CN110626253A - 用于根据其温度变化来驱动机动车辆的光源的电源的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于驱动机动车辆的至少一个光源的电源的装置，包括被布置成向所述光源输送电流的供电单元，电流的强度取决于参考电压。该装置的特征在于，控制单元被布置成根据所述光源的温度相对于至少第一阈值和高于所述第一阈值的第二阈值的指示的情况，基于输入电压向所述供电单元输送各种参考电压电平，以便遵守光学规定。

Description

用于根据其温度变化来驱动机动车辆的光源的电源的装置

技术领域

本发明涉及机动车辆的光源的电源的领域。更具体地说，本发明涉及向发光二极管(LED)光源供电。

背景技术

发光二极管(LED)是一种当电流流过时能够发光的电子器件。在机动车辆领域中，LED技术正日益用于多种光信号指示解决方案。LED用于提供照明功能，例如日间行车灯、信号指示灯等。由LED发射的发光强度通常取决于流过其中的电流的强度。尤其是，LED的特征在于电流强度阈值。这种最大正向电流通常随着温度的升高而减小。为了保护LED免受损坏，已知的实践是当结温接近允许的最大值时降低流过LED的电流的强度。由于操作温度随着LED源的使用而变化，例如在机动车辆的信号指示灯内，在恒定电流下，LED发射的发光强度不是恒定的。此外，对于使用AlInGaP半导体的发光二极管，在恒定电流下，在-40℃至100℃的温度范围内观察到所发射的光通量的发光强度下降达70％。对于其它类型的发光二极管，例如InGaN发光二极管，尽管在较小的规模上，但存在相同的效果。

目前现行的规定要求在25℃的环境温度下，由机动车辆前照灯(例如后雾灯)发射的光通量的强度总是在最小值和最大值之间。然而，光源的结温以及因此其在恒定电流下发射的发光强度基本上在光源被接通的时刻和例如其连续操作30分钟之后的时刻之间变化。如果向光源供电的电流的强度使得在操作30分钟之后所发射的光通量的强度符合规定，则在寒冷的时候，在相同的电流强度下通常超过最大允许值。为了克服这个问题，已经提出了使用散热元件。然而，在用于设计机动车辆前照灯的已经非常有限的可用空间中，这种解决方案体积大且成本高。

在本领域中，使用驱动电路来驱动LED组件或LED组的电源是公知的实践。该电路限定了施加到支路的电流，该支路被连接为负载并且包括串联连接或矩阵阵列连接的LED组。为了提供恒定的电能供应，已知的驱动电路使用各种类型的转换器，包括DC-DC转换器、线性转换器和电阻转换器，以将例如由汽车电池输送的直流电流转换成能够向所讨论的LED供电的直流负载电流。这些已知的电路没有考虑光源的温度，并且因此如果光源的温度变化，则难以保证遵守规定所预定的强度限制的光通量。

发明内容

本发明的目的是克服由现有技术所提出的至少一个问题。更具体地说，本发明的目的是提出一种用于驱动光源的电源的装置，该装置考虑了由光源发射的光通量的强度根据其温度的变化而产生的变化。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于驱动机动车辆的至少一个光源的电源的装置。该装置包括被布置成向所述光源输送电流的供电单元。该电流的强度取决于参考电压。该装置值得注意的是，它包括控制单元，该控制单元被布置成根据所述光源的温度相对于至少第一阈值和高于第一阈值的第二阈值的指示的情况，基于输入电压向所述供电单元输送各种参考电压电平。

优选地，控制单元可以被布置成：

-如果光源的温度的指示低于第一温度阈值T1，则输送第一参考电压电平；

-如果光源的温度的指示位于第一温度阈值T1和第二温度阈值T2之间，则输送高于第一参考电压电平的第二参考电压电平；

-如果光源的温度的指示高于第二温度阈值T2，则输送第三参考电压电平。

控制单元优选地可以被布置成根据光源的温度的指示在基本上以第一阈值T1和第二阈值T2为中心的值的范围上的变化，在第一参考电压电平、第二参考电压电平和第三参考电压电平之间单调地升高/降低参考电压电平。

控制单元优选地可以包括至少两个支路的组件，其中，每个支路包括开关元件和热敏电阻，该热敏电阻被布置成使得开关元件的断开状态取决于热敏电阻的温度，并且其中，该组件被布置成如果没有电流流过所述支路则输送所述第二参考电压电平。

每个支路的开关元件优选地可以包括双极晶体管。该双极晶体管优选地可以是NPN或PNP双极晶体管。每个支路的热敏电阻元件优选地可以包括正温度系数(PTC)电阻器或负温度系数(NTC)电阻器。

优选地，每个支路可以包括至少一个电阻器。每个支路优选地可以包括电阻器网络。

支路的电子器件的特征优选地可以限定所述阈值中的一个阈值，以及相对于第一参考电压电平的负偏压。

优选地，控制单元可以被布置成使得在温度的指示低于第一阈值的情况下输送到供电单元的参考电压电平基本上等于在温度的指示高于第二阈值的情况下输送的参考电压电平。

供电单元优选地可以包括线性转换器电路。替代性地，它可以包括DC-DC转换器。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于机动车辆的照明模块。该模块包括至少一个光源和用于驱动所述光源的电源的装置。该模块值得注意的是，驱动装置是根据本发明的一个方面所述的装置。

优选地，所述光源可以包括发光半导体元件源。它优选地可以是发光二极管(LED)或者有机发光二极管。

优选地，光源可以包括像素化的发光半导体元件。像素化的元件优选地可以包括公共基底，在该公共基底上以矩阵阵列布置基础发光半导体元件。

通过使用本发明提出的措施，可以提供一种用于驱动光源(特别是发光二极管(LED)光源)的电源的装置，该装置允许输送强度随着LED的温度而变化的电流。因此，可以驱动光源，使得它们发射具有位于预定极限之间的强度的光通量，并且这样做与它们的结温无关，而不必使用为此目的提供的散热元件。当光源的温度变化时，电流的强度被自动地调节以补偿由温度的变化导致的光通量的强度的变化。根据本发明的优选实施例，仅包括简单电子器件的模拟控制电路与本身已知的线性转换单元一起使用，以便实现新的功能。因此，这制造起来成本低，并且仅占据很小的空间体积。对所使用的电子器件(即，所使用的热敏电阻的类型和电阻器的阻抗)进行尺寸设定使得可以将适合于各种光源的预定温度和电流强度范围作为目标。

附图说明

借助于对示例和附图的描述，将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：

图1示出了对应于根据本发明的装置的一个优选的实施例的图；

图2示出了对应于根据本发明的装置的一个优选的实施例的图；

图3示出了根据光源的温度的指示，流经使用根据本发明的一个实施例的装置供电的光源的电流的变化；

图4示出了根据本发明的一个优选的实施例，由控制单元根据光源的温度的指示而输送的参考电压电平的变化；

图5示出了根据本发明的一个优选的实施例，由控制单元根据光源的温度的指示而输送的参考电压电平的变化；

图6示出了由使用根据本发明的一个实施例的装置供电的光源发射的光通量的强度和由使用现有技术中已知的装置供电的光源发射的光通量的强度随着操作时间的变化。

具体实施方式

除非另外指明，对于一个给定实施例详细描述的技术特征可以与在通过示例而非限制性地描述的其它实施例的上下文中描述的技术特征组合。相似的附图标记将用于描述本发明的各种实施例的相似概念。例如，附图标记100和200表示根据本发明的供电装置的两个实施例。

如果不是理解所描述的实施例所必需的，则将不详细描述或提及那些本身是隐含的和已知的元件。例如，已知照明模块包括光学元件和各种连接线束或载体，尽管这些元件没有被明确地指明。

图1的图示示出了用于驱动机动车辆的至少一个光源10的电源的装置100。光源例如是发光二极管(LED)。它可以是将大量发光半导体元件一起分组在同一基底上的像素化源或矩阵阵列源。一方面，装置100包括供电单元110。供电单元被布置成向光源10输送电流，并且电流的强度取决于参考电压Vref。供电单元例如由本身已知的线性转换器电路形成。这种电路在本领域技术人员的能力范围内，并且通常接收由机动车辆内部的源输送的输入电压Vin作为输入。根据本发明的实施例，Vref可以不同于Vin，因为电压电平受控制单元120影响。

控制单元120基于输入电压Vin向供电单元110输送各种参考电压电平，使得该单元能够向光源10输送不同强度的电流。由控制单元输送的参考电压电平取决于光源的温度的指示，该指示在控制单元120处可用。为了能够满足规定的光通量强度设定点，参考电压电平取决于至少两个温度阈值。

如果光源的温度低于第一阈值，则将低于Vin的参考电压输送到供电单元120。这种情况通常对应于启动机动车辆的情况，或者对应于打开所讨论的前照灯的情况；光源的结温低，并且该光源还不需要高强度的电流以能够发射具有所需强度的光通量。

如果光源的温度位于第一阈值和高于第一阈值的第二阈值之间，则该情况对应于光源处于稳定状态，并且向供电单元120输送较高的电压电平。作为非限制性示例，该电压可以是电压Vin，或者是与Vin无关的值。

在光源10操作较长的时间段的情况下，监测半导体元件过热变得重要，在最坏的情况下过热可能导致半导体元件的损坏。为此，如果光源的温度高于第二阈值，则将比处于稳定状态时的参考电压(可能基本上等于当光源寒冷时所输送的电压)低的参考电压输送到供电单元。

图2示出了用于驱动光源10的电源的装置200的另一个实施例。一方面，装置200以与前述实施例类似的方式包括供电单元210。此外，装置200还包括用于执行已经针对前述实施例描述的操作的控制单元220。

控制单元220基于输入电压Vin向供电单元210输送各种参考电压电平，使得该单元能够向光源10输送不同强度的电流。为此，控制单元220包括电子组件，该电子组件包括多个支路222、224，每个温度阈值对应一个支路。在图2所示的非限制性示例中，存在两个阈值，因此该组件包括两个不同的支路。附加支路包括稳压二极管D1。

第一支路222包括例如由PNP双极晶体管形成的开关元件。热敏电阻R6连接在发射极和基极之间，而电阻器R7将基极接地。在所示的示例中，热敏电阻是NTC元件，其电阻随着温度升高而减小。第一支路222用于在光源的温度低时，即在第一阈值以下时，修改输送到供电单元210的电压电平Vref。为了向热敏电阻R6提供光源210的温度的实际指示，有利的是将热敏电阻R6放置在物理上靠近光源的位置，例如在同一印刷电路板上。

第二支路224包括例如由NPN双极晶体管形成的开关元件。热敏电阻R3连接在集电极和基极之间，而电阻器R2将基极接地。在所示的示例中，热敏电阻是NTC元件，其电阻随着温度升高而减小。第二支路224用于在光源的温度高时，即在第二阈值以上时，修改输送到供电单元210的电压电平Vref。为了向热敏电阻R3提供光源210的温度的实际指示，有利的是将热敏电阻R3放置在物理上靠近光源的位置，例如在同一印刷电路板上。

选择和调整元件R3和R6的尺寸，使得如果光源已经处于稳定操作和温度状态，则相应的开关元件Q1和开关元件Q2处于它们的断开状态。该稳定状态对应于位于第一阈值和第二阈值之间的光源的温度。在这种情况下，控制单元220中的电流主要流过稳压二极管D1，因此稳压二极管D1确定了输送到供电单元210的电压电平Vref。

随着温度升高，R3的电阻降低。因此，更大的电流流过电阻器R2，直到晶体管Q1切换到导通状态。流过稳压二极管D1的电流的强度减小，并且电压电平Vref降低。因此，降低了输送到光源10的电流的强度，以便保护光源10免受有害的过热。显然，热敏电阻R3的电阻足够低以使电流流过R2的温度允许以第二阈值为目标。相对于Vref产生的负偏压主要由电阻器R2确定。

当温度相对于稳定状态降低时，热敏电阻R6的电阻增大，直到晶体管Q2切换到其导通状态。选择电阻R7以便足够低，从而允许足够强度的电流通过。相对于稳定状态，流过稳压二极管D1的电流的强度减小，并且电压电平Vref降低。因此，为了防止所发射的光通量的强度水平的实质性变化，降低了输送到光源10的电流的强度。

该系统使得可以防止在寒冷的或在低环境温度下发出的发光强度超过最大调节限制，同时使得可以在光源的温度高时遵守调节限制，同时保护它们免于过热。显然，热敏电阻R6的特性确定了第一阈值。

不言而喻，可以通过其它电子组件来实现相同的功能，这些电子组件包括例如PNP晶体管而不是NPN晶体管，或者PTC热敏电阻而不是NTC热敏电阻。参照以上给出的功能描述和具体示例，这样的修改在本领域技术人员的能力范围内。类似地，支路222、224可以包括未示出的附加电子器件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，电阻器R2、R7可以由包括多个不同元件的电阻网络形成。如果给定的应用需要基于多个温度阈值的电源特性，则可以在不脱离本发明的范围的情况下，在控制单元中提供附加的支路。

图3示出了根据在控制单元的两个支路中使用的热敏电阻的温度，输送到光源10的电流的强度的特性。当寒冷时，在已经打开前照灯1分钟之后，电流的强度相对于其最大强度降低大约30％。

图4示出了在根据前述描述构造的一个实施例中由控制单元输送到供电单元的参考电压的变化。当光源的温度低于第一阈值温度值T1时，输送第一参考电压电平Vref1。当温度位于第一阈值T1和较高的第二阈值T2之间时，输送第二参考电压电平Vref2。最后，当温度超过第二阈值T2时，则输送电压电平Vref3。如图所示，有利地，Vref1和Vref3的值低于Vref2的值，这样使得既可以遵守关于低温下的最大光通量的规定，又可以保护高温下的半导体结。Vrefl和Vref3的值理想地可以彼此不同，而不限制本发明。

图5示出了在根据前述描述构造的另一实施例中由控制单元输送到供电单元的参考电压的变化。通常，该特性类似于图4所示的特性。然而，参考电压电平的变化在基本上分别以阈值T1和阈值T2为中心的温度范围内(该温度范围由阴影区域表示)连续地且单调地发生。在各种输送的参考电压电平之间的这些变化范围归因于并且取决于在上述组件中使用的热敏电阻的特性。通常，热敏电阻的电阻在一定温度范围内连续地且单调地变化，由此解释了所示的特性。

图6示出了常规驱动装置(虚线)和根据本发明的驱动装置(实线)之间的特性的差异，常规驱动装置的尺寸被设计成允许在操作30分钟之后发射具有规定亮度(在最小极限和最大极限之间)的光通量，根据本发明的驱动装置使得可以相对于温度动态地管理光通量的发射。温度随着时间而升高。显然，常规系统在寒冷时由于发光度太高而无法满足最大调节设定点，而根据本发明的系统在该温度范围内自动地减小向光源供电的电流。

保护范围由权利要求书限定。

Claims (12)

1.一种用于驱动机动车辆的至少一个光源的电源的装置，所述装置包括供电单元，所述供电单元被布置成向所述光源输送电流，所述电流的强度取决于参考电压；

其特征在于，所述装置包括控制单元，所述控制单元被布置成根据所述光源的温度相对于至少第一阈值T1和高于所述第一阈值的第二阈值T2的指示的情况，基于输入电压向所述供电单元输送各种参考电压电平。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元被布置成：

-如果光源的温度的指示低于第一温度阈值T1，则输送第一参考电压电平；

-如果光源的温度的指示位于第一温度阈值T1和第二温度阈值T2之间，则输送高于所述第一参考电压电平的第二参考电压电平；

-如果光源的温度的指示高于第二温度阈值T2，则输送第三参考电压电平。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制单元被布置为根据所述光源的温度的指示在基本上以第一阈值T1和第二阈值T2为中心的值的范围上的变化，在所述第一参考电压电平、第二参考电压电平和第三参考电压电平之间单调地升高/降低参考电压电平。

4.根据权利要求2和3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括至少两个支路的组件，其中，每个支路包括开关元件和热敏电阻，所述热敏电阻被布置成使得所述开关元件的断开状态取决于所述热敏电阻的温度，并且其中，所述组件被布置成如果没有电流流过所述支路则输送所述第二参考电压电平。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述开关元件包括双极晶体管。

6.根据权利要求4和5中的任一项所述的装置，其特征在于，每个支路包括至少一个电阻器。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的装置，其特征在于，支路的电子器件的特征限定阈值中的一个阈值，以及相对于第一参考电压电平的负偏压。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元被布置成使得在温度的指示低于第一阈值的情况下输送到供电单元的参考电压电平基本上等于在温度的指示高于第二阈值的情况下输送的参考电压电平。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的装置，其特征在于，所述供电单元包括线性转换器电路。

10.一种用于机动车辆的照明模块，所述照明模块包括至少一个光源和用于驱动所述光源的电源的装置，其特征在于，所述驱动装置是根据权利要求1至9中的任一项所述的装置。

11.根据权利要求10所述的照明模块，其特征在于，所述光源包括发光半导体元件源。

12.根据权利要求10和11中的任一项所述的照明模块，其特征在于，所述光源包括像素化的发光半导体元件。