CN105493630A - 发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管装置(10)，该发光二极管装置包括：至少两个分支，该至少两个分支相并联地电安装并且各自包括一个发光二极管，从而包括了第一分支(11)，该第一分支包括第一发光二极管(LED1)，以及第二分支(12)，该第二分支包括第二发光二极管(LED2)；以及第一检测器件(DET1)，该第一检测器件被设计成检测所述第一发光二极管的失效。根据本发明，该发光二极管装置进一步包括：一个电流调节器(REG1)，该电流调节器被安装成在电学上旁通所述第一发光二极管；以及一个切换电路(COM1)，该切换电路由所述检测器件加以控制以便取决于所述检测器件是检测到还是未检测到所述第一发光二极管的失效来对应地交替阻断穿过所述第一发光二极管或所述电流调节器的电流。
Description
技术领域
本发明总体上涉及发光二极管照明系统的领域。
更具体地讲，本发明涉及一种发光二极管装置，该发光二极管装置在一方面包括至少两个分支，该至少两个分支相并联地电连接并且各自包括一个发光二极管，其中第一分支包括第一发光二极管并且第二分支包括第二发光二极管；并且该发光二极管装置在另一方面包括一个检测器件，该检测器件被设计成检测所述第一发光二极管的失效。
此外，本发明涉及具有彼此相串联地电连接的多个如上所述的发光二极管装置的组件。
背景技术
值得注意地，从文献US2008/0204029中已知一种发光二极管装置，该发光二极管装置包括若干个分支，这些分支并联地电连接并且各自包括若干个串联的发光二极管。
该装置还包括：
-一个测量电路，该测量电路测量该发光二极管装置的每个分支中的功率、电流或电压，以及
-一个控制电路，该控制电路联接该测量电路，如果这些分支之一中测量的功率、电流或电压超过预定阈值，该控制电路就发送一个控制信号。
以这种方式，可以检测该装置的这些发光二极管中的一个或多个发光二极管的潜在失效，并且可以将包括一个或多个有缺陷的发光二极管的分支关闭。
于是应理解的是，关闭包括这个或这些有缺陷的发光二极管的整个分支导致其他分支中流动的电流强度增大，存在使这些其他分支的发光二极管退化和减少其寿命的风险。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种发光二极管装置，当有一个发光二极管失效时，该发光二极管装置允许保护其他发光二极管免受加速老化或过早失效。
更具体地讲，根据本发明，提供了一种如前言中所限定的发光二极管装置，该发光二极管装置包括：
-电流调节器，该电流调节器被电学上配置为针对所述第一发光二极管处于分路模式，以及
-切换电路，该切换电路由所述检测器件加以控制以用于取决于所述检测器件是检测到还是未检测到所述第一发光二极管的失效来对应地交替阻断流动穿过所述第一发光二极管或所述电流调节器的电流。
因此，该发光二极管装置被设计为当该检测器件检测到第一发光二极管的失效时维持该第一分支中流动的电流。
为此目的，检测该第一发光二极管的失效的检测器件控制：
-控制切换电路以用于开路该第一分支的载有该第一发光二极管的部分并且闭合该第一分支的载有该电流调节器的部分，以及
-控制电流调节器以用于维持该第一分支中的电流。
因此，即使当第一发光二极管有缺陷也因为该第二发光二极管保持由与失效之前的电流基本上相等的电流供电而保证了该发光二极管装置的运行连续性。
以这种方式，该第二发光二极管继续正常运行，并且被保护免遭老化或免于增大失效风险。
根据本发明的发光二极管装置的其他非限制性的和有利的特征如下：
-该电流调节器是由所述检测器件加以控制的电流产生器；
-所述检测器件包括用于识别所述第一发光二极管的开路状态的系统；
-所述检测器件将一个检测电压输送到所述切换电路，该检测电压的值取决于所述第一发光二极管的端子间电压的测量值与一个开路参考电压之间的比较结果；
-所述检测器件包括用于识别所述第一发光二极管的短路状态的系统；
-所述检测器件将一个检测电压输送到所述切换电路，该检测电压的值取决于所述第一发光二极管的端子间的电压的测量值与一个短路参考电压之间的比较结果；
-所述第一分支包括一个平衡电阻器，该平衡电阻器与所述电流调节器相串联地电连接；
-所述第一分支包括一个补偿电阻器，该补偿电阻器与包括所述电流调节器和所述第一发光二极管的次级电路相串联地电连接；
-所述发光二极管装置还包括：
-另一检测器件，该另一检测器件被设计成检测所述第二发光二极管的失效，
-另一电流调节器，该另一电流调节器与所述第二发光二极管相并联地连接，以及
-另一切换电路，该另一切换电路由所述另一检测器件加以控制以用于取决于该另一检测器件是检测到还是未检测到所述第二发光二极管的失效来对应地交替阻断所述第二发光二极管或所述另一电流调节器中流动的电流。
本发明的一种特别有利的应用是在实施多个发光二极管的一种串并联安排。
因此，本发明还提供了一种具有多个发光二极管装置的组件，该组件包括多个符合本发明的、彼此相串联地电连接的发光二极管装置。
附图说明
参考附图作为非限制性的示例给出的以下说明将使得清楚地理解本发明含有的内容以及如何实施本发明。
在附图中：
-图1A是根据本发明的第一实施例的发光二极管装置的电路图，该发光二极管装置包括两个发光二极管；
-图1B是当这两个发光二极管正确地运行时图1A中的发光二极管装置的等效电路图；
-图1C是当这两个发光二极管之一表现出失效时图1A中的发光二极管装置的等效电路图；
-图2是图1A中的发光二极管装置的第一发光二极管和检测器件的详细电路图；
-图3是根据本发明的第二实施例的发光二极管装置的电路图；
-图4是具有多个串联连接的发光二极管装置的组件的电路图。
具体实施方式
首先应指出的是，这些不同附图中示出的这些不同实施例的相同或相似的元件将使用相同的参考符号来标识并且将不会每次都予以说明。
在本说明书中，将使用术语“并联”和“分路模式”来表示两种类型的电气配置。
并联连接的两个元件应是在它们的各端子处以共同的节点相连接的。因此，这两个元件在它们的端子间将具有相同的电压。
另一方面，以分路模式连接的两个元件应是处于两个并联连接的分支中，其中这些分支中的一个分支或另一个分支可以进一步容纳其他的电气部件；这两个元件的端子间的电压于是可以是不同的。
图1A和图3示出了发光二极管装置，这些发光二极管装置可以形成较一般的组件的一部分的，如用于汽车车辆的外部照明系统，例如近光和远光前照灯，或者为DRL(日间行车灯)类型的信令灯。
LED(发光二极管缩写)技术在汽车车辆上被越来越多的利用，因为它相对于迄今使用的常规灯(例如白炽灯或卤素灯)提供了减少的电功率消耗和增加的寿命。
此外，由于发光二极管是小光源，发光二极管提供了对光束进行调节和整形的广泛可能性。
将发光二极管集成到汽车照明系统(如侧灯、远光和近光前照灯、雾灯、以及信令灯)中给汽车车辆的驾驶员提供了改进的道路的可视性和改进的信令性能，并且给汽车制造商提供了在他们的照明系统的设计中更大的自由度。
图1A和图3中的发光二极管装置10、20经受能够使发光二极管劣化的恶劣的热电条件。
一个或多个发光二极管的失效对于驾驶员而言可能具有严重的后果，例如当在夜间行驶时，由于这些失效导致由该发光二极管装置发射的全部或部分光强度损失。
本发明的目的之一是提供一种发光二极管装置，其中一个发光二极管的失效不会导致其他发光二极管的失效。
例如，如图1A所示，该发光二极管装置(下文表示为“LED装置”并且参考号为10)包括至少两个并联电连接的分支11、12。
连接在LED装置10的输入点10A和输出点10B之间的一个电源13为LED装置10的运行提供所需的电功率。
更准确地讲，在此，此电源13是一个电流调节器，该电流调节器维持LED装置10的端子间的、即输入点10A与输出点10B之间的预定供电电压V并且输送供电电流强度I。此供电电流独立于供电电压V并且是根据存在于第一分支11和第二分支12中的这些不同电气部件和根据LED装置10必须发射的光强度水平进行调整的。
作为一个变体，该电源可以是一个电压调节器，该电压调节器提供对该LED装置的电压控制。
在此，每个分支11、12都包括一个发光二极管。
作为变体，该LED装置的这些不同分支可以例如包括若干个相串联的发光二极管。
此外，提供了第一检测器件DET1，以用于检测至少一个第一发光二极管LED1的失效。
还提供了用于补偿第一发光二极管LED1的失效的器件，其方式为使得流动穿过其他发光二极管的电流不会或几乎不会受这一失效的影响，并且此外这是本发明的主题。
因此，根据本发明的一个特别有利的特征，LED装置10、20进一步包括：
-一个电流调节器REG1，该电流调节器被电配置为针对第一发光二极管LED1处于分路模式，以及
-一个切换电路COM1，该切换电路由检测器件DET1加以控制以用于取决于检测器件DET1是检测到还是未检测到所述第一发光二极管LED1的失效来对应地交替阻断流动穿过第一发光二极管LED1或穿过电流调节器REG1的电流。
电流调节器REG1将允许消耗与由第一发光二极管LED1在其失效之前所消耗的功率基本上相同的功率。切换电路COM1就其部分而言将允许第一发光二极管LED1断开连接并且代替后者且在其位置上连接电流调节器REG1。
在图1A中所示的本发明的第一实施例中，LED装置10仅包括两个分支11、12。主要描述和示出该实施例来以简单的方式说明本发明的运行。
如图1A所示，由电源13供应的在LED装置10中流动的供电电流I于是分解成以下各项的总和：
-第一分支11中流动的第一电流I1，以及
-第二分支12中流动的第二电流I2。
在该第一实施例中，每个分支11、12在此包括单一的发光二极管：第一分支11包括放置在第一分支11的第一部分11A的一个第一发光二极管LED1，并且第二分支12包括一个第二发光二极管LED2。
第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2可以表现出相同或不同的光学特性(光强度、波长光谱、色温等)。
类似地，第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2可以表现出相同或不同的电特性。
在此，这些特性被认为是不同的。
为了理解图1A中的LED装置10的电运行，图1B中示出了当两个发光二极管LED1、LED2都没有失效地运行时的LED装置10的等效电路图。
没有失效时，第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、以及电源13是并联连接的。
第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1和第二发光二极管LED2的端子间第二电压VLED2等于供电电压V。
由于这些发光二极管LED1、LED2的电特性在此稍有不同，流动穿过第一发光二极管LED1的第一正向电流IF1与流动穿过第二发光二极管LED2的第二正向电流IF2可以不同。
一个发光二极管可能经历失效，于是导致其熄灭或毁坏。
因此，第一发光二极管LED1可以例如表现开路失效。在这种情况下，第一分支11的第一部分11A中的电流的穿行被中断，并且第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1示出短暂的增大。于是风险是全部的供电电流I在第二分支12中流动，这将导致流动穿过第二发光二极管LED2中的电流增大并且可能导致该第二发光二极管的退化。
相反，第一发光二极管LED1可以表现短路失效。在这种情况下，第一分支11的第一部分11A的电流发生无阻力地穿行，并且第二发光二极管LED2被短路并不再发光。因此，使得LED装置10不起作用。
一般来讲，第一发光二极管LED1的任何失效都将导致其端子间电压VLED1的变化。
现在将看到，当第一发光二极管LED1经历失效时，根据本发明的LED装置10如何允许流动穿过第二分支12的第二电流I2的强度的值保持接近于其在第一发光二极管LED1失效之前的值。
如图2所示，第一检测器件DET1被连接在第一发光二极管LED1的端子间，以便测量第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1的值。
为了检测第一发光二极管LED1的潜在开路失效，第一检测器件DET1进一步包括(参见图2)一个用于识别第一发光二极管LED1的开路状态的系统COMPOC,1和一个用于识别短路状态的系统COMPSC,1。
用于识别开路状态的系统COMPOC,1在此包括一个电压比较器，该电压比较器将第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1的测量值与开路参考电压VOC,REF相比较。
例如，对于其正向运行电压VF1是在3V和4V之间的范围内的第一发光二极管LED1而言，开路参考电压VOC,REF将被选定成大于VF1并且是在4.5V和5.5V之间的范围内。
用于识别开路状态的系统COMPOC,1在其输出端输送第一开路检测电压VOC,1，该第一开路检测电压取决于先前的比较结果：
-当第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1低于开路参考电压VOC,REF时，用于识别开路状态的系统COMPOC,1输送第一开路检测电压VOC,1的第一值(例如正的)，从而识别出第一发光二极管LED1正在正确地运行，并且
-当第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1大于或等于开路参考电压VOC,REF时，用于识别开路状态的系统COMPOC,1输送第一开路检测电压VOC,1的第二值(例如负的)，从而识别出第一发光二极管LED1是有缺陷的。
用于识别短路状态的系统COMPSC,1在此也包括一个电压比较器，该电压比较器将第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1的测量值与短路参考电压VSC,REF相比较。
该短路参考电压VSC,REF是在0V与第一发光二极管LED1的阈值电压之间的范围内。例如，对于其阈值电压是在2.5V和4V之间的范围内的第一发光二极管LED1而言，短路参考电压VSC,REF将是在1V和2V之间的范围内。
用于识别短路状态的系统COMPSC,1在其输出端输送第一短路检测电压VSC,1，该第一短路检测电压取决于先前的比较结果：
-当第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1高于短路参考电压VSC,REF时，用于识别短路状态的系统COMPSC,1输送第一短路检测电压VSC,1的第一值(例如正的)，从而识别出第一发光二极管LED1正在正确地运行，并且
-当第一发光二极管LED1的端子间电压VLED1小于或等于短路参考电压VSC,REF时，用于识别短路状态的系统COMPSC,1输送第一短路检测电压VOC,1的第二值(例如负的)，从而识别出第一发光二极管LED1有短路失效。
作为变体，用于该LED装置的第一检测器件可以要么仅包括一个用于识别开路状态的系统，要么仅包括一个用于识别短路状态的系统。
在图1A至图3中示出的LED装置10、20的示例中，第一检测器件DET1还包括具有两个输入端和一个输出端的逻辑电路LOG1。
作为变体，该第一检测器件可以例如包括模拟电路。
该逻辑电路LOG1在其输入端接收开路参考电压VOC,REF和短路参考电压VSC,REF并且在其输出端输送一个检测电压VDET1。
该逻辑电路LOG1可以例如是一个“与”门。
因此，连接载有第一发光二极管LED1的第一分支11的第一检测器件DET1可以检测第一发光二极管LED1的潜在的短路或开路失效。
电流调节器REG1被电配置以针对第一发光二极管LED1的分路模式处于第一分支11的第二部分11B中。
该电流调节器REG1是通过由第一检测器件DET1输送的检测电压VDET1来控制的。这应理解为是指，电流调节器REG1是由检测器件DET1启用的并且取决于检测电压VDET1的值表现出两个不同的电状态。
具体地讲，当检测电压VDET1高于某一预定阈值时，指示了第一发光二极管LED1正在正确地运行，电流调节器REG1被禁用并且电学上等同于其中没有电流流动的开路。
相比之下，当检测电压VDET1低于预定阈值时，指示了第一发光二极管LED1有失效，电流调节器REG1被启用并且将电流输送到第一分支11中。
该电流调节器REG1可以例如包括双极晶体管，该双极晶体管与一个校准电阻器相串联连接，该晶体管的连接到检测器件DET1的基极接检测电压VDET1，并且该晶体管的发射极和集电极被连接到第一分支11的第二部分11B。
作为变体，该电流调节器可以例如包括双极晶体管和与该晶体管的基极和发射极之间的结点相并联连接的校准电阻器。
切换电路COM1被放置在第一分支11的第一部分11A和第二部分11B之间的结点处，对应地在第一发光二极管LED1之后和电流调节器REG1之后。
作为变体，该切换电路可以例如是在该第一发光二极管之前和该电流调节器之前的。
该切换电路COM1是一个电气部件，该电气部件包括例如两个开关、并且具有两个不同的电状态：
-第一状态，在该第一状态中该切换电路仅允许电流在第一分支11的第一部分11A中流动，以及
-第二状态，在该第二状态中该切换电路仅允许电流在第一分支11的第二部分11B中流动。
有利地，切换电路COM1是由检测器件DET1控制的并且取决于检测器件DET1是检测到还是未检测到第一发光二极管LED1的失效而对应地处于该第二状态或第一状态。
更准确地讲，检测电路DET1将检测电压VDET,1输送至切换电路COM1，此检测电压VDET1的值调整切换电路COM1采用的状态：
-在检测电压VDET1高于该预定阈值、第一发光二极管LED1正在正确地运行时，处于第一状态中，并且
-在检测电压VDET1低于该预定阈值、第一发光二极管LED1有缺陷时，处于第二状态。
因此，当第一发光二极管LED1有缺陷时，图1A中的LED装置10在电学上等同于图1C中示出的电路图。
有利地，电流调节器REG1被选定的方式为：当它被由检测器件DET1控制的切换电路COM1连接到第一分支11中时，该电流调节器输送与在第一发光二极管LED1失效之前流动穿过其中的电流基本上相等的电流。
以这种方式，在第二分支12中流动的并且流动穿过并无失效的第二发光二极管LED2的第二电流I2保持基本恒定，并且接近于其在第一发光二极管LED1失效之前的值。
当电流调节器REG1靠自身无法维持第二分支12中的这种电流时，提供了与电流调节器REG1串联电连接的平衡电阻器Req,1。
平衡电阻器Req,1还可以使流动穿过电流调节器REG1的电流能够固定在一个预定值。
作为变体，可以选择靠自身能够维持这种电流的电流调节器，在这种情况下将不需要平衡电阻器。
因此，借助于本发明，可以降低此第二发光二极管LED2加速老化或过早失效的风险。
在图4所示的第二实施例中，LED装置20还包括第二检测器件DET2，该第二检测器件就像第一检测器件DET1一样将检测第二发光二极管LED2的失效。
因此，LED装置20还包括：
-第二电流调节器REG2，该第二电流调节器与所述第二发光二极管LED2相并联地连接，以及
-第二切换电路COM2，该第二切换电路由第二检测器件DET2加以控制，该第二检测器件交替地允许电流在第二发光二极管LED2或第二电流调节器REG2中流动，这对应地取决于第二检测器件DET2是检测到还是未检测到该第二发光二极管LED2的失效。
另一电流调节器REG2和另一切换电路COM2的运行与电流调节器REG1和切换电路COM1的运行完全相同。
因此，改善了这样的LED装置20的耐用性，因为该LED装置允许对这两个发光二极管LED1、LED2中的一个或另一个的失效进行补偿。
有利地，当第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2表现出不同的电特性、特别是不同的运行电压时，LED装置20包括多个补偿电阻器Rcomp,1、Rcomp,2，这些补偿电阻器被对应地放置在第一和第二分支11、12中(参见图4)，在第一切换电路COM1之后和在第二切换电路COM2之后，以便在这些发光二极管LED1、LED2之一有或无失效的情况下调节第一分支11和第二分支12中的电压。
作为变体，这种LED装置还可以包括与该第一和第二第分支的电流调节器相串联连接的平衡电阻器。
图4中示出了具有多个上述类型的LED装置的组件30。
此组件30是由两个LED装置的称作“串并联”的安排形成的，这些LED装置各自包括四个彼此并联连接的发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8(以下表示为LED1-LED8)，这两个LED装置彼此串联地电连接。
这样的具有多个LED装置的组件30还被称为“4×2LED阵列”。
作为变体，该具有多个LED装置的组件可以包括各自包括不同数量的、彼此并联连接的发光二极管的多个LED装置。
在此，以特别有利的方式，各发光二极管LED1-LED8联接有(参见图4)以如先前所描述同一方式一起运行的一个检测器件DET1、DET2、DET3、DET4、DET5、DET6、DET7、DET8，一个电流调节器REG1、REG2、REG3、REG4、REG5、REG6，REG7、REG8，以及一个切换电路COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、COM6、COM7、COM8。
因此，当这些发光二极管LED1-LED8之一失效(例如开路或短路失效)时，所有其他发光二极管继续运行，并且由具有多个LED装置的该组件30发射的总光强度仅减弱有缺陷的发光二极管的光强度。
此外，流动穿过这些无缺陷的发光二极管的电流在有缺陷的发光二极管失效之前和之后保持基本上相等，从而使它们的寿命不受影响。
Claims (10)
1.一种发光二极管装置(10，20)，包括：
-至少两个分支(11，12)，该至少两个分支相并联地电连接并且各自包括一个发光二极管(LED1，LED2)，其中第一分支(11)包括第一发光二极管(LED1)并且第二分支(12)包括第二发光二极管(LED2)，以及
-第一检测器件(DET1)，该第一检测器件被设计成检测所述第一发光二极管(LED1)的失效，
其特征在于，该发光二极管装置进一步包括：
-电流调节器(REG1)，该电流调节器被电学上配置为针对所述第一发光二极管(LED1)处于分路模式，以及
-切换电路(COM1)，该切换电路由所述检测器件(DET1)加以控制以用于取决于所述检测器件(DET1)是检测到还是未检测到所述第一发光二极管(LED1)的失效来对应地交替阻断流动穿过所述第一发光二极管(LED1)或所述电流调节器(REG1)的电流。
2.如权利要求1所述的发光二极管装置(10，20)，其中，该电流调节器(REG1)是由所述检测器件(DET1)加以控制的电流产生器。
3.如权利要求1和2中任一项所述的发光二极管装置(10，20)，其中，所述检测器件(DET1)包括一个用于识别所述第一发光二极管(LED1)的开路状态的系统(COMPOC,1)。
4.如权利要求3所述的发光二极管装置(10，20)，其中，所述检测器件(DET1)将一个检测电压(VDET1)输送到所述切换电路(COM1)，该检测电压的值取决于所述第一发光二极管(LED1)的端子间电压(VLED1)的测量值与一个开路参考电压(VOC,REF)之间的比较结果。
5.如权利要求1至4之一所述的发光二极管装置(10，20)，其中，所述检测器件(DET1)包括一个用于识别所述第一发光二极管(LED1)的短路状态的系统(COMPSC,1)。
6.如权利要求5所述的发光二极管装置(10，20)，其中，所述检测器件(DET1)将一个检测电压(VDET1)输送到所述切换电路(COM1)，该检测电压的值取决于所述第一发光二极管(LED1)的端子间电压(VLED1)的测量值与一个短路参考电压(VSC,REF)之间的比较结果。
7.如权利要求1至6之一所述的发光二极管装置(10)，其中，所述第一分支(11)包括一个平衡电阻器(Req,1)，该平衡电阻器与所述电流调节器(REG1)相串联地电连接。
8.如权利要求1至7之一所述的发光二极管装置(20)，其中，所述第一分支(11)包括一个补偿电阻器(Rcomp,1)，该补偿电阻器与包括所述电流调节器(REG1)和所述第一发光二极管(LED1)的次级电路相串联地电连接。
9.如权利要求1至8之一所述的发光二极管装置(20)，还包括：
-另一检测器件(DET2)，该另一检测器件被设计成检测所述第二发光二极管(LED2)的失效，
-另一电流调节器(REG2)，该另一电流调节器与所述第二发光二极管(LED2)相并联地连接，以及
-另一切换电路(COM2)，该另一切换电路由所述另一检测器件(DET2)加以控制以用于取决于所述另一检测器件(DET2)是检测到还是未检测到所述第二发光二极管(LED2)的失效来对应地交替阻断流动穿过所述第二发光二极管(LED2)或所述另一电流调节器(REG2)的电流。
10.一种具有多个发光二极管装置的组件(30)，其特征在于，该组件包括多个如权利要求1至9之一所述的、彼此相串联地电连接的发光二极管装置。
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