CN113557794A

CN113557794A - 用于降低发光二极管场中的最大电流的控制和/或调节装置、电路装置和方法

Info

Publication number: CN113557794A
Application number: CN202080019208.1A
Authority: CN
Inventors: B-U·哈格迈尔; S·克诺普; C·威尔克斯
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-10-26
Also published as: US20220174797A1; WO2020182428A1; DE102019105954A1; EP3935920A1; US11723132B2

Abstract

本发明涉及一种用于控制和/或调节具有n个LED的发光二极管场的控制和/或调节装置，其中n>2，所述控制和/或调节装置具有输出端，在这些输出端处可获取用于控制和/或调节可控开关元件的控制和/或调节信号，所述控制和/或调节装置可通过控制信号和/或调节信号定义脉冲的接通时间点和/或关断时间点(I)并且可在确定的脉冲期间控制一个和/或多个可控开关元件以便闭合或打开，其中，可确定k组的数量，将每个LED分配到k组之一，从而k组中的每个组都包含m_j个发光二极管，其中1≤j≤k且

可为每个组确定参考时间点a_j＝a₁…a_k，并且可根据参考时间点a_j＝a₁…a_k确定每个组的每个LED的脉冲的接通时间点和/或关断时间点

其中1≤p_j≤m_j。

Description

用于降低发光二极管场中的最大电流的控制和/或调节装置、电路装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制和/或调节具有n个LED的发光二极管场(Leuchtdiodenfeld)的控制和/或调节装置，其中n>2，所述控制和/或调节装置具有输出端，在这些输出端处可获取用于控制和/或调节可控开关元件的控制和/或调节信号，利用所述控制和/或调节装置可通过控制信号和/或调节信号来定义脉冲的接通时间点和/或关断时间点

并且可在确定的脉冲期间控制一个和/或多个可控开关元件以便闭合或打开。

本发明还涉及一种电路装置和一种用于运行所述电路装置的方法。

背景技术

在发光二极管场中，每个单独像素的亮度通过具有脉宽为PW＝0...100％的脉冲的脉宽调制(电流)信号来控制。

在当今的系统中，发光二极管场的所有LED通常在时间点t_ein＝0同时接通，并且然后在其各自的脉冲结束时在时间点

依次关断。

这导致在这种发光二极管场的供电中产生很强的脉冲电流负载，尤其是在接通时间点t_ein＝0时。这又增加了对这些系统的供电要求并且可能导致EMV(电磁兼容)方面问题。

这种发光二极管场例如位于在新开发的LED前照灯中，这种前照灯在发光二极管场内具有数万个发光二极管。在此希望降低系统中的最大电流并使电流曲线整体上更均匀，以实现更好的EMV条件并实现更有利的LED供电设计。

本发明着手于此点。

发明内容

本发明所基于的任务是提出一种控制和/或调节装置、一种电路装置和一种方法，借助它们可减少由发光二极管场消耗的电流的最大值、即最大电流。

根据本发明，所述任务在第一种变型方案中由此解决：用于控制和/或调节具有n个LED的发光二极管场的控制和/或调节装置，其中n>2，所述控制和/或调节装置具有输出端，在这些输出端处可获取用于控制和/或调节可控开关元件的控制和/或调节信号，利用所述控制和/或调节装置可通过控制信号和/或调节信号定义脉冲的接通时间点和/或关断时间点

并且可在确定的脉冲期间控制一个和/或多个可控开关元件(4)以闭合或打开，在此可确定k组的数量，将每个LED分配到k组之一，从而k组中的每个组包含m_j个发光二极管，其中1≤j≤k且

可为每个组确定参考时间点a_j＝a₁…a_k，并且可根据参考时间点a_j＝a₁…a_k确定针对每个组的每个LED的脉冲的接通时间点和/或关断时间点

其中1≤p_j≤m_j。

将发光二极管场的各个LED分组并分配不同的参考时间点以确定接通时间点和/或关断时间点使得脉冲分布在时钟周期上。通过该措施降低了系统中的最大电流并使电流曲线变平。

所需的亮度分布通常在相邻LED之间的亮度方面具有较小的梯度，即相邻LED必须具有相似的亮度并且因此具有相似的脉冲。尤其是当发光二极管场应用在前照灯中以及在那里预期的目标光分布中是这种情况。

为了最大化所提出的发明的优点，因此有利的是，将每个LED分配到k组之一，使得相邻的LED被分配到不同的组。一组中的LED应这样分布，使得在一组内不形成相邻发光二极管的LED块。

下面举例说明如何将发光二极管有利地分配到k个组。假设这涉及矩阵LED系统，在其中LED排列成列和行。其它几何形状可以类似的方式简单地划分。

对于k＝2，发光二极管场的各个LED应如下分配到组1和组2：

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2…

2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1…

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2…

…

对于k＝3，发光二极管场的各个LED可如下分配到组1、2和3：

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3…

2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1…

3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2…

…

对于k＝5，发光二极管场的各个LED的有利的分配例如如下：

1 4 2 5 3 1 4 2 5 3…

2 5 3 1 4 2 5 3 1 4…

3 1 4 2 5 3 1 4 2 5…

4 2 5 3 1 4 2 5 3 1…

…

有利的是，所述参考时间点a_j＝a₁…a_k可随机选取。这节省了控制和/或调节装置内的计算量。

但目标可以是尽可能地彼此分开接通时间点或关断时间点，因为通过不同时或短暂地依次接通所有LED来实现最大电流的减少。

有利的是，所述参考时间点a_j＝a₁…a_k可如下确定：

k＝1:a₁可自由选择，

k＝2:a₁＝0，a₂＝T，

k>2:a1＝0，

且i＝1...k-2，

其中T是时钟周期。

由确定的参考时间点a_j＝a₁…a_k可确定针对一组中每个LED的脉冲的接通时间点和关断时间点。

可规定，可根据a按照下述公式计算针对一组中每个LED的脉冲的接通时间点

并且可根据a按照下述公式计算一组中针对每个LED的脉冲的关断时间点

其中，a_j＝a₁…a_k，

单位是T的％。

可根据给定的公式对于所有希望的实现形式计算针对一组中每个发光二极管的脉冲的接通时间点和关断时间点。

对于开头提到的情况，所有发光二极管应在时钟周期开始时接通，这意味着参考时间点a_j＝0。如果将此a的值插入公式中，则得到

和

因此，所有脉冲在时钟周期开始时接通并且在每个发光二极管的脉冲持续时间之后再次关断。

同样的原则也适用于所有LED应在时钟周期结束时同时关断并且必须计算针对每个脉冲的单独的接通时间点的情况。在此情况下，应将参考时间点a_j＝T插入公式中。很容易看出，针对每个发光二极管的脉冲有各自的接通时间点并且在时钟周期结束时有共同的关断时间点。

对于位于时钟周期内的每个参考时间点a_j，由公式得出每个脉冲在参考时间点之前多久接通以及每个脉冲在参考时间点之后多久关断。基于给定的公式使脉冲尽可能均匀分布在一个时钟周期内。

由于待形成的k组数量受技术可能性的限制，k应按照“按需要那么大，尽可能小”的原则进行选择。

根据本发明，所述任务在第二种变型方案中通过如下方式解决，所述控制和/或调节装置

-可根据公式

计算脉宽PW_i的平均值M_PW

-可根据该平均值M_PW按照公式

确定k组的数量，

-将每个LED分配到k组之一。

根据本发明，可这样构造控制和/或调节装置，使得其可存储仿真结果以确定k的最佳数量。

于是可规定，用于创建控制和/或调节装置的方法至少具有下述步骤：

-在仿真中模拟应借助发光二极管场实现的所需的亮度分布，

-为了所需的亮度分布，借助仿真确定一组中各个LED的脉冲，

-对于不同的组数，基于脉冲仿真发光二极管场中的电流分布，

-基于电流分布确定k组的最佳数量，

-将基于仿真确定的信息传输给控制和/或调节装置。

此外，本发明涉及一种用于控制和/或调节发光二极管场的电路装置。根据本发明的电路装置具有根据权利要求1至7所述的控制和/或调节装置、用于每个LED的电流源和发光二极管场，所述发光二极管场包括至少两个串联电路，所述至少两个串联电路分别包括至少一个发光二极管和可控开关元件，每个可控开关元件的控制端子与控制和/或调节装置的输出端连接。

在此可规定，根据本发明的电路装置的每个电流源可由控制和/或调节装置调节，其中，当可控开关元件闭合时电流i＝i_max，而当可控开关元件打开时电流i＝0。

用于运行根据本发明的电路装置的方法至少包括下述步骤：

-k组的数量由控制和/或调节装置确定或被传输给控制和/或调节装置或被随机确定，

-将每个LED分配到一个组，

-为每个组确定参考时间点a_j＝a₁…a_k，

-根据参考时间点a_j＝a₁…a_k确定针对每个组的每个发光二极管的脉冲的接通和关断时间点

-所述控制和/或调节装置(1)针对每个组的每个发光二极管的脉冲的确定的接通时间点和关断时间点

控制可控开关元件以闭合或打开。

用于运行电路装置的第二种变型方案的方法也至少包括下述步骤：

-根据公式

计算所有脉宽PW_i的平均值M_PW

-根据该平均值M_PW按照公式

确定k组的数量，

-将每个LED分配到k组之一。

本发明的优点在于：随着组数的增加，发光二极管场内的最大电流显著降低并且变得更连续。

由于组数合理地不能无限增加，本发明还提供实现合理的成本/收益权衡的可能性。

附图说明

下面参照附图详细阐述本发明。附图如下：

图1示出根据本发明的用于控制和/或调节发光二极管场的电路装置的框图；

图2a、2b示出用于说明参考时间点和接通和关断时间点的确定的流程图；

图3示出当k＝5时根据本发明的脉冲分布的示例性图示；

图4示出对于真实亮度分布在不同组数时的仿真电流分布。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于控制和/或调节发光二极管场2的电路装置5的框图。

根据本发明的电路装置5例如可通过集成电路、尤其是商品芯片或ASIC来实现。完全可以设想电路装置5的其它实施方式。

发光二极管场2在此被假设为矩阵LED系统，如在新开发的机动车前照灯中所使用的矩阵LED系统。

各个发光二极管L.D₁₁,L.D₁₂,…彼此排列成行和列。但本发明不限于具有排列成行和列的发光二极管的发光二极管场。

在此很容易想到，发光二极管场2具有发光二极管L.D₁₁,L.D₁₂,…的不同布置形式。

在当今的前照灯中使用具有15000-25000个发光二极管LED₁₁,LED₁₂,…的LED系统。

各个LED可通过可控开关元件4来操作，该可控开关元件被控制用于打开或闭合。在可控开关元件4闭合的持续时间内设定各个发光二极管LED₁₁,LED₁₂,…的亮度。

各个发光二极管-ED₁₁,-ED₁₂,…的所需亮度可借助图像数据来确定，该图像数据可从控制器8传输给控制和/或调节装置1。

也可设想将所需亮度值直接传输给控制和/或调节装置1。

可控开关元件4以人眼无法看到的高频率来接通和关断。

除了发光二极管场2之外，根据本发明的电路装置5包括至少一个电流源6。电流源6是可调电流源6。

可以设想，根据本发明的电路装置5对于发光二极管场2中的每个发光二极管-ED₁₁,-ED₁₂,…具有一个电流源6和一个可控开关元件4。这种设计例如在开头提到的新型LED前照灯中是可能的。

此外，在根据本发明的电路装置5中，设置有至少一个根据本发明的控制和/或调节装置1。控制和/或调节装置1优选具有多个输出端3。控制和/或调节装置1通过这些输出端3与发光二极管场2的可调电流源6和可控开关元件4连接。

控制和/或调节装置也可具有至少一个输入端9。通过该输入端例如可传输用于确定所需亮度的图像数据。

这样构造根据本发明的控制和/或调节装置1，使得用于实现发光二极管场2的发光二极管-ED₁₁,-.D₁₂,…的希望亮度分布所需的处理步骤可自主或者说独立运行。

这在根据本发明的控制和/或调节装置1中通过如下方式实现：首先确定k组的数量并将每个LED分配到k组之一。

一方面可以通过在运行期间在控制和/或调节装置1内的计算来确定所需的组数。

还可设想，预先确定组数并将组数传输给控制和/或调节装置1。

在控制和/或调节装置1内还设有用于确定参考时间点a_j＝a₁…a_k的单元7。

参考时间点a_j＝a₁…a_k可以不同的方式确定。如果应最小化计算耗费，则例如可借助随机生成器随机选择值。

优选这样构造所述单元7，使得所述单元由确定的组数值计算参考时间点a_j＝a₁…a_k。

在根据本发明的电路装置中这样构造单元7，使得所述单元在考虑到组数的情况下如下确定参考时间点a_j＝a₁…a_k：

k＝1:a₁可自由选择，

k＝2:a₁＝0，a₂＝T，

k>2:a1＝0，

且i＝1...k-2，

其中T是时钟周期。

然后根据可用的参考时间点a_j＝a₁…a_k，根据本发明的控制和/或调节装置1可确定一组中每个LED的脉冲的接通和关断时间点

为此，在单元7中存储有用于计算一组中每个LED的脉冲的接通时间点和关断时间点

的公式。在当前情况下，下述公式被提供给单元：

接通时间点

关断时间点

基于确定的接通时间点或关断时间点，控制可控开关元件4以闭合或打开。

当可控开关元件闭合时，可调电流源提供所需的电流i以便使选定的发光二极管发光并实现所需的亮度分布。

图2a、2b示出用于更好地说明对参考时间点和接通和关断时间点的确定的流程图。图2a示出外循环并且图2b示出内循环。

作为准备措施，根据图1中描述的变型方案之一确定k组的数量并且将每个发光二极管分配到一个组，使得每个组包含m_j个发光二极管。该信息以适合的方式输入系统。

流程图在外循环中开始，在其中各个组依次被遍历或者说被运行。因此j的值从j＝1运行到j＝k。

首先设置j:＝1，即考虑k组中的第一组。

在第一步骤中，现在根据所提出的方法之一确定针对第一组的参考时间点a₁。如已经说明的，这例如可随机地、根据存储的表格或应用所说明的公式进行。

在为当前考虑的组确定参考时间点后，开始应用程序的内循环。

在内循环中，针对在该遍历中考虑的组的每个分配的发光二极管p_j递归地确定接通时间点和关断时间点。

p_j的值遍历所有值，直到达到相应组m_j中的发光二极管数量。

首先，j＝1，使得第一组发光二极管p₁被遍历。

为此，首先设置p₁:＝1，即考虑第一组的第一个发光二极管。

下面基于针对第一组的参考值确定该发光二极管的接通时间点和关断时间点。

如果这实现了，则下一步检查p_j的值是否相应于m_j的值，即内循环是否已经对所考虑组的所有发光二极管进行了处理。

如果查询的回答为“否”，则pj的值增加1并且内循环被再次运行。

如果查询的回答为“是”，则内循环结束并返回外循环。

在此检查j的值是否相应于k的值并且因此是否所有组都已被处理。

如果查询的回答为“否”，则j的值增加1，即考虑下一组。递归再次开始。

如果查询的回答为“是”，则所有需要的计算都已执行。流程结束。

图3示出针对k＝5根据本发明确定的脉冲分布的示例性图示。

在x轴上绘制时间，在此情况下是时钟周期T。

在y轴上绘制可调电流源6的电流。

在接通状态中流过电流i＝i_max，在关断状态中i＝0。

借助对于a_j＝a₁…a₅说明的计算方法根据图1中解释的计算模型得出以下参考时间点：

a₁＝0,

a₅＝T

基于这些参考时间点，通过使用图1中给出的计算公式确定针对每个组的每个发光二极管的脉冲的接通时间点和关断时间点。

本示例示出5个组中每一组的脉冲。这意味着，每组中将只有一个发光二极管。在实践中将多个/大量发光二极管分配到一个组中。将一个发光二极管分配到k组中的每一组的假设仅仅是为了使图3更清楚。

通过根据本发明确定参考时间点并计算接通时间点和关断时间点实现脉冲在时钟周期上的均匀分布。

在现实中，为每个组分配发光二极管场2的多个发光二极管LED₁₁,LED₁₂,…。这些发光二极管中的每一个发光二极管分别具有一个用于设定希望亮度的脉冲。

因此，一个时钟周期内所需的电流不是恒定的i＝i_max或i＝0，而是必须根据接通的发光二极管的电流需求来设置。

本发明的目标是降低电路装置内的最大电流并使电流曲线协调。

图4示出对于真实亮度分布在不同组数时的仿真电流分布。在当前情况下，不确定组数k，而是将不同数量进行比较，以阐明组数k对电流分布的影响。

接通时间点和关断时间点借助图1中描述的公式来计算。

仿真涉及具有数千个发光二极管的真实布置，这些发光二极管根据图1中所示的标准分配到不同的组。

在此：

L1表示k＝1的电流曲线，如果所有发光二极管在a₁＝0时接通，

L2表示k＝2的电流曲线，其中假设a₁＝0，a₂＝T，

L3表示k＝3的电流曲线，其中假设a₁＝0，a₂＝T/2，a₃＝T，

L4表示k＝5的电流曲线，其中假设a₁＝0，a₂＝T/4，a₃＝T/2，a₄＝3T/4，a₅＝T。

在此i_max假设为无量纲的且i_max＝1。

作为结果在此可以看到，随着组数的增加，最大电流显著降低并且电流曲线变平且更连续。但随着k数量的增加，最大电流的减少变小，这强调了所示出的确定所需组数的重要性。为了实现，在此尤其是必须借助本发明进行成本/收益权衡。

附图标记列表：

1 控制和/或调节装置

2 发光二极管场

3 输出端

4 可控开关元件

5 电路装置

6 电流源

7 用于确定参考时间点的单元

8 控制器

9 输入端

LED₁₁,LED₁₂,… 发光二极管

接通或关断时间点

a_j＝a₁…a_k 参考时间点

Claims

1.用于控制和/或调节具有n个LED的发光二极管场(2)的控制和/或调节装置(1)，其中n＞2，所述控制和/或调节装置具有输出端(3)，在这些输出端处能获取用于控制和/或调节可控开关元件(4)的控制和/或调节信号，

利用所述控制和/或调节装置(1)

-能通过控制信号和/或调节信号定义脉冲的接通时间点和/或关断时间点

-能在确定的脉冲期间控制一个和/或多个可控开关元件(4)以闭合或打开，

其特征在于，

-能确定k组的数量，

-将每个LED分配到k组之一，从而k组中的每个组包含mj个发光二极管，其中1≤j≤k且

-能为每个组确定参考时间点a_j＝a₁...a_k，

-能根据参考时间点a_j＝a₁...a_k确定针对每个组的每个LED的脉冲的接通时间点和/或关断时间点

其中1≤p_j≤m_j。

2.根据权利要求1所述的控制和/或调节装置(1)，其特征在于，将每个LED分配到k组之一，使得相邻的LED被分配到不同的组。

3.根据权利要求1或2所述的控制和/或调节装置(1)，其特征在于，所述参考时间点a_j＝a₁...a_k能随机选取。

4.根据权利要求1或2所述的控制和/或调节装置(1)，其特征在于，所述参考时间点a_j＝a₁...a_k能如下确定：

k＝1：a₁能自由选择，

k＝2：a₁＝0，a₂＝T，

k＞2：a1＝0，

a_k＝T

且i＝1...k-2，

其中T是时钟周期。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制和/或调节装置(1)，其特征在于，能根据a按照下述公式计算针对一组中每个LED的脉冲的接通时间点

其中，a_j＝a₁...a_k，

单位是T的％。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的控制和/或调节装置(1)，其特征在于，能根据a按照下述公式计算针对一组中每个LED的脉冲的关断时间点

其中，a_j＝a₁...a_k，

单位是T的％。

7.尤其是根据权利要求1或2所述的、用于控制和/或调节具有n个LED的发光二极管场(2)的控制和/或调节装置(1)，所述控制和/或调节装置(1)具有输出端(3)，在这些输出端处能获取用于控制和/或调节可控开关元件(4)的控制和/或调节信号，

利用所述控制和/或调节装置(1)

其特征在于，

-能根据公式

计算所有脉宽PW_i的平均值M_PW

-能根据该平均值M_Pw根据公式

确定k组的数量，

-将每个LED分配到k组之一。

8.用于对具有权利要求1至7的特征的控制和/或调节装置(1)进行编程的方法，所述方法至少包括下述步骤：

-在仿真中模拟应借助发光二极管场(2)实现的所需的亮度分布，

-为了所需的亮度分布，借助仿真确定一组中各个LED的脉冲，

-对于不同的组数，基于脉冲仿真发光二极管场(2)中的电流分布，

-基于电流分布确k组的最佳数量，

-将基于所述仿真确定的信息传输给控制和/或调节装置(1)。

9.用于控制和/或调节发光二极管场(2)的电路装置(5)，所述电路装置具有：

-根据权利要求1至7所述的控制和/或调节装置(1)，

-用于每个LED的电流源(6)，

-发光二极管场(2)，

所述发光二极管场(2)包括至少两个串联电路，所述至少两个串联电路分别包括至少一个发光二极管和可控开关元件(4)，每个可控开关元件(4)的控制端子与控制和/或调节装置(1)的输出端(3)连接。

10.根据权利要求9的电路装置(5)，其特征在于，所述电路装置(5)的每个电流源(6)能由控制和/或调节装置(1)调节，其中，当可控开关元件闭合时电流i＝i_max，而当可控开关元件打开时电流i＝0。

11.用于运行具有权利要求9的特征的电路装置(5)的方法，所述方法至少包括下述步骤：

-k组的数量由控制和/或调节装置(1)确定或被传输给控制和/或调节装置(1)或被随机确定，

-将每个LED分配到一个组，

-为每个组确定参考时间点a_j＝a₁...a_k，

-根据参考时间点a_j＝a₁...a_k确定针对每个组的每个发光二极管的脉冲的接通和关断时间点

-所述控制和/或调节装置(1)针对每个组的每个发光二极管的脉冲的确定的接通时间点和确定的关断时间点

控制可控开关元件(4)以闭合或打开。

12.用于运行具有权利要求9的特征的电路装置(5)的方法，所述方法至少包括下述步骤：

-根据公式

计算所有脉宽PW_i的平均值M_PW

-根据该平均值M_PW按照公式

确定k组的数量，

-将每个LED分配到k组之一。