AT517628B1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Speisen und Überwachen einer Leuchtdiodenanordnung - Google Patents

Abstract

Eine Schaltungsanordnung zum Speisen und Überwachen einer Leuchtdiodenanordnung, welche eine Serienschaltung (1) von zumindest zwei Leuchtdioden (D1, D2 .. . Dn) aufweist, mit einer Stromquelle (2), einer Messeinrichtung (3) für die Gesamtspannung (UG) an der Serienschaltung und mit einer Auswerteeinrichtung (10), die zum wiederkehrenden Vergleich der aktuellen Gesamtspannung (UGA) mit einer Schwellenspannung (US) und zur Anzeige eines Kurzschlusses zumindest einer Leuchtdiode eingerichtet ist, falls die aktuelle Gesamtspannung die Schwellenspannung (US) unterschreitet, und einen ersten Speicher zum Abspeichern der in einer Initialisierungsphase gemessenen Gesamtspannung (UGI), einen Multiplizierer (5) zum Multiplizieren der im Betrieb wiederkehrend gemessenen aktuellen Gesamtspannung (UGA) mit einem Faktor k, einen zweiten Speicher (8) zum Abspeichern des so ermittelten Wertes einer Schwellenspannung (US) und einen dritten Speicher (9) zum Abspeichern der wiederkehrend gemessenen aktuellen Gesamtspannung (UGA) aufweist, wobei die Werte des zweiten und des dritten Speichers der Auswerteeinrichtung (10) zum wiederkehrenden Vergleich der aktuellen Speicherwerte zugeführt sind, sowie mit einer Funktionstabelle (6), zum Bestimmen des Faktors k in Abhängigkeit von einer gemessenen, für die aktuelle Temperatur der Leuchtdioden (D1, D2 ... Dn) repräsentativen Temperatur (θ), wobei die Funktionstabelle (6) dazu eingerichtet ist, den Faktor k ((θ, IS) zusätzlich auch in Abhängigkeit von dem mit Hilfe eines Stromsensors (11) gemessenen, aktuellen Strom (IS) durch die Serienschaltung zu bestimmen.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM SPEISEN UND ÜBERWACHEN EINER LEUCHTDIODENANORDNUNG

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Speisen und Überwachen einer Leuchtdiodenanordnung, welche eine Serienschaltung von zumindest zwei Leuchtdioden aufweist, bei welchem die zumindest eine Serienschaltung von einer Stromquelle mit einem Strom gespeist wird, die Gesamtspannung an der Serienschaltung gemessen und mit einer Schwellenspannung wiederkehrend verglichen wird und ein Kurzschluss zumindest einer Leuchtdiode angezeigt wird, falls die aktuelle Gesamtspannung die Schwellenspannung unterschreitet, die Gesamtspannung der zumindest einen Serienschaltung von zumindest zwei Leuchtdioden bei intakten Leuchtdioden in einer Initialisierungsphase gemessen und der gemessene Spannungswert abgespeichert wird, aus dem abgespeicherten Spannungswert durch Multiplizieren mit einem Faktor k die Schwellenspannung ermittelt wird, diese Schwellenspannung für den wiederkehrenden Vergleich im Betrieb abgespeichert wird und der Faktor k in Abhängigkeit von einer gemessenen, für die aktuelle Temperatur der Leuchtdioden repräsentativen Temperatur gewählt wird, wobei der temperaturabhängige Faktor mit steigender Temperatur, die Temperaturabhängigkeit der Flussspannung der Leuchtdioden berücksichtigend, kleiner wird.

[0002] Ebenso bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zum Speisen und Überwachen einer Leuchtdiodenanordnung, welche eine Serienschaltung von zumindest zwei Leuchtdioden aufweist, mit einer Stromquelle, einer Messeinrichtung für die Gesamtspannung an der Serienschaltung und mit einer Auswerteeinrichtung, die zum wiederkehrenden Vergleich der aktuellen Gesamtspannung mit einer Schwellenspannung und zur Anzeige eines Kurzschlusses zumindest einer Leuchtdiode eingerichtet ist, falls die aktuelle Gesamtspannung die Schwellenspannung unterschreitet, und einen ersten Speicher zum Abspeichern der in einer Initialisierungsphase gemessenen Gesamtspannung, einen Multiplizierer zum Multiplizieren der im Betrieb wiederkehrend gemessenen aktuellen Gesamtspannung mit einem Faktor k, einen zweiten Speicher zum Abspeichern des so ermittelten Wertes einer Schwellenspannung und einen dritten Speicher zum Abspeichern der wiederkehrend gemessenen aktuellen Gesamtspannung aufweist, wobei die Werte des zweiten und des dritten Speichers der Auswerteeinrichtung zum wiederkehrenden Vergleich der aktuellen Speicherwerte zugeführt sind, sowie mit einer Funktionstabelle, welche dazu eingerichtet ist, den Faktor k in Abhängigkeit von einer mittels zumindest eines Temperatursensors gemessenen, für die aktuelle Temperatur der Leuchtdioden repräsentativen Temperatur zu bestimmen, wobei k mit steigender Temperatur die Temperaturabhängigkeit der Flussspannung der Leuchtdioden berücksichtigend kleiner wird.

[0003] Seit Leuchtdioden - LEDs - mit hohen Helligkeiten zur Verfügung stehen, werden diese zunehmend in der Automobilindustrie in Beleuchtungseinrichtungen eingesetzt. Da diese als sicherheitsrelevant einzustufen sind, müssen sie bestmöglich auf ihre ordnungsgemäße Funktion überwacht werden, bzw. soll eine Fehlfunktion oder ein Ausfall durch eine Warnung an den Fahrer angezeigt werden. Zwar kann eine Unterbrechung einer LED einfach durch Messen der Gesamtspannung an der Serienschaltung von LEDs festgestellt werden, doch ist es schwieriger, Kurzschlüsse einzelner LEDs zu erkennen. Falls beispielsweise in einer LED ein Kurzschluss auftritt, leuchtet diese LED nicht mehr und die Gesamtspannung an der Serienschaltung sinkt um den Wert der Flussspannung dieser Leuchtdiode. Die Detektion eines Einzelkurzschlusses ist bei Serienschaltungen von LEDs über die Messung der Gesamtspannung nicht mehr mit hinreichender Sicherheit zu erkennen, da die Flussspannung einer Leuchtdiode auf Grund von Toleranzen einen relativ weiten Spannungsbereich aufweist und somit ein Vergleich mit statischen Vergleichswerten nicht zuverlässig möglich ist.

[0004] Die DE 10 2014 112 176 A1 beschreibt ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung und gemäß diesem Dokument erfolgt ein Vergleich der aktuellen Gesamtspannung der Serienschaltung mit einer Schwellenspannung, die entsprechend der Summe der Durchflussspannun gen festgelegt wird. Diese Durchflussspannungen, auch als Schleusenspannungen oder Schwellenspannungen bezeichnet, werden im Allgemeinen den Datenblättern der verwendeten LEDs entnommen, doch müssen diese Werte keineswegs jenen der aktuell verbauten Leuchtdioden entsprechen, was zu den oben erwähnten Unsicherheiten bei der Erkennung von Einzelkurzschlüssen führt.

[0005] Weiters zeigt das Dokument DE 10 2006 049 291 A1 ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Speisen und Überwachen einer Leuchtdiodenanordnung entsprechend dem Verfahren bzw. der Schaltungsanordnung wie eingangs genannt. Dies trifft auch für das Dokument EP 2 500 737 A1 zu, bei welchem an Stelle eines Korrekturfaktors ein Kennlinienfeld, ein Temperaturkoeffizient und mehrere Kalibrationsparameter verwendet werden, wobei außerdem der Einfluss der Alterung der Leuchtdioden auf die Vorwärtsspannung mit Hilfe einer Berechnungsvorschrift berücksichtigt wird.

[0006] Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Verfahrens und einer entsprechenden Schaltungsanordnung, wobei gegenüber dem Stand der Technik ungeachtet der Abweichungen tatsächlicher Flussspannungswerte von Datenblattwerten ein sicheres Erkennen von Einzelkurzschlüssen gestattet und eine weitere Verbesserung der Genauigkeit einer Fehlererkennung ermöglicht.

[0007] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß der Faktor k auch in Abhängigkeit von dem gemessenen, aktuellen Strom durch die Serienschaltung gewählt wird.

[0008] Die gestellte Aufgabe wird auch mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäß die Funktionstabelle dazu eingerichtet ist, den Faktor k zusätzlich auch in Abhängigkeit von dem mit Hilfe eines Stromsensors gemessenen, aktuellen Strom durch die Serienschaltung zu bestimmen.

[0009] Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen [0010] Fig. 1 in einer schematischen Darstellung das Blockschaltbild einer ersten bevorzug ten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung, [0011] Fig. 2 ein beispielsweises typisches I/U-Diagramm einer LED, [0012] Fig. 3 an Hand eines Diagramms die Temperaturabhängigkeit der Flussspannung einer LED bezüglich einem Wert bei einer Referenztemperatur, [0013] Fig. 4 in einem beispielhaften Diagramm die Abhängigkeit des Faktors k von Tempe ratur und Strom, [0014] Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, [0015] Fig. 6 in einer schematischen Darstellung das Blockschaltbild einer zweiten bevorzug ten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung und [0016] Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer zweiten bevorzugten Ausführungs form eines erfindungsgemäßen Verfahrens, [0017] Nun wird an Hand der Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer entsprechend arbeitenden Schaltungsanordnung beschrieben, wobei es klar sein soll, dass es sich um beispielsweise Ausführungsformen handelt, die - das Wissen eines einschlägigen Technikers voraussetzend- schematisch dargestellt und erläutert sind.

[0018] Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Leuchtdiodenanordnung, insbesondere eine Serienschaltung 1 einer Anzahl von Leuchtdioden D-i, D2...... Dn, die von einer Stromquelle 2 ge speist werden. Bei Einsatz in einem Kraftfahrzeug ist diese Stromquelle im Allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, ein elektronischer Spannungswandler, der z.B. je nach verfügbarer Bordspannung bzw. der Anzahl der Dioden in der Serienschaltung als Hoch- oder Tiefsetzstel ler ausgebildet ist. Die Leuchtdioden sind dann integrierender Bestandteil einer Beleuchtungseinrichtung des Fahrzeuges, beispielsweise eines Scheinwerfers, wobei selbstverständlich auch mehrere Serienschaltungen von LEDs zu einer Beleuchtungseinrichtung gehören können und gegebenenfalls auch Kombinationen von Serien- und Parallelschaltungen vorgesehen sein können. Der Strom durch die Serienschaltung kann bei Bedarf auch verändert (gedimmt) werden, sowohl analog oder auch digital (PWM).

[0019] Zunächst soll das eingangs angegebene Problem der Erkennung von Einzelkurzschlüssen an Hand eines Zahlenbeispiels erläutert werden, bevor im Detail auf die Erfindung eingegangen wird.

[0020] Aufgrund der Toleranzen der LED Flussspannungen (typischerweise 2,75V - 3,75V, nachstehend mit ULEDmin bzw. ULEDmax bezeichnet) kann bei einer Serienschaltung von mehr als drei LEDs ein Ausfall einer LED mit Kurzschluss nicht sicher erkannt werden, da nicht bekannt ist, wie hoch die Flussspannung der verbauten LEDs tatsächlich ist.

[0021] Es werde als Beispiel die Serienschaltung von vier LEDs angenommen: [0022] 4 x Ui_EDmin = 4 x 2,75V = 11V Gesamtspannung im Normalbetrieb mit 4 LEDs [0023] Einstellen einer Überwachungsschwelle daher auf <11V.

[0024] 3 x U|_EDmax = 3 x 3,75 = 11,25V Gesamtspannung im Fehlerfall bei Kurzschluss einer LED

[0025] E in Kurzschluss würde nicht erkannt werden, da die Gesamtspannung der Serienschaltung >11V.

[0026] Daraus folgt, dass ein Vergleich mit einer fest eingestellten unteren Ansprechschwelle basierend auf Datenblattwerten einen Kurzschluss einer LED nicht erkennen würde, da die Spannung im Fehlerfall bei drei LEDs mit max. Flussspannung höher ist als der Normalbetrieb von vier LEDs mit minimaler Flussspannung.

[0027] Wie auch bereits oben erwähnt unterliegt die Flussspannung weiters einer Änderung in Abhängigkeit von der LED-Temperatur, sie sinkt, wie bei allen Halbleiterdioden, mit steigender Temperatur, was bei einem Spannungsvergleichsverfahren eine zusätzliche Unsicherheit mit sich bringt. Darüber hinaus besteht auch eine Abhängigkeit der Flussspannung von dem LED-Strom entsprechend dem U/I-Diagramm einer Diode.

[0028] Wieder auf Fig. 1 zurückkommend wird die an der Serienschaltung 1 liegende Gesamtspannung UG einer Messeinrichtung 3 zumindest für die Spannung an der Serienschaltung zugeführt. In einer Initialisierungsphase, beispielsweise bei der werkseitigen Abnahme eines Scheinwerfers, wird die Gesamtspannung UG der zumindest einen Serienschaltung 1 von zumindest zwei Leuchtdioden D-ι, D2....Dn bei intakten Leuchtdioden gemessen und der gemessene Spannungswert UGi in einem nichtflüchtigen ersten Speicher 4 („Initialwerte speichern") abgespeichert, dem zu diesem Zweck ein Triggersignal s, zugeführt werden kann.

[0029] Um aus dem gemessenen Spannungswert UGi eine für spätere Vergleiche brauchbare Schwellenspannung abzuleiten, wird der Spannungswert UGi einem Multiplizierer 5 zugeführt und hier mit einem Faktor k multipliziert, der aus einem Speicher - oder wie im vorliegenden Fall - aus einer Funktionstabelle 6 stammt. Diese Funktionstabelle 6 ist dazu eingerichtet, den Faktor k bzw. den „Multiplikator" in Abhängigkeit von einer mittels zumindest eines Temperatursensors 7 gemessenen, für die aktuelle Temperatur der Leuchtdioden repräsentativen Temperatur Θ zu bestimmen, wobei k (Θ) mit steigender Temperatur, die Temperaturabhängigkeit der Flussspannung der Leuchtdioden berücksichtigend, kleiner und bei steigender Temperatur größer wird.

[0030] In Hinblick auf die Stromabhängigkeit der Flussspannung kann man zusätzlich vorsehen, dass der Faktor k als k (Θ, ls) auch in Abhängigkeit von dem mittels eines Stromsensors 11 gemessenen, aktuellen Strom ls durch die Serienschaltung gewählt wird.

[0031] Unterhalb der Funktionstabelle 6 sind symbolisch zwei Diagramme gezeichnet, welche auf die Abhängigkeit der Durchlassspannung von Strom bzw. Temperatur verweisen sollen. Überdies ist diese Abhängigkeit in den Fig. 2 bzw. 3 dargestellt, welche zeigen, dass der Strom durch eine in Durchlassrichtung betriebene Leuchtdiode überproportional mit ihrer Flussspannung zunimmt bzw. dass sich die Flussspannung bei einem bestimmten Stromwert, z.B. 1000 mA, bezüglich einem Referenztemperaturwert, typischerweise Raumtemperatur, 25°C. bei einer Temperaturzunahme verringert und entsprechend bei einem Temperaturrückgang erhöht.

[0032] Fig. 4 zeigt an einem Beispiel die Abhängigkeit des Faktors k von Temperatur und Strom, wobei hier angenommen wurde, dass die Initialisierungsphase bei Raumtemperatur (25°C) durchgeführt wird. Diagramme dieser Art sind Basis der Funktionstabelle 6. Man erkennt auch, dass k Werte über 1 annehmen kann. Dies deswegen, da der Korrekturfaktor Änderungen der für den Vergleichsvorgang herangezogenen Gesamtspannung aufgrund der Stromänderungen (Dimmen, Überstromung) und vor allem der Temperatur gegenüber der beim Einmessvorgang im Werk (bei etwa 25°C Raumtemperatur) ermittelten Gesamtspannung (Initialisierungsphase) nachvollziehen soll. Bereits bei geringeren Temperaturen gegenüber dem Einmessvorgang bei gleichbleibenden Strom ist der Faktor k daher größer 1, bei gleicher Temperatur und gleichem Strom wie beim Einmessvorgang gleich 1, wobei durch Alterung bedingte Änderungen der Diodenwerte vernachlässigt werden.

[0033] Somit kann ein „realistischer" Wert für die Schwellenspannung Us aus dem Multiplizierer einem zweiten Speicher 8 zugeführt und in diesem als dynamischer Grenzwert abgelegt werden.

[0034] Andererseits ist ein dritter Speicher 9 vorgesehen sein, in welchem die gemessene aktuelle Gesamtspannung UGa an der Serienschaltung 1 der LEDs wiederkehrend, z.B. periodisch, ausgelöst durch ein Triggersignal sa als aktueller Messwert abgespeichert wird. Nun müssen nur noch die Werte der gemessenen aktuellen Gesamtspannung UGa aus dem dritten Speicher 9 und der Schwellenspannung Us aus dem zweiten Speicher 8 miteinander verglichen werden, was in einer Auswerteeinrichtung 10 erfolgen kann, welcher die genannten Werte zugeführt sind und die die zum wiederkehrenden Vergleich der aktuellen Gesamtspannung UGA mit der Schwellenspannung Us und zur Anzeige eines vermuteten Kurzschlusses zumindest einer Leuchtdiode eingerichtet ist, falls die aktuelle Gesamtspannung die Schwellenspannung Us unterschreitet. Der Auswerteeinrichtung kann beispielsweise ein Triggersignal sw zugeführt werden, welches periodisch den Vergleich auslöst.

[0035] Die wesentlichen Elemente der oben beschriebenen Schaltungsanordnung, gegebenenfalls mit Ausnahme des Temperatursensors, der beispielsweise an einem Kühlkörper der Leuchtdioden sitzen kann, sind zweckmäßigerweise in einem Vorschaltgerät für die Beleuchtungseinrichtung enthalten, welches auch zum Bestimmen und Überwachen anderer Fehlerzustände, wie einer Unterbrechung der Serienschaltung, einer Übertemperatur etc. eingerichtet sein kann.

[0036] In Fig. 5 ist nochmals das oben im Prinzip bereits beschriebene Verfahren in einem Ablaufdiagramm dargestellt, wobei die bereits oben verwendete Terminologie benutzt wird. Man erkennt, dass am Ende des Verfahrens eine Fehlermeldung in Form eines Fehlersignals sF steht, welches auf den Kurzschluss einer bzw. zumindest einer Leuchtdiode hinweist.

[0037] In der vorangegangenen Beschreibung wurde gezeigt, dass eine Speicherung des aktuellen Messwertes der Spannung in einem Speicher 9 und des dynamischen Grenzwertes in einem Speicher 8 erfolgt, doch ist auch eine Ausführungsform der Erfindung möglich, die ein solches Abspeichern nicht vorsieht und daher ohne die Speicher 8 und 9 der Fig. 1 das Auslangen findet. Dies ist als zweites Ausführungsbeispiel in den Fig. 6 - analog zu Fig. 1 - und Fig. 7 -analog zu Fig. 2 dargestellt. Diese Fig. 6 und 7 sind nach Kenntnis der Fig. 1 und 5 und der zugehörigen Beschreibung selbsterklärend, sodass sich eine ausführliche Wiederholung erübrigt. Es ist lediglich anzumerken, dass die Speicher 8 und 9 der Fig. 1 in Fig. 6 fehlen und immer der aktuell gemessene Wert von Temperatur, Spannung und Strom zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Speisen und Überwachen einer Leuchtdiodenanordnung, welche eine Serienschaltung von zumindest zwei Leuchtdioden (D-ι, D2... Dn) aufweist, bei welchem die zumindest eine Serienschaltung von einer Stromquelle (2) mit einem Strom (ls) gespeist wird, die Gesamtspannung (Ug) an der Serienschaltung gemessen und mit einer Schwellenspannung wiederkehrend verglichen wird und ein Kurzschluss zumindest einer Leuchtdiode angezeigt wird, falls die aktuelle Gesamtspannung (UGa) die Schwellenspannung (Us) unterschreitet, die Gesamtspannung (UG) der zumindest einen Serienschaltung von zumindest zwei Leuchtdioden (D-ι, D2 ... Dn) bei intakten Leuchtdioden in einer Initialisierungsphase gemessen und der gemessene Spannungswert (UGi) abgespeichert wird, aus dem abgespeicherten Spannungswert durch Multiplizieren mit einem Faktor k die Schwellenspannung (Us) ermittelt wird, diese Schwellenspannung für den wiederkehrenden Vergleich im Betrieb abgespeichert wird und der Faktor k in Abhängigkeit von einer gemessenen, für die aktuelle Temperatur der Leuchtdioden repräsentativen Temperatur (Θ) gewählt wird, wobei der temperaturabhängige Faktor k (Θ) mit steigender Temperatur, die Temperaturabhängigkeit der Flussspannung der Leuchtdioden berücksichtigend, kleiner wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor k (Θ, ls) auch in Abhängigkeit von dem gemessenen, aktuellen Strom (ls) durch die Serienschaltung gewählt wird.

2. Schaltungsanordnung zum Speisen und Überwachen einer Leuchtdiodenanordnung, welche eine Serienschaltung (1) von zumindest zwei Leuchtdioden (D^ D2... Dn) aufweist, mit einer Stromquelle (2), einer Messeinrichtung (3) für die Gesamtspannung (UG) an der Serienschaltung und mit einer Auswerteeinrichtung (10), die zum wiederkehrenden Vergleich der aktuellen Gesamtspannung (UGA) mit einer Schwellenspannung (Us) und zur Anzeige eines Kurzschlusses zumindest einer Leuchtdiode eingerichtet ist, falls die aktuelle Gesamtspannung die Schwellenspannung (Us) unterschreitet, und einen ersten Speicher zum Abspeichern der in einer Initialisierungsphase gemessenen Gesamtspannung (UG|), einen Multiplizierer (5) zum Multiplizieren der im Betrieb wiederkehrend gemessenen aktuellen Gesamtspannung (UGA) mit einem Faktor k, einen zweiten Speicher (8) zum Abspeichern des so ermittelten Wertes einer Schwellenspannung (Us) und einen dritten Speicher (9) zum Abspeichern der wiederkehrend gemessenen aktuellen Gesamtspannung (UGA) aufweist, wobei die Werte des zweiten und des dritten Speichers der Auswerteeinrichtung (10) zum wiederkehrenden Vergleich der aktuellen Speicherwerte zugeführt sind, sowie mit einer Funktionstabelle (6), welche dazu eingerichtet ist, den Faktor k in Abhängigkeit von einer mittels zumindest eines Temperatursensors (7) gemessenen, für die aktuelle Temperatur der Leuchtdioden (D-ι, D2 ... Dn) repräsentativen Temperatur (Θ) zu bestimmen, wobei k (Θ) mit steigender Temperatur die Temperaturabhängigkeit der Flussspannung der Leucht-dioden berücksichtigend kleiner wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionstabelle (6) dazu eingerichtet ist, den Faktor k (Θ, ls) zusätzlich auch in Abhängigkeit von dem mit Hilfe eines Stromsensors (11) gemessenen, aktuellen Strom (ls) durch die Serienschaltung zu bestimmen. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen