum voltage of that flow from Halbleiterlicht provokenastes ⁇ pending, in which said maximum forward voltage is the largest.
  • a voltage 3.1 namely, that of the maximum voltage of that flow from Halbleiterlicht provokenastes ⁇ pending, in which said maximum forward voltage is the largest.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen mit einer Schaltungsanordnung mit einem Schaltregler (3.1), der eine Eingangsspannung (Uin) in eine Ausgangsspannung (80) umwandelt, die in mehrere Linearregler (4.1.. 4.n) eingegeben wird, an die jeweils eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen (5.1.. 5.n) in einem Halbleiterlichtquellenast angeschlossen sind, und einer Steuerschaltung (61) die den Schaltregler (3.1) sowie die Linearregler (4.1.. 4.n) steuert, wobei die Steuerschaltung den Schaltregler (3.1) so steuert, dass sie dessen Ausgangsspannung auf eine Spannung einstellt, die geringfügig höher ist als die Flussspannung der Halbleiterlichtquellenäste, zum Beispiel des Halblleiterlichtquellenastes, in dem sie maximal ist oder auch des gerade zu betreibenden Halbleiterlichtquellenastes. Der Schaltregler (3.1) gibt Steuersignale aus, die die Stromstärke festlegen, welche im direkten Zusammenhang mit der Flussspannung steht. Es kann eine Kennlinie der Flussspannung in Abhängigkeit von diesen Steuersignalen verwendet werden. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Schaltungsanordnung zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen die mit einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren geregelt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Schaltungsanordnung zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen.
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Regelungsverfahren für Halbleiterlichtquellen, das für Anwendungen ge- eignet ist, die eine sehr schnelle Ansteuerung der Halb¬ leiterlichtquellen voraussetzen. Dies ist z.B. bei mit Halbleiterlichtquellen ausgestatteten Projektionseinrichtungen der Fall. Hierbei sind vor allem Mikrodisplayan- wendungen für Front- und Rückprojektion zu nennen.
Stand der Technik
Leistungsstarke Halbleiterlichtquellen wie Hochleistungs¬ leuchtdioden werden in jüngerer Zeit zunehmend in Anwendungen eingesetzt, die bisher Hochdruck-Entladungslampen vorbehalten waren. Gerade im Projektionsbereich werden die Halbleiterlichtquellen nicht kontinuierlich angesteu- ert, sondern gepulst betrieben, um den dortigen Anforderungen gerecht zu werden. Dabei wird mit sehr kurzen Pul¬ sen gearbeitet, die dafür eine sehr hohe Leistungsdichte besitzen .
Bei Displayanwendungen werden mehrere, üblicherweise min- destens 3 Farben verwendet. Die Ansteuerschaltung ist aufgeteilt in eine Videoelektronik, die das Eingangssig¬ nal aufarbeitet, und eine Treiberelektronik, die die far¬ bigen Halbleiterlichtquellen ansteuert. Um die geforderten schnellen Pulszeiten erreichen zu können, werden für die Ansteuerung der Halbleiterlichtquellen schnelle Line- arregler verwendet. Damit die Linearregler keine übermä¬ ßige Verlustleistung erzeugen und abführen müssen, ist ihnen ein Schaltregler vorgeschaltet, der die höhere Versorgungsspannung auf die Spannung der Halbleiterlicht- quellen herunterregelt. Da aber die verschiedenfarbigen Halbleiterlichtquellen verschiedene Flussspannungen besitzen, wird der vorgelagerte Schaltregler auf eine Spannung geregelt, die mindestens der höchsten Flussspannung der Halbleiterlichtquellen entspricht. Dadurch steigt die Verlustleistung der Linearregler bei den Halbleiterlichtquellen, die eine niedrigere Flussspannung besitzen. Um diesen Nachteil zu umgehen, wird daher für jede Farbe ein eigener Schaltregler verwendet, der genau auf die Fluss¬ spannung der angeschlossenen Halbleiterlichtquellen ein- gestellt ist. Dies stellt aber einen erheblichen Material- und Kostenaufwand dar.
Aufgabe
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Regelungsverfahren für Halbleiterlichtquellen anzugeben, das gegenüber dem bekannten Stand der Technik weniger Verlustleistung der Linearregler bei geringerem Schaltungsaufwand aufweist .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Regelungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungs¬ anordnung anzugeben, die bei verringertem Bauteileaufwand die Halbleiterlichtquellen so ansteuert, dass in den Linearreglern nur eine minimale Verlustleistung auftritt. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Ausgangsspannung durch ein Steu¬ ersignal des Schaltreglers festgelegt. Dies erfolgt be- vorzugt derart, dass dieser die Ausgangsspannung auf eine Spannung einstellt, die von der Flussspannung zumindest eines Halbleiterlichtquellenastes abhängig ist. Während im Stand der Technik der Schaltregler nicht angesteuert ist und daher, um einen sicheren Betrieb der Halbleiter- lichtquellen zu gewährleisten, eine auf jeden Fall ausreichend hohe und damit im Schnitt zu hoch gewählte Aus¬ gangsspannung bereitstellt, kann der Schaltregler durch sein Wissen über die Flussspannungen der Halbleiterlichtquellenäste, welche insbesondere auch zeitveränderlich sind, jeweils aktuell einen Ausgangsspannungswert festle¬ gen, bei dem eine möglichst geringe Verlustleistung in den Linearreglern auftritt. Zunächst einmal kann vorgese¬ hen sein, dass die Ausgangsspannung auf eine Spannung eingestellt wird, die von der Flussspannung desjenigen Halbleiterlichtquellenastes abhängig ist, in dem die Flussspannung (im Vergleich zu der in den anderen Halbleiterlichtquellenästen) die größte ist. Die Spannung sollte geringfügig, nämlich um zwischen 0,1 und 10 % und bevorzugt um zwischen 1 und 5 %, zum Beispiel zwischen 0,03 und 0,05 V pro LED in einem Halbleiterlichtquelle¬ nast, höher sein als die Flussspannung desjenigen Halbleiterlichtquellenastes in dem die Flussspannung die größte ist. Bei einer Verfeinerung wird, da bei Displayanwendungen die Farben hintereinander projiziert werden, vorgeschlagen, den Linearreglern nur einen Schaltregler vorzula- gern, der die Ausgangsspannung immer auf die optimale Spannung nur für die jeweils anzusteuernden Halbleiterlichtquellen anpasst. Da ein Schaltregler eine deutlich langsamere Reaktionsgeschwindigkeit hat, die bei kosten¬ effizienten Schaltreglern über der minimalen Pulslänge der anzusteuernden Halbleiterlichtquellen liegen kann, wird eine Schaltungsanordnung mit einer Signalspeicherschaltung vorgeschlagen, die die Eingangssignale puffert und leicht verzögert wiedergibt, um dem Schaltregler Zeit zu geben, sich auf die neu vorgegebene Spannung einzure¬ geln. Dadurch, dass die Spannung sich jeweils auf die ak- tuell zu betreibenden Halbleiterlichtquellen einpegelt, wird die Verlustleistung minimiert, ohne einen zusätzlichen Bauteileaufwand durch mehrere Schaltregler zu verursachen. Da die Geschwindigkeit des Reglers begrenzt ist, wird die Ausgangsspannung des Schaltreglers wenn möglich schon auf die nächsten zu betreibenden Halbleiterlicht¬ quellen eingeregelt während gerade noch die aktuellen Halbleiterlichtquellen betrieben werden. Dies ist natürlich nur möglich, wenn die Flussspannung der nächsten zu betreibenden Halbleiterlichtquellen höher ist als die Flussspannung der gerade betriebenen Halbleiterlichtquel¬ len .
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Fig. 1 Schematische Darstellung einer Schaltungsanord¬ nung nach dem Stand der Technik mit mehreren Schaltreglern (3.1 .. 3.n), die jeweils einem Linearregler (4.1 .. 4.n) vorgelagert sind.
Fig. 2 Schematische Darstellung einer Schaltungsanord¬ nung nach dem Stand der Technik mit einem Schaltregler 3.1, dessen Ausgangsspannung auf eine Spannung eingestellt ist, die der maximal möglichen Flussspannung aller zu betreibenden Halbleiterlichtquellen (5.1 .. 5.n) entspricht.
Fig. 3 Schematische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen Schaltungsanordnung mit einem Schaltregler
3.1, dessen Ausgangsspannung über eine Steuerschaltung 61 auf die als nächstes zu betreiben¬ den Halbleiterlichtquellen (5.1 .. 5.n) eingestellt wird.
Fig. 4 Signalverläufe, die die Verzögerung zwischen Steuerungseingang und dem LED-Strom 90 darstellen. Das Eingangssignal 70 wird über eine Sig¬ nalspeicherschaltung verzögert an die Halbleiterlichtquellen weitergegeben, um den Schalt- regier Zeit zu geben, die Ausgangsspannung 80 anzupassen .
Fig. 5 Signalverläufe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit drei verschiedenfarbigen LEDs.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Ein Schaltregler 3.1 empfängt eine Eingangsspannung U1n und setzt sie auf eine Ausgangsspannung Uout um. Diese Spannung dient als Eingangsspannung für mehrere Linearregler 4.1 .. 4.n, die wiederum an sie angeschlossene Leuchtdioden 5.1 .. 5.n mit einer Flussspannung Ufi .. Ufn betreiben. Es kann natürlich auch mehr als eine Leuchtdiode an einen Linearregler angeschlossen sein. Bedingt durch die Betriebsweise werden die Leucht¬ dioden im wesentlichen nacheinander angesteuert. Es kann aber auch vorkommen, dass eine Leuchtdiodenfarbe mit ei¬ nem geringen Anteil einer anderen Leuchtdiodenfarbe ent¬ sättigt wird. Die Steuerung 61 verarbeitet das von der Videoelektronik ausgegebene Signal 70 und gibt an die Li¬ nearregler 4.1 ... 4.n Steuersignale 7.1 ... 7.n aus, die diese im wesentlichen nacheinander ansteuern. Gleichzeitig gibt die Steuerung ein Signal an den Schaltregler 3.1 aus, das dessen Ausgangsspannung immer auf eine Spannung leicht oberhalb der Flussspannung der gerade betriebenen LEDs einstellt. Werden mehrere LEDs betrieben, so wird die Ausgangsspannung auf eine Spannung leicht oberhalb der LEDs mit der höheren Flussspannung eingestellt. Im Prinzip wird der Schaltregler in seiner Ausgangsspannung immer möglichst genau an die optimale Eingangsspannung des zu verwendenden Linearreglers angepasst. Da der Schaltregler seine Ausgangsspannung nur relativ langsam ändern kann, ist in die Steuerung ein Signalspeicher implementiert, der das Eingangssignal 70 der Videoelektronik 65 verzögert weitergibt, um den Schaltregler genügend Zeit zu geben, seine Ausgangsspannung an die geforderten Werte anzupassen. Die Signalverläufe sind in Fig. 4 dar¬ gestellt. Die minimale Verzögerungszeit ergibt sich aus dem minimalen Anstiegszeit trise von der minimal benötig- ten Ausgangsspannung zur maximal benötigten Ausgangsspannung 80 des Schaltreglers. Dies ist notwendig, um beim Einschalten der entsprechenden LEDs immer die volle Flussspannung zur Verfügung stellen zu können.
Fig. 5 zeigt den Signalverlauf einer bevorzugten Ausführungsform mit drei verschiedenfarbigen LEDs. Das Bild wird ähnlich wie bei einer Fernsehröhre aus Bildpunkten zusammengesetzt, dessen Farbe mittels einer additiven Farbmischung aus den Farben Rot, Grün und Blau zusammengesetzt werden. Dazu enthält das Eingangssignal 70 ent¬ sprechende Farbanteile 7.1, 7.2 und 7.3 für Rot, Grün und Blau. Dieses Signal wird von der Steuerschaltung 61 ver¬ arbeitet und diese gibt dann um die Zeit trise verzögert die Signale 7.1 ... 7.3 an die entsprechenden Linearregler aus. Das Signal 80 stellt die Ausgangsspannung des Schaltreglers dar, die Signale 91, 92 und 93 sind die Stromverläufe der roten, grünen und blauen LED. Es ist gut zu sehen, dass die Ausgangsspannung 80 des Schaltreg¬ lers an die Flussspannung der roten LED angepasst wird, bevor diese eingeschaltet wird (Signal 91). Sobald das Signal 71 für die rote LED zum Zeitpunkt to auf logisch 1 geht, fängt der Schaltregler an, die Spannung auf den neuen Wert einzustellen. Zum Zeitpunkt ti, also um die Zeit trise später ist dies geschehen und die rote LED wird eingeschaltet. Während die rote LED in Betrieb ist, wird zum Zeitpunkt t2 die Ausgangsspannung des Schaltreglers 3.1 bereits wieder erhöht, da die grüne LED eine höhere Flussspannung hat. Dies geschieht zu dem Zeitpunkt, zu dem das Signal 72, das Schaltsignal für die grüne LED, auf Logisch 1 geht. Damit die Flussspannung auch auf dem richtigen Wert eingestellt ist, wenn die grüne LED einge- schaltet wird, beträgt die Zeitspanne zwischen t2 und der Einschaltzeit der grünen LED t4 ebenfalls trise. Zum Zeit- punkt t3 wird die rote LED abgeschaltet. Zwischen dem Ab¬ schaltpunkt t3 der roten LED und dem Einschaltpunkt t4 der grünen LED ist eine kurze Lücke, um die Farben sauber voneinander zu trennen, und hohe Stromspitzen, die durch überlappenden Betrieb zweier LEDs entstehen würden zu vermeiden. Während die grüne LED noch leuchtet, wird zum Zeitpunkt t5 das Signal 73 für die blaue LED auf logisch 1 geschaltet. Da aber die blaue LED eine niedrigere Flussspannung hat als die grüne LED, wird die Ausgangs- Spannung 80 des Schaltreglers 3.1 zum Zeitpunkt t5 erst einmal beibehalten. Es wird erst zum Zeitpunkt t6, wenn die grüne LED abgeschaltet wird, angefangen, die Aus¬ gangsspannung 80 auf die Flussspannung der blauen LED herunterzuregeln . Zum Zeitpunkt t7 wird die blaue LED eingeschaltet. Zur Entsättigung der blauen LED wird ebenfalls noch einmal die rote LED mit einem geringem Strom eingeschaltet. Beide LEDs bleiben bis zum Zeitpunkt ts in Betrieb. Da die blaue LED eine höhere Flussspannung be¬ sitzt als die rote LED, wird die Ausgangsspannung des Schaltreglers 3.1 auf eine Spannung eingestellt, die ge¬ ringfügig höher ist als die Flussspannung der blauen LED. Damit muss der Linearregler der roten LED eine höhere Eingangsspannung ausregeln. Dies ist aber aufgrund des niedrigen LED-Stromes der roten LED im Entsättigungsbe- trieb kein Problem. Um die Ausgangsspannung 80 des Schaltreglers an die Flussspannungen der Dioden anpassen zu können, müssen die Flussspannungen der angeschlossenen Dioden in der Steuerschaltung 61 abgespeichert sein.
Aus dem Signalverlauf der Ausgangsspannung 80 des Schalt- reglers ist deutlich zu sehen, dass die entstehende Ver¬ lustleistung bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren deutlich geringer ausfällt als beim Stand der Technik, bei dem die Ausgangsspannung konstant auf dem Wert liegen würde, der während der Betriebs der grünen LED zwischen t4 und t6 eingestellt ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Flussspannung der LEDs während des Betriebs gemessen und in die Steuerung 61 eingegeben, wie in Fig. 3 durch die gestrichelten Linien 62 angedeutet. Mit dieser Maßnahme kann die Ausgangsspannung 80 des Schaltreglers immer op- timal an die zu betreibenden Dioden angepasst werden, ohne dass die Flussspannungen der angeschlossenen Dioden im Steuergerät abgespeichert sein müssen.
Während die Flussspannung der LEDs unmittelbar nach einer Messung die Steuersignale beeinflussen kann, kann auch vorgesehen sein, dass eine vollständige Kennlinie der Flusspannung der LEDs aufgenommen wird. Die Steuerung 61 legt durch ihre Steuersignale, welche sie an die Linear¬ regler 4.1 .. 4.9 sendet, die jeweilige Stromstärke des über die Leuchtdioden 5.1 .. 5.n fließenden Stroms fest. Es kann nun zumindest einmal eine Kennlinie der Fluss¬ spannung der LEDs in Abhängigkeit von dieser Stromstärke (definiert durch Steuersignale) eingemessen werden. Bei einer Displayanwendung gibt es im Stand der Technik ohnehin bereits eine Messphase im Zeitverlauf, und zwar pro Videoframe. In dieser Messphase wird bisher ohnehin ein Referenz-Stromwert durch die Steuerung 61 eingestellt. Durch einen geeigneten Sensor in der Displayanwendung wird die Intensität des von der Diode bei besagtem Strom¬ wert emittierten Lichts gemessen. Der Referenz-Stromwert wird von Frame zu Frame geändert, so dass nach Durchlauf einer bestimmten Anzahl von Frames eine Kennlinie der emittierten Lichtintensität zum Strom-Sollwert erhalten wird. Ohne Zusatzaufwand lässt sich gleichzeitig mit der Lichtintensität durch den Sensor auch die Flussspannung an der jeweiligen LED messen, so dass neben der Intensi- tät-Stromstärken-Kennlinie auch eine Flussspannungs- Stromstärken-Kennlinie nach einer vorbestimmten Zeit zur Verfügung steht. Aufgrund der Kennlinie verfügt die Steu¬ erung 61 dann stets über eine Information über die aktuelle Flussspannung und kann so präzise die Ausgangsspan- nung des Schaltreglers 3.1 auf eine solche Spannung ein¬ stellen, die geringfügig höher als besagte Flussspannung ist, wobei durch die präzise Kenntnis der Flussspannung genau festgelegt werden kann, in welchem Ausmaß die ein¬ gestellte Spannung höher als die Flussspannung der LED sein soll. Es bietet sich an, die Flussspannung um mindestens 0,1 % und höchstens 10 % im Verhältnis zur aktu¬ ellen Flussspannung zu erhöhen. Die Untergrenze sollte so gewählt sein, dass eine Abstrahlung von Licht durch die jeweilige LED auch bei Schwankungen der Spannung (gegebe- nenfalls bedingt durch Spannungen der Stromstärke) ge¬ währleistet ist. Die Obergrenze ist bedingt durch die zu akzeptierende Verlustleistung. Der genannte Bereich lässt sich auf einen Bereich von 1 bis 5 % weiter einschränken. Sind in den einzelnen Halbleiterlichtquellenästen wie in der Fig. 3 einzelne LEDs geschaltet, so haben diese übli¬ cherweise Flussspannungen zwischen 3 und 6,5 V, und es bietet sich an, jeweils die Ausgangsspannung des Schalt¬ reglers 3.1 auf eine Spannung einzustellen, die um 0,02 V bis 0,2 V, bevorzugt um ca. 0,1 V, höher als die ermit- telte Flussspannung ist. Unter Bezug auf die Figuren 3 bis 5 wurde dargestellt, dass die Ausgangsspannung 80 des Schaltreglers 3.1 je¬ weils auf die Flussspannung zumindest einer gerade zu betreibenden LED eingestellt wird. Es wird jedoch bereits die Verlustleistung reduziert, wenn die Ausgangsspannung 80 des Schaltreglers nicht ganz genau auf die jeweils zu betreibenden LEDs eingestellt wird, sondern wenn eine Spannung gewählt wird, die von der Flussspannung desjenigen Halbleiterlichtquellenastes abhängig ist, in dem die Flussspannung die größte ist. Im Stand der Technik gemäß Fig. 2 wird nämlich die Spannung durch den Schaltregler 3.1 auf eine Spannung eingestellt, die von der maximalen Flussspannung desjenigen Halbleiterlichtquellenastes ab¬ hängig ist, in welchem besagte maximale Flussspannung die größte ist. Nunmehr ist aufgrund der Aufnahme der Kennli¬ nie bzw. einer direkten Messung erfassbar, wie die tatsächliche Flussspannung aussieht. Durch die Reduktion der Ausgangsspannung des Schaltreglers 3.1 auf eine Spannung, die geringfügig höher als die maximale tatsächliche Flussspannung ist, verringert sich die die Verlustleis¬ tung bestimmende Spannungsdifferenz bereits um eine Differenz zwischen maximaler Flussspannung und tatsächlicher Flussspannung bei der jeweiligen Diode mit der höchsten Flussspannung, so dass auch dann die Verlustleistung ver- ringert ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen mit einer Schaltungsanordnung mit einem Schaltregler (3.1), der eine Eingangsspannung (U1n) in eine Ausgangsspannung (80) umwandelt, die in meh- rere Linearregler (4.1 .. 4.n) eingegeben wird, an die jeweils eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen (5.1 .. 5.n) in einem Halbleiterlichtquellenast ange¬ schlossen sind, und einer Steuerschaltung (61) die den Schaltregler (3.1) sowie die Linearregler (4.1 .. 4.n) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung den Schaltregler (3.1) so steuert, dass sie dessen Ausgangsspannung (80) auf eine Spannung einstellt, die von der Flussspannung zumindest eines Halbleiterlichtquellenastes abhängig ist.
2. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung den Schaltregler (3.1) so steuert, dass sie dessen Ausgangsspannung (80) auf ei¬ ne Spannung einstellt, die von der Flussspannung desjenigen Halbleiterlichtquellenastes abhängig ist, in dem die Flussspannung die größte ist.
3. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiter- lichtquellen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung den Schaltregler (3.1) so steuert, dass sie dessen Ausgangsspannung (80) auf ei¬ ne Spannung einstellt, die geringfügig, nämlich um zwischen 0,1 und 10% und bevorzugt um zwischen 1 und 5 %, größer als die Flussspannung desjenigen Halbleiterlichtquellenastes, in dem die Flussspannung die größte ist.
4. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung den Schaltregler (3.1) so steuert, dass sie dessen Ausgangsspannung (80) auf ei- ne Spannung einstellt, die von der Flussspannung nur zumindest eines solchen Halbleiterlichtquellenastes abhängig ist, der gerade zu betreiben ist.
5. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung den Schaltregler (3.1) so steuert, dass sie dessen Ausgangsspannung (80) auf ei¬ ne Spannung einstellt, die geringfügig, nämlich um zwischen 0,1 und 10% und bevorzugt um zwischen 1 und 5 %, höher ist als die Flussspannung zumindest eines gerade zu betreibenden Halbleiterlichtquellenastes.
6. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren gleichzeitig parallel zu betreibenden
Halbleiterlichtquellenästen der Halbleiterlichtquellenast als Referenz genommen wird, der die höchste Flussspannung besitzt.
7. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung einen Signalspeicher enthält, mit- tels dessen sie ein Eingangssignal (70) zwischenspei¬ chert und verzögert an die Linearregler (4.1 .. 4.n) weitergibt .
8. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalspeicher dazu ausgelegt ist, die Signale mehrerer Farben zwischenzuspeichern .
9. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung die Ausgangsspannung des Schaltreglers während der Verzögerungszeit zwischen Eingang des Steuersignals (70) und Ausgabe eines Steuersignals (7.1 .. 7.n) an die Linearregler (4.1 .. 4.n) auf ei- ne Spannung einstellt, die geringfügig, nämlich um zwischen 0,1 und 10% und bevorzugt um zwischen 1 und 5 %, höher als die Flussspannung des gerade zu betreibenden Halbleiterlichtquellenastes ist.
10. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiter- lichtquellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (61) die Flussspannungen der gerade betriebenen Halbleiterlichtquellen misst, und den Schaltregler (3.1) so steuert, dass sie dessen Aus- gangsspannung (80) auf eine Spannung einstellt, die geringfügig, nämlich um zwischen 0,1 und 10% und be¬ vorzugt um zwischen 1 und 5 %, höher ist als die ge¬ messene Flussspannung des gerade zu betreibenden Halbleiterlichtquellenastes.
11. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (61) beim Steuern der Linearregler (4.1 .. 4.n) durch Steuersignale eine Stromstärke ei¬ nes über den jeweils zugehörigen Halbleiterlichtquel¬ lenast fließenden Stroms festlegt, und wobei die Steuerschaltung eine Kennlinie der Flussspannung in Abhängigkeit von diesen Steuersignalen verwendet, um ein Steuersignal für den Schaltregler (3.1) festzule¬ gen .
12. Verfahren zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen nach Anspruch 11, bei dem wiederholt eine Folge von Steuervorgängen vorbestimmter Zahl durchlau- fen wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen diesen Folgen zumindest ein Wert für eine Kennlinie der Flussspannung in Abhängigkeit von der durch die den Linearreglern (4.1 .. 4.n) zuge- führten Steuersignalen festgelegten Stromstärke gemessen wird.
13. Schaltungsanordnung zur zweistufigen Regelung von Halbleiterlichtquellen mit einem Schaltregler (3.1), der eine Eingangsspannung (U1n) in eine Ausgangsspan- nung (80) umwandelt, die in mehrere Linearregler (4.1 .. 4.n) eingegeben wird, an die jeweils eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen (5.1 .. 5.n) in einem Halbleiterlichtquellenast angeschlossen sind, und ei- ner Steuerschaltung (61) die den Schaltregler (3.1) sowie die Linearregler (4.1 .. 4.n) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung mit einem Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche geregelt wird.
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