CN114557132A - 包括多相位交错式功率转换器的照明系统 - Google Patents

包括多相位交错式功率转换器的照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机动车辆照明系统(1)，包括：光源(2)、多相位交错式功率转换器(3)、控制器，所述多相位交错式功率转换器(3)包括多个可选择性激活的基本转换器(31a、31b、31c、31n)，基本转换器中的每一个被配置为生成具有其自身相位的电信号(Ia、Ib、Ic、In)，功率转换器被设计为向光源提供电功率(Ps)；所述控制器(4)被设计成选择性地控制功率转换器的基本转换器中的每一个；其特征在于，控制器被设计为接收用于由光源发射期望的光束的发射指令(Im)，并激活功率转换器的严格必要数量(N)的基本转换器，使得功率转换器向光源提供发射期望的光束所需的电功率(Pn)。

Description

包括多相位交错式功率转换器的照明系统
技术领域
本发明涉及机动车辆照明的领域。更确切地说，本发明涉及一种结合多相位交错式功率转换器的照明系统以及一种用于控制这种照明系统的方法。
背景技术
在机动车辆照明的领域中，已知照明系统包括足够的可选择性控制的基本光源以便可以执行像素化光功能，例如，这种系统包含至少500个像素或甚至超过10000个像素，每个像素由基本光源之一发射的基本光束形成。这种类型的照明系统使得可以对于机动车辆执行例如防眩目远光照明功能，其中远光的一些像素被关闭或变暗以在目标对象(例如被跟随或经过的车辆)周围形成不眩目的暗区域。
在这种背景下，这种类型的照明系统需要高的电功率，在所寻求的照明功能限度内可能需要高的光强度和高的电流。具体地，由于每个像素由一个基本光源产生，所以每个基本光源需要其自身的电流。由于在这种类型的照明系统中采用的基本光源的数量，因此需要的总电流可能非常高。
因此，已知采用包括多个可选择性激活的基本转换器的多相位交错式功率转换器。基本转换器中的每一个生成具有其自身的特定相位的电信号，并且因此所生成的电信号是全部相互异相位。因此，可能生成非常高的总电流。此外，这种类型的功率转换器具有优点为：允许MOS-晶体管集成在转换器的控制器中、采用便于转换器的设计和制造的标准部件以及在更大的面积上扩展转换器的产热。
然而，在低输出电流时，基本转换器以及因此功率转换器的效率降低。但是，在一定数量的情况下，所讨论的照明系统的发射轮廓需要激活大量的基本光源，例如，用于近光或防炫目远光照明功能或使文字出现在地面上的实际照明功能。在这种背景下，对于照明系统的电流的需求降低，并且功率转换器的效率不再是理想的。换句话说，功率转换器的输入电功率和输出电功率之间的比率不再是最佳的，这在机动车辆的功率消耗的优化的背景下成为问题。
发明内容
本发明落入该背景中，并且因此旨在(包括在低电流时)优化机动车辆照明系统的多相位交错式功率转换器的效率。
为此，本发明的一个主题是一种用于机动车辆的照明系统，包括：
a.光源；
b.多相位交错式功率转换器，包括多个可选择性激活的基本转换器，每个基本转换器被布置为生成具有特定相位的电信号，功率转换器被布置为向所述光源输送电功率；和
c.控制器，所述控制器被布置为选择性地控制所述功率转换器的基本转换器中的每一个。
本发明的特征在于，控制器被布置为接收通过光源发射期望的光束的发射指令，以及激活功率转换器的严格必要数量的基本转换器，使得功率转换器向光源输送发射所述期望的光束需要的电功率。
本发明利用了多相位交错式功率转换器的基本转换器可以被选择性地激活或去激活的事实。具体地，多相位交错式功率转换器的效率的在输出电流方面的拐点取决于被激活的基本转换器的数量。被激活的基本转换器越少，在功率转换器的效率中观察到拐点的输出电流限制越低。当然，由功率转换器输送的总电功率降低，但是该降低与在所讨论的照明功能的电功率方面的需要不兼容。因此，凭借严格必要数量的基本转换器的激活，在被输送的电功率与功率转换器的效率之间达到折衷。
根据本发明，基本转换器将可能为DC/DC转换器，例如压降转换器(也被称为降压转换器)。例如，每个基本转换器将可能被布置成生成周期性电信号，例如PWM电信号(PWM是脉冲宽度调制的缩写)。在适当的情况下，基本转换器被布置成使得其生成的电信号是相互异相位。有利地，基本转换器中的每一个具有用于接收控制转换器的激活或去激活的控制信号的激活输入，控制器被布置成将控制信号发送到所述基本转换器中的每一个的激活输入以激活所述严格必要数量的基本转换器。
在本发明的一个实施例中，在接收到发射所述期望的光束的指令时，控制器被布置成确定被输送到光源以发射所述期望的光束的所述需要的电功率的量，并且确定要被激活的基本转换器的严格必要数量以输送所述需要的电功率的量。
有利地，控制器可以被布置为接收指令以用所述期望的光束的数字图像的形式发射期望的光束，并且基于所述数字图像确定所述需要的电功率的量。例如，发射指令可以由机动车辆的计算机根据源于机动车辆的一个或多个传感器(诸如摄像机、雷达或导航系统)的信息而生成。在适当的情况下，接收的数字图像中的每个像素可以表示在空间中的一个点处的期望的光束的光强度。例如，可能是表示在近光束在屏幕上的投影的数字图像，或者是在光束中的不被眩光的对象周围形成暗区域的防眩光远光束在屏幕上的投影的数字图像，或者甚至是使文字出现在地面上的照明光束(在所述光束中象形图以近光束形成)的数字图像。
例如，控制器可以被布置为接收以灰度图像形式的数字图像，并且根据所述接收的数字图像的灰度等级的和确定所述需要的电功率的量。在适当的情况下，每个像素的灰度等级可以表示期望的光束在空间中的一个点处的光强度。优选地，控制器可以根据灰度等级的和、由功率转换器输送的输出电压以及流动通过光源并由基本转换器的电压生成的电流的峰值幅值确定所述需要的电功率的量。
有利地，所有基本转换器被布置为使得其产生的电信号输送相同的电功率。例如，所有基本转换器可以被布置为使得其产生的电信号为具有相同峰值幅值和相同占空比的周期性电信号。
有利地，被称为主转换器的功率转换器的单个基本转换器是电压控制的。在适当的情况下，主转换器被布置为将与其生成的电信号的幅值相关的信息发送到被称为从转换器的其它基本转换器，从转换器各自被布置为生成具有符合从主转换器接收的信息的幅值的电信号。例如，只有主转换器包括反馈回路，从转换器在其输出和其输入之间不具有反馈回路。在适当的情况下，控制器可以被布置为不管所确定的需要的电功率如何都保持主转换器被激活。
有利地，光源包括多个基本光源，基本光源中的每一个被布置为发射一个发光像素，其中由控制器接收的发射指令是发射期望的像素化光束的指令，并且其中控制器被布置为选择性地控制基本光源中的每一个，使得所述期望的像素化光束被发射。在适当的情况下，控制器可以被布置为向光源发送控制指令，控制指令包括由控制器接收的数字图像。例如，期望的像素化光束可以是包括多个像素(例如尺寸在0.05°和0.2°之间的500个像素)的光束，被分布成多个行和列(例如20行和25列)。
基本光源是指能够被选择性地激活和控制以便发射其光强度是可控制的基本光束的任何光源(可选地与电光元件相关联)。特别地可以是讨论的发光半导体芯片、单片像素化发光二极管的发光元件、可由光源激发的光转换元件的部分、或者甚至与液晶或微镜相关联的光源。
本发明的另一个主题是一种用于控制机动车辆照明系统的方法，所述机动车辆照明系统包括：光源；多相位交错式功率转换器以及控制器，多相位交错式功率转换器包括多个可选择性激活的基本转换器，每个基本转换器被布置为生成具有特定相位的电信号，功率转换器被布置为向所述光源输送电功率；所述控制器被布置为选择性地控制所述功率转换器的基本转换器中的每一个，所述方法包括以下步骤：
a.通过控制器接收通过光源发射期望的光束的指令；
b.通过控制器确定由功率转换器输送到光源的用于发射所述期望的光束的需要的电功率的量；
c.通过控制器确定要被激活以输送所述需要的电功率的量的基本转换器的严格必要的数量；
d.通过控制器激活所述确定数量的基本转换器以将用于发射所述期望的光束所述需要的电功率的量输送到光源。
在适当的情况下，控制方法可以通过根据本发明的照明系统被实施。
有利地，控制器可以按顺序地接收发射指令。在适当的情况下，在接收新的发射指令时，控制器可以将一个或多个去激活的基本控制器激活，或者遵从在先接收的控制指令将一个或多个激活的基本控制器去激活，使得遵从收到的新的发射指令所确定的被激活的基本转换器的数量被达到。例如，基本控制器可以从主控制器开始逐渐地被激活或去激活。
有利地，发射期望的光束的指令以所述期望的光束的数字图像的形式被控制器接收，并且需要的电功率的量通过控制器基于所述数字图像被确定。优选地，通过控制器接收的数字图像是灰度图像，并且通过控制器确定的需要的电功率的量是所述接收的数字图像的灰度等级的和的函数。
本发明的另一主题是一种包括程序代码的计算机程序，所述计算机程序被设计成当所述程序通过计算机执行时实施根据本发明的方法。
本发明的另一主题是一种数据介质，根据本发明的计算机程序在所述数据介质上被存储。
附图说明
本发明现在将通过仅是图示性的并且决不限制本发明的范围的示例的方式并且参考附图被描述。
图1示意性地且部分地示出了根据本发明的一个实施例的机动车辆照明系统；
图2示出了用于控制图1的照明系统的方法；
图3示出了图1的照明系统的功率转换器的效率曲线；
图4示出了用于图1的照明系统发射近光束的指令；和
图5示出了用于图1的照明系统发射防炫目远光束的指令。
具体实施例
在以下描述中，除非另有说明，在结构方面或在功能方面相同并且出现在各个附图中的元件已由相同的附图标记被表示。
图1示出了根据本发明的一个实施例的机动车辆的照明系统1。
此照明系统1包括能够发射像素化光束的像素化光源2。在所描述的示例中，像素化光源2是像素化发光二极管(例如单片像素化发光二极管)，其发光元件中的每一个形成一个基本光源，所述基本光源能够被选择性地激活和控制以发射其光强度可控制的基本光束，并且因此形成像素化光束的一个像素。像素化光源2可以形成照明系统的发光模块的一部分，并且因此在其中与允许基本光束形成的光学元件相关联。照明系统2还可以包括其它发光模块或光源，无论是否像素化都是可以的。
为了允许像素化光束被发射，照明系统1包括功率转换器3，所述功率转换器3被布置成从由机动车辆的能量源(例如电池)接收的电功率Pe将电功率Ps输送到像素化光源2。此外，为了控制像素化光束的强度和分布，照明系统1还包括控制器4，所述控制器4被布置为：一方面控制像素化光源2，并且更具体地控制该光源2的基本光源中的每一个，并且另一方面控制功率转换器3。
功率转换器3是包括多个基本转换器31a至31n的多相位交错式转换器。在所描述的示例中，每个转换器31a至31n是DC/DC降压转换器，所述转换器被布置为由电功率Pe生成具有给定峰值幅值、给定相位和给定占空比的PWM电信号。转换器31a至31n具有基本上相同的结构(诸如对于转换器31b所示出的)，并且因此其生成的电信号具有相同的峰值幅值和相同的占空比。相比之下，它们的相位不同，并且因此这些信号是相互异相位。因此，所有电信号一起形成输送到像素化光源2的电功率Ps，该电功率Ps的特征在于在给定其包括的基本光源的数量的情况下电流足够高以令人满意地供应光源2。
尽管转换器31a到31n的结构是基本上相同的，但仅被称为主转换器的第一基本转换器31a是电压控制的。为此，该转换器31a包括反馈回路Fb，以使由该转换器31a输出的电流Ia符合给定的设定点值。此外，其它转换器31b至31n是从转换器，没有来自功率转换器3的输出的反馈回路。主转换器31a经由控制线将其生成的电信号Ia的峰值幅值传输到其它从转换器31b至31n。这些从转换器各自被布置成生成基本上等于该峰值幅值Ia的峰值幅值的电信号Ib至In。
转换器31b至31n中的每一个具有用于从控制器4接收控制信号的激活输入E，所述激活输入E(例如通过切换该转换器的提供线)控制该转换器的激活或去激活。
参考图2，现在将描述一种用于通过控制器4控制照明系统1的方法。
在第一步骤E1中，控制器4接收发射指令Im以通过像素化光源2发射期望的像素化光束。该发射指令Im由机动车辆的计算机(未示出)根据源于机动车辆的一个或多个传感器(例如摄像机、雷达或导航系统)的信息被生成。在所描述的示例中，发射指令以数字图像Im的形式被接收，所述数字图像Im以灰度表示所述期望的像素化光束的投影。换句话说，接收的数字图像Im的每个像素通过灰度值表示在空间中的一个点处的期望的光束的光强度。
在第二步骤E2中，控制器4确定由功率转换器3输送到光源2的用于发射所述期望的光束所需要的电功率Pn的量。例如，控制器可以使用以下等式确定该需要的电功率Pn：
【数学式1】
Pn＝Vs.Ipeak·WiGi，其中Vs是由功率转换器3输出的电压，Ipeak是流动通过像素化光源2并且通过由基本转换器31a至31n输送的电压被生成的电流的峰值幅值，并且∑iGi是图像Im的每个像素的灰度值的和。
在第三步骤E3中，控制器4确定要激活以输送所述需要的电功率Pn的量的基本转换器31b至31n的严格必要的数量N，主转换器31a在所有情况下保持被激活。
要激活的转换器31b至31n的严格必要的数量N可以由控制器4确定，一方面使得确保由功率转换器3输出的电流的幅值相对于像素化光源的基本光源的数量是足够的，所述基本光源必须被激活以产生发射指令Im的像素化光束，并且另一方面，由功率转换器3中获得最佳效率。
图3示出了曲线R2、R3和R4，其中示出当2、3和4个基本转换器被分别激活时，作为由该功率转换器3输送的电流的幅值的函数的功率转换器3的效率的变化(即由转换器3输送的功率Ps除以转换器3输入的功率Pe)。
可以看出，当较少的基本转换器被激活时，拐点——效率在该处变得基本上最佳(约93％)并且恒定——较低。因此，当需要的像素化光束包含很少开启的像素时，如在图4中所示出的近光的情况，光源2的很少的基本光源需要被激活。因此，不需要功率转换器3输送电流，并且因此不需要输送电功率，并且因此该转换器3的效率可以通过仅激活两个基本转换器31a和31b被最大化。相比之下，当需要的像素化光束包含很多开启的像素时，如在图5中所示出的防炫目远光的情况，对于电流的需要增加。因此当通过激活附加的基本转换器31c和31d来满足该需要时转换器3的效率被最大化。
因此，在步骤E4中，控制器3接收顺序的发射指令，因此经由其激活输入E将功率转换器3的基本控制器31b至31c激活或去激活，以便逐渐地达到转换器的先前确定的数量N，以便使响应于在先指令被输送的电功率适配成对于新指令Im需要的新功率Pn。同时，控制器3将使数字图像Im传输到光源2，以便控制基本光源中的每一个的激活或去激活，以发射对应于该数字图像Im的像素化光束。
上面的描述清楚地解释了本发明如何允许为此设置的目标被实现，这特别是通过提供一种采用多相位交错式功率转换器的照明系统和一种用于根据由所述系统接收的发射指令激活功率转换器的严格必要数量的基本转换器以控制该照明系统的方法来实现。因此，应当理解，多相位交错式功率转换器的使用允许对于光源的电流的基本需要被满足(特别是当光源被像素化时是这样)，并且根据执行接收的发射指令所需要的电功率，严格必要数量的基本转换器的激活允许功率转换器的效率被优化。
在任何情况下，本发明不应被视为限于该文件中具体描述的实施例，以及特别地扩展到任何等同的装置和这些装置的任何技术上操作的组合。特别地，可以规定对于执行给定的发射指令需要的电功率可以通过不同于所描述的方式被计算，或者对于严格必要数量的基本转换器可以以不同于所描述的方式被选择，或者实际上，对于多相位交错式功率转换器具有不同于所描述的结构。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的照明系统(1)，包括：
a.光源(2)；
b.多相位交错式功率转换器(3)，所述多相位交错式功率转换器(3)包括多个可选择性激活的基本转换器(31a、31b、31c、31n)，每个基本转换器被布置成生成具有特定相位的电信号(Ia、Ib、Ic、In)，功率转换器被布置为向所述光源输送电功率(Ps)；和
c.控制器(4)，所述控制器(4)被布置为选择性地控制所述功率转换器的基本转换器中的每一个；
其特征在于，所述控制器被布置成接收发射指令(Im)以通过光源发射期望的光束并且激活功率转换器的严格必要数量(N)的基本转换器，使得功率转换器向光源输送发射所述期望的光束需要的电功率(Pn)。
2.根据前一项权利要求所述的照明系统(1)，其中，所述控制器(4)被布置为，在收到发射所述期望的光束的发射指令(Im)时，确定要被输送到光源以发射所述期望的光束的所述需要的电功率(Pn)的量，并且确定要被激活的基本转换器(31a、31b、31c、31n)的严格必要数量(N)以输送所述需要的电功率的量。
3.根据前一项权利要求所述的照明系统(1)，其中，所述控制器(4)被布置成接收所述发射指令(Im)以便用所述期望的光束的数字图像形式发射期望的光束，并基于所述数字图像确定所述需要的电功率(Pn)的量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的照明系统(1)，其中所有的基本转换器(31a、31b、31c、31n)被布置成使得其生成具有相同电功率的电信号(Ia、Ib、Ic、In)。
5.根据前一项权利要求所述的照明系统(1)，其中，所述功率转换器(3)的被称为主转换器的单个基本转换器(31a)是电压控制的，并且被布置为将与其生成的电信号(Ia)的幅值相关的信息发送到被称为从转换器的其它基本转换器(31b，31c，31)，所述从转换器各自被布置为生成符合从主转换器接收的信息的幅值的电信号(Ib，Ic，In)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明系统(1)，其中，所述光源(2)包括多个基本光源，基本光源中的每一个被布置成发射一个发光像素，其中由控制器(4)接收的发射指令(Im)是发射期望的像素化光束的指令，并且其中控制器被布置成选择性地控制基本光源中的每一个，使得所述期望的像素化光束被发射。
7.一种用于控制机动车辆照明系统(1)的方法，所述照明系统(1)包括光源(2)、多相位交错式功率转换器(3)以及控制器(4)，所述多相位交错式功率转换器(3)包括多个可选择性激活的基本转换器(31、31b、31c、31n)，每个基本转换器被布置成生成具有特定相位的电信号(Ia、Ib、Ic、Id)，功率转换器被布置成将电功率(Ps)输送到所述光源，所述控制器(4)被布置成选择性地控制所述功率转换器的基本转换器中的每一个，所述方法包括以下步骤：
a.(E1)通过控制器接收通过光源发射期望的光束的发射指令(Im)；
b.(E2)通过控制器确定由功率转换器输送到光源的用于发射所述期望的光束需要的电功率(Pn)的量；
c.(E3)通过控制器确定要被激活以输送所述需要的电功率的量的基本转换器的严格必要数量(N)；
d.(E4)通过控制器激活所述确定数量的基本转换器以将用于发射所述期望的光束的所述需要的电功率的量输送到光源。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，发射期望的光束的发射指令(Im)通过控制器(4)以所述期望的光束的数字图像的形式被接收，并且其中需要的电功率(Pn)的量通过控制器基于所述数字图像被确定。
9.一种计算机程序，包括程序代码，所述计算机程序被设计为所述程序被计算机执行时实施如权利要求7和8之一所述的方法。
10.一种数据介质，如权利要求9所述的计算机程序在所述数据介质上被存储。
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