CN113170556B - 用于机动车的前灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于至少两个LED支路（Z1、Z2、Zn）的用于机动车的前灯，所述支路中的每一个均具有LED（LED11...LED1x；LED21...LED2x；LEDn1...LED3x）的串联电路，并且每个支路的至少一个LED可以由受控开关（S11...S1x；S21...S2x；Sn1...Snx）桥接，每个LED支路（Z1、Z2、Zn）由分配给该LED支路的降压转换器（T1,T2,Tn）馈电，其中所述降压转换器被构造为恒流电源并且在输入侧处于共同的中间电路电压（Uz），所述中间电路电压由处于输入电压（Ue）的电压供应装置（H）产生，以及设置控制单元（C），所述控制单元（C）根据期望的光图像被设立用于以脉宽调制方式操控开关，其中在PWM周期内，支路的LED的开关时间点在时间上均匀地彼此错开，并且所述控制单元（C）具有存储器（S），在所述存储器中存放有矩阵式前灯的LED对由所述LED待照明的立体角的分配，给所述控制单元输送与期望的光图像有关的请求信号（d），并且所述控制单元（C）被设立用于从与LED对所述立体角的分配有关的来自存储器（S）的信息中与LED对其各自受控开关（S11...S1x;S21...S2x;Sn1...Snx）以及其占空率的分配的存在于矩阵IC（M）中的信息组合地来计算每个支路（Z1、Z2、Zn）的激活的LED的最大数量以及从而也计算这些支路的最大出现的正向电压，其中所述占空率确定各个LED的亮度；并且从中选择具有最多的激活的LED的LED支路，所述LED支路预先给定最小必要的中间电路电压（Uz）；以及将与所选择的LED支路有关的信息作为指令信号（b）输送给所述电压供应装置（H），以便将所述电压供应装置动态地设置到中间电路电压（Uz）的分别为了对所选择的LED支路进行供电所需要的值。

Description

用于机动车的前灯

技术领域

本发明涉及一种用于至少两个LED支路的用于机动车的前灯，所述LED支路中的每一个均具有LED的串联电路，并且每个支路的至少一个LED可以由受控开关桥接，每个LED支路由分配给该LED支路的降压转换器馈电，其中降压转换器被构造为恒流电源，并且在输入侧处于共同的中间电路电压，所述中间电路电压由处于输入电压的电压供应装置产生，并且设置控制单元，所述控制单元根据期望的光图像被设立用于以脉宽调制的方式操控开关，其中在PWM周期内，支路的LED的开关时间点在时间上均匀地彼此错开。

背景技术

尤其是在基于自适应LED矩阵系统的车辆前灯情况下，使用所谓的分路开关用于单独地对支路的各个LED进行调光或短接。例如，这些开关直接位于各自LED处或者然而也通常位于自身的电路板上，并且所述开关经由通信接口由控制单元操控。

控制单元的核心大多数是所谓的矩阵IC，上面提到的分路开关也可以集成到所述矩阵IC中。借助于滞后地调节的降压转换器（降压调节器）对各个支路（也可以称为支线）进行馈电，所述降压转换器被构造为高动态电流源。各个降压转换器由共同中间电路电压供电，所述中间电路电压的电压值必须至少对应于具有最大数量的LED的那个支路的串联连接的LED的所有正向电压的总和，其中每个支路实际上通常具有相同数量的LED。

控制单元在脉宽调制的意义上根据期望的光图像来操控开关，其中值得推荐的是，在PWM周期内使支路的LED的开关时间点彼此错开。

例如可以处于12至42伏特的范围中、但也可以低于或高于该范围的中间电路电压由受调节或受控的电压供应装置提供，大多数由升压转换器（升压调节器）提供。该电压供应装置的输入电压例如可以是机动车的车载电压。在前灯的动态地变化的光分布的过程中，尤其是在平均地仅支路的少数LED是激活的而剩余的LED被桥接的照明场景情况下，产生中间电路电压的电压供应装置更强烈地被加载荷，这也适用于提供和调节各自支路电流的降压转换器。也可以如此描述该问题，使得在许多情况下，即使使开关时间点错开，中间电路电压也是不必要地高的，然而在支路的所有LED应该发光的其他情况下需要高的中间电路电压。

发明内容

本发明的任务在于说明一种解决方案，所述解决方案克服上述问题，并且由此能够实现供电装置的较小载荷以及降低能量消耗。

该任务利用开头提到的类型的前灯解决，其中根据本发明，控制单元具有存储器，在所述存储器中存放有矩阵式前灯的LED对由所述LED待照明的立体角的分配，向控制单元输送与期望的光图像有关的请求信号，并且控制单元被设立用于从与LED对立体角的分配有关的来自存储器的信息中与LED对其各自受控开关和其占空率的分配的存在于矩阵IC中的信息相组合地计算每个支路的激活的LED的最大数量并且从而也计算所述支路的最大出现的正向电压，其中所述占空率确定各个LED的亮度；并且从中选择具有最多的激活的LED的LED支路，所述LED支路预先给定最小必要的中间电路电压；并且将与所选择的LED支路有关的信息作为指令信号输送给电压供应装置，以便将所述电压供应装置动态地设置到分别中间电路电压的为了对所选择的LED支路进行供电所需要的值。

借助于本发明，前灯中的损耗可以被最小化，即可以实现高的效率。

由于LED或其模块的温度在可能的效率优化情况下起大的作用，所以如果在控制单元的存储器中存储有包括至少一个LED的LED模块的温度与LED的正向电压之间的关系，则可能是有利的，给控制单元输送LED模块的温度的分别当前值，并且控制单元被设立用于在访问存储器之后，关于中间电路电压对指令进行与温度相对应的校正，其中在所述存储器中存储有LED模块的温度与LED的正向电压之间的关系。

有利的改进的特征在于，电压供应装置被构造为升压转换器。

附图说明

下面根据示例性实施方式更详细地描述本发明，所述示例性实施方式与技术领域的其他描述一起在附图中予以阐明。在所述附图中，

图1示出用于自适应前灯的LED支路的供电装置的电路原理图，

图2示出具有时间上等距地分布的开关时间点和相同占空率（duty cycles（占空比））的支路的操控的电压和开关图表（Spannungs- und Schaltdiagramm），

图3示出对应于图2但是具有不同的占空率（duty cycles）的电压和开关图表，

图4根据LED模块的温度 Tm示出待采用的正向电压Vf的例如所存储的相关性，以及

图5示出涉及控制单元的例如根据本发明的功能的流程图。

具体实施方式

根据图1，从输入电压Ue出发可以给数量n个LED支路Z1、Z2、Zn供电，在所示的示例中，为了简单起见，仅仅示出三个支路，所述输入电压例如可以是机动车的车载电压。支路Z1、Z2、Zn中的每一个均由数量x个LED的串联电路组成，其中作为示例又为了简单起见仅示出三个LED LED11...LED1x；LED21…LED2x；LED31…LED3x。在该示例中，支路Z1、Z2、Zn分别包含相同多个LED，即 x个LED，但每支路的LED数量可能是不同的。

在本示例中，总共 n.x 个LED构成前灯的矩阵，所述前灯基于自适应LED矩阵系统工作。

在每个支路中，LED、每支路至少一个LED可以由开关桥接，在这种情况下，支路的所有LED分别可以由开关 S11 ... S1x；S21 ... S2x; Sn1 ... Snx桥接，即开关与相应的LED并联。这些开关、所谓的分路开关用于单独地对支路的各个LED进行调光或短接。开关例如直接位于各自LED处或然而也通常位于自身的电路板上，并且所述开关经由通信接口由控制单元操控。

每个LED支路Z1、Z2、Zn由分配给所述LED支路的降压转换器T1、T2、Tn馈电，其中降压转换器是滞后调节的降压转换装置（降压调节器），所述降压转换装置被构造为高动态电流源，并且在输入侧处于共同的中间电路电压 Uz，所述中间电路电压由处于输入电压 Ue的电压供应装置 H 产生。

此外，设置控制单元C，所述控制单元根据前灯的期望的光图像被设立用于在脉宽调制的意义上操控开关S11...S1x；S21 ... S2x; Sn1 ... Snx，其中在PWM周期内，支路的LED的开关时间点彼此错开，这在下面更详细地进一步被示出和阐述。

控制单元C的核心是所谓的矩阵IC，在图1中用M表示，分路开关也可以集成到所述矩阵IC中，所述分路开关在这里无论如何为了更清楚地表示在所属的LED处绘入。对所有降压转换器共同地供电的中间电路电压具有电压值，所述电压值必须至少对应于具有最大数量的LED的那个支路的串联连接的LED的所有正向电压的总和，其中每个支路实际上通常具有相同数量的LED。

在例如12 至 42伏特的范围中的中间电路电压Uz根据支路中的最高LED数量被选择，并且所述中间电路电压由受调节或受控的电压供应装置H、大多数升压转换器（升压调节器）提供。该电压供应装置的输入电压Ue例如可以是机动车的车载电压。

在车辆或其电子设备侧，给控制单元持续地输送请求信号d，所述请求信号与当前期望的光图像有关。在前灯的动态地变化的光分布的过程中，尤其是在平均地仅支路的少数LED是激活的而剩余的LED被桥接的照明场景情况下，产生中间电路电压 Uz 的电压供应装置更强烈地被加载荷，这也适用于提供和调节各自支路电流的降压转换器T1、T2、Tn。换句话说，中间电路电压Uz在很多情况下是不必要地高的，但是在支路的所有LED应该发光的情况下需要高的中间电路电压Uz。支路的LED的整个串联电路处的中间电路电压在图1中用Uk1、Uk2、Ukn表示。

图2示出具有带有时间上等距地分布的开关时间点的四个串联连接的LED的支路的操控的电压和开关图表。为了简化，在该示例和以下示例中采用3.5 V的正向电压（前向电压），其中在目前处于市场上的LED情况下正向电压根据类型（尤其是颜色、IR、UV）例如处于1.2至 4.5 V之间。在具有四个非短接的、即由开关桥接的LED的支路情况下，最大需要的支路电压因此会处于4*3.5 =14 V。在图 2 中，四个LED用LED1至LED4表示。

图2的上图表示出在PWM周期内具有四个LED的支路的电压Uk的时间曲线，而在下图表中示出四个LED的所属开关状态，其中认识到，每个LED以30%的占空率（Duty Cycle）被切换，并且LED的开关时间点在时间上均匀地错开。认识到，在选择合适的开关时间点的情况下，最大需要7.5 V的支路电压Uk。而如果开关时间点将会随机地分布，则无论如何将会在特定的时间需要14 V的最大支路电压（虚线）。

图3示出与图3类似、但是在PWM周期内具有各个LED的不同占空率（Duty Cycle）的表示，这意味着四个LED不同地被调光并且因此显得不同亮。在所示的示例中，在短的时间段内需要10.5 V 的支路电压 Uk，即然而仍总是低于14 V的最大电压的值。

本发明现在基于：预测各个支路的最大接通的LED的数量，从中确定各个支路的最大需要的支路电压并且与此相应地设定中间电路电压Zu。这在下面更详细地被阐述。

为了利用矩阵式前灯产生期望的光图像，光图像的各个区域被遮没（ausgeblendet），或者LED矩阵的分段被关断或调光。这例如在对交通区域进行特别照亮时或在有针对性对与迎面而来的交通参与者或行人有关的小区域进行遮没时是这种情况，并且与此相应地操控LED的分路开关。如上已经提及的，所需要的请求信号d在车辆侧持续地被输送给控制单元。

在控制单元C中，由矩阵式前灯的LED待照明的立体角的分配存放在存储器S中，其中该分配特定于每个前灯。从来自存储器S的该信息中与对各自分路开关和各自占空率的LED分配的存在于矩阵IC M中的信息相组合地得出支路的分别激活的LED的最大数量并且因此也得出该支路的最大出现的正向电压，其中所述占空率在调光情况下确定各个LED的亮度。如果现在根据适用于此的算法对于所有LED支路进行该计算，则可以从中确定具有最多的激活的LED的LED支路，所述LED支路因此预先给定最小必要的中间电路电压。例如可以在计算单元R中确定并且在图 1 中由指令信号b表明的该信息被输送给升压转换器 H，所述升压转换器然后动态地被设定到中间电路电压 Uz的分别需要的值。

如果考虑正向电压随温度、更准确地说随阻挡层温度而变化，则可以实现根据本发明的解决方案的进一步改善，其中温度降低导致正向电压增加。由于不能直接检测阻挡层温度，所以在合适的点处测量例如LED模块的温度，其中可以根据实验近似地确定在正向电压和所测量的温度之间的结构特定关系。在低温度下，必须基于最高正向电压（最坏情况）；在较高温度下，可以采用较低的正向电压。例如，在控制单元 C 的存储组件中确定正向电压 Vf对LED模块的温度Tm的分配，并且然后可以在控制单元C中关于中间电路电压 Uz对指令 b 进行与温度相对应的校正。图1示意性地示出分配给LED模块的温度传感器ST。结合本发明，术语LED模块可以被理解为单个LED装置、例如LED和冷却体，或者LED链的装置也或者整个LED矩阵。无论如何，重要的是温度传感器提供代表LED温度的参量，其中温度传感器也可以包括多个传感器，用以检测各个LED模块的不相同的温度的平均值。在共同的冷却体情况下，也可以检测该冷却体的温度。图4根据LED模块中的温度Tm示出待采用的正向电压Vf的所存储的相关性的示例。

对于本领域技术人员而言应该清楚的是，图1中绘入到控制单元C的块中的其他块、即计算单元R、存储器S和矩阵IC M首先可以被认为功能块并且不必然被认为物理地存在的分离的单元。实际上，控制单元C也可能被构建为“单芯片”解决方案。

控制单元C的在上面例如描述的根据本发明的功能在图5的流程图中示出。在车辆侧，经由信号d向控制单元C请求应该在车道上产生的特定光图像。根据存在的算法，然后根据LED的光分布为期望的光图像确定LED分配以及为每个LED确定占空率和相移（phaseshift（相移））。对于每个支路 1…x，获得最大数量的激活的LED并且确定具有最多的激活的LED的那个支路。现在可以考虑模块温度Tm并且随后在用于电压供应装置H的指令信号 b之前发出必要的支路电压 Uk。

Claims (3)

1.用于机动车的矩阵式前灯，其中所述矩阵式前灯包括：

至少两个LED支路（Z1、Z2、... Zn），所述LED支路中的每一个均具有LED（LED11...LED1x；LED21...LED2x；LEDn1...LEDnx）的串联电路，所述LED能够被操控用于辐射借助于请求信号（d）确定的期望的光图像并且对于所述LED为此存放立体角，其中每个支路的至少一个LED能够由受控开关（S11... S1x；S21... S2x；Sn1... Snx）桥接，

-其中每个LED支路（Z1、Z2、... Zn）由分配给该LED支路的降压转换器（T1、T2、... Tn）馈电，其中所述降压转换器被构造为恒流电源并且在输入侧处于共同的中间电路电压（Uz），

-其中所述中间电路电压（Uz）由处于输入电压（Ue）的电压供应装置（H）产生，

-并且设置控制单元（C），所述控制单元（C）根据所述期望的光图像被设立用于以脉宽调制的方式操控开关（S11...S1x ; S21...S2x; Sn1...Snx），其中在脉宽调制周期内，支路的LED（LED11...LED1x；LED21...LED2x；LEDn1...LEDnx）的开关时间点在时间上均匀地彼此错开，其特征在于，

所述控制单元（C）具有存储器（S）以及矩阵IC（M），在所述存储器中存放有所述矩阵式前灯的LED（LED11...LED1x；LED21...LED2x；LEDn1...LEDnx）对由所述LED待照明的立体角的分配，给所述控制单元（C）输送与所述期望的光图像有关的请求信号（d），并且所述控制单元（C）被设立用于根据与所述LED对所述立体角的分配有关的来自所述存储器（S）的信息并结合所述LED对其各自受控开关（S11... S1x ; S21... S2x; Sn1... Snx）以及其占空率的分配的存在于所述矩阵 IC（M）中的信息来计算每个支路（Z1、Z2、... Zn）的同时激活的LED的最大数量以及从而也计算所述支路（Z1、Z2、... Zn）的出现的最大正向电压，其中所述占空率确定各个LED的亮度；并且从中确定具有最多的同时激活的LED的LED支路，所述LED支路因此预先给定最小必要的中间电路电压（Uz）；以及将与确定所述最小必要的中间电路电压（Uz）的LED支路有关的信息作为指令信号（b）输送给所述电压供应装置（H），以便动态地设定所述电压供应装置（H）用以输出所述最小必要的中间电路电压（Uz）的为了对所确定的LED支路进行供电所需要的值。

2.根据权利要求1所述的矩阵式前灯，其特征在于，在所述控制单元（C）的存储器（S）中存储有包括至少一个LED的LED模块的温度（Tm）与LED的正向电压（Vf）之间的关系，给所述控制单元（C）输送所述LED模块的温度的当前值，并且所述控制单元（C）被设立用于在访问所述存储器（S）之后，针对所述中间电路电压（Uz）对指令信号（b）进行与温度相对应的校正，其中在所述存储器（S）中存储有LED模块的温度与LED的正向电压（Vf）之间的关系。

3.根据权利要求1或2所述的矩阵式前灯，其特征在于，所述电压供应装置（H）被构造为升压转换器。