CN107148105B - 用于机动车辆的照明装置的包括多个输出的电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于控制优选地发光二极管类型的多组光源的电源的电路，光源执行用于机动车辆的多个照明功能。装置的特征在于，其能利用单个开关模式转换器电路，对应于多组光源的电源要求，使主输出电压和数个辅助输出高压被生成。

Description

用于机动车辆的照明装置的包括多个输出的电源
技术领域
本发明涉及用于控制光源的电源的装置的领域，更具体地涉及在机动车辆的技术领域中的装置。
背景技术
逐渐常见的是使用具有半导体元件的光源以实现机动车辆的各种照明功能，半导体元件诸如为发光二极管或LED。这些功能可以例如包括日间灯、侧灯、方向指示器或近光灯。以已知方式，用于控制电源的装置用于向执行规定照明功能的一组LED供电。该控制装置通常包括电压转换器，电压转换器从由车辆内部的诸如电池的源提供的输入DC电压启动，能够生成具有适合于一组LED的电源的值的输出电压。当称为直流电压的至少阈值的电压应用于其端子时，LED发光。
已知的转换器包括SEPIC(单端主电感转换器)、返驰(Flyback)、电压上升(“升压”)或电压下降(“降压”)类型的转换器。该转换器涉及诸如晶体管的开关元件的使用，开关元件的状态在打开值和闭合值之间周期性地开关。应用于开关的斩波频率影响输出电压的值。
由于不同的照明功能要求不同的灯亮度，所以对电源电压和电流的要求在由机动车辆的照明装置执行的各种照明功能之间改变。为满足这些需要，已知的解决方案是提供多个转换器电路，每个转换器电路都生成需要的输出电压和电流中的一个。然而该解决方案是昂贵的并且在用于机动车辆的照明装置的有限环境中导致极大的空间损耗。可选地，已知的解决方案是根据分时原理用两个不同的模式交替地操作规定的转换器。然而该解决方案要求复杂的控制电路并且可能对被驱动的光源的寿命有害。
发明内容
本发明的目标是克服现有技术导致的至少一个问题。更精确地，本发明的目标是提供用于控制电源的装置，借助于单个开关模式转换器电路，所述装置允许利用数个电压电平执行电源输出。
本发明的主题是用于控制机动车辆的至少两组光源的电源的装置，所述装置包括开关模式电压转换器电路，所述转换器电路包括被设计成生成从输入DC电压启动的开关电压信号的机构。装置包括主输出机构，主输出机构被设计成将所述开关电压信号转换成输出DC电压，输出DC电压具有第一电压电平并且旨在驱动第一组光源。装置的特征在于，装置包括辅助输出机构，所述辅助输出机构被设计成将所述开关电压信号转换成至少第二输出DC电压，第二输出DC电压具有第二电压电平并且旨在驱动第二组光源。
优选地，至少两组光源可以执行用于机动车辆的至少两个单独的照明功能。
第一组光源的电压要求可以优选地低于第二电压电平。
第二电压电平可以优选地高于第一电压电平。
辅助输出机构可以优选地包括电子电路，所述电子电路包括电容器和二极管。优选地，辅助输出机构可以包括不具有任何开关元件和/或集成电路和/或微控制器元件的电子电路。优选地，辅助输出机构可以包括由电容器和二极管和可选地电阻器组成的电子电路。
优选地，辅助输出机构可以产生从开关电压信号启动的数个输出DC电压，这些输出电压电平高于第一电压电平。
开关信号可以优选地在两个不同的电压值之间交替。
优选地，两个电压值中的一个可以是零。
转换器电路可以优选地是开关模式转换器，尤其是SEPIC、返驰(Flyback)、电压上升(“升压”)或电压下降(“降压”)类型的电路。
转换器电路可以优选地包括生成开关电压信号的第一部分。
转换器电路可以优选地包括执行电压斩波功能的开关元件，开关元件可以优选地是晶体管。辅助输出机构可以优选地转换开关信号，在晶体管的漏极端子上生成开关信号。可选地，辅助输出机构可以转换在转换器电路的二极管的阳极上执行的开关信号。
优选地，辅助输出机构可以包括用于调节输出电流的线性机构。
本发明的另一主题是用于机动车辆的照明装置，照明装置包括生成至少两个不同光束的至少两组光源。照明装置的特征在于，照明装置包括根据本发明的用于控制两组源的电源的装置。
优选地，两个光束可以执行不同的调节光度功能。可选地，两个光束可以参与执行相同的调节光度功能。
优选地，执行所有或部分第一照明功能的第一组光源可以被第一输出电压驱动。执行所有或部分第二照明功能的至少第二组光源可以被根据本发明的装置的第二输出电压驱动。
照明功能可以优选地包括位置灯和近光灯功能。
优选地，光源可以包括发光二极管(LED)、功率二极管或激光二极管。
通过使用根据本发明的措施，借助于单个开关模式转换器，可以电驱动执行各种照明功能的各组光源，并且要求不同的电压。为至少一个额外输出提供比开关模式转换器的主要输出电压更高的电压允许设计用于机动车辆的照明装置的更强的灵活性。由于本发明提供的解决方案仅涉及使用简单的电子构件和低复杂度的电子电路，所以其生产成本较低。与现有解决方案相比，提供的解决方案允许减少用于控制数组光源的电源的装置所需要的空间，数组光源要求位于不同电压下的输出。
附图说明
借助于示例性描述和附图，将更好理解本发明的其它特征和优点，其中：
-图1示意性地图示了在一个优选实施例中的根据本发明的用于控制电源的装置；
-图2示出SEPIC类型的转换器电路的一个示例，诸如所述转换器电路在本发明的一个优选的实施例中操作；
-图3示出返驰类型的转换器电路的一个示例，诸如所述转换器电路在本发明的一个优选的实施例中操作；
-图4示出升压类型的转换器电路的一个示例，诸如所述转换器电路在本发明的一个优选的实施例中操作；
-图5示出降压类型的转换器电路的一个示例，诸如所述转换器电路在本发明的一个优选的实施例中操作；
-图6a示出在本发明的一个优选的实施例中的实现辅助输出机构的作用的电路的一个示例；
-图6b表示在规定的开关输入电压信号的情况下借助于图6a中的电路生成输出电压的性能；
-图7a示出在本发明的一个优选的实施例中的实现辅助输出机构的作用的电路的一个示例；
-图7b表示在规定的开关输入电压信号的情况下借助于图7a中的电路生成输出电压的性能；
-图8a示出在本发明的一个优选的实施例中的实现辅助输出机构的作用的电路的一个示例；
-图8b表示在规定的开关输入电压信号的情况下借助于图8a中的电路生成输出电压的性能；
-图9a示出在本发明的一个优选的实施例中的实现辅助输出机构的作用的电路的一个示例；
-图9b表示在规定的开关输入电压信号的情况下借助于图9a中的电路生成输出电压的性能；
-图10a示出在本发明的一个优选的实施例中的实现辅助输出机构的作用的电路的一个示例；
-图10b表示在规定的开关输入电压信号的情况下借助于图10a中的电路生成输出电压的性能；
-图11a示出在本发明的一个优选的实施例中的实现辅助输出机构的作用的电路的一个示例；
-图11b表示在规定的开关输入电压信号的情况下借助于图11a中的电路生成输出电压的性能；
-图12a示出根据本发明的用于控制电源的装置的一个优选实施例；
-图12b表示借助于图12a中的装置生成的第一输出电压电平和第二输出电压电平连同开关电压信号的性能；
-图13示出根据本发明的用于机动车辆的照明装置的一个优选实施例。
具体实施方式
在如下的描述中，在本发明的所有不同实施例中，类似的附图标记将用于描述类似的概念。因而，数字100、800和900描述了在根据本发明的三个不同的实施例中的用于控制电源的装置。
除非另有所述，针对规定的实施例具体地描述的技术特性可以与在通过非限制性示例描述的其它实施例的情况下描述的技术特性组合。
为了描述清楚起见，在本发明框架中，将不具体地描述在现有技术中已知的涉及用于控制用于机动车辆的照明装置的电源的装置的操作并且对于本发明不具有任何直接影响的元件。
图1示意性地示出根据第一优选实施例提供的架构。用于控制用于机动车辆的至少两组光源的电源的装置100被示出。光源可以是，但是不受限于，发光二极管(LEDs)。装置包括由附图标记110指示的开关模式电压转换器电路。如果存在生成开关电压信号114的适当机构112和将开关电压信号转换成具有与VIN不同的值的DC电压的主输出机构116，则转换器电路110被设计成将输入电压VIN转换成主输出电压MAIN_OUT。第一输出电平MAIN_OUT旨在驱动第一组光源，第一组光源的电压要求低于辅助输出电平AUX_OUT。这可以例如是执行‘近光灯’照明功能的一组光源。装置100还包括辅助输出机构126，辅助输出机构126将被接收在转换器电路110中的开关电压信号114转换成高于电压MAIN_OUT的第二输出电压AUX_OUT。在不同电压下的数个输出AUX_OUT可以借助于辅助输出机构126而生成，然而没有偏离本发明的范围。辅助输出机构不涉及开关元件的使用，但是仅涉及电容器和二极管的使用，因而限制提供的解决方案的复杂度。
转换器电路110和辅助输出机构126的多个实施例可以被预期。这些构件的优选实施例将通过非限制性示例并且借助于图2到11在下文被描述。当从一个实施例到另一个实施例时，多个实施例通过增加数字100被编号。因而，图1中的架构的转换器电路110可以通过转换器210、310、410等...形成。
图2示出SEPIC类型的转换器210的电路图。为“单端主电感转换器”的缩写的SEPIC转换器是开关模式电源，开关模式电源用于将第一DC电压VIN转换成具有不同值的高于或低于第一DC电压的第二DC电压MAIN_OUT。输出电压的值依赖于此处示出为例如MOSFET类型的晶体管的开关Q1的闭合的占空比。当开关打开时，两个电感L1和L2通过二极管D1为充电电路供应电流。当开关闭合时，电压源为电感L1充电，然而第一电容器Cp为第二电感L2充电。充电电路然后被第二电容器COUT提供电流。还可以通过在相同磁路中耦合的两个电感替代两个电感L1和L2。
转换器的第一部分212生成开关电压信号214，在根据本发明的装置中，开关电压信号214在晶体管Q1的漏极端子上被上述辅助输出机构接收。当电感L1和L2的值相同时，信号214在电压电平MAIN_OUT+VIN和0之间交替。可选地，辅助输出机构可以在二极管D1的阳极上接收开关电压信号214’。该信号214’在电压电平MAIN_OUT和-VIN之间交替。转换器的第二部分216生成DC电压电平MAIN_OUT。
图3示出返驰类型的转换器310的电路图。返驰转换器包括成耦合电感的形式的变压器T1。主变压器的特征在于匝数n1，而辅助变压器上的匝数由n2规定。转换器的第一部分312生成开关电压信号314，在根据本发明的装置中，开关电压信号314在晶体管Q1的漏极端子上被上述辅助输出机构接收。信号314在电压电平(n2/n1)MAIN_OUT和0之间交替。可选地，辅助输出机构可以在二极管D1的阳极上接收开关电压信号314’。该信号314’在电压电平MAIN_OUT和-(n2/n1)VIN之间交替。转换器的第二部分316生成DC电压电平MAIN_OUT。
图4示出电压上升或升压类型的转换器410的电路图。转换器的第一部分412生成开关电压信号414，在根据本发明的装置中，开关电压信号414在晶体管Q1的漏极端子上被上述辅助输出机构接收。信号414在电压电平MAIN_OUT和0之间交替。转换器的第二部分416生成DC电压电平MAIN_OUT。
图5示出电压下降或降压类型的转换器510的电路图。转换器的第一部分512生成开关电压信号514，在根据本发明的装置中，开关电压信号514在晶体管Q1的漏极端子上被上述辅助输出机构接收。信号514在电压电平VIN和0之间交替。转换器的第二部分516生成DC电压电平MAIN_OUT。
图6到11图示了电子电路的示例，电子电路执行图1示出的架构的辅助输出机构126的功能。参考值“Vswitching”表示辅助输出机构的输入信号，输入信号对应于由转换器电路生成的开关电压信号。图6a-8a是电路226、326、426的示例，电路226、326、426被设计成当在转换器电路中接收的开关电压信号在第一非零电压值和值0之间交替时而被使用。图6b-8b给出能够借助于相应的电路生成的第二输出电压的性能和值。当然，在没有偏离本发明的范围的情况下，其它的电子电路可以被本领域的技术人员预期和访问。特定的实现方式依赖于应用的要求，尤其是在需要的电压的实际值方面的要求。
类似地，图9a-11a是电路526、626、726的示例，电路526、626、726被设计成当在转换器电路中接收的开关电压信号在第一正电压值和第二负电压值之间交替时而被使用。图9b-11b给出能够借助于相应的电路生成的第二输出电压的性能和值。当然，在没有偏离本发明的范围的情况下，其它的电子电路可以被本领域的技术人员预期和访问。
诸如如前所述的转换器电路和实现诸如已经被描述的辅助输出机构的作用的电子电路之间的组合的一个示例通过非限制性示例在图12a中图示。用于控制光源800的电源的装置包括SEPIC类型的转换器电路810。转换器电路的第一部分812在二极管D1的阳极上生成开关电压信号814。转换器电路的第二部分816将信号814转换成主输出DC电压MAIN_OUT。举例来说，转换器810的输入电压等于VIN＝13.5V。开关电压信号814在值MAIN_OUT(15V)和值-VIN之间交替。该信号作为辅助输出机构826的输入而被接收，辅助输出机构826产生在28.5V下的等于VIN+MAIN_OUT的第二高压输出电平AUX_OUT。相应电压信号的经过一段时间的变化在图12b中的曲线图上图示。
图13示出用于机动车辆的照明装置的一个示例，照明装置包括根据本发明的用于利用半导体元件控制数组光源的电源900的装置。转换器电路910包括第一部分912以及第二部分916，第一部分912生成开关电压信号914，第二部分916从开关电压信号914启动，生成主输出电压电平MAIN_OUT。开关电压信号914被辅助输出机构926接收，辅助输出机构926将其转换成第二输出电压电平AUX_OUT。第二输出由线性电流调节器11补充。图示的装置900尤其地允许，借助于单个转换器电路910，驱动执行多个照明功能的机动车辆的单独的三组光源。LB指示的第一组光源执行近光灯功能。第二组光源HB执行远光灯功能。根据流过该组光源的电流强度，第三组光源DRL/PL执行日间行车灯功能或位置灯功能。多个开关S1、S2、S3管理各组光源到装置910的负载的连接。开关被未图示并且为此目的程控的微控制器元件以已知方式控制。
在日间灯操作模式中，开关S1被闭合，S2被闭合并且S3打开。线性电流调节器II不工作并且该组DRL/PL被输出MAIN_OUT驱动。
在近光灯和位置灯(LB+PL)操作模式中，开关S3被闭合，然而S1和S2打开，并且线性电流调节器11连接AUX_OUT与用于DRL/PL光源的支路。位置灯功能被装置900的第二输出驱动，然而近光灯功能被主输出MAIN_OUT驱动。
在近光灯和远光灯和位置灯(LB+HB+PL)操作模式中，开关S2被闭合，然而S1和S3打开，并且线性电流调节器11连接AUX_OUT与DRL/P源的支路。位置灯功能被装置900的第二输出驱动，然而结合的近光灯/远光灯功能被主输出MAIN_OUT驱动。
借助于已经呈现的描述，本领域的技术人员将知道如何执行提供如前所述的作用的其它实现方式，而没有偏离本发明的由随附权利要求的覆盖范围限定的范围。

Claims (12)

1.一种用于控制用于机动车辆的至少两组光源的电源的装置(100、800、900)，
包括开关模式电压转换器电路(110、210、310、410、510、610、710、810、910)，所述转换器电路包括：
被设计成生成从输入DC电压启动的开关电压信号(114、214、314、414、514、614、714、814、914)的机构(112、212、312、412、512、612、712、812、912)，和
被设计成将所述开关电压信号(114、214、314、414、514、614、714、814、914)转换成输出DC电压的主输出机构(116、216、316、416、516、616、716、816、916)，所述输出DC电压具有第一电压电平并且旨在驱动第一组光源，
其特征在于：
所述装置包括被设计成将所述开关电压信号(114、214、314、414、514、614、714、814、914)转换成至少第二输出DC电压的辅助输出机构(126、226、326、426、526、626、726、826、926)，第二输出DC电压具有第二电压电平并且旨在驱动第二组光源，所述主输出机构包括与第一组光源并联连接并接地的第一电容，所述辅助输出机构包括与第二组光源并联连接并接地的第二电容，所述第二组光源分别经由开关连接到第一电容的未接地端并且经由线性电流调节器连接到第二电容的未接地端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
第二电压电平高于第一电压电平。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的装置，其特征在于：
辅助输出机构(126、226、326、426、526、626、726、826、926)包括具有电容器和二极管的电子电路。
4.根据权利要求1到2中的任一项所述的装置，其特征在于：
辅助输出机构(126、226、326、426、526、626、726、826、926)产生从开关电压信号启动的数个输出DC电压，所述数个输出DC电压的电平高于第一电压电平。
5.根据权利要求1到2中的任一项所述的装置，其特征在于：
所述开关电压信号(114、214、314、414、514、614、714、814、914)在两个不同的电压值之间交替。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：
两个电压值中的一个是零。
7.根据权利要求1、2和6中的任一项所述的装置，其特征在于：
转换器电路是开关模式转换器。
8.根据权利要求1、2和6中的任一项所述的装置，其特征在于：
辅助输出机构包括用于调节输出电流的线性机构。
9.一种用于机动车辆的照明装置，包括生成至少两个不同的光束的至少两组光源，其特征在于：
照明装置包括根据权利要求1到8中的任一项所述的用于控制两组光源的电源的装置。
10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于：
执行所有或部分第一照明功能的第一组光源由根据权利要求1到8中的任一项所述的装置的第一输出电压驱动，并且执行所有或部分第二照明功能的至少第二组光源由根据权利要求1到8中的任一项所述的装置的第二输出电压驱动。
11.根据权利要求9和10中的任一项所述的照明装置，其特征在于：
照明功能包括位置灯和近光灯功能。
12.根据权利要求9到10中的任一项所述的照明装置，其特征在于：
光源包括发光二极管(LED)。
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