WO2009156244A2 - Schaltung zur dimmung einer lampe und zugehöriges verfahren - Google Patents

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WO2009156244A2
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    • H05B45/357—Driver circuits specially adapted for retrofit LED light sources
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/165—Controlling the light source following a pre-assigned programmed sequence; Logic control [LC]

Definitions

  • the invention relates to a circuit for dimming a lamp and an associated method.
  • LED lamps for home lighting will increasingly replace existing incandescent lamps.
  • the color temperature of the incandescent bulbs which is about 2750K, can be perceived as pleasant, LEDs offer special advantages at colder color temperatures of up to 8000K (so-called "sky-white” coloring).
  • a dimming of LEDs is easily possible electronically, but a change in the color temperature is associated with a high electrical control effort. This effort reduces customer acceptance and increases the price of the lamp.
  • RGB or RGBW red LED, G: green LED, B: blue LED, W: white LED
  • RGB or RGBW red LED, G: green LED, B: blue LED
  • W white LED
  • a different aging behavior of the different LEDs causes a shift of the color location of the lamp.
  • a circuit for dimming a lamp comprising at least two light units is specified
  • the at least two lighting units are controlled.
  • the dimming of the lamp denotes an adjustment of a lamp parameter, in particular a brightness (brighter or darker) of the lamp.
  • the dimming can be used to adapt the color locus or the color temperature of the lamp.
  • the color temperature can be adjusted. For example, it is advantageous that as the brightness increases, a higher color temperature (e.g., 8000K) and thus increasingly “cold white” light is set.
  • Abstrahl decisionizinga the at least two light units by means of the control unit preferably depends on
  • parameter curves for brightness and color temperature.
  • the parameter curves can be at least partially - eg in Reference to the color temperature - individually deposited for each of the lighting units.
  • the at least two light units have different color temperatures, so that the color temperature of the lamp is suitably adjustable depending on the brightness, in particular with increasing brightness, a higher color temperature and with decreasing brightness, a lower color temperature is adjustable.
  • a pleasant color temperature of the lamp (“feel-good light") can be set for the user. Operation is intuitive for the user based on the input signal. In particular, the user of the lamp does not have to worry about additionally setting different color temperatures depending on the brightness of the lamp.
  • a development consists in that the lighting unit comprises an LED or an LED module.
  • LED module a plurality of LEDs in particular also different colored LEDs.
  • the at least two light units can be controlled on the basis of the control unit by means of the input signal on the basis of a dimming characteristic curve and on the basis of one characteristic curve for color matching per light unit.
  • the control unit comprises a microcontroller which can access stored values, for example characteristic curves, and outputs a corresponding brightness value that can be determined by one or more characteristic curves or stored values, depending on the input signal per lighting unit.
  • the dimming characteristic curve can provide a first value, by means of which a second value is determined for each lighting unit on the basis of a color temperature characteristic curve specific to the lighting unit.
  • the first value is processed by means of several color temperature characteristics to a plurality of second values (a separate value for each lighting unit) and these second values are used to control the respective lighting units.
  • control unit can access stored values, which are here designated by way of example as characteristic curves, and can perform an assignment (mapping) to further values on the basis of the stored values.
  • characteristic curves should be understood as preferably stored values which can be used for (further) processing or for controlling the lighting units.
  • the characteristics may be linked to functionally stored values, i. A rule or function can be stored on the basis of which an initial value can be determined for an input value. In this case, the pre-storage of a plurality of values or value pairs can be omitted.
  • control unit comprises a color controller, the color controller depending on a measured value determined by means of a sensor activates the at least two lighting units.
  • processing of the brightness and the color temperature takes place in the color controller.
  • at least one desired value is predetermined by the input signal, and at least one actual value is provided by means of the sensor.
  • the color controller performs a nominal-actual comparison and sets the lighting units so that the actual value largely corresponds to the setpoint.
  • the regulation to the desired value can be carried out continuously or time-discretely (i.e., iteratively at certain predeterminable times).
  • the color controller is impressed on the basis of the input signal, a desired brightness or a desired color temperature.
  • the control unit in that the input signal is assigned by means of a characteristic curve for color matching a target color temperature and that the input signal is assigned by means of a dimming characteristic of a desired brightness.
  • the sensor can accordingly provide actual values for the color temperature and / or the brightness.
  • Control unit based on the input signal determines the brightness and the color temperature.
  • control unit based on the input signal, the brightness and the
  • Color temperature determined on the basis of characteristics or stored values.
  • control unit which is preferably designed as a microcontroller with memory.
  • drivers are provided for controlling the at least two light units.
  • a higher color temperature can be set with increasing brightness of the lamp.
  • One embodiment is that a warm-white lighting unit and a cold-white lighting unit are provided.
  • one or more light units in particular LEDs or LED modules, may be provided which have a color temperature between warm white and cold white.
  • One advantage is that the emitted light can be better adapted to a so-called Planck curve. By passing through the color temperature and / or brightness, the emitted light remains closer to the Planck curve and thus looks more natural. Planck's deviating light is usually perceived as colorful.
  • the above object is also achieved by a method for controlling a lamp comprising at least two light units,
  • a brightness and a color temperature of the lamp are determined; - Wherein depending on the determined brightness and color temperature, the at least two light units are controlled.
  • An alternative embodiment consists in that the brightness and the color temperature are determined on the basis of at least one characteristic curve, wherein in particular one characteristic is provided per lighting unit for an adaptation of the color temperature.
  • the characteristic can refer to any type of stored or cached values and / or functionally determinable values.
  • a next embodiment is that the input signal is a dimming signal.
  • the dimming signal is preferably a signal with which a user of the lamp can set the brightness of the lamp.
  • a color temperature and / or a brightness of the lamp is detected by means of a sensor and that, depending on the detected color temperature and / or the detected brightness, a control of the at least two light units is performed.
  • a target-actual comparison between color temperature and brightness values predetermined or ascertainable based on the input signal and color temperature and brightness actual values provided by the sensor can be performed.
  • a continuous or discrete-time control for setting the at least two lighting units can be carried out in accordance with a desired specification.
  • FIG. 5 a dimming taking into account a setting of the color temperature without a color management system
  • FIG. 6 shows a dimming taking into account the setting of the color temperature with a color management system.
  • LEDl is a warm white LED with a color temperature (CCT) of 2000K
  • LED2 is a cold white LED with a color temperature of 8000K.
  • the relative efficiency of the warm-white LED compared to the cold-white LED is assumed to be 50% in the following (for example due to efficiency disadvantages of the phosphors used).
  • a dimmer for home use provides a rule dimension, which is also called controller position in the following. With the regulator position, a proportional control of the emitted light quantity of the lamp are generated. At the same time, the color temperature should be reduced with a reduction in the amount of light. For example, the color temperature drops from 6500K at full light output to 2500K at less than 20% of the light output.
  • FIG. 1 shows by way of example the following characteristics:
  • a characteristic curve 101 which determines the emitted light quantity of the warm white LED as a function of the
  • characteristic curve 104 which shows the emitted light quantity of the cold-white LED 2 in dependence on the regulator position
  • characteristic curve 103 which shows the emitted light quantity of the lamp comprising the LED1 and the LED2 as a function of the regulator position
  • a characteristic curve 102 shows the color temperature (CCT) of the lamp as a function of the position of the regulator.
  • the emitted light quantity 103 is approximately linearly correlated with the regulator position.
  • FIG. 2 An alternative characteristic for a brightness control according to DIN EN 60929 (logarithmic dependence of the brightness of the regulator position) is shown in FIG. 2 hereby comprises the following characteristics:
  • a characteristic curve 201 which determines the emitted light quantity of the warm-white LED1 as a function of the
  • a characteristic curve 204 which shows the emitted light quantity of the cold white LED 2 as a function of the regulator position
  • a characteristic curve 202 which shows the emitted light quantity of the lamp comprising the LED1 and the LED2 as a function of the regulator position
  • a characteristic curve 203 shows the color temperature (CCT) of the lamp as a function of the position of the regulator.
  • the characteristic of the cold white LED2 and the characteristic of the warm white LEDl can be implemented electronically. A compensation of different aging of the individual LEDs can be omitted if identical LED chips are used. The different phosphors used are resistant to aging to a good approximation.
  • the color temperature in the example presented can be set in a range from about 6500K to about 2500K.
  • Incandescent lamps can only be operated up to 3200K (halogen). Whether by means of the approach presented here a stronger or a weaker decrease of the color temperature with the amount of light is desired can be specified individually. An appropriate setting or regulation is possible.
  • LEDs can actually be operated at full power and thus an efficient utilization of the lamp is made possible.
  • a plurality of LEDs can be used. For example, two LEDs are mentioned here.
  • LED modules can be provided with more than one LED and correspondingly more such modules can be combined.
  • a plurality of individual LEDs can form a cold white LED module or a warm white LED module.
  • the lamp may comprise at least two LEDs or one or more LED modules.
  • LED1 or LED2 different characteristics for the individual LEDs (LED1 or LED2) can be specified in the above example.
  • LED1 or LED2 For low color temperature ranges, it is possible to efficiently use LEDs whose color temperature is not far removed from the actual useful color temperature of the lamp.
  • CMS dimming without color management system
  • a dimming signal DIM is received by a microcontroller 301 and converted by means of a stored dimming characteristic 302 (cf., for example, EN 60929: 2004 E.4.3.7).
  • the microcontroller 301 generates signals for driving an LED driver 303 and an LED driver 304.
  • the LED driver 303 controls a warm white LED 305 and the LED driver 304 controls a cold white LED 306.
  • the LED driver 303 and / or 304 may be designed as a switching regulator, for example as a step-down converter, as a step-up converter, as an inverse converter, as a cuttlefish, as a Cuk, as a flyback converter or as a linear regulator.
  • the average output current of the LED drivers 303, 304 is preferably directly proportional to the input signal provided by the microcontroller 301. An average of the current can be adjusted by a variable current control. Alternatively, it is also possible to switch between different current levels (back and forth).
  • a current level is preferably OA and another current level is I max .
  • the time relationship between the two switched current levels determines the mean current through the respective LED. This is a pulse width modulation method for adjusting the brightness of the LEDs 305, 306.
  • FIG. 4 shows a dimming with a color management system.
  • Fig.3 shows a dimming with a color management system.
  • Microcontroller 401 provided with a color controller 409.
  • driver 403 which drives a red LED 406, a driver 404, which drives a green LED 407, and a driver 405, which drives a blue LED 408.
  • the drivers 403 to 405 and the microcontroller 401 are powered by a power supply unit 411.
  • the microcontroller 401 comprises a dimming characteristic 402, which is controlled by means of a dimming signal DIM.
  • a color temperature CCT can be set externally.
  • the dim signal DIM is generated by means of the
  • Microcontroller converted into a brightness signal BRI and thus the color controller 409 fed. Furthermore, the
  • Color controller 409 with externally adjustable color temperature
  • the color controller 409 compensates for LED tolerances, especially when using different LED chip colors.
  • the color controller 409 is combined with a sensor 410, wherein the measured values supplied by the sensor 410 are evaluated by the color controller 409.
  • the sensor 410 is arranged such that the light emitted by the LEDs 406 to 408 can be measured.
  • the color controller 409 determines an actual light color based on the sensor 410 and determines and compensates for a deviation from the default value CCT. A deviation from the brightness signal BRI is also determined and compensated.
  • Such a color control system comprising the color controller 409 and the sensor 410 is associated with significant costs.
  • the microcontroller must be more powerful, and the demands on the LED drivers are higher.
  • it is preferably to be ensured by design measures that as little ambient light as possible falls from the outside onto the sensor and thus incorrect measurements are avoided.
  • FIG. 5 comprises a microcontroller 501 with a dimming characteristic 501, wherein a dimming signal DIM is applied to the microcontroller 501 and, based on a CCT characteristic 503, into a signal for a warm white LED 507 and based on a CCT characteristic 504 in FIG a signal for a cold white LED 508 is decomposed.
  • the microcontroller 501 derives its output signals via a driver 505 to the LED 507 and a driver 506 to the LED 508.
  • the driver 505, 506 and the microcontroller 501 are powered by a power supply 509 with power.
  • the dimming signal DIM is processed by means of the dimming characteristic 502 and by means of the two further characteristics 503 and 504.
  • the characteristic e.g. the color temperature of the dimming signal DIM depending determined and adjusted. It is also possible by suitable choice of the characteristic curves 503, 504 to determine whether the total light of the two LEDs 507, 508 should be generated as energy-efficiently as possible or cost-effectively.
  • Fig. 6 shows a dimming with a color management system.
  • a microcontroller 601 is provided with a color controller 604 which is supplied with a sensed signal (e.g., brightness and / or color temperature) via a sensor 605.
  • a sensed signal e.g., brightness and / or color temperature
  • the microcontroller 601 also comprises a characteristic 602 for adjusting the color temperature and a dimming characteristic 603.
  • the microcontroller uses the characteristic curves 602 and 603 to determine a color temperature CCT and a brightness BRI which are processed further in the color controller into output signals for a red LED 609, a green LED 610 and a blue LED 611.
  • the LEDs 609 to 611 are driven by drivers 606 to 608. Both the drivers 606 to 608 and the microcontroller 601 are powered by a power supply 612.
  • the color management system comprising the color controller 604 and the sensor 605 can directly detect and evaluate a color temperature.
  • the desired color temperature can be derived from the dimming signal. Accordingly, the color controller 604 may set the actual color temperature so that the target preset is (almost) the actual value. Such an adjustment can be done iteratively automatically.
  • the target value of which can likewise be determined from the dimming signal DIM on the basis of the dimming characteristic 603 and can be adjusted automatically by means of the color controller 604 taking into account the brightness value (actual value) supplied by the sensor 605.

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Abstract

Es wird eine Schaltung zur Dimmung einer Lampe umfassend mindestens zwei Leuchteinheiten angegeben mit einer Steuereinheit zur Kopplung einer Helligkeit und einer Farbtemperatur abhängig von einem Eingangssignal, wobei abhängig von dem Eingangssignal anhand der Steuereinheit die mindestens zwei Leuchteinheiten ansteuerbar sind. Weiterhin wird ein Verfahren zur Dimmung der Lampe angegeben.

Description

Beschreibung
Schaltung zur Dimmung einer Lampe und zugehöriges Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Dimmung einer Lampe und ein zugehöriges Verfahren.
LED-Lampen für Haushaltsbeleuchtung werden zunehmend vorhandene Glühlampen ersetzen. Eine für den Betrachter als angenehme empfundene Farbtemperatur der Glühlampen in Höhe von etwa 2750K können LEDs zwar erreichen, jedoch bieten LED-Lampen besondere Vorteile bei kälteren Farbtemperaturen bis etwa 8000K (sog. "sky-white" Färbung) .
Eine Dimmung von LEDs ist elektronisch problemlos möglich, eine Änderung der Farbtemperatur ist jedoch mit einem hohen elektrischen Regelaufwand verbunden. Dieser Aufwand vermindert die Kundenakzeptanz und erhöht Preis für die Lampe .
Vorhandene Lösungen stellen einen Farbort der Lampe mittels mehrerer einfarbiger LEDs ein. Beispielsweise sind dabei LED-Kombinationen in Form von RGB oder RGBW (R: rote LED, G: grüne LED, B: blaue LED, W: weiße LED) üblich. Aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften der einzelnen verschiedenfarbigen LEDs wird eine komplizierte, teure und für den Kunden schwer einstellbare (drei Einzelregler) Steuerung benötig, um die Farbtemperatur abhängig von der Helligkeit der Lampe zu wählen. Zusätzlich bedingt ein unterschiedliches Alterungsverhalten der verschiedenen LEDs eine Verschiebung des Farbortes der Lampe.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Lampe anzugeben, deren Farbtemperatur sich mit einer
Verringerung der Leistung (z.B. im Rahmen einer Dimmung) zu wärmeren Farbtemperaturen hin verschiebt, ähnlich einer Glühlampe .
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung zur Dimmung einer Lampe umfassend mindestens zwei Leuchteinheiten angegeben
- mit einer Steuereinheit zur Kopplung einer Helligkeit und einer Farbtemperatur abhängig von einem Eingangssignal;
- wobei abhängig von dem Eingangssignal anhand der Steuereinheit die mindestens zwei Leuchteinheiten ansteuerbar sind.
Hierbei bezeichnet die Dimmung der Lampe eine Einstellung eines Lampenparameters, insbesondere einer Helligkeit (heller oder dunkler) der Lampe. Darüber hinaus kann mit der Dimmung eine Anpassung des Farbortes oder der Farbtemperatur der Lampe erfolgen. So kann mit Änderung der Helligkeit die Farbtemperatur angepasst werden. Beispielsweise ist es von Vorteil, dass bei zunehmender Helligkeit eine höhere Farbtemperatur (z.B. 8000K) und damit zunehmend "kalt-weißes" Licht eingestellt wird.
Der hier vorgestellte Ansatz erlaubt es, die Helligkeit und die Farbtemperatur in einem Kanal zu koppeln, d.h. die Einstellung beider Parameter kann vorteilhaft mittels des
Eingangssignals erfolgen. Die Umsetzung auf
Abstrahlcharakteristika der mindestens zwei Leuchteinheiten erfolgt mittels der Steuereinheit vorzugsweise abhängig von
(z.B. in Form von Kennlinien) hinterlegten Parameterverläufen für Helligkeit und Farbtemperatur. Dabei können die Parameterverläufe zumindest teilweise - z.B. in Bezug auf die Farbtemperatur - für jede der Leuchteinheiten einzeln hinterlegt sein.
Insbesondere weisen die mindestens zwei Leuchteinheiten unterschiedliche Farbtemperaturen auf, so dass die Farbtemperatur der Lampe abhängig von der Helligkeit geeignet einstellbar ist, wobei insbesondere mit zunehmender Helligkeit eine höhere Farbtemperatur und mit abnehmender Helligkeit eine niedrigere Farbtemperatur einstellbar ist.
Somit kann bei geringere Helligkeit eine für den Nutzer angenehme Farbtemperatur der Lampe ("Wohlfühllicht") eingestellt werden. Die Bedienung ist für den Nutzer intuitiv anhand des Eingangssignals möglich. Insbesondere muss sich der Nutzer der Lampe nicht darum kümmern, unterschiedliche Farbtemperaturen abhängig von der Helligkeit der Lampe zusätzlich einzustellen.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Leuchteinheit eine LED oder ein LED-Modul umfasst.
Dabei können pro LED-Modul eine Vielzahl von LEDs insbesondere auch verschiedenfarbige LEDs vorgesehen sein.
Insbesondere werden gleiche oder gleichartige LEDs und/oder gleiche oder (sehr) ähnliche Leuchtstoffe in den Leuchteinheiten eingesetzt. Dadurch wird wirksam einer wahrnehmbaren Alterung, d.h. unterschiedlichen Veränderungen der Farbtemperaturen, entgegengewirkt.
Eine Weiterbildung ist es, dass anhand der Steuereinheit mittels des Eingangssignals anhand einer Dimm-Kennlinie und anhand je einer Kennlinie zur Farbanpassung pro Leuchteinheit die mindestens zwei Leuchteinheiten ansteuerbar sind. Insbesondere umfasst die Steuereinheit einen Mikrokontroller, der auf hinterlegte Werte, z.B. auf Kennlinien, zugreifen kann und abhängig von dem Eingangssignal pro Leuchteinheit einen entsprechenden durch eine oder mehrere Kennlinien bzw. abgespeicherte Werte ermittelbaren Helligkeitswert ausgibt. Durch die unterschiedlichen Ansteuerungen der mindestens zwei Leuchteinheiten zueinander wird somit erreicht, dass eine gewünschte Farbtemperatur abhängig von einer (durch den Nutzer gewünschten) Helligkeit der Lampe einstellbar ist.
Beispielsweise kann die Dimm-Kennlinie abhängig von dem Eingangssignal einen ersten Wert bereitstellen, anhand dessen für jede Leuchteinheit ein zweiter Wert anhand einer für die Leuchteinheit spezifischen Farbtemperatur-Kennlinie ermittelt wird. Somit wird der erste Wert mittels mehrerer Farbtemperatur-Kennlinien zu mehreren zweiten Werten (für jede Leuchteinheit ein eigener Wert) verarbeitet und diese zweiten Werte werden zur Ansteuerung der jeweiligen Leuchteinheiten eingesetzt.
Hierbei sei angemerkt, dass die Steuereinheit auf abgespeicherte Werte, die hier beispielhaft als Kennlinien bezeichnet sind, zugreifen und anhand der abgespeicherten Werte eine Zuordnung (Mapping) zu weiteren Werten durchführen kann. Insofern sind die Kennlinien als vorzugsweise abgespeicherte und zur (Weiter-) Verarbeitung bzw. zur Ansteuerung der Leuchteinheiten einsetzbare Werte zu verstehen. Auch können die Kennlinien mit funktional abgelegten Werten verknüpft sein, d.h. es kann eine Regel oder Funktion hinterlegt sein anhand derer zu einem Eingangswert ein Ausgangswert ermittelbar ist. In diesem Fall kann die Vorab-Speicherung einer Vielzahl von Werten bzw. Wertepaaren entfallen.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Steuereinheit einen Farbregler umfasst, wobei der Farbregler abhängig von einem mittels eines Sensors ermittelten Messwerts die mindestens zwei Leuchteinheiten ansteuert.
Insbesondere findet in dem Farbregler eine Verarbeitung der Helligkeit und der Farbtemperatur statt. Beispielsweise ist durch das Eingangssignal mindestens ein Sollwert vorgegeben und anhand des Sensors wird mindestens ein Istwert bereitgestellt. Der Farbregler führt einen Soll-Ist- Vergleich durch und stellt die Leuchteinheiten so ein, dass der Istwert weitgehend dem Sollwert entspricht. Insofern kann die Regelung auf den Sollwert kontinuierlich bzw. zeitdiskret (d.h. zu bestimmten vorgebbaren Zeitpunkten iterativ) erfolgen.
Vorzugsweise wird dem Farbregler anhand des Eingangssignals eine Soll-Helligkeit bzw. eine Soll-Farbtemperatur eingeprägt. Dies kann durch die Steuereinheit erfolgen dadurch, dass das Eingangssignal mittels einer Kennlinie zur Farbanpassung einer Soll-Farbtemperatur zugeordnet wird und dass das Eingangssignal mittels einer Dimm-Kennlinie einer Soll-Helligkeit zugeordnet wird. Der Sensor kann entsprechend Istwerte für die Farbtemperatur und/oder die Helligkeit liefern.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die
Steuereinheit anhand des Eingangssignals die Helligkeit und die Farbtemperatur bestimmt.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Steuereinheit anhand des Eingangssignals die Helligkeit und die
Farbtemperatur anhand von Kennlinien oder abgespeicherten Werten bestimmt.
Hierbei sei angemerkt, dass die Kennlinien als abgespeicherte Werte in der Steuereinheit, die vorzugsweise als ein Mikrokontroller mit Speicher ausgeführt ist, abgelegt sind. Ferner ist es eine Weiterbildung, dass Treiber zur Ansteuerung der mindestens zwei Leuchteinheiten vorgesehen sind.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist mit zunehmender Helligkeit der Lampe eine höhere Farbtemperatur einstellbar .
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass mit abnehmender Helligkeit der Lampe eine niedrigere Farbtemperatur einstellbar ist.
Eine Ausgestaltung ist es, dass eine warm-weiße Leuchteinheit und eine kalt-weiße Leuchteinheit vorgesehen sind.
Beispielsweise können eine oder mehrere Leuchteinheiten, insbesondere LEDs oder LED-Module, vorgesehen sein, die eine Farbtemperatur zwischen warm-weiß und kalt-weiß aufweisen. Ein Vorteil besteht darin, dass das abgegebene Licht besser an eine sog. Planck-Kurve angepasst werden kann. Mit einem Durchfahren der Farbtemperatur und/oder Helligkeit bleibt das abgegebene Licht näher an der Planck- Kurve und sieht damit natürlicher aus. Von Planck abweichendes Licht wird gewöhnlich als farbstichig empfunden .
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung einer Lampe umfassend mindestens zwei Leuchteinheiten,
- bei dem abhängig von einem Eingangssignal eine Helligkeit und eine Farbtemperatur der Lampe ermittelt werden; - bei dem abhängig von der ermittelten Helligkeit und Farbtemperatur die mindestens zwei Leuchteinheiten angesteuert werden. Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die Helligkeit und die Farbtemperatur anhand mindestens einer Kennlinie ermittelt werden, wobei insbesondere je eine Kennlinie pro Leuchteinheit für eine Anpassung der Farbtemperatur vorgesehen ist.
Hierbei sei angemerkt, dass sich Kennlinie auf jedwede Art abgespeicherter oder zwischengespeicherter Werte und/oder funktional ermittelbarer Werte beziehen kann.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass das Eingangssignal ein Dimmsignal ist.
Bei dem Dimmsignal handelt es sich vorzugsweise um ein Signal mit dem ein Nutzer der Lampe die Helligkeit der Lampe einstellen kann.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass mittels eines Sensor eine Farbtemperatur und/oder eine Helligkeit der Lampe detektiert wird/werden und dass abhängig von der detektierten Farbtemperatur und/oder der detektierten Helligkeit eine Regelung der mindestens zwei Leuchteinheiten durchgeführt wird.
Dementsprechend kann ein Soll-Ist-Vergleich zwischen anhand des Eingangssignals vorgegebenen bzw. ermittelbaren Werten für Farbtemperatur und Helligkeit und von dem Sensor bereitgestellten Istwerten für Farbtemperatur und Helligkeit durchgeführt werden. So kann anhand des hier beschriebenen Verfahrens eine kontinuierliche oder zeitdiskrete Regelung zur Einstellung der mindestens zwei Leuchteinheiten entsprechend einer Soll-Vorgabe durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert. Es zeigen :
Fig.l Kennlinien einer Lampe umfassend zwei LEDs betreffend insbesondere Farbtemperaturen und
Helligkeiten abhängig von einer Reglerstellung;
Fig.2 Kennlinien in einer teilweise logarithmischen Skalierung für eine Lampe umfassend zwei LEDs betreffend insbesondere Farbtemperaturen und
Helligkeiten abhängig von einer Reglerstellung;
Fig.3 eine Dimmung ohne ein Farbmanagementsystem;
Fig.4 eine Dimmung mit einem Farbmanagementsystem;
Fig.5 eine Dimmung unter Berücksichtigung einer Einstellung der Farbtemperatur ohne ein Farbmanagementsystem;
Fig.6 eine Dimmung unter Berücksichtigung der Einstellung der Farbtemperatur mit einem Farbmanagementsystem.
Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass zwei LEDs (LEDl und LED2) zusammen in einer Lampe verbaut sind. Bei der LEDl handelt es sich um eine warm-weiße LED mit einer Farbtemperatur (CCT) von 2000K und bei LED2 handelt es sich um eine kalt-weiße LED mit einer Farbtemperatur von 8000K.
Als relative Effizienz der warm-weißen LED im Vergleich zur kalt-weißen LED wird im folgenden 50% angenommen (beispielsweise bedingt durch Effizienznachteile der verwendeten Leuchtstoffe) .
Ein Dimmer für den Hausgebrauch bietet eine Regeldimension, die im folgenden auch Reglerstellung genannt wird. Mit der Reglerstellung soll eine proportionale Regelung der abgegebenen Lichtmenge der Lampe erzeugt werden. Gleichzeitig soll die Farbtemperatur bei einer Verringerung der Lichtmenge reduziert werden. Beispielsweise sinkt die Farbtemperatur von 6500K bei voller Lichtleistung auf 2500K bei weniger als 20% der Lichtmenge ab.
In Fig.l sind beispielhaft die folgenden Kennlinien dargestellt :
- Eine Kennlinie 101, die die abgegebene Lichtmenge der warm-weißen LEDl in Abhängigkeit von der
Reglerstellung zeigt;
- eine Kennlinie 104, die die abgegebene Lichtmenge der kalt-weißen LED2 in Abhängigkeit von der Reglerstellung zeigt; - eine Kennlinie 103, die die abgegebene Lichtmenge der Lampe umfassend die LEDl und die LED2 in Abhängigkeit von der Reglerstellung zeigt;
- eine Kennlinie 102 zeigt die Farbtemperatur (CCT) der Lampe in Abhängigkeit von der Reglerstellung.
Die abgegebene Lichtmenge 103 ist näherungsweise linear mit der Reglerstellung korreliert.
Eine alternative Kennlinie für eine Helligkeitsregelung entsprechend DIN EN 60929 (logarithmische Abhängigkeit der Helligkeit von der Reglerstellung) ist in Fig.2 dargestellt. Fig.2 umfasst hierbei die folgenden Kennlinien :
- Eine Kennlinie 201, die die abgegebene Lichtmenge der warm-weißen LEDl in Abhängigkeit von der
Reglerstellung zeigt;
- eine Kennlinie 204, die die abgegebene Lichtmenge der kalt-weißen LED2 in Abhängigkeit von der Reglerstellung zeigt; - eine Kennlinie 202, die die abgegebene Lichtmenge der Lampe umfassend die LEDl und die LED2 in Abhängigkeit von der Reglerstellung zeigt; - eine Kennlinie 203 zeigt die Farbtemperatur (CCT) der Lampe in Abhängigkeit von der Reglerstellung.
In Fig.2 wurde die Leistung der LED bzw. die Lichtmenge logarithmisch skaliert. Für die Farbtemperatur ist eine lineare Skala vorgesehen.
Die Kennlinie der kalt-weißen LED2 und die Kennlinie der warm-weißen LEDl können elektronisch implementiert werden. Eine Kompensation unterschiedlicher Alterungen der einzelnen LEDs kann entfallen, sofern identische LED-Chips eingesetzt werden. Die verwendeten unterschiedlichen Leuchtstoffe sind in guter Näherung alterungsstabil.
Eine aktive Überwachung der Farbtemperatur kann somit entfallen. Die Farbtemperatur im vorgestellten Beispiel kann in einem Bereich von ca. 6500K bis ca. 2500K eingestellt werden.
Neben den beiden vorgestellten Kennlinien sind andere Kennlinien möglich. Insbesondere kann eine Beziehung zwischen Lichtmenge und Farbtemperatur in einem weiten Bereich eingestellt werden.
Glühlampen lassen sich nur bis etwa 3200K (Halogen) betreiben. Ob mittels des hier vorgestellten Ansatzes eine stärkere oder eine schwächere Abnahme der Farbtemperatur mit der Lichtmenge gewünscht wird, kann einzeln vorgegeben werden. Eine entsprechende Einstellung oder Regelung ist möglich.
Hierbei ist es von Vorteil, dass bei voller Leistung beide LEDs tatsächlich mit voller Leistung betrieben werden können und somit eine effiziente Ausnutzung der Lampe ermöglicht wird. Hierbei sei angemerkt, dass eine Vielzahl von LEDs einsetzbar ist. Beispielsweise sind vorliegend zwei LEDs genannt. Dabei können auch LED-Module mit jeweils mehr als einer LED vorgesehen sein und entsprechend mehrere solche Module miteinander kombiniert werden. Insbesondere können mehrere einzelne LEDs ein kalt-weiß LED-Modul bzw. ein warm-weiß LED-Modul bilden. Weiterhin kann die Lampe mindestens zwei LEDs bzw. eines oder mehrere LED-Module umfassen .
Je nach gewünschtem Regelbereich können unterschiedliche Kennlinien für die einzelnen LEDs (LEDl bzw. LED2) im obigen Beispiels vorgegeben werden. Für niedrige Farbtemperaturbereiche können effizient solche LEDs eingesetzt werden, deren Farbtemperatur nicht weit von der tatsächlichen Nutzfarbtemperatur der Lampe entfernt ist.
Schaltbeispiele
Fig.3 zeigt eine Dimmung ohne Farbmanagementsystem (CMS:
Color Management System) . Ein Dimmsignal DIM wird von einem Mikrokontroller 301 empfangen und mittels einer hinterlegten Dimm-Kennlinie 302 (vgl. z.B. EN 60929:2004 E.4.3.7) umgesetzt. Die Dimm-Kennlinie 302 ist vorzugsweise logarithmisch oder in einer Parabelform (y=x2) abgelegt.
Der Mikrokontroller 301 erzeugt hieraus Signale zur Ansteuerung eines LED-Treibers 303 und eines LED-Treibers 304. Der LED-Treiber 303 steuert eine warm-weiße LED 305 und der LED-Treiber 304 steuert eine kalt-weiße LED 306 an.
Der LED-Treiber 303 und/oder 304 kann als ein Schaltregler, z.B. als Tiefsetzer, als Hochsetzer, als Inverswandler, als Sepie, als Cuk, als Sperrwandler oder als Linearregler ausgeführt sein. Der mittlere Ausgangsstrom der LED-Treiber 303, 304 ist vorzugweise direkt proportional zu dem Eingangssignal, das von dem Mikrokontroller 301 bereitgestellt wird. Ein Mittelwert des Stromes kann dabei durch eine variable Stromregelung eingestellt werden. Alternativ kann auch zwischen unterschiedlichen Strompegeln (hin und her) geschaltet werden. Hierbei ist bevorzugt ein Strompegel OA und ein anderer Strompegel beträgt Imax.
Das zeitliche Verhältnis zwischen den beiden geschalteten Strompegeln (z.B. OA und Imax) bestimmt die mittlere Stromstärke durch die jeweilige LED. Hierbei handelt es sich um ein Pulsweitenmodulationsverfahren zur Einstellung der Helligkeit der LEDs 305, 306.
Die Stromversorgung des Mikrokontrollers 301 und der LED Treiber 303, 304 erfolgt über ein Netzteil 307.
Fig.4 zeigt eine Dimmung mit einem Farbmanagementsystem. Zusätzlich zur Beschreibung zu Fig.3 ist hier ein
Mikrokontroller 401 mit einem Farbregler 409 vorgesehen.
Weiterhin zeigt Fig.4 einen Treiber 403, der eine rote LED 406 ansteuert, einen Treiber 404, der eine grüne LED 407 ansteuert und einen Treiber 405, der eine blaue LED 408 ansteuert. Die Treiber 403 bis 405 sowie der Mikrokontroller 401 werden über ein Netzteil 411 mit Strom versorgt .
Der Mikrokontroller 401 umfasst eine Dimm-Kennlinie 402, die mittels eines Dimmsignals DIM angesteuert wird.
Weiterhin kann extern eine Farbtemperatur CCT eingestellt werden. Das Dimmsignal DIM wird mittels des
Mikrokontrollers umgesetzt in ein Helligkeitssignal BRI und damit der Farbregler 409 gespeist. Weiterhin wird der
Farbregler 409 mit der extern einstellbaren Farbtemperatur
CCT beaufschlagt. Der Farbregler 409 kompensiert LED-Toleranzen insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher LED-Chipfarben. Der Farbregler 409 ist mit einem Sensor 410 kombiniert, wobei die von dem Sensor 410 gelieferten Messwerte von dem Farbregler 409 ausgewertet werden. Der Sensor 410 ist derart angeordnet, dass das von den LEDs 406 bis 408 abgestrahlte Licht messbar ist.
Der Farbregler 409 ermittelt anhand des Sensors 410 eine aktuelle Lichtfarbe und bestimmt und kompensiert eine Abweichung von dem Vorgabewert CCT. Eine Abweichung von dem Helligkeitssignal BRI wird ebenfalls ermittelt und kompensiert .
Ein solches Farbregelsystem umfassend den Farbregler 409 sowie den Sensor 410 ist mit deutlichen Kosten verbunden. Beispielsweise muss der Mikrokontroller leistungsfähiger sein, außerdem sind die Ansprüche an die LED-Treiber höher. Zusätzlich ist vorzugsweise durch konstruktive Maßnahmen sicherzustellen, dass möglichst wenig Umgebungslicht von außen auf den Sensor fällt und somit Fehlmessungen vermieden werden.
Fig.5 zeigt eine Möglichkeit zur effizienten Dimmung der Farbtemperatur ohne Farbmanagementsystem.
Fig.5 umfasst einen Mikrokontroller 501 mit einer Dimm- Kennlinie 501, wobei ein Dimm-Signal DIM an den Mikrokontroller 501 angelegt und anhand einer CCT-Kennlinie 503 in ein Signal für eine weiß-warme LED 507 und anhand einer CCT-Kennlinie 504 in ein Signal für eine kalt-weiße LED 508 zerlegt wird. Der Mikrokontroller 501 leitet dabei seine Ausgangssignale über einen Treiber 505 an die LED 507 und über einen Treiber 506 an die LED 508. Die Treiber 505, 506 sowie der Mikrokontroller 501 werden mittels eines Netzteils 509 mit Strom versorgt. Somit wird das Dimmsignal DIM mittels der Dimm-Kennlinie 502 und mittels der beiden weiteren Kennlinien 503 und 504 verarbeitet. Diese beiden Kennlinien 503 und 504 bestimmen den Lichtanteil der warm-weißen LED 507 und der kalt-weißen LED 508 am Gesamtlicht. Dadurch lassen sich alle Zwischenfarben, die im CIE-xy-Diagramm zwischen den Farborten der beiden LED-Farben liegen, in Abhängigkeit von der gewünschten Helligkeit des Dimmsignals DIM einstellen.
Durch die Form der Kennlinien kann die Charakteristik, z.B. die Farbtemperatur von dem Dimmsignal DIM abhängig bestimmt und eingestellt werden. Auch lässt sich durch geeignete Wahl der Kennlinien 503, 504 bestimmen, ob das Gesamtlicht der beiden LEDs 507, 508 möglichst energieeffizient oder kosteneffizient erzeugt werden soll.
Fig.6 zeigt eine Dimmung mit einem Farbmanagementsystem. Zusätzlich zur Beschreibung zu Fig.5 ist hier ein Mikrokontroller 601 mit einem Farbregler 604, der über einen Sensor 605 mit einem aufgenommenen Signal (z.B. Helligkeit und/oder Farbtemperatur) versorgt wird, vorgesehen .
Weiterhin umfasst der Mikrokontroller 601 in Fig.6 eine Kennlinie 602 zur Farbtemperaturanpassung und eine Dimm- Kennlinie 603. Anhand eines Dimmsignals DIM ermittelt der Mikrokontroller anhand der Kennlinien 602 und 603 eine Farbtemperatur CCT und eine Helligkeit BRI, die in dem Farbregler weiterverarbeitet werden zu Ausgangssignalen für eine rote LED 609, eine grüne LED 610 und eine blaue LED 611. Die LEDs 609 bis 611 werden über Treiber 606 bis 608 angesteuert. Sowohl die Treiber 606 bis 608 als auch der Mikrokontroller 601 werden von einem Netzteil 612 mit Strom versorgt. Das Farbmanagementsystem umfassend den Farbregler 604 und den Sensor 605 kann unmittelbar eine Farbtemperatur erfassen und auswerten. Andererseits kann anhand der Kennlinie 602 aus dem Dimmsignal die Soll-Farbtemperatur abgeleitet werden. Entsprechend kann der Farbregler 604 die tatsächliche Farbtemperatur so einstellen, dass die Soll- Vorgabe dem Ist-Wert (nahezu) entspricht. Eine derartige Einstellung kann iterativ automatisch erfolgen. Das gleiche gilt für die Helligkeit, deren Soll-Wert ebenfalls aus dem Dimmsignal DIM anhand der Dimm-Kennlinie 603 ermittelbar ist und anhand des Farbreglers 604 automatisch unter Berücksichtigung des von dem Sensor 605 gelieferten Helligkeitswerts (Ist-Wert) eingestellt werden kann.
Bezugszeichenliste
101 Kennlinie: Abgegebene Lichtmenge warm-weiße LED in
Abhängigkeit der Reglerstellung 102 Kennlinie: Farbtemperatur der Lampe in Abhängigkeit der Reglerstellung
103 Kennlinie: Abgegebene Lichtmenge der Lampe in Abhängigkeit der Reglerstellung
104 Kennlinie: Abgegebene Lichtmenge kalt-weiße LED in Abhängigkeit der Reglerstellung
201 Kennlinie: Abgegebene Lichtmenge warm-weiße LED in Abhängigkeit der Reglerstellung
202 Kennlinie: Abgegebene Lichtmenge der Lampe in Abhängigkeit der Reglerstellung
203 Kennlinie: Farbtemperatur der Lampe in Abhängigkeit der Reglerstellung
204 Kennlinie: Abgegebene Lichtmenge kalt-weiße LED in Abhängigkeit der Reglerstellung
301 Mikrokontroller
302 Dimm-Kennlinie
303 LED-Treiber
304 LED-Treiber
305 LED (warm-weiß)
306 LED (kalt-weiß)
307 Netzteil
401 Mikrokontroller
402 Dimm-Kennlinie
403 LED-Treiber
404 LED-Treiber
405 LED-Treiber
406 LED (rot)
407 LED (grün)
408 LED (blau)
409 Farbregler 410 Sensor
411 Netzteil
501 Mikrokontroller
502 Dimm-Kennlinie
503 CCT-Kennlinie für LED 507
504 CCT-Kennlinie für LED 508
505 LED-Treiber
506 LED-Treiber
507 LED (warm-weiß)
508 LED (kalt-weiß)
509 Netzteil
601 Mikrokontroller
602 Kennlinie zur Farbtemperaturanpassung
603 Dimm-Kennlinie
604 Farbregler
605 Sensor
606 LED-Treiber
607 LED-Treiber
608 LED-Treiber
609 LED (rot)
610 LED (grün)
611 LED (blau)
612 Netzteil

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung zur Dimmung einer Lampe umfassend mindestens zwei Leuchteinheiten (507, 508), - mit einer Steuereinheit (501) zur Kopplung einer Helligkeit und einer Farbtemperatur abhängig von einem Eingangssignal (DIM) ; - wobei abhängig von dem Eingangssignal (DIM) anhand der Steuereinheit die mindestens zwei Leuchteinheiten (507, 508) ansteuerbar sind.
2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Leuchteinheit (507, 508) eine LED oder ein LED-Modul umfasst.
3. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der anhand der Steuereinheit (501) mittels des Eingangssignals anhand einer Dimm-Kennlinie (502) und anhand je einer Kennlinie zur Farbanpassung (503, 504) pro Leuchteinheit die mindestens zwei Leuchteinheiten (507, 508) ansteuerbar sind.
4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (601) einen Farbregler (604) umfasst, wobei der Farbregler (604) abhängig von einem mittels eines Sensors (605) ermittelten Messwerts die mindestens zwei Leuchteinheiten (609, 610, 611) ansteuert .
5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit anhand des Eingangssignals (DIM) die Helligkeit und die Farbtemperatur bestimmt.
6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit anhand des Eingangssignals die Helligkeit und die Farbtemperatur anhand von
Kennlinien oder abgespeicherten Werten bestimmt.
7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Treiber (505, 506) zur Ansteuerung der mindestens zwei Leuchteinheiten (507, 508) vorgesehen sind.
8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mit zunehmender Helligkeit der Lampe eine höhere Farbtemperatur einstellbar ist.
9. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mit abnehmender Helligkeit der Lampe eine niedrigere Farbtemperatur einstellbar ist.
10. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine warm-weiße Leuchteinheit (507) und eine kalt- weiße Leuchteinheit (508) vorgesehen sind.
11. Verfahren zur Ansteuerung einer Lampe umfassend mindestens zwei Leuchteinheiten (507, 508),
- bei dem abhängig von einem Eingangssignal (DIM) eine Helligkeit und eine Farbtemperatur der Lampe ermittelt werden;
- bei dem abhängig von der ermittelten Helligkeit und Farbtemperatur die mindestens zwei Leuchteinheiten (507, 508) angesteuert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Helligkeit und die Farbtemperatur anhand mindestens einer Kennlinie ermittelt werden, wobei insbesondere je eine Kennlinie pro Leuchteinheit für eine Anpassung der Farbtemperatur vorgesehen ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem das Eingangssignal ein Dimmsignal ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
- bei dem mittels eines Sensor (605) eine Farbtemperatur und/oder eine Helligkeit der Lampe detektiert wird/werden und
- bei dem abhängig von der detektierten Farbtemperatur und/oder der detektierten Helligkeit eine Regelung (604) der mindestens zwei Leuchteinheiten durchgeführt wird.
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