CN116783995A - 用于为具有不同功率要求的照明功能供电的灯组件 - Google Patents

用于为具有不同功率要求的照明功能供电的灯组件 Download PDF

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CN116783995A CN202080108348.6A CN202080108348A CN116783995A CN 116783995 A CN116783995 A CN 116783995A CN 202080108348 A CN202080108348 A CN 202080108348A CN 116783995 A CN116783995 A CN 116783995A
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Abstract

灯组件(100)包括：第一照明模块(130.1)，被配置为执行第一照明功能；第二照明模块(130.2)，被配置为执行第二照明功能；驱动器(110)，与所述照明模块(130.1、130.2)串联连接。每个照明模块(130.1、130.2)由控制器(185)经由开关单元(150.1、150.2)控制。所述驱动器(110)被配置为产生恒定的输出功率，并且所述控制器(185)被配置为使用脉冲宽度调制PWM通过控制所述第一开关单元(150.1)或所述第二开关单元(150.2)来改变提供给所述第一照明模块(130.1)或所述第二照明模块(130.2)的功率。

Description

用于为具有不同功率要求的照明功能供电的灯组件
技术领域
本发明涉及照明的技术领域。本发明特别地但非排他地涉及包括照明模块和用于为该照明模块供电的驱动器的灯组件。
在由单个灯组件执行多种照明功能的情况下以及在照明功能具有不同的功率要求的情况下，这是有利的。
背景技术
日本专利申请JP6257485公开了一种包括LED装置的组件，该组件可以独立地接通和关断串联连接的多个LED中的任意数量的LED。
然而，在该现有技术中，所有的LED参与相同的照明功能，并因此与执行多种照明功能的组件相比，它们的功率要求更容易控制。
因此，需要一种被布置成用于为多种照明功能供电的同时考虑到它们各自的功率要求的灯组件。
发明内容
本发明改善了这种情况。
为此，本发明的第一方面涉及一种灯组件，该灯组件包括：
-第一照明模块，被配置为执行第一照明功能；
-第二照明模块，被配置为执行第二照明功能；
-驱动器，与所述第一照明模块和所述第二照明模块串联连接；
-第一开关单元，与所述第一照明模块并联连接；
-第二开关单元，与所述第二照明模块并联连接；
-控制器，被配置为控制所述第一开关单元和所述第二开关单元。
所述驱动器被配置为产生恒定的输出功率，并且所述控制器被配置为使用脉冲宽度调制PWM通过控制所述第一开关单元或所述第二开关单元来改变提供给所述第一照明模块或所述第二照明模块的功率。
因此，开关单元可以被有利地用于激活/停用该开关单元相关联的照明功能，以及用于适配提供给该照明模块的功率。这允许利用单个驱动器和固定的输出功率来执行具有不同功率要求的多种照明功能。
根据一些实施例，所述第一照明功能可以是远光功能并且所述第二照明功能可以是近光功能，并且所述控制器可以被配置为使用PWM来控制所述第一开关单元和所述第二开关单元两者。
因此，改善了灯组件的灵活性，并且这允许执行补充的照明功能。
根据一些实施例，组件还可以包括被配置为执行第三照明功能的第三照明模块和与所述第三照明功能并联连接的第三开关单元，所述第三照明模块可以与所述第一照明模块和所述第二照明模块相比处于低压侧位置，并且所述控制器还可以被配置为使用PWM来控制所述第三开关单元以改变提供给所述第三照明模块的功率。
这允许执行潜在地具有不同功率要求的至少三种照明功能。
作为补充，所述第三照明模块可以被配置为执行位置照明功能、日间照明功能，或者执行位置照明功能和日间照明功能两者。
这些功能允许该车辆对于道路上的其他车辆而言是可见的。
替代性地或作为补充，组件还可以包括被配置为执行第四照明功能的第四照明模块和与所述第四照明模块并联连接的第四开关单元，所述第四照明模块可以与所述第一照明模块、所述第二照明模块和所述第三照明模块相比处于低压侧位置，并且所述控制器还可以被配置为使用PWM来控制所述第四开关单元以改变提供给所述第四照明模块的功率。
因此，这允许执行潜在地具有不同功率要求的至少四种照明功能。
作为补充，所述第三照明功能可以是日间照明功能，并且所述第四照明功能可以是位置照明功能。
事实上，日间照明功能和位置照明功能在提供给它们的照明模块的功率方面可能具有不同的要求。用于位置照明功能的功率值可以低于用于日间照明功能的功率值，以避免使道路上的其他驾驶者眩目。此外，功率值可以根据诸如外部亮度之类的外部状况而变化。
根据一些实施例，所述开关单元可以由所述控制器经由各自的控制电路进行控制。
这允许使由控制器发出的信号适配于开关单元，例如适配于它们各自的技术(PMOS、NMOS等)。
作为补充，所述开关单元中的至少一个开关单元可以由所述控制器经由衰减电路控制，并且所述衰减电路可以被布置为减小用于控制所述至少一个开关单元的电压的斜率。
当对应于低压侧的开关单元的照明功能被关断时，这允许保护灯组件免受过量的浪涌电流的影响。
作为补充，与其他开关单元相比处于低压侧位置的开关单元可以由所述控制器经由所述衰减电路控制。
这样允许利用简单的衰减电路来保护灯组件免受过量的浪涌电流的影响。事实上，在低压侧位置中，保护电路可以简单地接地。
仍然作为补充，所述衰减电路可以包括衰减电容器和衰减电阻器。
衰减电容器允许以低成本有效地减小用于控制低压侧的开关单元的电压的斜率。
仍然作为补充，低压侧的开关单元可以是NMOS，所述衰减电容器可以连接在所述NMOS的漏极与所述NMOS的栅极之间，并且所述衰减电阻器可以连接到所述NMOS的所述栅极。
这样允许以PWM控制开关单元，同时保护灯组件免受过量的浪涌电流的影响。
根据一些实施例，组件还可以包括与所述照明模块并联的吸收器电路，所述控制器可以被配置为在关断所述开关单元中的一个开关单元以停用所述照明功能中的一个照明功能之前接通所述吸收器电路。
作为补充，所述吸收器电路可以包括吸收器电阻器和吸收器开关单元，并且通过闭合所述吸收器开关单元来接通所述吸收器电路。
当照明功能中的一个照明功能被关断时，这允许保护灯组件免受过量的浪涌电流的影响。
替代性地或作为补充，组件可以被配置为执行以下次序以停用所述照明功能中的一个照明功能：
-关断所述驱动器；
-接通所述吸收器电路；
-关断与要停用的所述照明功能并联的所述开关单元。
附图说明
本发明的其他特征和优点通过下文的详细描述和附图变得显而易见，在附图中：
[图1]示出了根据本发明的一些实施例的灯组件；
[图2]示出了根据本发明的一些实施例的开关单元的控制电路。
具体实施方式
图1图示了根据本发明的一些实施例的灯组件100。
该灯组件包括电源120和驱动器110。
电压源120可以是DC电压源，并且驱动器110可以是DC/DC驱动器。或者，电压源120可以是AC电压源，并且驱动器110可以是AC/DC驱动器。
电压源120被配置为向驱动器110施加源电压Vs，并且驱动器110被配置为输出一输出电压Vo.。
根据本发明的灯组件100还至少包括被布置为执行第一照明功能的第一照明模块130.1和被布置为执行第二照明功能的第二照明模块130.2。第一照明模块130.1和第二照明模块130.2与驱动器110串联连接。
根据参考图1给出的示例，灯组件100还包括被布置为执行第三照明功能的第三照明模块130.3和被布置为执行第四照明功能的第四照明模块130.4。由灯组件100执行的照明功能的数量没有限制：其可以是大于或等于二的任何数量。
以下内容仅用于说明的目的：
-第一照明功能是远光(High Beam，HB)功能；
-第二照明功能是近光(Low Beam，LB)功能；
-第三功能是日间行车灯(Daytime Running Light，DRL)；
-第四功能是位置照明(Position Lighting，PL)功能。
例如，灯组件100可以至少包括LB功能和HB功能。LB功能和HB功能是补充的功能，并且HB功能是对于LB功能是附加的：这意味着HB功能应当仅在LB被接通时被激活。然而，可以在关断HB功能的同时接通LB功能。然而，在根据本发明的拓扑学中，HB功能在技术上可以被单独地激活，如从下面的描述中将理解的。
然而应当理解，本发明适用于至少两个照明功能的任意组合。而且，灯组件100可以执行除了HB、LB、PL和DRL之外的(一种或多种)照明功能，例如转弯指示器(TurnIndicator，TI)功能或雾灯(fog lighting)功能。
第一、第二、第三和第四照明模块130可以整合在头灯中。应当注意的是，第三照明模块130.3能够执行DRL功能和PL功能两者。在这种情况下，可以去除第四照明模块130.4。
第一照明模块130.1可以包括第一系列照明单元140，第二照明模块130.2可以包括第二系列照明单元140，第三照明模块130.3可以包括第三系列照明单元140，以及第四照明模块130.4可以包括第四系列照明单元140。
照明单元140可以是当向该照明单元供电时能够发光的任何技术。在下文中，仅出于说明的目的，考虑了照明单元是诸如LED之类的二极管的示例。因此，在不背离照明单元可以涵盖除了LED之外的其他技术的事实的情况下，在下文中使用词“LED”来代替“照明单元”。
每个功能的LED 140的数量没有限制。在图1所示的示例中，每个功能由各个系列的两个LED 140来实施。然而，根据本发明，照明功能可以由任意数量n1、n2、n3和n4的LED140来实施，其中n1、n2、n3和n4是等于或大于1的整数。
为了选择性地激活/停用照明功能，灯组件100还可以包括：
-第一开关单元150.1，用于激活/停用HB功能；
-第二开关单元150.2，用于激活/停用LB功能；
-第三开关单元150.3，用于激活/停用DRL功能；
-第四开关单元150.4，用于激活/停用PL功能。
每个开关单元并联连接到该开关单元所控制的照明模块。
用于开关单元的技术没有限制，该开关单元例如可以是被配置为执行开关功能的任何晶体管。例如，开关单元可以是N-MOS。或者，开关单元可以是P-MOS。
第一开关单元150.1可以由控制器185经由第一控制电路180.1控制，第二开关单元150.2可以由控制器185经由第二控制电路180.2控制，第三开关单元150.3可以由控制器185经由第三控制电路180.3控制，以及第四开关单元150.4可以由控制器185经由第四控制电路180.4控制。
每个控制电路180能够将由控制器185传输的控制信号适配到该控制电路所控制的相应的开关单元150。
根据本发明的一些实施例，控制电路180是可选的，这是因为控制器可以直接地控制开关单元150。
控制器185负责基于例如从外部控制单元接收的命令来发出控制信号。
用于控制器185的技术没有限制，例如控制器185可以是微控制器MCU。
根据本发明，在开关单元150上使用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)来对照明功能供电。这允许具有恒定的输出功率，例如驱动器110的恒定输出电压Vo，然而能够基于不同的占空比来改变提供给照明功能的功率。施加到开关单元150的占空比可以根据该开关单元所控制的相应照明功能而变化。
例如，施加到控制HB功能的第一开关单元150.1的占空比通常小于施加到控制PL功能的第四开关单元150.4的占空比。
此外，第一功率值可以施加到用于DRL功能的第三照明模块130.3，同时与该第一功率值不同的第二功率值可以施加到用于PL功能的第四照明模块130.4。第一功率值可以小于第二功率值，这允许避免在夜间时间使其他驾驶者眩目，并且确保车辆在日间时间可见。这改善了与照明功能相关联的安全性，并且还优化了灯组件100的功率消耗。
PWM的原理是众所周知的，并且不再进一步描述。
需要注意的是，可以同时激活多个功能。例如，LB、HB和PL可以在公共时段期间被激活，其中第一开关单元、第二开关单元和第四开关单元被从控制器185发出的PWM控制信号控制。
PWM控制信号的占空比和计时由控制器185确定，该控制器185负责对照明功能供电以及使照明功能同步。
需要注意的是，许多现代MCU整合了暴露于外部引脚的PWM控制器。
根据本发明，这些功能中的一些功能可以直接由驱动器的输出功率(例如，输出电压Vo)供电，而不需要在该功能相关联的开关单元上执行PWM。
与每个功能相关联的占空比也可以根据外部状况而变化。例如，施加到与DRL功能相关联的第三开关单元的占空比可以根据诸如亮度之类的外部状况而变化。
因此，与各自照明模块并联的开关单元允许利用串联的LED来执行多种照明功能，而现有技术仅允许向单个照明功能添加或去除LED。
当这些照明模块中的一些照明模块被关断时，可能会在电路中产生过多的浪涌电流，并因此在仍处于激活的其他照明模块上产生过多的浪涌电流。这可以例如在当与HB功能相关联的第一照明模块130.1被关断而同时PL功能和LB功能保持激活时发生。
为了避免这种情况，灯组件100还可以包括吸收器电路145，该吸收器电路145被布置为在当照明模块被关断时减轻浪涌电流。
吸收器电路145可以包括吸收器电阻器155.1和吸收器开关单元150.5。为了关断照明模块同时有效地吸收所产生的浪涌电流，可以由灯组件100执行以下次序：
-关断驱动器110；
-接通吸收器电路145，例如通过闭合第五开关150.5来接通吸收器电路145；
-根据要停用的照明功能，接通第一、第二、第三和第四开关单元150中的至少一个。
这允许保护灯组件100免受过量的浪涌电流的影响。
参考图2，图示了用于防止浪涌电流的另一解决方案，其是图1所示的吸收器电路145的补充或替代。它可以包括在照明模块中的一个照明模块的控制单元180中添加衰减电路195。例如，与灯组件100的其他照明模块相比处于低压侧位置的照明模块的控制单元180中可以添加衰减电路195。
在下文中，我们考虑了在控制第四开关单元150.4的第四控制单元180.4中添加衰减电路195，这是因为第四照明模块130.4与其他照明模块130.1、130.2和130.3相比处于低压侧位置。然而，根据本发明，衰减电路195可以被添加到控制单元180.1、180.2、180.3和180.4中的任何一个。衰减电路还可以被添加到控制单元中的多个控制单元，例如与处于低压侧位置的多个照明模块相对应的多个控制单元。当灯组件仅包括第一照明模块130.1和第二照明模块130.2时，控制单元180.2可以包括衰减电路195。
布置衰减电路195以用于减小用于控制开关单元150.4的电压的斜率。为此，衰减电路195可以包括衰减电容器156和衰减电阻器155.2。
如图2所示，第四开关单元150.4可以是NMOS，衰减电容器156可以布置在第四开关单元150.4的漏极(drain)与栅极(gate)之间，并且衰减电阻器155.2连接到栅极。源极(source)接地，而漏极连接到第三开关单元150.3。该架构被称为米勒电路，并且该架构允许通过减小第四开关单元150.4的栅极与源极之间的电压的斜率，来防止当PL功能被关断时过多的浪涌电流。此外，与具有吸收器电路145的实施例相比，当衰减电路195以PWM模式工作时，该衰减电路195需要更少的MCU源(PIN、计时器)。实际上，如果不存在衰减电路195，则控制器185需要同步地向控制单元180、吸收器电路145和驱动器110提供PWM信号。如果使用衰减电路195，则控制器185仅需要向开关单元中的一个开关单元(诸如，低压侧的开关单元180.4)提供PWM信号，且不需要控制驱动器110和吸收器电路145。
或者，第四开关单元150.4可以是PMOS：在这种情况下，衰减电路195不同于图2所图示的衰减电路，其中电容器156连接在PMOS的栅极与漏极之间。
因此，如以上所解释的，衰减电路195和吸收器电路145两者都有助于解决涌入电流(inrush current)问题。
另外，在图1所示的实施例中，照明模块130.1、130.2和130.3可以分别专用于HB功能、LB功能和DRL功能，并且衰减电路不被用于这些照明模块，使得这些照明模块可以共享相同的吸收器电路145以解决涌入电流问题。
如以上所描述的，衰减电路195优选地处于低压侧位置，这是因为其允许更简单且低成本的衰减电路。然而，衰减电路195也可以用于控制除了低压侧的开关单元之外的其他开关单元。
然而，当衰减电路195不在最低位置时，该衰减电路195必然会更加复杂，以便提供不参考接地的Vgs。例如，当经由衰减电路控制的开关单元为NMOS时，可以使用包括隔离的功率供应器(isolated power supplier)的附加电路来提供电压VCC。当经由衰减电路控制的开关单元为PMOS时，可以使用包括隔离的功率供应器的附加电路来提供电压-VCC。
在以上描述的实施例中的任一实施例中，驱动器110可以涵盖能够将输入电压转换成与该输入电压不同的输出电压的任何技术。源电压Vs和输出电压Vo可以因其类型(DC或AC)和/或其值(具有不同值的两个DC电压)而不同。例如，驱动器可以是电子电路，诸如单端初级电感转换器、SEPIC。然而，被用作驱动器110的电路没有限制，其可以涵盖其他示例，诸如降压转换器(buck converter)、升压转换器(boost converter)和/或降压-升压转换器(buck-boost converter)。
本发明不限于上述作为示例描述的实施例：本发明延伸至其他替代方案。

Claims (14)

1.一种灯组件(100)，包括：
-第一照明模块(130.1)，被配置为执行第一照明功能；
-第二照明模块(130.2)，被配置为执行第二照明功能；
-驱动器(110)，与所述第一照明模块和所述第二照明模块串联连接；
-第一开关单元(150.1)，与所述第一照明模块并联连接；
-第二开关单元(150.2)，与所述第二照明模块并联连接；
-控制器(185)，被配置为控制所述第一开关单元和所述第二开关单元；
其特征在于：
所述驱动器被配置为产生恒定的输出功率，并且所述控制器被配置为使用脉冲宽度调制PWM通过控制所述第一开关单元或所述第二开关单元来改变提供给所述第一照明模块或所述第二照明模块的功率。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一照明功能是远光功能并且所述第二照明功能是近光功能，并且其中所述控制器(185)被配置为使用PWM来控制所述第一开关单元(150.1)和所述第二开关单元(150.2)两者。
3.根据权利要求1或2所述的组件，还包括被配置为执行第三照明功能的第三照明模块(130.3)和与所述第三照明功能并联连接的第三开关单元(150.3)，其中所述第三照明模块与所述第一照明模块(130.1)和所述第二照明模块(130.2)相比处于低压侧位置，并且其中所述控制器(185)还被配置为使用PWM来控制所述第三开关单元以改变提供给所述第三照明模块的功率。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述第三照明模块(130.3)被配置为执行位置照明功能、日间照明功能，或者执行位置照明功能和日间照明功能两者。
5.根据权利要求3或4所述的组件，还包括被配置为执行第四照明功能的第四照明模块(130.4)、与所述第四照明模块并联连接的第四开关单元(150.4)，其中所述第四照明模块与所述第一照明模块、所述第二照明模块和所述第三照明模块相比处于低压侧位置，并且其中所述控制器(185)还被配置为使用PWM来控制所述第四开关单元以改变施加到所述第四照明模块的电压。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述第三照明功能是日间照明功能，并且所述第四照明功能是位置照明功能。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中，所述开关单元(150.1；150.2；150.3；150.4)由所述控制器(185)经由各自的控制电路(180.1；180.2；180.3；180.4)控制。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述开关单元(150.1；150.2；150.3；150.4)中的至少一个开关单元由所述控制器经由衰减电路(195)控制，其中所述衰减电路被布置为减小用于控制所述至少一个开关单元的电压的斜率。
9.根据权利要求8所述的组件，其中，与其他开关单元相比处于低压侧位置的开关单元(150.4)由所述控制器经由所述衰减电路(195)控制。
10.根据权利要求8所述的组件，其中，所述衰减电路(195)包括衰减电容器(156)和衰减电阻器(155.2)。
11.根据权利要求9所述的组件，其中，低压侧的开关单元(150.4)是NMOS，其中所述衰减电容器(195)连接在所述NMOS的漏极与所述NMOS的栅极之间，并且其中所述衰减电阻器连接到所述NMOS的所述栅极。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，还包括与所述照明模块(130.1；130.2；130.3；130.4)并联的吸收器电路(145)，其中所述控制器(185)被配置为关断所述开关单元中的一个开关单元以停用所述照明功能中的一个照明功能之前接通所述吸收器电路。
13.根据权利要求11所述的组件，其中，所述吸收器电路(145)包括吸收器电阻器(155.1)和吸收器开关单元(150.5)，并且其中通过闭合所述吸收器开关单元来接通所述吸收器电路。
14.根据权利要求11或12所述的组件，其中，所述组件(100)被配置为执行以下次序以停用所述照明功能中的一个照明功能：
-关断所述驱动器(110)；
-接通所述吸收器电路(145)；
-关断与要停用的所述照明功能并联的所述开关单元。
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