DE102004055884A1

DE102004055884A1 - Leuchteinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine oder mehrere LED's

Info

Publication number: DE102004055884A1
Application number: DE102004055884A
Authority: DE
Inventors: Martin Pfeil; Christoph Kenn; Christian Spreitzer; Stephan Berlitz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-05-24
Also published as: EP1659831A1; EP1659831B1

Abstract

Leuchteinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine oder mehrere LEDs, wenigstens einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur wenigstens einer LED, ein der Stromversorgung der LEDs dienendes Schaltnetzteil und ein den LED-Betrieb steuerendes Steuergerät, das mit dem Schaltnetzteil und dem Temperatursensor kommuniziert, wobei über das Steuergerät (4) in Abhängigkeit der erfassten Temperatur der wenigstens einen LED (2a) der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils (5) innerhalb eines Intervalls zwischen dem LED-Nennstrom (I¶Nenn¶) und einem niedrigen LED-Grenzwertstrom (I¶Grenz¶), bis zu dem die Helligkeit um einen vorbestimmten Wert (DELTAH) im Vergleich zur Helligkeit bei anliegendem LED-Nennstrom (I¶Nenn¶) abnimmt, variierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchteinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine oder mehrere LED's, wenigstens einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur wenigstens einer LED, ein der Stromversorgung der LED's dienendes Schaltnetzteil und ein den LED-Betrieb steuerndes Steuergerät, das mit dem Schaltnetzteil und dem Temperatursensor kommuniziert.

In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend Leuchteinrichtungen umfassend ein oder mehrere LED's eingesetzt, beispielsweise zum besseren Ausleuchten von zu befahrenden Kurven in Form eines Kurven- oder Abbiegelichts. Auch der Einsatz als Abblendlicht ist beabsichtigt. Problematisch bei Verwendung einzelner LED's oder mehrere diskrete LED's aufweisender Module ist, dass die LED's eine bestimmte Grenztemperatur nicht überschreiten dürfen, da sie ansonsten irreversibel zerstört werden. Um die LED-Temperatur zu erfassen, ist im Stand der Technik ein Temperatursensor vorgesehen, der mit dem Steuergerät kommuniziert. Erreicht die Temperatur einen kritischen Bereich, so wird im Stand der Technik die Stromzufuhr abrupt reduziert, was zwar nachfolgend zu einer Temperaturerniedrigung führt, gleichermaßen aber auch zu einer beachtlichen Helligkeitsabnahme. Eine solche ist jedoch nicht wünschenswert.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Leuchteinrichtung anzugeben, die in gewissen Grenzen eine temperatursensitive LED-Steuerung ohne gravierende Helligkeitseinbußen ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Leuchteinrichtung der erfindungsgemäßen Art vorgesehen, dass über das Steuergerät in Abhängigkeit der erfassten Temperatur der wenigstens einem LED der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils innerhalb eines Intervalls zwischen dem LED-Nennstrom und einem niedrigeren LED-Grenzwertstrom, bis zu dem die Helligkeit um einen vorbestimmten Wert im Vergleich zur Helligkeit bei anliegendem LED-Nennstrom abnimmt, variierbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung ist ein Stromintervall definiert, innerhalb welchem der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils, der den LED's gegeben wird, in Abhängigkeit der Temperatur variiert werden kann, wobei der LED-Grenzwertstrom so bemessen ist, dass die aufgrund der Stromabsenkung gegebenen Helligkeitsabnahme ebenfalls in einem eng begrenzten Intervall zwischen der maximalen Helligkeit bei LED-Nennstrom und der Helligkeit bei Anliegen des LED-Grenzwertstroms abnimmt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Ausgangsstrom und damit der LED-Strom ausgehend vom Nennstrom um ein gewisses Maß reduziert werden kann, ohne dass es überhaupt zu einer für den Betrachter wahrnehmbaren Helligkeitseinbuße kommt, wenngleich die Helligkeit messbar etwas abnimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die bei Kraftfahrzeugen eingesetzten LED's beim Nennstrom extrem helles Licht emittieren, das für den Betrachter nicht erkennbar etwas abgedimmt werden kann.

Erfindungsgemäß erfolgt nun die Stromregelung in Abhängigkeit der erfassten Temperatur. Je höher die erfasste Temperatur ist, desto stärker wird der Strom abgeregelt, wobei die Stromuntergrenze eben der LED-Grenzwertstrom ist. Nachdem dieser aber in Bezug auf eine zulässige Helligkeitsabnahme definiert wurde, ergibt sich für den Betrachter kein gravierender erfassbarer Helligkeitsunterschied, wenngleich durch die Stromerniedrigung die LED-Temperatur in beachtlichem Maß reduziert werden kann.

Der vorbestimmte Wert, um den die Helligkeit reduziert werden kann, ohne dass sie vom Betrachterauge erkannt wird, beträgt erfindungsgemäß maximal 10 %. Innerhalb dieses Intervalls kann natürlich auch jeder andere vorbestimmte Wert, bezüglich welchem der LED-Grenzwertstrom definiert ist, gewählt werden. Für übliche im Kraftfahrzeugbereich verwendete LED-Module, beispielsweise solche der Firma Osram, kann dabei der LED-Grenzwertstrom ca. 60 % des LED-Nennstroms betragen. Das heißt, eine Erniedrigung des Ausgangsstroms auf 60 % des LED-Nennstroms ist möglich, man bewegt sich dann immer noch im zulässigen Helligkeitsintervall. Eine weitere Stromabregelung würde zu einer Überschreitung des vorbestimmten Helligkeitswerts führen, die dann in einer erkennbaren Helligkeitsabnahme resultieren würde. Für die Wärmeentwicklung der LED's bedeutet eine maximale Stromabsenkung um 40 %, dass auch die Wärmeentwicklung um gut ein Drittel abnimmt. Der konkrete Wert, um den die Helligkeit beziehungsweise der Strom reduziert werden kann, hängt vom Hersteller beziehungsweise Typ der LED ab. Die Regelung erfolgt wie ausgeführt in Abhängigkeit der gemessenen Ist-Temperatur. Grundsätzlich wird die LED mit dem Nennstrom betrieben. Mit zunehmender Wärmeentwicklung steigt die Temperatur. Ab einer gewissen Temperatur beginnt die Stromabregelung, wobei als Regelgröße die kontinuierlich gemessene LED-Temperatur dient. Die Stellgröße, also der Ausgangsstrom, wird so verändert, dass ein niedrigeres Temperaturniveau eingeregelt wird, sofern dies durch eine Stromveränderung im angegebenen Stromintervall möglich ist. Für den Fall, dass sich eine Temperaturreduzierung durch diese Regelungsmaßnahme nicht erzielen lässt, ist das Steuergerät zweckmäßigerweise zum automatischen Abschalten der LED's ausgebildet, um eine Zerstörung derselben zu verhindern.

Die Strombegrenzung oder Stromabregelung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung können hierzu im Schaltnetzteil mehrere unterschiedliche Widerstände vorgesehen sein, die über das Steuergerät in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur zur Variierung des Ausgangsstroms je nach der erforderlichen Strombegrenzung zugeschaltet werden. Die Widerstände sind dabei so ausgelegt, dass eine stufenweise Stromreduzierung möglich ist, bis bevorzugt auf z.B. maximal 60 % des Nennstroms.

Alternativ zur Verwendung diskreter zuzuschaltender Widerstände kann im Schaltnetzteil auch ein über das Steuergerät ansteuerbares Regelglied, insbesondere ein Transistor vorgesehen sein, das in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur zur Variierung des Ausgangsstroms entsprechend ansteuerbar ist.

Hierüber ist eine stufenlose Ansteuerung möglich, über den Transistor kann der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils, der dem LED-Strom entspricht, ohne weiteres auf einen Soll-Wert geregelt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung, und
2 ein Diagramm zur Darstellung der Helligkeit des von einer LED abgestrahlten Licht gegenüber dem LED-Strom.
1 zeigt in Form einer Prinzipsdarstellung eine erfindungsgemäße Leuchteinrichtung 1, umfassend mehrere Lichtquellen in Form dreier LED's 2a, 2b und 2c, denen jeweils eine Ansteuerelektronik 3a, 3b und 3c zugeordnet ist. Diese kommunizieren mit einem Steuergerät 4, das die Ansteuerelektroniken über Pulsweitenmodulationssignale steuert.
Vorgesehen ist ferner ein Schaltnetzteil 5 umfassend einen Spannungswandler 6, über den die Bordnetzspannung von 12 V Gleichspannung auf die LED-Versorgungsspannung von 20 V angehoben werden kann. Über einen entsprechenden Pin am Steuergerät 4, das beispielsweise als Microcontroller oder Schaltregler-IC ausgeführt ist, kann der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils 5 bzw. des Spannungswandlers 6 eingestellt werden, das heißt, der den LED's 2a–c gegebene Ausgangsstrom kann hierüber variiert werden.
Um eine temperaturabhängige Stromregelung zu ermitteln, ist im gezeigten Beispiel ein Temperatursensor 7 in Form eines PTC-Thermoelements vorgesehen, dessen Ausgangssignal dem Steuergerät 4 gegeben wird. Dieses steuert nun beispielsweise unter Zugrundelegung einer entsprechenden Kennlinie oder dergleichen in Abhängigkeit des gegebenen Temperatursignals das Schaltnetzteil 5, um je nach gegebener Temperatur den Ausgangsstrom zu variieren.
Zu diesem Zweck können im Schaltnetzteil 5 bzw. im Spannungswandler 6 mehrere unterschiedliche ohm'sche Widerstände vorgesehen sein, die je nach Signal vom Steuergerät 4 zugeschalten werden und über die eine stufenweise Einstellung des Ausgangsstrom möglich ist. Denkbar ist es aber auch, dass im Schaltnetzteil 5 oder im Spannungswandler 6 ein Regelglied in Form eines Transistors vorhanden ist, der in seinem Durchlassverhalten über das Ausgangssignal des Steuergeräts 4 eingestellt werden kann, worüber dann die Veränderung des Ausgangsstroms in Abhängigkeit der Temperatur erfolgt.
Im Rahmen der temperaturabhängigen Stromregelung ist eine maximale Stromabsenkung ausgehend von einem maximalen LED-Strom, nämlich dem Nennstrom I_Nenn von 100 %, auf einen vorab definierten LED-Grenzwertstrom I_Grenz zulässig.
2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses der LED-Helligkeit in Prozent gegenüber dem LED-Strom in Prozent. Bei 100 % LED-Strom I_Nenn leuchten die LED's mit maximaler Helligkeit von 100 %. Wie aus 2 ersichtlich ist, nimmt die Helligkeit im LED-Stromintervall von 100 %–60 % nur unwesentlich ab, die prozentuale Helligkeitsänderung ΔH beträgt im gezeigten Beispiel rund 5 %. Das heißt, die Reduzierung des LED-Stroms auf 60 % führt zu einer Helligkeitsabnahme von ca. 5 %. Eine solche Helligkeitsabnahme ist für das Auge des Betrachters kaum bemerkbar. Das heißt, mit einer beachtlichen Stromabsenkung um 40 % geht eine äußerst geringe Helligkeitsreduzierung auf einen vorbestimmten Helligkeitswert, hier beispielsweise 5 % (also 95 % Helligkeit) einher. Eine stärkere Stromabsenkung führt dann ersichtlich zu einer deutlich stärkeren Helligkeitsabnahme als im angegebenen Intervall.
Erfasst nun der Temperatursensor 7 kontinuierlich die Temperatur, so kann über das Steuergerät 4 der den LED's gegebene Strom, ausgehend von ursprünglich 100 % Nennstrom I_Nenn, im Intervall zwischen dem Nennstrom I_Nenn – Grenzwertstrom I_Grenz variiert werden, um auf ein Temperaturniveau einzuregeln, bei dem die LED's keinen Schaden nehmen, ohne dass in irgendeiner Weise bemerkbare Helligkeitseinbußen damit verbunden wären. Gleichwohl kann innerhalb dieses Intervalls eine beachtliche Reduzierung der Wärmeentwicklung erreicht werden, so dass für die meisten Anwendungsfälle durch die Stromvariation im angegebenen Intervall in Abhängigkeit der Temperatur ein Überschreiten des kritischen Temperaturbereichs vermieden werden kann. Sollte dennoch die Regelgrenze I_Grenz im Hinblick auf die Ist-Temperatur zu unterschreiten sein, um eine gegebene Temperaturentwicklung beherrschen zu können, erfolgt über das Steuergerät 4 zweckmäßigerweise die Abschaltung der LED's bzw. des gesamten Moduls.
1 zeigt als Beispiel den Aufbau einer Leuchteinrichtung, die zur Gabe eines Kurven- oder Abbiegelichts dient, wozu die drei LED's, 2a–c in unterschiedliche Richtungen zur Fahrzeugseite hin gerichtet sind. Dem Steuergerät 4 wird, wie durch den Pfeil 8 dargestellt ist, zusätzlich der Lenkwinkel gegeben, in dessen Abhängigkeit die Zuschaltung der LED's über das Steuergerät 4 gesteuert wird. Sofern ein zeitversetzter Zuschaltbetrieb der LED's 2a–c in Abhängigkeit des Ist-Lenkwinkels vorgesehen ist, ist es zweckmäßig, über den Temperatursensor 7 lediglich die Temperatur derjenigen LED, die als erste eingeschaltet und beim Zurücklegen als letzte ausgeschaltet wird, zu erfassen, da die Temperatur der anderen LED's maximal gleich dieser LED ist, in der Regel aber darunter liegt. Für Module, bei denen alle LED's simultan zu- und abgeschaltet werden, ist ebenfalls die Erfassung der Temperatur nur einer LED stellvertretend für alle anderen ausreichend.

Claims

Leuchteinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine oder mehrere LED's, wenigstens einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur wenigstens einer LED, ein der Stromversorgung der LED's dienendes Schaltnetzteil und ein den LED-Betrieb steuerndes Steuergerät, das mit dem Schaltnetzteil und dem Temperatursensor kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass über das Steuergerät (4) in Abhängigkeit der erfassten Temperatur der wenigstens einen LED (2a) der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils (5) innerhalb eines Intervalls zwischen dem LED-Nennstrom (I_Nenn) und einem niedrigeren LED-Grenzwertstrom (I_Grenz), bis zu dem die Helligkeit um einen vorbestimmten Wert (ΔH) im Vergleich zur Helligkeit bei anliegendem LED-Nennstrom (I_Nenn) abnimmt, variierbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert (ΔH) maximal 10% beträgt.
Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Grenzwertstrom (I_Grenz) 60% des LED-Nennstroms (I_Nenn) beträgt.
Leuchteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltnetzteil (5) mehrere unterschiedliche Widerstände vorgesehen sind, die über das Steuergerät (4) in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur zur Variierung des Ausgangsstroms zuschaltbar sind.
Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltnetzteil (5) ein über das Steuergerät (4) ansteuerbares Regelglied, insbesondere ein Transistor vorgesehen ist, der in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur zur Variierung des Ausgangsstroms ansteuerbar ist.
Leuchteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) bei einer ermittelten Temperatur, die ein Absenken des Ausgangsstroms unter den LED-Grenzwertstrom (I_Grenz) erfordert, zum automatischen Ausschalten der LED's (2a, 2b, 2c) ausgebildet ist.
Leuchteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED's (2a, 2b, 2c) der Erzeugung eines Abbiege- oder Kurvenlichts dienen.