CN101594715B - 电气电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有能量源(3)的电气电路装置(2)，该能量源对直流电压转换器(4)馈电以将输入电压转换为输出电压，其中输出电压对负载(5)馈电。电路装置(2)具有：开关元件(29)，其设置在直流电压转换器的输出端(13)和负载(5)之间；反馈支路，其设置在开关元件(29)的负载侧的端子和能量源(3)的第二极之间，其中带有设置在反馈支路中的器件(31)，用于防止在开关元件(29)的负载侧的端子和能量源(3)的第二极之间的短路。本发明能够实现使用构建为升压转换器的电压转换器(4)，通过合适的参考电势的切换以有效利用能量的方式驱动输出侧的负载(5)，特别是机动车大灯的发光二极管(15a至15n)。

Description

电气电路装置
技术领域
本发明涉及一种带有能量源的电气电路装置，该能量源对直流电压转换器馈电以将输入电压转换为输出电压，其中输出电压对负载馈电。
背景技术
开头提及类型的带有直流电压转换器的电气电路装置例如由出版物DE19646861C1公开。该电路用于气体放电灯的电压供给并且包括直流电压转换器，该直流电压转换器将与参考电势关联的输入电压转换为两个与参考电势不同的、具有不同数值的输出电势。通过用不同的输出电势交替地激励气体放电灯，可以减小气体离子与灯体的相互作用。
此外，由现有技术公开了用于激励LED(发光二极管)的电气电路。特别是在机动车的LED照明设备的情况下，多个串联的发光二极管链要求大于或等于LED的单个正向电压之和(所谓的总电压)的车载电网电压。如果LED的总电压超过车载电网电压，则必须提高用于LED的车载电网电压。为了提高电压，在现有技术中例如使用构建为升压转换器的直流电压转换器。然而，带有升压转换器的电路装置具有的缺点是，电压范围局限于车载电网电压之上的电压。此外，缺少LED的供电线路的防短路能力。
发明内容
由此，本发明的任务在于，提出一种带有直流电压转换器的电气电路装置，其具有尽可能简单的结构，并且适于驱动LED链，其总电压也可以小于车载电网电压并且具有LED供电线路的防短路能力。
为了解决该任务，基于开头所提及类型的电气电路装置提出：电路装置具有：开关元件，其设置在直流电压转换器的输出端和负载之间；反馈支路，其设置在开关元件的负载侧的端子和能量源的第二极之间；以及设置在反馈支路中的二极管，用于防止在开关元件的负载侧的端子和能量源的第二极之间的短路。
于是，根据本发明提出了，负载的参考电势在直流电压转换器的第一输入电势和直流电压转换器的第二输入电势之间转换。第一输入电势优选在能量源的负极(或者地)上，而第二输入电势在能量源的正极上。为了对负载的参考电势进行转换，使用开关元件，该开关元件使参考电势在能量源的负极和正极之间转换。在输出侧在直流电压转换器上下降的电压根据开关状态而改变，使得该直流电压转换器可以用作升压转换器也可以用作降压转换器。
根据本发明的一个有利的实施形式所提出的是，使用直流电压源、特别是机动车的电池作为能量源。根据本发明的一个优选的扩展方案，所提出的是，所述负载包括特别是机动车的照明设备的至少一个发光二极管(LED)。当在此由升压转换器所产生的输出电压大于LED的总电压时，也可以将多个LED串联成为LED链。
有利的是，设置在反馈支路中的所述二极管以其负极设置在能量源的第二极(例如正极)上，并且以其正极设置在开关元件的负载侧的端子上。在闭合的开关元件的情况下，二极管防止了短路。
在本发明的一个优选的扩展形式中设计了：在电压转换器的第一输出端和负载之间设置了另外的开关元件，用于实现负载的能量供给信号的脉宽调制。借助该另外的开关元件，可以以脉冲方式驱动对负载的电流输送。脉宽调制能够实现用所设计的标称电压驱动LED并且同时具有较小的平均功率消耗。
根据本发明的另一优选的扩展方案，所提出的是，开关装置具有用于测量流经负载的电流的装置，这些装置与负载串联地设置在电压转换器的第一输出端和参考电势之间。作为用于测量电流的装置，例如使用电流测量电阻。
优选的是，该电路装置具有电流调节器，用于将流经负载的电流调节到可预先给定的值。该电流调节器例如激励开关用于脉宽调制，以便实现将电流以脉冲方式输送至负载。
附图说明
在下面借助附图进一步阐述本发明的一个优选的实施例。其中：
图1示出了根据一个优选的实施形式的根据本发明的电气电路装置；
图2示出了由现有技术已公开的电气电路装置；以及
图3以侧视图示出了带有根据本发明的电路装置的机动车大灯。
具体实施方式
在图2中，现有技术中已公开的电路装置在其整体上用附图标记1表示。电路装置1具有能量源3、电压转换器4和负载5。能量源3优选是带有正极6和负极8的直流电压源。正极6连接到电压转换器4的第一输入端7上，而负极8与电压转换器4的第二输入端9相连。在电压转换器4的输出端11和13上有不同的输出电势。位于第一输出端11上的电势大于位于第二输出端13上的电势。在电压转换器4的两个输出端11、13之间有负载5。负载5优选包括多个串联的LED15a至15n。在输入侧，由电压源3提供的电池电压UBat降落在电压转换器4上，并且在电压转换器4的输出端11、13之间出现电压ULED。
电压转换器4包括线圈元件17、开关元件19、二极管21和电容器23，其中线圈元件17、二极管21和电容器23串联。例如半导体开关、特别是双极性晶体管或者场效应晶体管作为开关元件19。线圈元件17与电压转换器4的正输入端7相连，并且接触二极管21的正极。二极管21的负极与电压转换器4的第一输出端11以及与电容器23相连。电容器23的另一端子与第二输入端9以及电压转换器4的第二输出端13相连。开关元件19与二极管21以及电容器23并联。
在电压转换的范围中，首先线圈元件17通过开关元件19相对于地被连接。电压转换器4在闭合的开关元件19的情况下将能量源3输送给其的电能借助线圈元件17转换为磁能，该磁能存储于线圈元件17的磁场中。如果开关元件19随后被断开，则线圈元件17试图维持电流产生的磁通(Stromfluss)。在线圈元件17的次级端部上的电压非常快速地上升到如下值：该值大于线圈元件17的初级端部上的电压。如果该电压超过电容器23上的电压，则二极管21导通。电流继续流过二极管21并且对电容器23充电。在此，线圈元件17发出其存储于磁场中的能量。由于电感17的作用，电流产生的磁通以及由此电容器23的充电过程维持到超过如下的时刻：在该时刻在电感17中初始存储的能量被完全发送给电容器23。这使得将电容器23充电到大于输入电压UBat的电压Uc。
开关元件19被以时钟控制的方式驱动，使得该过程周期性地重复。电容器23在此可以用作平滑电容器，其必须具有足够的电容，以便将输出电压充分地平滑，也即保证基本上恒定的输出电压Uc。
在图2中示出的电压转换器4也称为升压转换器。带有负载5的升压转换器4的运行要求使用附加的器件，特别是电阻，其中该负载必须以整体上比转换器4产生的输出电压Uc更低的工作电压(例如LED的较低的标称电压)来驱动。然而，这出于成本原因以及由于劣化的效率是不利的。已公开的电路装置1的另一缺点在于，电压转换器4并不具有防短路能力，因为没有将可关断的器件集成在短路路径中。
在此，图1中所示的并且在其整体上用附图标记2表示的根据本发明的电气电路装置可以进行补救。该电路装置特别是包括能量源3、电压转换器4、开关元件29以及带有二极管31的反馈支路10。电压转换器4的第二输出端13与开关元件29相连。反馈支路10和负载5与开关元件29的另一端子相连。反馈支路10具有二极管31，该二极管的负极连接到能量源3的正极6上。负载包括发光二极管15a至15n，其中发光二极管15n在负极侧与开关元件29相连，并且发光二极管15a在正极侧与开关元件27相连。此外，开关元件27接触电流测量电阻25，该电流测量电阻25用于检测流经负载5的电流。电流测量电阻25与电压转换器4的第一输出端11相连。
升压转换器4在其第一输出端11提供电压Uc，该电压被具有相应电容的电容器23保持基本上恒定。在开关元件27闭合时，在忽略电流测量电阻25的情况下在负载5上有电压转换器4的输出电压Uc。
负载5、特别是发光二极管15a至15n被以电流控制的方式驱动。开关元件27可以通过电流调节电路来控制，并且可以为了LED15a至15n的激励信号的脉宽调制而以时钟控制的方式驱动。开关元件27以通过脉宽调制预先给定的、确定的占空比来控制针对发光二极管15a至15n的标称电流的输送。于是例如可能的是，以小于识别灯(Positionslicht)的功率和大于日间行车灯(Tagfahrlicht)的功率来驱动同一发光体，并且将LED15a至15n的额定工作电压尽可能地保持恒定。
电流测量电阻25检测由电压转换器4发送给负载5的电流。电压转换器4的电流发送由未示出的电流调节器基于电流测量电阻25的测量值来调节。电流调节器一方面控制电压转换器4的开关元件19，以便通过电容器23的充电时间来设置希望的电流，并且另一方面控制脉宽调制开关27，以便在需要时对LED15a至15n进行调光。
开关元件29的任务是调节负载5的参考电势。该开关元件可以将参考电势在能量源3的负极8及其正极6之间切换。要调节的参考电势取决于在LED15a至15n上降落的总电压ULED的大小。如果在LED15a至15n上的总电压ULED在能量源3可用的电池电压UBat以上，则开关元件29闭合，由此将LED15a至15n相对于地连接。由此，在电压转换器4上存在最大可生成的输出电压Uc。在该情况中，二极管31被连接用于防止截止方向上的短路。如果LED15a至15n的总电压ULED小于升压转换器4产生的输出电压Uc和能量源3的电池电压UBat之间的差时，开关元件29断开。由此，负载5相对于作为参考电势的能量源3的正极6而连接。由此，在负载侧下降相对于电池电压UBat更小的电压。于是，借助根据本发明的电路装置2，可能以简单的方式并且没有大的效率损失地在需要时将负载5的供给电压从较高的值切换到较低的值。
在图2中的已知的升压转换器没有防短路能力，因为在短路路径中并未设置可切断的器件，而在图1中示出的根据本发明的电路装置2的拓扑中克服了缺少防短路能力。开关元件27以及开关元件29都是设置在短路路径中的可切断的器件，通过它们可以实现防短路能力。考虑到汽车电池所提供的较高的电流，这尤其是具有特别的意义。
图3以侧视图示出了机动车大灯50。大灯50包括多个LED54、56、58，用于发出在可见的波长范围(光)和/或在不可见的波长范围(紫外、红外辐射)中的辐射。为了在工作期间冷却LED54-58，这些LED被设置在冷却体60上。LED54-58与不同的用于将光束聚束的装置关联。上部的LED54和下部的LED58是反射系统的组成部分。因此，聚束装置构建为在冷却体60的上侧和下侧的半壳形式的反射器52。反射器52优选具有旋转抛物面形状或者与此不同的自由形状。在冷却体60的前端面上的LED56是投影系统的组成部分。出于该原因，聚束装置构建为一个或多个附加光学系统(Vorsatzoptiken)62，它们借助全反射将LED56发出的光或者由其发出的辐射聚束。此外，在光路中设置有至少一个带有上边缘的遮光元件68，该遮光元件遮住被聚束的光的一部分。在遮光器68旁经过的光通过用于产生所希望的光分布的投影透镜64投影到车辆前的行车道上。在此，遮光器68的上边缘成像为在行车道上的光分布的亮暗边界。LED54-58借助电压ULED来驱动，由电池电压UBat供电的电压转换器66产生该电压。
在电压转换器66中设置有电路，该电路具有图1中的根据本发明的电路装置2、带有设置于其中的二极管31的反馈支路以及开关元件29。当然，包含于电压转换器66中的电路也还可以具有根据图1的电路装置2的其他组成部分。由此，本发明能够实现使用构建为升压转换器的电压转换器4，通过将参考电势在不同值之间进行切换而在不同电压的情况下用于以有效利用能量的方式驱动输出侧的负载5，特别是机动车大灯的LED54-58。

Claims (10)

1.一种带有能量源(3)的电气电路装置(2)，该能量源对直流电压转换器(4)馈电以将输入电压转换为输出电压，其中输出电压对负载(5)馈电，其特征在于，电路装置(2)具有：开关元件(29)，其设置在直流电压转换器的输出端(13)和负载(5)之间；反馈支路，其设置在开关元件(29)的负载侧的端子和能量源(3)的第二极之间，其中带有设置在反馈支路中的二极管(31)，用于防止在开关元件(29)的负载侧的端子和能量源(3)的第二极之间的短路。
2.根据权利要求1所述的电路装置(2)，其特征在于，使用直流电压源作为能量源(3)。
3.根据权利要求2所述的电路装置(2)，其特征在于，使用机动车的电池作为能量源(3)。
4.根据权利要求2所述的电路装置(2)，其特征在于，第一极是能量源(3)的负极，而第二极是能量源(3)的正极。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电路装置(2)，其特征在于，负载(5)至少包括发光二极管(15a)。
6.根据权利要求5所述的电路装置(2)，其特征在于，所述发光二极管(15a)是机动车的照明设备。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的电路装置(2)，其特征在于，设置在反馈支路中的所述二极管以其负极设置在能量源(3)的第二极上，并且以其正极设置在开关元件(29)的负载侧的端子上。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的电路装置(2)，其特征在于，在电压转换器(4)的第一输出端(11)和负载(5)之间设置了另外的开关元件(27)，用于实现负载(5)的能量供给信号的脉宽调制。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的电路装置(2)，其特征在于，电路装置(2)具有用于测量流经负载(5)的电流的装置(25)，这些装置与负载(5)串联地设置在电压转换器(4)的第一输出端(11)和参考电势之间。
10.根据权利要求9所述的电路装置(2)，其特征在于，电路装置(2)具有电流调节器，用于将流经负载(5)的电流调节到可预先给定的值。
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