CN106102204B - 用于检测机动车辆的灯设备中的短路发光二极管的设备和方法 - Google Patents

用于检测机动车辆的灯设备中的短路发光二极管的设备和方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的灯设备使得可以在多个该二极管的串联组件中检测短路的发光二极管。通过考虑二极管的结点温度，与之相关联的设备和方法使得可以避免误报短路探测。设备还能够了解对于独立地和动态地检测而言有必要的操作参数，这使得设备特别具有适应性。

Description

用于检测机动车辆的灯设备中的短路发光二极管的设备和 方法
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的灯设备的技术领域，尤其是使用多个发光二极管LED以产生机动车辆的至少一个灯功能的灯设备。
背景技术
发光二极管，LED，是当半导体电子构件被特定强度的电流传输通过时发光的半导体电子部件。具有LED特征的特性是其正向电压Vf。这是当LED被电流传输通过和发光时在LED的端子处测量到的压降。逐渐高效的半导体部件的发展导致具有逐渐降低的正向电压的LED的出现。LED的正向电压是在相等电流下其半导体结点温度的递减函数。
在机动车辆工业中，并且特别在用于机动车辆的灯设备的技术领域中，LED的使用逐渐被推荐以替代传统使用的白炽光源。这是因为LED的低能耗具有不可否认的优点。另外，多个LED可以以预定线路放置，因而使得可以产生机动车辆的灯的有趣的和单独的光学特征。实际上已知的是使用串联连接的多个LED以产生机动车辆的灯功能诸如，日间行车灯、方向指示器或远光灯功能。当该串联组件的LED中的一个的结点有缺陷时，涉及的LED被称为短路。机动车辆的前灯可能遭受广泛改变的气象条件。因而，形成该前灯的部分的LED需要能够在约-20℃或更少的非常低的温度下并且在可以超过80℃的设备操作温度下操作。
已知的实践是，通过比较位于串联组件的端子处的电压与总正向电压以检测短路LED。该已知的解决方案从下述原理出发，即，如果测量电压在N·Vf以下，则LED中的一个被短路，其中N是串联连接的LED的数量，并且Vf是其正向电压。然而，在增加数量的串联安装的LED的情况下，该方法可能在许多情况下产生误报探测。例如，在从-40℃到90℃的变化范围的温度范围内，LED的正向电压Vf可以呈现出大约0.6V的变化。相同LED的在最大温度处的最小正向电压值Vfmin可以等于大约2.3V。在该构造中，仅由于LED的结点温度，位于包括N个LED的串联组件的端子处的电压可以呈现出N·0.6V的变化。清楚地，从N＝6开始，这些变化的幅度远超过组件的每个LED的最小正向电压。因此，LED的短路可能不再被确定地检测到，并且已知方法很可能产生误报警。
专利文件DE10 2007 024 784 B4描述了能够检测在串联组件中的LED的短路的设备。当失效被检测到时，警报信号通过车辆的内部信息系统被通知给车辆用户。描述的解决方案未能够考虑到与LED的结点温度联系的正向电压变化。
专利文件US7,638,947B2提出了旨在检测在串联组件中的LED的短路的设备。根据描述的一个实施例，设备可以适于考虑到正向电压根据串联组件的LED的温度的变化。然而，提出的解决方案要求专用电子部件存在于支撑LED的印刷电路板上。专用部件必须被以特定方式布置在至少一个LED的端子处，这生成了增加的生产成本、该印刷电路板的设计的额外约束和印刷电路板上的空间的可能损耗。
发明内容
本发明的目标是减轻现有技术所提出的至少一个问题。更具体地，本发明的目标是提出一种设备和方法，其能够不依赖于结点温度并且使用已经广泛地用于机动车辆的已知灯设备中的部件来检测串联组件中的LED的短路。
本发明的主题是用于机动车辆的灯设备。设备包括用于为串联安装的多个发光二极管，LED，供电的驱动装置。每个LED的特征在于，具有取决于其结点温度的相同正向电压Vf。设备包括适用于测量LED的结点温度的第一装置，和用于测量位于组件端子处的电压的第二装置。设备还包括处理装置以用于检测组件的LED中的至少一个的失效。设备在以下方面是显著的，即处理装置被构造成用于：
-将在第一规定时刻测量的位于组件的端子处的电压与在第二规定时刻测量的位于组件的端子处的电压进行比较，该比较的条件是识别在所述第一时刻和第二时刻测量的LED结点温度；和
-根据该比较检测组件的LED中的至少一个的失效。
例如，所述电压比较可以通过直接地比较两个电压，或将这些电压中的一个与直接取决于另一个电压的比较电压进行比较而实现。例如，比较电压可以等于另一个电压减去公差电压。
以等同的或累积的方式，比较的条件可以是，识别穿过LED的电流，电流在所述第一时刻和第二时刻被测量。
设备可以优选地包括存储器元件，处理装置被构造成用于读取和写入所述存储器元件。处理装置可以进一步地被构造成用于：
-使用测量装置获得指示LED中的至少一个的结点温度的测量值Tmes，和指示当组件被供电时在规定时刻位于组件端子处的电压的测量值Vmes。
-如果存储器元件包括与温度Tmes相关联的电压值Vcal，则将测量值Vmes与Vcal或与直接地取决于Vcal的比较电压进行比较；
-根据所述比较断定组件中的LED中的一个被短路。
如果有必要，则测量的温度Tmes应该与存储在存储器元件中的温度大致地相同。
优选地，处理装置可以被构造成用于：
-如果存储器元件包括与温度Tmes相关联的电压值Vcal，则比较测量值Vmes与(Vcal+/-α),0<α≤Vf；
-根据如果Vmes<(Vcal+/-α)，则断定组件中的LED中的一个被短路。
优选地，处理装置可以被构造成，如果Vmes≥(Vcal+/-α)则通过使用值Vmes以更新存储的电压值Vcal。
优选地，处理装置可以被构造成用于：
-如果存储器元件不包括与测量值Tmes相关联的任何电压值，则存储测量值Vmes并且使测量值Vmes与存储器元件中的测量值Tmes关联。
第一测量装置可以优选地包括布置成接近包括多个LED的组件的热敏电阻。
处理装置可以优选地包括微控制器元件。
优选地，存储器元件可以包含在微控制器元件中。
微控制器元件可以优选地形成用于对LED供电的驱动装置的部件。
优选地，组件和第一测量装置被布置在相同基板上。基板例如可以是印刷电路板，PCB，的基板或模制互连设备，MID，的基板。
本发明的另一主题是用于检测机动车辆的灯设备中的短路发光二极管，LED，的方法。设备包括用于为串联安装的多个发光二极管，LED，供电的驱动装置。每个LED的特征在于，具有取决于其结点温度的相同正向电压Vf。设备还包括用于测量LED的结点温度的第一装置，和位于组件端子处的电压的第二装置。设备还包括处理装置以用于检测组件的LED中的至少一个的失效。方法在以下方面是显著的，即方法包括以下步骤：
-将在第一规定时刻测量的位于组件的端子处的电压与在第二规定时刻测量的位于组件的端子处的电压进行比较，比较的条件是识别在所述第一时刻和第二时刻测量的LED结点温度；和
-根据该比较检测组件的LED中的至少一个的失效。
优选地，方法可以包括以下步骤：
-使用测量装置获得指示LED中的至少一个的结点温度的测量值Tmes和指示当组件被供电时在规定时刻位于组件端子处的电压的测量值Vmes。
优选地，方法可以包括以下步骤：
-如果存储器元件包括与温度Tmes相关联的电压值Vcal，则将测量值Vmes与Vcal或与直接地取决于Vcal的比较电压进行比较；
-根据所述比较断定组件中的LED中的一个被短路。
优选地，方法可以包括以下步骤：
-如果存储器元件包括与温度Tmes相关联的电压值Vcal，则比较测量值Vmes与(Vcal+/-α),0<α≤Vf；
-如果Vmes<(Vcal+/-α)，则断定组件中的LED中的一个被短路。
优选地，方法可以包括以下步骤：
-如果存储器元件不包括与测量值Tmes相关联的任何电压值，则存储测量值Vmes并且使测量值Vmes与存储器元件中的测量值Tmes关联。
方法可以优选地进一步地包括以下步骤，即如果Vmes≥(Vcal+/-α)，则通过使用值Vmes更新所存储的并且与测量值Tmes相关联的电压值Vcal。
方法可以优选地包括在获得测量值的步骤之后对测量值进行过滤的中间步骤。在该步骤中，不属于预定范围的测量值被丢弃。用于测量值Tmes的预定测量值范围可以优选地包括在-40℃和90℃之间的值。
优选地，用于测量值Vmes的测量值预定范围可以包括在0V和N·Vfmax之间的值，N为组件的LED的数量并且Vfmax为在位于-40℃下组件的LED中的一个的正向电压。
方法的步骤可以优选地被周期性地重复。重复周期可以例如具有在2秒和10分钟之间的、优选地在2秒和30秒之间的持续时间。
如果LED的结点温度和位于组件端子处的电压具有大致恒定的值，则方法的步骤可以优选地被执行。
在更新步骤过程中，与测量值Tmes相关联的电压值Vcal可以优选地被相关联的电压值和被测量的电压值Vmes的加权平均值替代。
在存储步骤过程中，被测量的电压值Vmes可以优选地被值Vmes和处于范围[Tmes-β,Tmes+β]中的温度下的存储器元件中的至少一个相关联的电压值的加权平均值替代，其中β位于0.1℃和30℃之间。
优选地，方法还可以包括提供与存储器元件中的多个温度值相关联的初始电压值的预备步骤。
有利地，方法通过根据本发明的灯设备被执行。
通过使用根据本发明的测量值，可以在显著地减少误报探测风险的同时，不依赖于LED的结点温度以检测多个LED的串联组件中的LED的短路。标准实践是在包括LED的组件的印刷电路板上包括热敏电阻，以能够检测到可能损坏LED的非常高的温度。类似地，位于该组件的端子处的电压通常被测量，并且用于控制用于对组件供电的驱动设备。因此，与已知的灯设备相比，通过使用可以之前未知的方式获得的测量值，根据本发明的新功能可以在没有部件并且因此没有额外成本的情况下被生成。因为设备的校准被自动地完成，因此在其生产过程中，没有必要校准设备。在不必求助于假设的和潜在地不正确的操作温度假定的情况下，在设备的寿命内动态学习特性Vf(T)使设备适于配置有所述设备的机动车辆实际上移动的状况。
附图说明
根据示例性描述和附图，本发明的其它特征和优点将被更好理解，其中:
-图1是根据本发明的设备的优选实施例的示意图；
-图2是图1的处理装置的示意图，还图示了根据本发明的方法的优选实施例的主要步骤。
具体实施方式
除非以其他方式具体地指示，否则用于给定实施例的具体地描述的技术特征可以与在以示例性和非限制性方式描述的其它实施例的上下文中所描述的技术特征组合。
对于操作机动车辆的灯设备必要的然而对本发明的操作没有影响的多个部件将在本发明的上下文中不被描述并且在本领域中本身是已知的。所述多个部件例如为散热装置或光学装置，诸如透镜或波导。
图1示意性示出根据本发明的灯设备100的优选实施例。多个发光二极管，LED，通过供应驱动装置110被供电。该装置110在本领域本身是已知的，并且包括至少一个变换器，所述至少一个变换器能够将通常被机动车辆的电池提供的直流输入电压Vin变换成适合于对组件120供电的不同值的充电电压。
一起产生灯设备的至少一个灯功能的LED在组件120中被串联安装，并且被分组到一起。LED通常被安装在专用印刷电路板PCB上，在距离装置110一定距离处。组件120还可以被布置在更复杂几何形状的模制互连设备MID上。装置110可以例如包括适合于根据需要的灯功能控制充电电压的微控制器元件。
设备包括第一测量装置130，第一测量装置适合于供应指示LED的结点温度的信号。这例如是安装在对组件120支撑的印刷电路板上的热敏电阻。印刷电路板的温度可以实际地被比作安装在印刷电路板上的LED的结点温度。因为当其温度增加时热敏电阻的电阻根据预定曲线而减小，因此指示印刷电路板的温度并指示LED的半导体结点的温度的信号可以通过测量位于热敏电阻的端子处的电压而被获得。该测量电路在本领域本身是已知的，并且将在本发明的上下文中不被更详细地描述。在没有以任何方式脱离本发明的范围的情况下，用于测量印刷电路板的温度和/或LED的结点温度的其它装置可以通过本领域的技术人员被实施。
设备还包括适合于供应指示位于组件的端子处的电压的信号的第二测量装置140。第一测量装置130和第二测量装置140为处理装置160提供实时测量值。处理装置可以例如包括可编程微处理器元件或微控制器元件。有利地，处理装置可以是用于对组件120供电的驱动装置110的微控制器元件。处理装置160具有对非易失性存储器元件150的写入和读取访问功能。该存储器元件在本领域是已知的并且可以包含在处理装置160中。
还在非易失性存储器元件中，处理装置160包括当其被执行时促使装置160执行根据发明方法的不同步骤的指令。通过将由测量装置130和140分别地提供的温度测量值Tmes和电压值Vmes用作输入，处理装置能够检测组件120的LED中的一个是否被短路。同时，通过随后了解一系列测量值，处理装置构成存储器元件150中的曲线。曲线使被测量电压与被测量电压已经针对其被测量的温度关联。该曲线用作检测短路的基准。实际上，当组件120的N个LED运行时，在组件端子处测量的电压等于Vmes＝N·Vf(Tmes)。显然地，该曲线对应于特定的灯功能。如果在不同的被施加电流强度的情况下，组件120的LED可以产生多个灯功能，则操作的具体模式限定用于方法中的曲线。因而，在某些实施例中，存储器元件150可以包括多个曲线。因为处理装置160优选地被包含在确定应用于LED的电压的驱动装置110中，因此对于正确选择曲线必要的信息是可获得的。
在随后的文本中，根据本发明的方法和处理装置160的操作将被具体地描述。处理装置被构造成用于将在第一规定时刻测量的位于LED的组件的端子处的电压与在第二规定时刻测量的位于组件的端子处的电压进行比较，比较的条件是识别在所述第一时刻和第二时刻测量的LED结点温度。此外，处理装置被构造成用于根据该比较检测组件的LED中的至少一个的失效。
图2图示了根据在优选实施例中的本发明的方法的主要步骤。在第一步骤10中，值Tmes和Vmes通过处理装置160获得。存储器元件150被查阅以确认电压值是否已经与测量温度关联。如果是该情况，则适时发现的电压值Vcal被用作在步骤30中与测量值Vmes比较的基准值。
值Vcal表示在温度Tmes下N个LED的总正向电压，N·Vf(Tmes)。因而据此断定，当测量电压Vmes低于(Vmes+/-α)时，方法可以断定组件的LED中的一个被短路。这对应于步骤50。
参数α限定用于检测短路的阈值。实际上，位于0和组件的LED中的一个正向电压可以采取的最小值之间的α值被使用。如果Vfmin是处于90℃的LED的正向电压，则例如可以设置为α＝0.8·Vfmin。
可选地，方法可以在存储器元件150中直接地存储被调节值Vcal-α，这允许在电压值Vmes和与温度Tmes相关联的被存储的基准电压值之间进行直接比较。
有利地，处理装置被构造成当短路被检测到时发射警示信号并且将警示信号通知到车辆的用户。警报装置未示出在图中并且自身在现有技术中是已知的。
如果存储器元件150不包括与测量温度Tmes相关联的任何电压值，则与测量温度相同，新的值Vcal(Tmes)＝Vmes被写入和存储在存储器元件150中并且因而对被所存储曲线补充。
当在比较步骤30结束时，发现测量电压Vmes大于或等于对应的阈值(Vmes+/-α)，则方法断定所有的LED正确地运行，并且没有LED被短路。可选地，测量值可以用于改善或更新存储器元件150中的电压值Vcal(Tmes)。例如，之前与温度Tmes相关联的电压值和被测量电压值的加权平均值可以替换之前与该温度相关联的电压值。
在根据本发明的方法的所有实施例中，在下文描述的多个额外步骤可以被考虑。为避免使用不正确的测量值，在步骤10中获得的值可以在其被用于紧接的步骤中之前被检查或过滤。例如，在过滤步骤中，不属于预定范围的测量值被丢弃。用于测量值Tmes的预定测量值范围包括，例如，在-40℃和90℃之间的值。用于测量值Vmes的测量值预定范围包括，例如，在0伏特和N·Vfmax伏特之间的值，N为组件的LED的数量并且Vfmax为在-40℃时组件的LED中的一个的正向电压。
方法优选地被周期性地重复。这使得一方面可以确保LED的正确操作被定期检查，并且另一方面确保新的值被学习并且存储在存储器元件中的曲线被定期更新。为获得典型的值，重要的是检查当测量值被获取时测量温度和电压处于稳定状态中。在电压或温度的极大变化之后，稳定状态实际上在几秒之后被获得。这是为什么方法被优选地每2秒到30秒周期性地重复的原因。方法还可以在数分钟之后被周期性地重复。可选地，根据本发明的设备包括适合于辨别被测量装置130和140测量的值是否在稳定状态中的检测设备。方法仅可以在稳定状态被确定时被执行。稳定状态应该理解为表示以下状态，其中在1秒到10秒的预定时间周期内，测量值被保持为大致恒定值。
在根据本发明的一个实施例中，在存储被测量电压值Vmes的步骤20中，被测量电压值Vmes被下述加权平均值替代，所述加权平均值是值Vmes和在位于范围[Tmes-β,Tmes+β]中的类似温度情况下在存储器元件150中的至少一个相关联的电压值的加权平均值，其中β位于0.1℃和10℃之间。这使得可以插入中间值。
在所有的实施例中，方法可以包括提供与存储器元件150中的多个温度值相关联的初始电压值的预备步骤。该初始曲线然后在设备的寿命内被方法的步骤更新。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的灯设备(100)，所述灯设备包括：
-驱动装置(110)，所述驱动装置用于对串联安装的多个发光二极管LED供电，每个LED的特征在于：具有取决于其结点温度的相同正向电压Vf；
-第一装置(130)，所述第一装置用于测量LED的结点温度；
-第二装置(140)，所述第二装置用于测量位于包括LED的组件(120)的端子处的电压；
-处理装置(160)，所述处理装置用于检测组件的LED中的至少一个的失效，
其特征在于，处理装置(160)被构造成：
-将在第一规定时刻测量的位于组件的端子处的电压与在第二规定时刻测量的位于组件的端子处的电压进行比较，该比较以识别在所述第一规定时刻和第二规定时刻测量的LED结点温度为条件；和
-根据该比较来检测组件的LED中的至少一个的失效，
所述灯设备包括存储器元件(150)，所述处理装置(160)被构造成用于读取和写入所述存储器元件，所述处理装置被构造成用于：
-使用第一装置(130)和第二装置(140)来获得指示LED中的至少一个LED的结点温度的测量值Tmes和指示当组件(120)被供电时在规定时刻位于组件(120)的端子处的电压的测量值Vmes，
所述处理装置被构造成：
-如果存储器元件包括与温度Tmes相关联的电压值Vcal，则将测量值Vmes与(Vcal+/-α)进行比较(30)，0<α≤Vf；
-如果Vmes<(Vcal+/-α)，则断定(50)组件(120)的LED中的一个被短路。
2.根据权利要求1所述的灯设备，其特征在于，所述处理装置进一步地被构造成：
-如果存储器元件(150)不包括与测量值Tmes相关联的任何电压值，则存储(20)测量值Vmes并且使所述测量值Vmes与存储器元件(150)中的测量值Tmes关联。
3.根据权利要求1所述的灯设备，其特征在于：所述处理装置进一步被构造成，如果Vmes≥(Vcal+/-α)，则通过使用值Vmes来更新(40)所存储的电压值Vcal。
4.一种用于检测机动车辆的灯设备(100)中的短路发光二极管(LED)的方法，所述设备包括：
-驱动装置(110)，所述驱动装置用于对串联安装的多个发光二极管LED供电，每个LED的特征在于：具有取决于其结点温度的相同正向电压Vf；
-第一装置(130)，所述第一装置用于测量LED的结点温度；
-第二装置(140)，所述第二装置用于测量位于包括LED的组件(120)的端子处的电压；
-处理装置(160)，所述处理装置用于检测组件的LED中的至少一个的失效，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-将在第一规定时刻测量的位于组件的端子处的电压与在第二规定时刻测量的位于组件的端子处的电压进行比较，该比较以识别在所述第一规定时刻和第二规定时刻测量的LED的结点温度为条件；和
-根据该比较来检测组件的LED中的至少一个的失效，
所述方法包括以下步骤：
-使用第一装置(130)和第二装置(140)来获得(10)指示LED中的至少一个LED的结点温度的测量值Tmes和指示当组件(120)被供电时在规定时刻位于组件(120)的端子处的电压的测量值Vmes，
所述方法包括以下步骤：
-如果存储器元件包括与温度Tmes相关联的电压值Vcal，则将测量值Vmes与(Vcal+/-α)进行比较(30)，0<α≤Vf；
-如果Vmes<(Vcal+/-α)，则断定(50)组件(120)的LED中的一个被短路。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-如果存储器元件(150)不包括与测量值Tmes相关联的任何电压值，则存储(20)测量值Vmes并且使所述测量值Vmes与存储器元件(150)中的测量值Tmes关联。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤，即如果Vmes≥(Vcal+/-α)，则通过使用值Vmes来更新(40)所存储的并且与测量值Tmes相关联的电压值Vcal。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在获得步骤(10)之后的过滤测量值Tmes和Vmes的中间步骤，在所述中间步骤中，不属于预定范围的测量值Tmes和Vmes被丢弃。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(10)至(50)被周期性地重复。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果LED的结点温度和位于组件的端子处的电压具有大致恒定的值，则步骤(10)至(50)被执行。
10.根据权利要求4至6中的任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包括提供与存储器元件(150)中的多个温度值相关联的初始电压值的预备步骤。
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