CN110730537B - 用于控制像素化光源的电源的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制像素化光源的电源的装置，该装置包括具有反馈控制回路的转换器和微控制器元件。微控制器元件被布置成使得以精确的方式作用于作为由转换器供电的像素化光源的至少一个参数的函数的受控值。

Description

用于控制像素化光源的电源的系统

技术领域

本发明涉及像素化光源的电源的领域。特别地，本发明涉及一种用于控制电源和用于光源的热管理的装置，所述光源更特别地为像素化或分段的发光二极管LED或有机发光二极管OLED。本发明还涉及一种用于机动车辆的装置。

背景技术

发光二极管LED是当电流通过它时能够发光的电子构件。由LED发射的光强度通常取决于通过它的电流的值。其中，LED的特征在于电流阈值(threshold current value)。该正向电流(“forward current”是英文术语)的阈值通常随着温度升高而减小。类似地，当LED发光时，观察到横跨LED的端子的等于其正向电压的电压降。在机动车辆领域中，LED和OLED技术越来越多地用于各种灯信号指示目的。使用LED以便提供灯功能，例如日间行驶灯、信号指示灯等，……它们暴露于高的工作温度下。

包括大量基本发光光源的LED阵列或像素化光源的有用性在许多应用领域中是有利的，并且尤其在用于机动车辆的照明和信号指示领域。例如，LED阵列可以用于产生用于照明功能(例如前照灯或日间行车灯)的光束的有利形状。此外，可以使用单个阵列产生若干不同的照明功能，从而减小机动车灯的有限空间中的物理尺寸。这种阵列包括若干并联支路的组件，并且每个支路包括串联连接的大量发光光源。这种像素化光源通常由电压源供电，并且每个基本光源与线性电流源相关联，以便保证均匀的发光度。由于大量基本光源被分组在非常有限的表面上，所以热问题就更严重了，并且精确地和动态地控制电压源变得重要。

已知使用控制电路来控制LED的组件或组。这种电路利用DC/DC转换器，以便根据所供电的LED的数量将例如由机动车辆电池提供的DC电压转换为DC负载电压。对于具有固定目标输出电压的DC/DC转换器，其价格便宜并因此用于许多应用中，然而，LED的热管理是有问题的。

发明内容

本发明的目的是克服由现有技术提出的问题中的至少一个问题。更确切地，本发明的目的是提出一种用于控制像素化光源的电源的装置。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于控制像素化光源的电源的装置。该装置包括：

-转换器，该转换器旨在将电输入电压转换为待提供给像素化光源的电负载电压；

-转换器的反馈控制部件，该反馈控制部件具有作为输入的值，该值表示在像素化光源中流动的电流的值。

该装置值得注意的是，其包括微控制器元件，该微控制器元件被布置成用于产生控制信号并且用于将该信号注入到反馈控制部件，该控制信号的至少一个特征取决于像素化光源的至少一个参数。

优选地，反馈控制部件可以包括分压器，该分压器被布置成使得负载电压是在反馈控制部件中流动的电流的值的函数。

像素化光源的所述至少一个参数优选地可以包括像素化光源的结温的指示。像素化光源的结温的指示优选地可以通过读取横跨热敏电阻构件的端子的电压降来获得，该热敏电阻构件靠近像素化光源放置，该热敏电阻构件的电阻取决于其温度。

优选地，微控制器元件可以被布置成用于产生脉宽调制PWM型的第一信号，该第一信号的循环比取决于所述至少一个参数，并且第一信号的平均值对应于所述控制信号。

优选地，通过使用电压移位电路，可以将第一信号的幅度设置为预定的电压值。

优选地，第一信号连接到低通滤波电路，以便产生所述控制信号。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于机动车辆的光模块。该模块包括像素化光源和用于控制所述像素化光源的电源的装置。该模块值得注意的是，用于控制电源的装置是根据本发明的第一方面所述的装置。

优选地，像素化光源可以包括单片阵列发光元件或分段有机光源OLED。

优选地，用于控制电流的独立装置被布置在控制装置与像素化光源之间。

优选地，至少一个线性电流源可以集成在所述光源的基底中。

像素化光源可优选地包括根据至少两列和至少两行布置的发光元件的至少一个阵列(在英文术语中称为“monolithic array”)。优选地，发光源包括至少一个单片阵列发光元件，也称为单片阵列。

在单片阵列中，发光元件从公共基底生长并且以它们可以被选择性地、单独地或者在发光元件的子组件中被激活的这样的方式电连接。因此，每个发光元件或发光元件的组可以形成所述像素化光源的基本发射器中的一个基本发射器，当发光元件的材料或发光元件的组的材料被供电时，所述基本发射器可以发光。

发光元件的不同布置可以符合单片阵列的这种定义，只要发光元件具有它们的主延伸尺寸中的基本上垂直于公共基底的一个主延伸尺寸，并且与在焊接到印刷电路板上的平坦的方形芯片的已知布置中施加的间隔相比，由电气地组合在一起的一个或多个发光元件形成的基本发射器之间的间隔更小。

基底可以主要由半导体材料制成。基底可以包括一种或多种其他材料，例如非半导体材料。这些具有亚毫米尺寸的发光元件例如被布置成使得它们以形成六边形横截面的棒的这种方式从基底突出。发光棒从基底的第一面升起。在通过使用氮化镓(GaN)形成的这种情况下，每个发光棒从基底伸出，垂直地或基本上垂直地延伸，在基于硅形成的这种情况下，可以使用其它材料(如碳化硅)，而不偏离本发明的范围。举例来说，发光棒可以由氮化铝和氮化镓的合金(AlGaN)制成，或者由磷化铝、磷化铟和磷化镓的合金(AlInGaP)制成。每个发光棒沿着限定其高度的延伸轴线延伸，每个棒的基部设置在基底的上表面的平面中。

相同单片阵列的发光棒有利地具有相同的形状和相同的尺寸。它们各自由端面和沿棒的延伸轴线延伸的圆周壁限定。当发光棒被掺杂并经受极化时，在半导体光源的输出处的所得光基本上从圆周壁发射，应当理解，光线也可以通过端面离开。该结果是，每个发光棒用作单个发光二极管，并且一方面通过所存在的发光棒的密度，以及另一方面通过由圆周壁限定的照明表面的尺寸以及因此照明表面在棒的整个外围和整个高度上延伸，提高了该光源的亮度。棒的高度可以在2μm和10μm。之间，优选地8μm；棒的端面的最大尺寸小于2μm，优选地小于或等于1μm。

应当理解，在发光棒的形成期间，高度可以从像素化光源的一个区域到另一个区域发生更改，以便当形成其的棒的平均高度增加时增加相应区域的亮度。因此，一组发光棒可以具有与另一组发光棒不同的一个或多个高度，这两组发光棒由相同的半导体光源构成，该相同的半导体光源包括具有亚毫米尺寸的发光棒。发光棒的形状也可以从一个单片阵列到另一个单片阵列发生变化，尤其是在棒的横截面和端面的形状方面。棒具有总体上圆柱形的形状，并且它们可以尤其具有多边形的、并且更具体地六边形的横截面形状。应当理解，重要的是，光可以穿过圆周壁发射，并且圆周壁具有多边形或圆形的形状。

此外，端面可以具有基本上平坦且垂直于圆周壁的形状，使得其基本上与基底的上表面平行地延伸，或者它可以具有穹顶形状或者它在其中心处可以是尖的，以便增加离开端面的光的发射方向。

发光棒可以优选地被布置成二维阵列。这种布置可以是这样的，即棒以交错的方式布置。通常，棒以规则的间隔设置在基底上，并且两个紧邻的发光棒的间隔距离在每个阵列尺寸中必须至少等于2μm，优选地在3μm和10μm之间，以便由每个棒的圆周壁发射的光可以离开发光棒阵列。此外，对于在两个相邻棒的延伸轴线之间测量的这些间隔距离规定不大于100μm。

可选地，单片阵列可以包括由发光元件的外延层(尤其是在例如由碳化硅制成的单个基底上的n掺杂GaN的第一层和p掺杂GaN的第二层)形成的发光元件，以及发光元件被分开(通过研磨和/或烧蚀)以便形成来自相同基底的多个基本发射器。这种构思导致多个发光块都来自相同的基底并且电连接，以使得它们可以相对于彼此选择性地被激活。

在根据该另一方法的实施例的一个示例中，单片阵列的基底可以具有100μm和800μm之间的厚度，尤其等于200μm；每个块可具有长度和宽度，每个长度和宽度在50μm和500μm之间，优选地在100μm和200μm之间。在一个变型中，长度和宽度相等。每个块的高度小于500μm，优选地小于300μm。最后，可以经由外延层的相对侧上的基底形成每个块的输出表面。两个基本发射器之间的间隔距离，每个连续的基本发射器之间的距离(the distancebetween each contiguous elementary emitter)，可以小于1μm，尤其小于500μm，并且优选地小于200μm。

可选地，如上所述，具有分别从相同基底突出延伸的发光棒，以及还具有在相同基底上分割叠加的发光层而获得的发光块，单片阵列还可以包括聚合物材料层，发光元件至少部分地嵌入在该聚合物材料层中。因此，该层可以在基底的整个范围上延伸，或者仅在发光元件的指定组的周围延伸。聚合物材料(该聚合物材料尤其可以是基于硅酮的)产生保护层，该保护层使得可以保护发光元件而不妨碍光线的漫射。此外，可以在该聚合物层中集成波长转换装置，以及例如发光体，该发光体能够吸收由元件中的一个元件发射的光线的至少一部分，并且将所述所吸收的激发光的至少一部分转换为发射光，该发射光具有与激发光的波长不同的波长。无差别地，将发光体设置为嵌入在聚合物材料的块中或者设置在聚合物材料的表面上将是可行的。

像素化光源还可以包括反射材料涂层，以便使光线朝向光源的输出表面偏转。

具有亚毫米级尺寸的发光元件在基本上与基底平行的平面中限定指定的输出表面。应当理解，根据组成输出表面的发光元件的数量和布置限定该输出表面的形状。因此，可以限定发射表面的基本上矩形的形状，应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，发射表面可以变化并且具有任何形状。

通过使用本发明的实施例所提出的措施，以精确和动态的方式控制具有反馈控制回路的转换器的输出电压电平成为可能，以便使其适应由转换器供电的像素化光源的需求。控制信号由微控制器元件产生，该微控制器元件将控制信号注入反馈控制回路。经由脉宽调制信号，通过调整信号的脉冲的幅度和其在微控制器元件内的循环比，可以产生精确的离散值。此外，控制信号可以取决于光源的无论什么参数。尽管在优选实施例中，该参数是像素化光源的温度，这允许根据本发明的装置实现对所讨论的光源的有效管理，但是本发明不限于该非常精确的实施例。

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示出了根据本发明的优选实施例的控制装置的图形表示；

图2示出了根据本发明的优选实施例的控制装置的图形表示；

图3示出了根据本发明的优选实施例的控制装置的细节的图形表示。

具体实施方式

除非另外特别地指出，对于给定实施例详细描述的技术特征可以与在作为示例描述的其它实施例的上下文中描述的技术特征以非限制性方式组合。在本发明的不同实施例中，相似的附图标记将用于描述相似的概念。例如，附图标记100、200和300表示根据本发明的控制装置的三个实施例。

图1中所示的图示以图形方式示出了根据本发明一个实施例的用于控制电源的装置100。转换器110能够将由未示出的源提供的DC输入电压Vin转换为DC输出电压Vout，该转换器110可以是压降(或“降压”型)或压升(或“升压”)型转换器，或者降压转换器和升压转换器的组合。输出电压为像素化光源120供电。光源例如可以包括单片阵列发光元件，或者具有若干分段的有机光源OLED。已知电流控制转换器110，以便适于提供给作为负载连接的电路的电压电平。

根据本发明，反馈控制部件130包括微控制器元件140，该微控制器元件140具有作为其输入的像素化光源120的参数122。为了给出具体的示例，但不将本发明限制于该示例，参数122可以是像素化光源122的温度。在其输出处，微控制器根据参数122产生控制信号142，该控制信号142被注入到转换器110的反馈控制回路130中。因此，微控制器元件能够以精确和动态的方式作用于由转换器110提供的作为通电像素化光源的参数的函数的电压电平Vout。在温度的情况下，微控制器元件通过作用于作为光源的温度的函数的电源电压来实现像素化光源的热管理。为此，微控制器元件例如包括存储器，在该存储器中预先记录了光源的热特性和相关联的性能(behaviour)。通过参考这些数据，以使电压Vout适于温度122的这种方式选择控制信号142。

图2中所示的图示重新使用了前述实施例的总体框架。反馈控制回路230还包括分别由电阻器R1和电阻器R2的组件产生的分压器桥。施加到转换器210的控制端子的电压VFB与输出电压的关系如下：

显然，借助于来自微控制器元件240的控制信号242，可以通过在电流I_ctrl_vout中引入偏置来直接影响电压Vout的值。

图3中所示的图示示出了控制信号342的产生的优选实施例。与图2中所示的电路图相比，微控制器元件240由微控制器元件340和电路344代替。微控制器元件具有作为其输入的像素化光源的参数122，并且如上所述，确定待被注入到转换器的反馈控制回路中的相应的偏置值。

为了以精确的方式产生对应于所选择的偏置值的该控制信号342，微控制器元件初始地产生PWM类型(“PWM”代表“脉宽调制”)的第一信号341。该离散周期信号的主要特征在于其循环比，即脉冲持续时间与循环周期的总持续时间之间的比。单位脉冲PWM信号的50％的循环比产生具有0.5V的平均值的信号。

微控制器元件适于以精确的方式确定循环比，这使得可以产生具有精确地限定在0V和1V之间的平均值的PWM信号。已知将这种单位信号变为更高的电压脉冲。这样，具有0V和例如5V之间的平均值的PWM信号341可以由微控制器元件精确地产生。通过使这样产生的信号342经过低通滤波电路344，该低通滤波电路例如由包括电阻器R3、电阻器R4和电容器C的RC电路产生，控制信号342精确地对应于DC分量(DC component)，即初始PWM信号341的平均值。形式上，图3中所示的电压Vctrl由下式给出：

式中，V_{PWM_average}表示PWM信号341的平均值。通过选择R3＞＞R4，上式被简化为：

应当注意，在反馈控制回路中流动的电流I_ctrl_Vout下式给出：

举例来说，如果VFB＝0.8V、R3＝40k、R4＝10k4和C＝100k，则控制信号342中的1V的变化给出由转换器110提供的负载电压Vout中的0.1V的变化，该控制信号342中的1V的变化例如可以使用1kHz处的并具有1％循环比的PWM信号精确地确定。

保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种用于控制像素化光源(120)的电源的装置(100、200、300)，包括：

-转换器(110、210)，所述转换器旨在将电输入电压转换为待提供给像素化光源的电负载电压；

-转换器的反馈控制部件(130、230)，所述反馈控制部件具有作为输入的值，该值表示在像素化光源中流动的电流的值，

其特征在于，所述反馈控制部件包括：

微控制器元件(140、240、340)，所述微控制器元件被布置成用于产生控制信号(142、242、342)并且用于将该信号注入到反馈控制部件，所述控制信号(142、242、342)的至少一个特征取决于像素化光源(120)的至少一个参数(122)，以及

分压器，所述分压器具有连接至所述微控制器元件的输入端和连接至所述转换器的输出端，所述分压器被布置成使得负载电压是在反馈控制部件中流动的电流的值的函数，

其中，所述像素化光源的所述至少一个参数(122)包括所述像素化光源的结温的指示。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，微控制器元件(340)被布置成用于产生脉宽调制PWM型的第一信号(341)，所述第一信号的循环比取决于所述至少一个参数(122)，并且所述第一信号的平均值对应于所述控制信号(342)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，通过使用电压移位电路将第一信号(341)的幅度设置为预定的电压值。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述第一信号(341)连接到低通滤波电路(344)，以便产生所述控制信号(342)。

5.一种用于机动车辆的光模块，所述光模块包括像素化光源(120)和用于控制所述像素化光源的电源的装置(100、200、300)，其特征在于，用于控制电源的装置是根据权利要求1至4中的任一项所述的装置。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，像素化光源包括单片阵列发光元件或分段有机光源OLED。

7.根据权利要求5或6所述的光模块，其特征在于，用于控制电流的独立装置被布置在控制像素化光源(120)的电源的装置(100、200、300)与像素化光源(120)之间。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的光模块，其特征在于，至少一个线性电流源集成在所述像素化光源(120)的基底中。