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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein
Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Leuchtdiodenanordnung mit
mindestens einer Leuchtdiode, eine Spannungsquelle zum Erzeugen
einer Betriebsspannung für die mindestens eine Leuchtdiodenanordnung
sowie mindestens eine Stromquelle, wobei die Stromquelle der Leuchtdiodenanordnung
zum Erzeugen eines Betriebsstroms der Leuchtdiodenanordnung zugeordnet
ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum
Betreiben einer solchen Beleuchtungseinrichtung und eine Steuer-
oder Regeleinrichtung für eine solche Beleuchtungseinrichtung.
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Aus
der
DE 100 27 478
A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung der oben genannten
Art bekannt. Die Beleuchtungseinrichtung weist mehrere Leuchtdiodenanordnungen
auf, wobei jede Leuchtdiodenanordnung mehrere Leuchtdioden umfasst.
Jede Leuchtdiodenanordnung weist einen ersten und einen zweiten
Anschluss zum Anschluss einer Versorgungsspannung auf. Der erste
Anschluss einer jeden Leuchtdiodenanordnung ist an eine als Pulsgenerator
ausgebildete gemeinsame Spannungsquelle angeschlossen. Jeder Leuchtdiodenanordnung
ist eine Stromquelle der Beleuchtungseinrichtung zugeordnet, wobei
der zweite Anschluss einer jeden Leuchtdiodenanordnung mit der dieser
Leuchtdiodenanordnung zugeordneten Stromquelle verbunden ist.
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Um
bei der bekannten Beleuchtungseinrichtung einen zuverlässigen
Betrieb der einzelnen Stromquellen zu gewährleisten, muss
sichergestellt werden, dass eine an den einzelnen Stromquellen anliegende
Spannung einen Mindestwert nicht unterschreitet. Die an den Stromquellen
anliegende Spannung hängt im Wesentlichen von der Spannung
ab, die an der entsprechenden Leuchtdiodenanordnung anliegt (Kettenspannung),
welche wiederum von der Temperatur und von Bauteiletoleranzen abhängt.
Um ein Absinken der Spannung an den Stromquellen auf einen Wert
unter den Mindestwert sicher zu vermeiden, muss beim Auslegen der
Beleuchtungseinrichtung eine von der Spannungsquelle erzeugte Betriebsspannung
so hoch gewählt werden, dass sie selbst unter ungünstigen
Bedingungen niemals unter die Summe aus der Kettenspannung der Leuchtdiodenanordnung
und dem Mindestwert für die Spannung an den Stromquellen
absinkt. Da beim normalen Betrieb der Beleuchtungseinrichtung diese
ungünstigen Bedingungen selten auftreten, liegt an den einzelnen
Stromquellen oftmals eine Spannung an, die deutlich höher
als der Mindestwert ist, so dass sich eine relativ hohe Verlustleistung
an den einzelnen Stromquellen ergibt. Dies führt dazu,
dass die Beleuchtungseinrichtung relativ aufwändig gekühlt werden
muss und somit anfällig und teuer in der Realisierung ist
und viel Bauraum benötigt.
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Ausgehend
von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, einerseits
die Verlustleistung einer Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten
Art zu reduzieren und andererseits eine einfache und kostengünstige
Herstellung sowie einen robusten Aufbau der Beleuchtungseinrichtung
sicherzustellen.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Beleuchtungseinrichtung
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung
eine Regelanordnung zum Regeln der Betriebsspannung in Abhängigkeit
von einer an der Stromquelle anliegenden Spannung aufweist. Ein wichtiger
Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die von der
Spannungsquelle erzeugte Betriebsspannung möglichst gering,
jedoch gerade so hoch eingestellt wird, dass die an der Stromquelle anliegende
Spannung einen für die korrekte Funktion der Stromquelle
hinreichend hohen Wert aufweist.
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Dadurch
dass die Betriebsspannung in Abhängigkeit der an der Stromquelle
anliegenden Spannung geregelt wird, ist sichergestellt, dass Schwankungen
einer an der Leuchtdiodenanordnung anliegenden Kettenspannung, die
beispielsweise durch Temperaturschwankungen verursacht werden kann,
durch ein entsprechendes Nachregeln der Betriebsspannung ausgeglichen
werden. Steigt die Kettenspannung an, so wird die Betriebsspannung
entsprechend erhöht, so dass an der Stromquelle auch bei
einer hohen Kettenspannung eine hinreichend hohe Spannung anliegt.
Sinkt die Kettenspannung ab, dann stellt die Regelanordnung eine
relativ niedrige Betriebsspannung ein. Dadurch wird erreicht, dass
auch bei einer geringen Kettenspannung die Spannung an der Stromquelle
einen relativ geringen Wert aufweist. Folglich ergibt sich unabhängig
von einem momentanen Wert der Kettenspannung eine geringe Verlustleistung
an der Stromquelle. Dadurch können kostengünstige
und kompakte Stromquellen eingesetzt werden, die keine besonders
aufwändige Vorkehrungen zum Abführen der Verlustleistung
der Stromquelle, wie beispielsweise sperrige und schwere Kühlkörper,
aufweisen müssen. Eine thermische Belastung von Bauteilen
der Beleuchtungseinrichtung ist relativ gering. Die geringe Verlustleitung
führt außerdem zu einem geringen Energieverbrauch
der Beleuchtungseinrichtung und somit auch zu einer geringen Belastung
eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs. Die Erfindung ist in Verbindung
mit einer beliebigen Lichtfunktion – wie beispielsweise
Blinklicht, Begrenzungslicht (Sidemarker), Abblendlicht, Fernlicht,
Abbiegelicht, Nebellicht oder Rücklicht – der
Beleuchtungseinrichtung anwendbar.
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Mittels
der in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
vorgesehenen Steuerungs- oder Regelanordnung können nicht
nur Schwankungen, die während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung
auftreten, ausgeglichen werden, sondern es können auch
Bauteiletoleranzen, insbesondere der Leuchtdioden der Leuchtdiodenanordnung
kompensiert werden. Eine Kalibrierung der Betriebsspannung in Abhängigkeit
von Eigenschaften der Leuchtdioden ist nicht erforderlich. Derartige
Bauteiletoleranzen können zwischen einzelnen Leuchtdioden
innerhalb einer hergestellten Beleuchtungseinrichtung auftreten;
sie können sich auch aus Veränderungen in einem
Produktionsprozess der Leuchtdioden ergeben, sodass zu verschiedenen
Zeitpunkten hergestellte Leuchtdiodenanordnungen sich in ihren Eigenschaften
unterscheiden.
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Je
nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
kann die Leuchtdiodenanordnung eine Lichtquelle einer Kraftfahrzeugleuchte,
insbesondere einer Tagfahrleuchte oder eines Kraftfahrzeugscheinwerfers
bilden. Insbesondere in dem Fall, in dem die Beleuchtungseinrichtung eine
Tagfahrleuchte umfasst, wirkt sich der geringe Energieverbrauch
der Beleuchtungseinrichtung besonders vorteilhaft aus, da die Tagfahrleuchte
im Vergleich beispielsweise mit Scheinwerfern oder Rückleuchten
eine relativ hohe Einschaltdauer aufweist.
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Zweckmäßigerweise
ist die Spannungsquelle als eine einstellbare Spannungsquelle ausgebildet, wobei
die Betriebsspannung für die Leuchtdiodenanordnung mittels
eines Stellsignals, das eine Stellgröße charakterisiert
einstellbar ist.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass die Beleuchtungseinrichtung mehrere
Leuchtdiodenanordnungen aufweist, wobei jeder Leuchtdiodenanordnung
eine Stromquelle zugeordnet ist und die Regelanordnung einen Minimalwertbildner
zum Bilden eines Minimalwertsignals aufweist, das einen Minimalwert
der an den einzelnen Stromquellen anliegenden Spannungen charakterisiert.
Hierbei kann jede Leuchtdiodenanordnung dieselbe Anzahl an Leuchtdioden
aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen werden, dass sich die
Leuchtdiodenanordnungen in der Anzahl ihrer Leuchtdioden unterscheiden.
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Die
einzelnen Leuchtdiodenanordnungen und die ihnen in Serie geschalteten
Stromquellen sind also parallel geschaltet. Wegen dieser Parallelschaltung
kann für den Betrieb der Beleuchtungsanordnung eine Betriebsspannung
gewählt werden, die deutlich geringer ist, als dies bei einer
Serienschaltung der Leuchtdiodenanordnungen der Fall wäre. Somit
kann auch eine Beleuchtungsanordnung mit einer hohen Anzahl an Leuchtdioden
beziehungsweise Leuchtdiodenanordnungen realisiert werden, ohne
teure Bauelemente, insbesondere Steckverbinder, für hohe
Spannungen, die aus Sicherheitsgründen Schutzvorkehrungen
zum Schutz vor Berührungen aufweisen, verwenden zu müssen.
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Der
Minimalwertbildner bewirkt, dass von den an den einzelnen Stromquellen
anliegenden Spannungen stets die geringste Spannung zum Regeln der
Betriebsspannung herangezogen wird. Dies führt dazu, dass
bei verschiedenen Kettenspannungen die Betriebsspannung einen so
hohen Wert aufweist, dass einerseits keine an den einzelnen Stromquellen
anliegende Spannung für eine ordnungsgemäße
Funktion der Stromquelle zu gering ist und andererseits die Betriebsspannung
nicht auf einen unnötig hohen Wert eingestellt wird.
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Obwohl
vorzugsweise mehrere Leuchtdiodenanordnungen vorgesehen sind, genügt
es, dass die Beleuchtungseinrichtung eine gemeinsame Spannungsquelle
für alle Leuchtdiodenanordnungen aufweist. Die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung ist somit besonders kostengünstig.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Regelanordnung einen Subtrahierer zum Bilden eines Regeldifferenzsignals
aufweist, dass eine Regeldifferenz zwischen einem vorgegebenen Mindestwert
und der an der Stromquelle anliegenden Spannung beziehungsweise
den Minimalwert der an den einzelnen Stromquellen anliegenden Spannungen
charakterisiert. Dieser Mindestwert entspricht vorzugsweise einer
Mindestspannung, für die die Funktion der Stromquelle gerade
noch gewährleistet ist. Sind mehrere Leuchtdiodenanordnungen
und somit auch mehrerer Stromquellen vorgesehen und weisen beim
Betrieb der Beleuchtungseinrichtung die einzelnen Leuchtdiodenanordnungen
verschiedene Kettenspannungen auf, so stellt sich an der Stromquelle,
die derjenigen Leuchtdiodenanordnung zugeordnet ist, die die größte
Kettenspannung aufweist, eine Spannung ein, die dem Minimalwert
entspricht. An den anderen Stromquellen liegen dann höhere
Spannungen an.
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Um
ein gutes Regelverhalten der Regelanordnung zu erhalten, kann vorgesehen
werden, dass die Regelanordnung ein Regelelement, beispielsweise
einen Proportionalregler, zum Ermitteln eines Stellsignals zum Einstellen
der Betriebsspannung aufweist. Hierbei kann zweckmäßigerweise
vorgesehen werden, dass das Regelelement einen Ausgang zum Ausgeben
des Stellsignals und die Spannungsquelle einen Eingang für
das Stellsignal aufweist, wobei der Ausgang des Regelelements mit
dem Eingang der Spannungsquelle verbunden ist.
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Die
an den Stromquellen anliegende Spannung kann durch beliebige geeignete
Mittel erfasst oder ermittelt werden. Jedoch ist bevorzugt, dass
ein erster Anschluss der Stromquelle an derjenigen Leuchtdiodenanordnung,
zu welcher die Stromquelle zugeordnet ist, angeschlossen ist, an
einem zweiten Anschluss der Stromquelle ein für zumindest
ein Teil der Stromquellen gemeinsames Potential, vorzugsweise ein
Massepotential, anliegt, und die Regelanordnung mindestens ein der
Stromquelle zugeordnetes Messelement zum Erfassen eines an dem ersten Anschluss
der Stromquelle anliegenden elektrischen Potentials aufweist. Da
die Stromquellen an einem gemeinsamen Potential angeschlossen sind,
braucht zum Ermitteln der an den Stromquellen anliegenden Spannung
lediglich das Potential an dem ersten Anschluss bezogen auf das
gemeinsame Potential gemessen werden. Es ist also zum Ermitteln
der an den Stromquellen anliegenden Spannung lediglich eine Messung
an einem Punkt, nämlich am ersten Anschluss einer jeden
Stromquelle erforderlich. Dies erlaubt einen einfachen und kostengünstigen
Aufbau der Messelemente. Aufgrund des gemeinsamen Potentials ergibt
sich auch eine vergleichsweise einfache Realisierung des Minimalwertbildners,
da dieser lediglich die Potentiale an dem ersten Anschluss einer
jeden Stromquelle miteinander vergleichen muss. Ferner kann die
Regelanordnung hierdurch einfach als eine digitale Regelanordnung
ausgebildet werden, wobei im Messelement ein Analog-Digital-Wandler
angeordnet ist. Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine besonders
einfach aufgebaute Beleuchtungseinrichtung, die kostengünstig
realisiert werden kann.
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Es
kann vorgesehen werden, dass zumindest eine der Stromquellen eine
einstellbare Stromquelle ist. Bei einer Änderung des Betriebsstroms
zumindest einer Leuchtdiodenanordnung durch Verstellen der einstellbaren
Stromquelle führt die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung die Betriebsspannung entsprechend nach.
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Des
Weiteren kann vorgesehen werden, dass einzelne Leuchtdioden oder
einzelne Serienschaltungen von Leuchtdioden zumindest einer Leuchtdiodenanordnung
gesondert zu- und abschaltbar sind. Hierdurch wird eine stufenweise Änderung der
Lichtstärke von von der Beleuchtungseinrichtung abgegebenem
Licht ermöglicht.
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Als
eine weitere Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum
Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
vorgeschlagen, wobei die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Leuchtdiodenanordnung
mit mindestens einer Leuchtdiode, eine Spannungsquelle zum Erzeugen
einer Betriebsspannung für die mindestens eine Leuchtdiodenanordnung
sowie mindestens eine Stromquelle umfasst, und wobei die Stromquelle
der Leuchtdiodenanordnung zum Erzeugen eines Betriebsstromes der Leuchtdiodenanordnung
zugeordnet ist das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren
die folgenden Schritte umfasst: Erfassen einer an der mindestens
einen Stromquelle anliegenden Spannung und Einstellen der Betriebsspannung
in Abhängigkeit von der an der Stromquelle anliegenden
Spannung. Bei Realisierung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird erreicht, dass unabhängig von Schwankungen der
Kettenspannung der Leuchtdiodenanordnung und unabhängig
von Bauteiletoleranzen, insbesondere der Leuchtdioden, an der Stromquelle
stets eine Spannung anliegt, deren Wert hinreichend hoch ist, um
die Funktion der Stromquelle sicherzustellen, und dennoch keine übermäßig
hohen Werte annimmt, die zu einer hohen Verlustleistung an der Stromquelle führen
würden.
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Hierbei
kann vorgesehen werden, dass die Beleuchtungseinrichtung mehrere
Leuchtdiodenanordnungen aufweist, wobei jeder Leuchtdiodenanordnung
eine Stromquelle zugeordnet ist, und dass ein Minimalwert der an
den Stromquellen anliegenden Spannung ermittelt wird und die Betriebsspannung
in Abhängigkeit von dem Minimalwert eingestellt wird. Hierdurch
wird ein sicherer und verlustleistungsarmer Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung mit
mehreren Leuchtdiodenanordnungen gewährleistet, wobei keine
hohen Spannungen erzeugt werden müssen und somit Hochspannungsbauteile,
insbesondere Hochspannungssteckverbinder, vermieden werden können.
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Vorzugsweise
wird eine Regeldifferenz zwischen einem vorgegebenen Mindestwert
und der an der Stromquelle anliegenden Spannung beziehungsweise
dem Minimalwert der an den Stromquellen anliegenden Spannungen gebildet.
Hierdurch wird erreicht, dass die Betriebsspannung in Abhängigkeit von
derjenigen an den Stromquellen anliegenden Spannungen eingestellt
wird, die den geringsten Wert aufweist. Dadurch wird sichergestellt,
dass auch bei unterschiedlichen Kettenspannungen der einzelnen Leuchtdiodenanordnungen
jede Stromquelle zuverlässig arbeitet.
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Um
eine einfache und zuverlässige Regelung bereitzustellen
ist bevorzugt, dass eine Stellgröße zum Einstellen
der Betriebsspannung in Abhängigkeit von der Regeldifferenz,
beispielsweise durch Multiplikation der Regeldifferenz mit einem
konstanten Regelkoeffizienten gebildet wird.
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Es
kann vorgesehen werden, dass der Betriebsstrom zumindest einer Leuchtdiodenanordnung in
Abhängigkeit von einem Stromsollwert eingestellt wird.
Bei dem Stromsollwert kann es sich um einen variablen, beispielsweise
von einer Steuereinrichtung vorgegebenen Wert handeln.
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Außerdem
kann vorgesehen werden, dass zum stufenweisen Ändern der
Lichtstärke von von der Beleuchtungseinrichtung abgegebenem
Licht mindestens eine einzelne Leuchtdiode zumindest einer Leuchtdiodenanordnung
und/oder mindestens eine einzelne Serienschaltung von Leuchtdioden
zumindest einer Leuchtdiodenanordnung gesondert zu- oder abgeschaltet
werden.
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Als
eine noch weitere Lösung der Aufgabe wird eine Steuer-
oder Regeleinrichtung für eine Beleuchtungseinrichtung
für ein Kraftfahrzeug, die mindestens eine Leuchtdiodenanordnung
mit mindestens einer Leuchtdiode, eine Spannungsquelle zum Erzeugen
einer Betriebsspannung für die mindestens eine Leuchtdiodenanordnung
sowie mindestens eine Stromquelle umfasst, wobei die Stromquelle
der Leuchtdiodenanordnung zum Erzeugen eines Betriebsstroms der
Leuchtdiodenanordnung zugeordnet ist, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung zur Ausführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert
ist. Die erfindungsgemäße Steuer- oder Regeleinrichtung
weist die Vorteile der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung
sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine
Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug;
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2 eine
Steuer- oder Regeleinrichtung der Beleuchtungseinrichtung aus 1;
und
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3 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Beleuchtungseinrichtung
aus 1.
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In 1 ist
eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug in ihrer
Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Man erkennt,
dass die Beleuchtungseinrichtung 11 eine Steuer- oder Regeleinrichtung 13 und
eine Lichtquelle 15 aufweist. In der gezeigten Ausführungsform
ist die Lichtquelle 15 in einer Tagfahrleuchte 17 angeordnet.
Die Tagfahrleuchte 17 weist außer der Lichtquelle 15 Komponenten
zur Beeinflussung von Licht, das die Lichtquelle 15 in
ihrem Betrieb abgibt, wie beispielsweise Reflektoren, Prismen oder
Linsen auf (nicht gezeigt). Die Lichtquelle 15 und die
Komponenten zur Beeinflussung des von der Lichtquelle abgegebenen
Lichts wirken derart zusammen, dass die Tagfahrleuchte 17 ein
insbesondere hinsichtlich Kontur und Beleuchtungsstärkeverteilung
und -maxima den gesetzlichen Anforderungen für Tagfahrlicht
entsprechendes Lichtbündel erzeugt.
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Die
Lichtquelle 15 umfasst in der gezeigten Ausführungsform
drei Leuchtdiodenanordnungen 19, jedoch kann in anderen
Ausführungsformen der Erfindung eine andere Anzahl von
Leuchtdiodenanordnungen 19 vorgesehen werden. Obwohl die
Erfindung auch in Verbindung mit einer Lichtquelle 15,
die lediglich eine Leuchtdiodenanordnung 19 aufweist, anwendbar
ist, ist bevorzugt, dass die Lichtquelle 15 mehrere Leuchtdiodenanordnungen 19 aufweist. Jede
Leuchtdiodenanordnung 19 umfasst eine Serienschaltung von
drei Leuchtdioden 21. Abweichend hiervon kann auch eine
andere Anzahl von Leuchtdioden 21 pro Leuchtdiodenanordnung 19 oder
eine andere Verschaltung der Leuchtdioden 21 innerhalb der
Leuchtdiodenanordnung 19 vorgesehen werden. Die Leuchtdiodenanordnungen 19 der
Lichtquelle 15 weisen in der gezeigten Ausführungsform
jeweils denselben Aufbau, insbesondere dieselbe Anzahl der Leuchtdioden 21 und
dieselbe serielle Verschaltung der Leuchtdioden 21 untereinander
auf, jedoch können auch Lichtquellen 15 vorgesehen
werden, die Leuchtdiodenanordnungen 19 umfassen, die sich in
ihrem Aufbau, insbesondere in der Anzahl der Leuchtdioden, voneinander
unterscheiden. Jede Leuchtdiodenanordnung 19 weist einen
Anodenanschluss 23 auf, der mit einer Anode einer ersten Leuchtdiode 21 (in 1 die
obere Leuchtdiode 21 der Leuchtdiodenanordnung 19)
der Serienschaltung der Leuchtdiodenanordnung 19 verbunden
ist. Außerdem weist jede Leuchtdiodenanordnung 19 einen Kathodenanschluss 25,
welcher mit einer Kathode einer letzten Leuchtdiode 21 (in 1 die
untere Leuchtdiode 21 der Leuchtdiodenanordnung 19)
der Serienschaltung verbunden ist.
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Die
Anodenanschlüsse 23 der einzelnen Leuchtdiodenanordnungen 19 der
Lichtquelle 15 sind miteinander verbunden und an einen
Betriebsspannungsausgang 27 der Steuer- oder Regeleinrichtung 13 angeschlossen.
Die Steuer- oder Regeleinrichtung 13 weist für
jede Leuchtdiodenanordnung 19 je einen Stromquellenanschluss 29 auf,
und der Kathodenanschluss 25 einer jeden Leuchtdiodenanordnung 19 ist
mit genau einem Stromquellenanschluss 29 verbunden. Das
heißt, jede Leuchtdiodenanordnung 19 ist genau
einem Stromquellenanschluss 29 zugeordnet.
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Die
Steuer- oder Regeleinrichtung 13 weist außerdem
einen ersten Bordnetzanschluss 31 und einen zweiten Bordnetzanschluss 33 auf.
Der erste Bordnetzanschluss 31 ist mit einer Bordnetzleitung 35 eines
Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs und der zweite Bordnetzanschluss 33 ist
mit einem Massepotential 37 des Bordnetzes verbunden.
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Die 2 zeigt
die Steuer- oder Regeleinrichtung 13 näher im
Detail. Man erkennt, dass die beiden Bordnetzanschlüsse 31, 33 der
Steuer- oder Regeleinrichtung 13 mit einer Spannungsquelle 39 zur
Erzeugung einer Betriebsspannung UB, die
mittels eines Stellsignals x einstellbar ist, verbunden sind. In
der gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei der Spannungsquelle 39 um
einen Schaltregler. Jedoch kann die Spannungsquelle auch auf andere
Weise realisiert werden. Ein Ausgang der Spannungsquelle 39 ist
mit dem Betriebsspannungsausgang 27 der Steuer- oder Regeleinrichtung 13 verbunden.
Zwischen jedem Stromquellenanschluss 29 der Steuer- oder
Regeleinrichtung 13 und dem zweiten Bordnetzanschluss 33 ist
jeweils eine Stromquelle 41 angeordnet. Die Anzahl der
Stromquellen 41 entspricht somit der Anzahl der Leuchtdiodenanordnungen 19,
wobei jeder Leuchtdiodenanordnung 19 genau eine Stromquelle 41 zugeordnet
ist. Ein erster Anschluss 43 einer jeder Stromquelle 41 ist
mit je einem Messelement 46 eines Minimalwertbildners 47 verbunden,
und ein zweiter Anschluss 45 jeder Stromquelle 41 ist
mit dem zweiten Bordnetzanschluss 33 verbunden. Der Minimalwertbildner 47 ist ebenfalls
mit dem zweiten Bordnetzanschluss 33 verbunden und weist
einen Ausgang zum Ausgeben eines Minimalwertsignals m auf, welcher
mit einem Subtrahendeneingang eines Subtrahierers 49 verbunden
ist. An einen Minuendeneingang des Subtrahierers 49 ist
ein Sollwertgeber 51 zum Erzeugen eines Sollwertsignals
s angeschlossen. Ein Ausgang des Subtrahierers 49 ist an
einen Eingang für ein Regeldifferenzsignal d eines Regelelements 53,
das beispielsweise als Proportionalregler ausgebildet sein kann,
angeschlossen. Ein Ausgang des Regelelements 53 ist mit
einem Stelleingang der Spannungsquelle 39 verbunden. Der
Minimalwertbildner 47, der Subtrahierer 49, der
Sollwertgeber 51 und das Regelelement 53 bilden
eine Regelanordnung 55 der Steuer- oder Regeleinrichtung 13.
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Beim
Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 11 liegt zwischen dem
ersten Bordnetzanschluss 31 und dem zweiten Bordnetzanschluss 33 eine
Bordnetzspannung UBord des Bordnetzes des
Kraftfahrzeugs an. Die Bordnetzspannung UBord beträgt üblicherweise
etwa 9 V bis 18 V, typischerweise 12 V. Die Spannungsquelle 39 der
Steuer- oder Regeleinrichtung 13 erzeugt in Abhängigkeit
vom Stellsignal x die Betriebsspannung UB zwischen
dem Betriebsspannungsausgang 27 der Steuer- oder Regeleinrichtung und
dem zweiten Bordnetzanschluss 33, die weitgehend unabhängig
von Schwankungen der Bordnetzspannung UBord ist.
Die Betriebsspannung UB liegt an Serienschaltungen
umfassend die Leuchtdiodenanordnung 19 und die dieser Leuchtdiodenanordnung zugeordnete
Stromquelle 41 an. Dadurch ergibt sich innerhalb jeder
dieser Serienschaltungen jeweils ein Betriebsstrom I1,
I2, I3. Hierbei
stellen die Stromquellen 41 zwischen ihren beiden Anschlüssen 43 und 45 anliegende
Spannungen U1, U2,
U3, derart ein, dass der durch die Leuchtdiodenanordnung 19 fließende Betriebsstrom
I1, I2, I3 einen vorgegebenen, konstanten Wert aufweist.
Die Stromquellen 41 gleichen hierdurch insbesondere temperaturabhängige
Schwankungen von Eigenschaften der Leuchtdioden 21 der Leuchtdiodenanordnungen 19 sowie
Fertigungstoleranzen der Leuchtdioden 21 aus.
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Die
Schwankungen beziehungsweise Fertigungstoleranzen führen
dazu, dass eine Kettenspannung zwischen dem Anodenanschluss 23 und
dem Kathodenanschluss 25 einer jeden Leuchtdiodenanordnung 19 bei
dem vorgegebenen konstanten Strom I1, I2, I3 nicht konstant
beziehungsweise bei allen hergestellten Leuchtdiodenanordnungen 19 gleich
ist, sondern von Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise der Temperatur
beziehungsweise Schwankungen im Fertigungsprozess der Leuchtdioden 21 abhängt.
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Die
Regelanordnung 55 der Steuer- oder Regeleinrichtung 13 stellt
die Betriebsspannung UB möglichst
gering ein, um eine Verlustleistung der einzelnen Stromquellen 41 gering
zu halten. Gleichzeitig stellt die Regelanordnung 55 sicher,
dass die an den einzelnen Stromquellen 41 zwischen dem
ersten Anschluss 43 und dem zweiten Anschluss 45 anliegende
Spannungen U1, U2,
U3 einen Mindestwert, der für den
zuverlässigen Betrieb der Stromquellen 41 erforderlich
ist, nicht unterschreiten. Zu diesem Zweck erfasst der Minimalwertbildner 47 die
an den einzelnen Stromquellen 41 anliegenden Spannungen
U1, U2, U3 und ermittelt ein Minimalwertsignal m,
das einen Minimalwert der an den einzelnen Stromquellen 41 anliegenden
Spannung U1, U2,
U3, charakterisiert. Da sowohl der zweite
Anschluss 45 aller Stromquellen 41 und der Minimalwertbildner 47 mit
einem gemeinsamen Potential, nämlich dem am zweiten Bordnetzanschluss 33 vorhandenen
Massepotential 37 verbunden sind, genügt, es mittels
der Messelemente 46 das Potential am ersten Anschluss 43 einer
jeden Stromquelle 41 zu messen und das minimale Potenzial
zu ermitteln. Das Potential an dem zweiten Anschluss 45 einer
jeden Stromquelle 41 braucht also nicht gemessen zu werden.
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Aus
dem Minimalwertsignal m wird mittels des Subtrahierers 49 ein
Regeldifferenzsignal d gebildet, in dem das Minimalwertsignal m
von dem vom Sollwertgeber 51 erzeugten Sollwertsignal s
subtrahiert wird. Das Sollwertsignal s charakterisiert somit den
Mindestwert für die Spannungen U1,
U2, U3, und das
Regeldifferenzsignal d charakterisiert die Differenz zwischen dem
Mindestwert und dem Minimalwert. Das Regeldifferenzsignal d wird
dem Regelelement 53 zugeführt, das aus dem Regeldifferenzsignal d
durch Multiplikation des Regeldifferenzsignals d mit einem konstanten
Regelkoeffizienten das Stellsignal x ermittelt (Proportionalregelung).
Das Regelelement 53 kann abweichend hiervon auch andere
Berechnungen zum Ermitteln des Stellsignals durchführen. Das
Stellsignal x wird der Spannungsquelle 39 zugeführt.
Diese stellt die Betriebsspannung UB in
Abhängigkeit von dem Stellsignal x ein, wobei ein kleiner Wert
des Stellsignals x einer relativ kleinen Betriebsspannung UB und ein großer Wert des Stellsignals
x einer relativ großen Betriebsspannung UB entspricht.
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Die
Regelanordnung 55 ist zum Ausführen eines in 3 dargestellten
Verfahrens 61 zum Betreiben der Beleuchtungseinrichtung 11 ausgebildet. Bei
diesem Verfahren 61 wird nach einem Start 63 des
Verfahrens 61 ein Schritt 65 ausgeführt,
bei dem die an den einzelnen Stromquellen 41 anliegenden Spannungen
U1, U2, U3 erfasst werden. Anschließend wird
in einem Schritt 67 ein Minimalwert aus diesem Spannungen
U1, U2, U3 gebildet. Das Minimalwertsignal m charakterisiert
diesen Minimalwert. In einen auf den Schritt 67 folgenden
Schritt 69 wird eine Regeldifferenz zwischen einem vorgegebenen Mindestwert
und dem im Schritt 67 ermittelten Minimalwert gebildet.
Das Regeldifferenzsignal d charakterisiert diesen Minimalwert. Danach
wird in einem Schritt 71 in Abhängigkeit von der
Regeldifferenz eine Stellgröße, die vom Stellsignal
x charakterisiert wird, zum Einstellen der Betriebsspannung UB gebildet. Die Stellgröße
kann berechnet werden, indem die Regeldifferenz mit einem konstanten
Regelkoeffizienten multipliziert wird (Proportionalregelung). Es können
jedoch auch andere Regelverfahren angewendet werden. Anschließend
wird in einem Schritt 73 die Betriebsspannung UB in Abhängigkeit von der Stellgröße
eingestellt. Das Verfahren kann wie in 3 eingezeichnet,
in einer Endlosschleife ausgeführt werden, so dass eine Änderung
einer Kettenspannung beziehungsweise einer daraus resultierende Änderung
der Spannung U1, U2,
U3 an den Stromquellen 41 zu einer
geeigneten Anpassung der Betriebsspannung UB führt.
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In
einer nicht gezeigten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung
sind die Stromquellen 41 in Abhängigkeit von einem
variablen Stromsollwert einstellbar. Der Stromsollwert kann beispielsweise
von einer Steuereinrichtung eines Kraftfahrzeugs vorgegeben werden.
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Wird
beim Betrieb der Beleuchtungseinrichtung der Stromsollwert einer
der Stromquellen verändert, dann ändert sich in
der Regel die Kettenspannung an der entsprechenden Leuchtdiodenanordnung 19 bzw.
der Minimalwert der Kettenspannungen, und die Regelanordnung 55 führt
die Betriebsspannung UB gegebenenfalls entsprechend
nach. Durch eine Änderung des Stromsollwerts zumindest einer
der Stromquellen 41 kann beispielsweise – falls es
sich bei der Beleuchtungseinrichtung 11 um eine Rückleuchte
handelt – zwischen einer Rücklichtfunktion und
einer Bremslichtfunktion umgeschaltet werden.
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In
einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform sind einzelne
Leuchtdioden 21 oder einzelne Serienschaltungen von Leuchtdioden 21 zu- und
abschaltbar. Hierzu sind in den Leuchtdiodenanordnungen 19 steuerbare
Schaltelemente vorgesehen. Beim Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 11 werden
die Schaltelemente in Abhängigkeit von einem gewünschten
Betriebszustand der Beleuchtungseinrichtung 11 beispielsweise
von der Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs zum Zu- bzw. Abschalten
der einzelnen Leuchtdioden 21 bzw. Serienschaltungen angesteuert.
Hierdurch kann eine stufenweise Änderung der Lichtstärke
von von der Beleuchtungseinrichtung 11 angegebenem Licht,
beispielsweise ein Wechsel zwischen Positions- und Parklicht, realisiert
werden. Die Regelanordnung 55 führt die Betriebsspannung
UB erforderlichenfalls nach, wenn Leuchtdioden 21 bzw.
Serienschaltungen von Leuchtdioden 21 zu- oder abgeschaltet
werden und sich die Kettenspannungen bzw. deren Minimalwert dadurch ändern.
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Beim
Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 11 wird also sichergestellt,
dass die zwischen dem ersten Anschluss 43 und dem zweiten
Anschluss 45 einer jeden Stromquelle 41 anliegende
Spannung U1, U2,
U3, dem Mindestwert entspricht oder größer
ist als der Mindestwert. Die Regelanordnung 55 stellt hierbei
die Betriebsspannung UB auf einen geringst
möglichen Wert ein, so dass sich an den Stromquellen 41 eine
minimale Verlustleistung ergibt. An der Stromquelle 41,
welche derjenigen Leuchtdiodenanordnung 19 zugeordnet ist,
die zwischen ihren beiden Anschlüssen 23, 25 eine
maximale Kettenspannung aufweist, liegt die geringste Spannung der
Spannungen U1, U2,
U3 an. Diese geringste Spannung entspricht
gerade dem Mindestwert, der zum zuverlässigen Betrieb der
Stromquelle 41 erforderlich ist. Sind die Kettenspannungen
an den einzelnen Leuchtdiodenanordnungen 19 verschieden,
so ergeben sich an den anderen Stromquellen 41 höhere
Spannungen U1, U2,
U3.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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