Vorrichtung zum Betreiben yon LEDs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben von LEDs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 27.
Technisches Gebiet
Derartige Vorrichtungen werden in Beleuchtungssystemen verwendet, um eine farbige oder flächige Beleuchtung von Räumen, Wegen oder auch Fluchtwegen zu erreichen. Üblicherweise werden dabei die Leuchtmittel von Betriebsgeräten angesteuert und bei Bedarf aktiviert. Für eine derartige Beleuchtung werden organische oder anorganische Leuchtdioden (LED) als Lichtquelle genutzt.
Stand der Technik
Zur Beleuchtung werden anstelle von Gasentladungslampen und Glühlampen immer häufiger auch Leuchtdioden als Lichtquelle eingesetzt. Die Effizienz und Lichtausbeute von Leuchtdioden wird immer stärker erhöht, so dass sie bei verschiedenen Anwendungen der Allgemeinbeleuchtung bereits zum Einsatz kommen. Allerdings sind Leuchtdioden Punktlichtquellen und strahlen stark gebündeltes Licht aus .
Heutige LED Beleuchtungssystem haben oft jedoch den Nachteil, dass aufgrund von Alterung oder durch Austausch einzelner LEDs oder LED-Module sich die Farbabgabe oder die Helligkeit verändern kann.
Zudem hat die Sekundäroptik einen Einfluss auf das Thermomanagement, da die Wärmeabstrahlung behindert wird. Zudem kann es aufgrund von Alterung und Wärmeeinwirkung zu einer Veränderung des Phosphors der LED kommen.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Leuchtmittel und ein Verfahren bereitzustellen, welches das gleichmäßige und farbechte Ausleuchten einer Fläche durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden ohne die oben genannten Nachteile bzw. unter einer deutlichen Reduzierung dieser Nachteile ermöglicht.
Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und für ein Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 27 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Lösung für eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs (organische oder anorganische Leuchtdioden) beruht auf dem Gedanken, dass ein von dem Treiber-Modul angesteuertes LED-Modul mit wenigstens einer LED vorhanden ist, und ein Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das LED-Modul, wobei der Speicher entweder im Treiber-Modul oder im LED-Modul enthalten sein kann und die Informationen im Speicher abgeändert werden können.
Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr gleichbleibende und gleichmäßige Ausleuchtung einer Fläche durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden zu erreichen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Betreiben von LED nach dem Stand der Technik
Fig. 2 bis Fig. 3c zeigen eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 4 bis Fig. 5 zeigen eine Ausgestaltung einer Anwendung durch einen Nutzer der erfindungsgemäßen
Vorrichtung
Fig. 1 zeigt den Stand der Technik. Diese Vorrichtung weist ein Treiber-Modul 1 auf, und ein von dem Treiber- Modul 1 angesteuertes LED-Modul 5 mit wenigstens einerLED. Die LED des LED-Moduls 5 können über die verschiedenen Ansteuerkanäle- (über die Verdrahtung 4) selektiv angesteuert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Betreiben von LEDs erklärt. Diese Vorrichtung weist ein Treiber-Modul 1 auf, und ein von dem Treiber-Modul 1 angesteuertes LED- Modul 5 mit wenigstens einer LED, mit einem Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das LED-Modul 5, wobei der Speicher entweder im Treiber-Modul 1 oder im LED-Modul 5 enthalten sein kann und die Informationen im Speicher abgeändert werden können.
Der Speicher ist vorzugsweise so ausgelegt, dass er nichtflüchtig ist, d.h. dass er auch bei einem Ausschalten oder Ausfall der Versorgungsspannung erhalten bleibt. Beispielsweise kann ein Flash-Speicher genutzt werden.
Der Speicher kann in einem Treiber-Modul 1 enthalten sein. Das Treiber-Modul 1 verfügt über Anschlüsse 2 und 3, an die über die Verdrahtung 4 eine oder mehrere LED auf einem (vorzugsweise gemeinsamen) LED-Modul 5 befinden. Das LED-Modul 5 kann beispielsweise eine Platine oder ein Grundträger sein, auf dem eine oder mehrere LED angeordnet sind. Die LED können beispielsweise als bedrahtete LED, als SMD-LED oder als COB-LED (Chip-on-board-LED) ausgeführt sein. Das LED-Modul 5 kann auch Mittel zur ' Wärmeabfuhr oder Kühlung aufweisen. Es können innerhalb eines LED-Moduls 5 die LED auch über einzeln ansteuerbare Kanäle (über die Verdrahtung 4) selektiv angesteuert werden. Somit können die einzeln ansteuerbaren LED auf einem LED-Modul 5 selektiv angesteuert (beispielsweise eingeschaltet, abgeschaltet und in ihrer Helligkeit geändert) werden.
Die Informationen im Speicher aufgrund einer Kalibrierungsmessung abgeändert werden können. Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden. Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden, der aufgrund einer Kalibrierungsmessung bestimmt wurde. Der Korrekturfaktor kann von einem Benutzer geändert werden, beispielsweise über eine Vorgabe über eine Schnittstelle 7. Die Schnittstelle 7 kann sowohl eine drahtgebundene als auch eine drahtlose Übertragung nutzen.
Die Änderung des Korrekturfaktors, beispielsweise durch einen Benutzer, kann aufgrund einer Kalibrierungsmessung erfolgen. Diese Kalibrierungsmessung kann durch eine Messung mit einem Sensor 6 (wie später anhand der Fig. 4 und Fig. 5) beschrieben oder auch nur über das visuelle Empfinden des Benutzers erfolgen. Der Korrekturfaktor kann von der Alterung bzw. der Betriebsdauer des LED-Moduls 5 abhängig sein. Der Korrekturfaktor kann von der Temperatur des LED-Moduls 5 abhängig sein. Beispielsweise kann durch den Korrekturfaktor eine bei steigenden Temperaturen sinkende (oder steigende) Effizienz eines Leuchtstoffs oder eines bestimmten LED-Chipmaterials kompensiert werden. Die Temperatur des LED-Moduls 5 kann direkt über eine Temperaturmessung mit einem Temperaturmesselement oder indirekt, beispielsweise über die Auswertung der Kennlinie der LED, ermittelt, werden.
Für die Durchführung der Kalibrierung kann ein Sensor 6 genutzt werden, der für die Kalibrierungsmessung in das Beleuchtungssystem eingeführt wird. Der Korrekturfaktor kann von einer Farbmessung abhängig sein. Die Farbmessung kann mittels einer RGB-Farbmessung, beispielsweise eines CCD Sensors, erfolgen. In diesem Falle wäre der Sensor 6 ein RGB-Farbsensor . Die Bestimmung des Korrekturfaktors kann in regelmäßigen Abständen wiederholt werden. Der Speicher kann von dem Treiber-Modul über eine (vorzugsweise digitale) Schnittstelle 7 ausgelesen werden. Der Speicher . kann sich auf dem LED-Modul 5 befinden und bei Austausch des LED-Moduls 5 durch den Benutzer ausgelesen werden. Der Speicher kann sich auf dem LED- Modul 5 befinden und vor einem Austausch des LED-Moduls 5 durch das Treiber-Modul 1 aufgrund einer Signalisierung durch den Benutzer ausgelesen werden.
Der Speicher kann aber auch in einem Kalibriergerät oder auf dem Treiber-Modul 1 angeordnet sein.
In dem Speicher können Informationen über den Typ der LED, die Wellenlänge, den Farbort und / oder die Intensität der LED hinterlegt werden. Weiterhin können andere Betriebsparameter wie der erforderliche Soll-Betriebsstrom durch die LED oder der maximale zulässige Strom durch die LED oder auch die maximal zulässige Spannung durch die LED als Informationen in dem Speicher hinterlegt werden.
Die Signalisierung zum Auslesen des Speichers auf dem LED- Modul 5 kann durch den Benutzer durch eine Schaltfolge an der Versorgungsspannung, einen digitalen Steuerbefehl oder durch eine andere Signalisierung erfolgen.
Nach dem Austausch des LED-Moduls 5 können die ausgelesenen Informationen in dem Speicher des neuen LED- Moduls 5 abgelegt werden. Das Treiber-Modul 1 kann die im Speicher abgelegte Information über eine (vorzugsweise digitale) Schnittstelle 7 an andere Treiber-Module weiterleiten.
Zur Kalibrierung können eine oder mehrere LED-Module 5 abgeschaltet werden. Dabei können auch innerhalb eines LED-Moduls 5 einzeln ansteuerbare Kanäle selektiv abgeschaltet werden, so dass die einzeln ansteuerbaren LED auf einem LED-Modul 5 selektiv abgeschaltet werden können. Zur Kalibrierung kann jeweils auch nur ein LED-Modul 5 bzw. nur ein Kanal eines LED-Moduls 5 eingeschaltet werden.
Die Farbmessung kann mit einem Sensor 6 (beispielsweise ein RGB Farbsensor, vorzugsweise ein CCD Sensor) durchgeführt werden. Der Sensor β kann aber auch durch mehrere Photodioden gebildet werden, die jeweils einen Farbfilter • ) aufweisen, so dass die Photodioden nur durch bestimmte Wellenlängen oder' Wellenlängenbereiche angeregt werden können.
Der Sensor 6 kann so platziert sein, dass er einen Teil des von den LED-Modulen 5 abgestrahlten Lichtes empfangen kann.
Der Sensor 6 kann so platziert ist, dass er gegen Umgebungslicht abgeschottet ist und nur von den LED- Modulen 5 abgestrahltes Licht empfangen kann.
Diese Abschottung kann durch- eine Abdeckung erfolgen, die speziell für die Kalibrierungsmessung angebracht wird. Auf dieser Abdeckung 11 kann- sich der Sensor 6 befinden. Der Sensor 6 kann aber auch auf dem Reflektor 10 der LED Leuchte platziert werden.
Der Sensor 6 kann so platziert sein, dass er direkt oder indirekt das Licht der LED des LED-Moduls 5 empfängt.
Bei der Kalibrierung können der Farbort und / oder die Intensität der LED gespeichert werden, dass diese Informationen können in dem Speicher abgelegt werden. Bei der Kalibrierung können die einzelnen LED-Module 5 nacheinander eingeschaltet und kalibriert werden. Die Kalibrierung kann zur Bestimmung der Farben der angeschlossenen LED-Module 5 dienen. Dabei werden die einzelnen Farben oder Farborte und / oder die Intensitäten der jeweils angesteuerten LEDs bestimmt.
Ein LED-Modul 5 kann dabei unterschiedliche LED aufweisen, wobei diese vorzugsweise unabhängig voneinander (selektiv) über einzelne Kanäle angesteuert werden können. Diese unterschiedlichen LED können sich beispielsweise' in ihrer Wellenlänge, Farbort und / oder Intensität unterscheiden. Aus der Kombination der einzelnen Kalibrierungsmessungen, die nacheinander durchgeführt werden, kann die Zuordnung der Farben und für die Ausgabe einer gewünschten Farbe durch die LED Beleuchtung erforderliche Mischung der einzelnen LED ermittelt werden.
Es kann gemäß der Erfindung als Vorrichtung zum Betreiben von LED eine Leuchte mit LED aufweisend zumindest ein Treiber-Modul 1 und ein LED-Modul 5 aufgebaut werden, und ein Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das
LED-Modul 5 vorhanden sein, wobei der Speicher entweder im Treiber-Modul 1 oder im LED-Modul 5 enthalten sein kann und die Informationen im Speicher abgeändert werden können.
Das Treiber-Modul 1 kann einen Schaltregler, beispielsweise einen AC-DC-Wandler oder DC-DC-Wandler, enthalten. Das Treiber-Modul 1 kann an eine Versorgungsspannung 8 angeschlossen werden (beispielsweise AC Netzspannung) . Das Treiber-Modul 1 kann einen PFC
(aktive oder passive Leistungsfaktorkorrekturschaltung) enthalten. Der PFC kann beispielsweise durch einen Boost- Konverter, Buck-Boost-Konverter, einen Flyback-Konverter oder auch durch eine Valley FiIl Schaltung gebildet werden. Das Treiber-Modul 1 kann eine Potentialtrennung aufweisen. Diese Potentialtrennung kann beispielsweise über einen Transformator erfolgen.
Das Treiber-Modul 1 kann beispielsweise einen Flyback- Konverter, einen Forward-Konverter oder eine Halbbrücken- Konverter mit Transformator enthalten.
Wenn das Treiber-Modul 1 einen PFC aufweist, kann es als sogenannte einstufige Topologie, beispielsweise durch einen Flyback-Konverter, der im sogenannten Borderline Mode arbeitet, oder auch durch eine sogenannte zweistufige Topologie, beispielsweise durch einen Boost-Konverter mit einem nachfolgendem Halbbrücken-Konverter mit Transformator, ausgeführt sein.
Das Treiber-Modul 1 kann Mittel zur Regelung des Stromes durch einzelne oder mehrere LED des LED-Moduls 5, der Spannung über den LED des LED-Moduls 5 oder auch der den LED des LED-Moduls 5 zugeführten Leistung aufweisen. Die Erfassung des Stromes durch einzelne oder mehrere LED des LED-Moduls 5 und / oder der Spannung über den LED des LED-Moduls 5 kann mittels Widerständen oder auch mittels anderer Sensormittel wie beispielsweise anhand eines Strom- oder Spannungsüberwachungstransformators erfolgen.
Der Betrieb der LEDs kann derart erfolgen, daß ein LED- Modul 5 mit wenigstens einer LED von einem Treiber-Modul .1 angesteuert wird, und ein Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das LED-Modul 5 vorhanden ist, wobei Informationen im Speicher abgelegt oder abgeändert werden können. Die Informationen im Speicher können aufgrund einer Kalibrierungsmessung abgeändert werden. Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden.
Der Speicher kann auf dem LED-Modul 5, in einem Kalibriergerät oder auf dem Treiber-Modul 1 angeordnet sein. Das Kalibriergerät kann auch ein an die
Schnittstelle 7 angeschlossenes Steuergerät sein, welches bei jedem Start der Vorrichtung zum Betreiben von LEDs die Daten des Speichers an das Treiber-Modul 1 sendet. In diesem Fall kann darauf verzichtet werden, dass in jedem LED-Modul 5 oder jedem Treiber-Modul 1 ein Speicher vorhanden sein muß.
Gemäß Fig. 4 wird ein möglicher Ablauf einer Kalibrierungsmessung beschrieben . Bei einer Signalisierung, dass eine Kalibrierungsmessung durchgeführt werden soll (beispielsweise durch ein Erkennungs-Kommando) , werden alle LED eines LED-Moduls 5 auf einen niedrigen Intensitätswert gesetzt. Dieser niedrige Intensitätswert kann auch der Ausschaltzustand sein, es kann aber auch ein zu vernachlässigender Intensitätswert sein. In nächsten Schritt wird zumindest ein Kanal (eine LED) auf die maximale Helligkeit (bzw. auf einen vordefinierten hohen Helligkeitswert) angesteuert.
Jetzt werden die Daten des Sensors 6 ausgelesen und die ermittelten Daten für diesen Kanal (bzw. die angesteuerte LED) abgespeichert. Im nächsten Schritt wird der angesteuerte Kanal (bzw. die angesteuerte LED) wieder auf den niedrigen Intensitätswert gesetzt und im nächsten Schritt ein weiterer Kanal (eine weitere LED) auf die maximale Helligkeit (bzw. auf einen vordefinierten hohen Helligkeitswert) angesteuert. Jetzt werden wieder die Daten des Sensors 6 ausgelesen und die ermittelten Daten für den entsprechenden Kanal (bzw. die angesteuerte LED) abgespeichert.
Diese Schritte werden solange wiederholt, bis alle Kanäle (bzw. LED) angesteuert und deren entsprechende Sensordaten ausgelesen und abgespeichert wurden.
Gemäß Fig. 5 wird ein möglicher Ablauf einer
Kalibrierungsmessung zur Altersbestimmung der LED eines LED-Moduls 5 beschrieben.
Auch in diesem Fall kann die Kalibrierungsmessung aufgrund einer Signalisierung, dass eine Kalibrierungsmessung durchgeführt werden soll (beispielsweise durch ein
Altersbestimmung-Kommando) , durchgeführt werden. Es kann aber auch die Kalibrierungsmessung aufgrund eines Ablaufs eines Zählers, beispielsweise abhängig von der Betriebsdauer des LED-Moduls 5 oder abhängig von einem vorgegebenen Datum, initiiert werden.
Dabei werden alle LED eines LED-Moduls 5 auf einen niedrigen Intensitätswert gesetzt.
Dieser niedrige Intensitätswert kann auch der Ausschaltzustand sein, es kann aber auch ein zu vernachlässigender Intensitätswert sein.
Im nächsten Schritt wird zumindest ein Kanal (eine LED) auf die maximale Helligkeit (bzw. auf einen vordefinierten hohen Helligkeitswert) angesteuert. Jetzt werden die Daten des Sensors 6 ausgelesen und die ermittelten Daten für diesen Kanal (bzw. die angesteuerte LED) abgespeichert. Im nächsten Schritt wird der angesteuerte Kanal (bzw. die angesteuerte LED) wieder auf den niedrigen Intensitätswert gesetzt und im nächsten Schritt ein weiterer Kanal (eine weitere LED) auf die maximale Helligkeit (bzw. auf einen vordefinierten hohen Helligkeitswert) angesteuert.
Jetzt werden wieder die Daten des Sensors 6 ausgelesen und die ermittelten Daten für den entsprechenden Kanal (bzw. die angesteuerte LED) abgespeichert.
Diese Schritte werden solange wiederholt, bis alle Kanäle (bzw. LED) angesteuert und deren entsprechende Sensordaten ausgelesen und abgespeichert wurden.
Aufgrund der ermittelten Daten kann durch einen Vergleich mit vorher abgelegten Daten eine Altersbestimmung der LED eines LED-Moduls 5 durchgeführt werden. Die vorher abgelegten Daten können vom LED Hersteller (im Speicher) abgelegte Daten oder auch Daten aus einer vorherigen Kalibrierungsmessung sein.
Die ermittelten Daten können auch durch die vorhandene
Schnittstelle 7 oder durch eine optische oder akustische Visualisierung (beispielsweise Blinken der LED eines LED- Moduls 5) an den Nutzer übertragen werden. Beispielsweise kann bei einer starken Alterung durch Blinken der LED eines LED-Moduls 5 ein in Bälde erforderlicher Austausch optisch angezeigt werden. Bei einer Daten-Übertragung über die vorhandene Schnittstelle 7 kann auch der erwartete Austausch- oder Wartungstermin übertragen werden.
Somit wird ein Verfahren ermöglicht, bei dem ein LED-Modul 5 mit wenigstens einer LED von einem Treiber-Modul 1 angesteuert wird, und ein Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das LED-Modul 5 vorhanden ist, wobei Informationen im Speicher abgelegt oder abgeändert werden können. Die Informationen im Speicher können aufgrund einer Kalibrierungsmessung abgeändert werden. Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden.
Das Verfahren zur Durchführung der Kalibrierungsmessung kann gemäß der anhand der Fig. 4 und Fig. 5 beschriebenen Schritte erfolgen.