DE102008025748A1 - Electrical circuit arrangement for controlling LEDs in lighting equipment of car, has energy source comprising component that is arranged in feedback branch arranged between load-sided connection of switch element and source - Google Patents

Electrical circuit arrangement for controlling LEDs in lighting equipment of car, has energy source comprising component that is arranged in feedback branch arranged between load-sided connection of switch element and source Download PDF

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Michael Schnerr
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Abstract

The arrangement (2) has an energy source (3) feeding a direct current converter (4) for conversion of input voltage into output voltage, where the output voltage feeds a load (5). A switch element (29) is arranged between an output (13) of the converter and the load and comprises a feedback branch arranged between a load-sided connection of the switch element and a pole i.e. positive terminal (6), of the source. The source has a component (31) with a diode (21), that is arranged in the feedback branch. A direct source i.e. battery, of a motor vehicle, is utilized as the source.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung mit einer Energiequelle, die einen Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung speist, wobei die Ausgangsspannung eine Last speist.The The present invention relates to an electrical circuit arrangement with a power source that uses a DC-DC converter to convert a Input voltage feeds into an output voltage, the output voltage feeding a load.

Eine elektrische Schaltungsanordnung mit einem Gleichspannungswandler der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 196 46 861 C1 bekannt. Die Schaltung dient zur Spannungsversorgung einer Gasentladungslampe und umfasst einen Gleichspannungswandler, der eine auf ein Bezugspotential bezogene Eingangsspannung in zwei von dem Bezugspotential verschiedene Ausgangspotentiale mit unterschiedlichem Betrag umwandelt. Durch eine wechselweise Ansteuerung der Gasentladungslampe mit den verschiedenen Ausgangspotentialen können Wechselwirkungen der Gasionen mit dem Lampenkörper vermindert werden.An electrical circuit arrangement with a DC-DC converter of the type mentioned is for example from the document DE 196 46 861 C1 known. The circuit serves to supply voltage to a gas discharge lamp and comprises a DC-DC converter which converts an input voltage related to a reference potential into two different output potentials different from the reference potential. By alternately driving the gas discharge lamp with the various output potentials, interactions of the gas ions with the lamp body can be reduced.

Des weiteren sind aus dem Stand der Technik elektrische Schaltungen zur Ansteuerung von LEDs (Light Emitting Diodes; Leuchtdioden) bekannt. Insbesondere bei LED-Beleuchtungseinrichtungen von Kraftfahrzeugen erfordern mehrere in Reihe geschaltete Leuchtdioden-Ketten eine Bordnetzspannung, die größer oder gleich der Summe der Einzel-Flussspannungen (sog. Summenspannung) der LEDs ist. Übersteigt die Summenspannung der LEDs die Bordnetzspannung, muss die Bordnetzspannung für die LEDs erhöht werden. Zur Erhöhung der Spannung findet im Stand der Technik beispielsweise ein als Aufwärtswandler ausgebildeter Gleichspannungswandler Verwendung. Eine Schaltungsanordnung mit Aufwärtswandler hat jedoch den Nachteil, dass der Spannungsbereich auf Spannungen oberhalb der Bordnetzspannung beschränkt ist. Zudem fehlt es an einer Kurzschlussfestigkeit der Versorgungsleitungen der LEDs.Of others are electrical circuits from the prior art for driving LEDs (Light Emitting Diodes). Especially require in LED lighting devices of motor vehicles several series-connected light-emitting diode strings a vehicle electrical system voltage, greater than or equal to the sum of the individual forward voltages (so-called sum voltage) of the LEDs. Exceeds the sum voltage the LEDs the on - board supply voltage, must the on - board power supply voltage for the LEDs are raised. To increase the voltage For example, in the prior art, it is considered to be an up-converter trained DC-DC converter use. A circuit arrangement with boost converter, however, has the disadvantage that the voltage range limited to voltages above the vehicle electrical system voltage is. In addition, there is a lack of short-circuit strength of the supply lines the LEDs.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltungsanordnung mit einem Gleichspannungswandler zu schaffen, die einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und für den Betrieb von LED-Ketten geeignet ist, deren Summenspannung auch kleiner der Bordnetzspannung sein kann und die eine Kurzschlussfestigkeit der LED-Versorgungsleitungen aufweist.Of the The present invention is therefore based on the object, an electrical To provide a circuit arrangement with a DC-DC converter, which has the simplest possible structure and for the operation of LED chains is suitable, their total voltage also can be less of the vehicle electrical system voltage and a short circuit resistance having the LED supply lines.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der elektrischen Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung ein Schaltelement, welches zwischen einem Ausgang des Gleichspannungswandlers und der Last angeordnet ist, einen Rückkoppelzweig, der zwischen einem lastseitigen Anschluss des Schaltelements und einem zweiten Pol der Energiequelle angeordnet ist, und ein in dem Rückkoppelzweig angeordnetes Bauelement zur Verhinderung eines Kurzschlusses zwischen dem lastseitigen Anschluss des Schaltelements und dem zweiten Pol der Energiequelle aufweist.to Solution to this problem is based on the electrical Circuit arrangement of the type mentioned above proposed that the circuit arrangement a switching element, which between a Output of the DC-DC converter and the load is arranged, a feedback branch between a load-side Connection of the switching element and a second pole of the power source is arranged, and arranged in the feedback branch device to prevent a short circuit between the load side terminal of the switching element and the second pole of the power source.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, ein Bezugspotenzial der Last zwischen einem ersten Eingangspotential des Gleichspannungswandlers und einem zweiten Eingangspotential des Gleichspannungswandlers umzuschalten. Das erste Eingangspotential liegt vorzugsweise am Minuspol der Energiequelle (bzw. an Masse) und das zweite Eingangspotential am Pluspol der Energiequelle an. Zum Umschalten des Bezugspotentials der Last wird das Schaltelement verwendet, welches das Bezugspotential zwischen dem Minuspol und dem Pluspol der Energiequelle umschaltet. Je nach Schalterstellung ändert sich die ausgangsseitig am Gleichspannungswandler abfallende Spannung, so dass dieser sowohl als Aufwärtswandler als auch als Abwärtswandler eingesetzt werden kann.According to the invention So, proposed a reference potential of the load between a first input potential of the DC-DC converter and a second Switch input potential of the DC-DC converter. The first input potential is preferably at the negative pole of the energy source (or to ground) and the second input potential at the positive pole of the Power source on. To switch the reference potential of the load is the Switching element used which the reference potential between the Negative pole and the positive pole of the power source switches. Depending on switch position changes the voltage drop across the output side of the DC-DC converter, so this as well as up-converter as well as Down converter can be used.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass als Energiequelle eine Gleichspannungsquelle, insbesondere eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, zum Einsatz kommt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Last mindestens eine Leuchtdiode (LED) insbesondere einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst. Es können auch mehrere LEDs in Reihe zu einer LED-Kette geschaltet werden, wenn dabei die vom Aufwärtswandler erzeugte Ausgangsspannung größer als die Summenspannung der LEDs ist.According to one advantageous embodiment of the invention is proposed that as a source of energy a DC voltage source, in particular a Battery of a motor vehicle, is used. According to one preferred embodiment of the invention it is proposed that the load at least one light emitting diode (LED), in particular a lighting device for a motor vehicle. It can too several LEDs are connected in series to an LED chain when while the output voltage generated by the boost converter greater than the sum voltage of the LEDs.

Vorteilhafterweise umfasst das Bauelement im Rückkoppelzweig eine Diode, die mit ihrer Kathode an dem zweiten Pol (z. B. Pluspol) der Energiequelle und mit ihrer Anode an dem lastseitigen Anschluss des Schaltelements angeordnet ist. Die Diode verhindert bei geschlossenem Schaltelement einen Kurzschluss.advantageously, the device comprises in the feedback branch a diode which with its cathode on the second pole (eg positive pole) of the energy source and with its anode on the load side terminal of the switching element is arranged. The diode prevents when the switching element is closed a short circuit.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen einem ersten Ausgang des Spannungswandlers und der Last ein weiteres Schaltelement zur Realisierung einer Pulsweitenmodulation des Energieversorgungssignals der Last angeordnet ist. Mit Hilfe des weiteren Schaltelements kann die Stromzufuhr zur Last gepulst betrieben werden. Die Pulsweitenmodulation ermöglicht einen Betrieb der LEDs mit der vorgesehenen Nennspannung und gleichzeitig mit einer geringeren mittleren Leistungsaufnahme.at a preferred embodiment of the invention is provided that between a first output of the voltage converter and the load another switching element for the realization of a pulse width modulation the power supply signal of the load is arranged. With help the further switching element, the power supply to the load pulsed operate. The pulse width modulation allows a Operation of the LEDs with the intended rated voltage and simultaneously with a lower average power consumption.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung Mittel zum Messen des durch die Last fließenden Stroms aufweist, die zwischen dem ersten Ausgang des Spannungswandlers und dem Bezugspotenzial in Serie mit der Last angeordnet sind. Als ein Mittel zur Strommessung kommt beispielsweise ein Strommesswiderstand zum Einsatz.According to another advantageous embodiment of the invention, it is proposed that the circuit arrangement means for measuring by the load of flowing current, which are arranged between the first output of the voltage converter and the reference potential in series with the load. As a means of measuring current, for example, a current measuring resistor is used.

Vorzugsweise weist die Schaltungsanordnung einen Stromregler zum Regeln des durch die Last fließenden Stroms auf einen vorgebbaren Wert auf. Der Stromregler steuert bspw. einen Schalter zur Pulsweitenmodulation an, um so eine gepulste Stromzufuhr zu der Last zu realisieren.Preferably the circuit has a current regulator for controlling the the load of flowing current to a predetermined value. The current controller controls, for example, a switch for pulse width modulation so as to realize a pulsed power supply to the load.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:One preferred embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:

1 eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; 1 an inventive electrical circuit according to a preferred embodiment;

2 eine aus dem Stand der Technik bekannte elektrische Schaltungsanordnung; und 2 a known from the prior art electrical circuitry; and

3 einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer Seitenansicht. 3 a motor vehicle headlight with a circuit arrangement according to the invention in a side view.

In 2 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Schaltungsanordnung 1 weist eine Energiequelle 3, einen Spannungswandler 4 und eine Last 5 auf. Bei der Energiequelle 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Gleichspannungsquelle mit einem positiven Pol 6 und einem negativen Pol 8. Der positive Pol 6 ist an einen ersten Eingang 7 des Spannungswandlers 4 angeschlossen, während der negative Pol 8 mit einem zweiten Eingang 9 des Spannungswandlers 4 verbunden ist. An Ausgängen 11 und 13 des Spannungswandlers 4 liegen verschiedene Ausgangspotentiale an. Das an dem ersten Ausgang 11 anliegende Potential ist größer als das an dem zweiten Ausgang 13 anliegende Potential. Zwischen den beiden Ausgängen 11, 13 des Spannungswandlers 4 liegt die Last 5 an. Die Last 5 umfasst vorzugsweise mehrere in Serie geschaltete LEDs 15a bis 15n. Eingangsseitig fällt am Spannungswandler 4 die von der Spannungsquelle 3 gelieferte Batteriespannung UBat ab, und zwischen den Ausgängen 11, 13 des Spannungswandlers 4 stellt sich die Spannung ULED ein.In 2 is a known from the prior art circuit arrangement in its entirety by the reference numeral 1 designated. The circuit arrangement 1 has an energy source 3 , a voltage converter 4 and a burden 5 on. At the energy source 3 it is preferably a DC voltage source with a positive pole 6 and a negative pole 8th , The positive pole 6 is at a first entrance 7 of the voltage converter 4 connected while the negative pole 8th with a second entrance 9 of the voltage converter 4 connected is. At outputs 11 and 13 of the voltage converter 4 There are different output potentials. That at the first exit 11 applied potential is greater than that at the second output 13 applied potential. Between the two exits 11 . 13 of the voltage converter 4 is the burden 5 at. Weight 5 preferably comprises a plurality of LEDs connected in series 15a to 15n , Input side falls on the voltage converter 4 that from the voltage source 3 Supplied battery voltage U Bat off, and between the outputs 11 . 13 of the voltage converter 4 adjusts the voltage U LED .

Der Spannungswandler 4 umfasst ein Spulenelement 17, ein Schaltelement 19, eine Diode 21 und einen Kondensator 23, wobei das Spulenelement 17, die Diode 21 und der Kondensator 23 in Serie geschaltet sind. Als Schaltelement 19 findet beispielsweise ein Halbleiterschalter, insbesondere ein Bipolartransistor oder ein Feldeffekttransistor, Verwendung. Das Spulenelement 17 ist mit dem positiven Eingang 7 des Spannungswandlers 4 verbunden und kontaktiert die Anode der Diode 21. Die Kathode der Diode 21 ist mit dem ersten Ausgang 11 des Spannungswandlers 4 und mit dem Kondensator 23 verbunden. Der andere Anschluss des Kondensators 23 ist mit dem zweiten Eingang 9 und dem zweiten Ausgang 13 des Spannungswandlers 4 verbunden. Parallel zu der Diode 21 und dem Kondensator 23 ist das Schaltelement 19 geschaltet.The voltage converter 4 comprises a coil element 17 , a switching element 19 , a diode 21 and a capacitor 23 , wherein the coil element 17 , the diode 21 and the capacitor 23 are connected in series. As a switching element 19 For example, a semiconductor switch, in particular a bipolar transistor or a field effect transistor, is used. The coil element 17 is with the positive entrance 7 of the voltage converter 4 connected and contacted the anode of the diode 21 , The cathode of the diode 21 is with the first exit 11 of the voltage converter 4 and with the capacitor 23 connected. The other connection of the capacitor 23 is with the second entrance 9 and the second exit 13 of the voltage converter 4 connected. Parallel to the diode 21 and the capacitor 23 is the switching element 19 connected.

Im Rahmen der Spannungswandlung wird zunächst das Spulenelement 17 durch das Schaltelement 19 gegen Masse geschaltet. Der Spannungswandler 4 wandelt bei geschlossenem Schaltelement 19 ihm von der Energiequelle 3 zugeführte elektrische Energie mittels des Spulenelements 17 in magnetische Energie um, die im Magnetfeld des Spulenelements 17 gespeichert wird. Wird das Schaltelement 19 dann geöffnet, versucht das Spulenelement 17 den Stromfluss aufrechtzuerhalten. Die Spannung am sekundären Ende des Spulenelements 17 steigt sehr schnell auf einen Wert an, der größer ist als die am primären Ende des Spulenelements 17 anliegende Spannung. Übersteigt die Spannung die am Kondensator 23 anliegende Spannung, öffnet die Diode 21. Der Strom fließt über die Diode 21 weiter und lädt den Kondensator 23 auf. Dabei gibt das Spulenelement 17 seine im Magnetfeld gespeicherte Energie ab. Aufgrund der Wirkung der Induktivität 17 wird der Stromfluss und damit der Ladevorgang der Kapazität 23 über den Zeitpunkt hinaus aufrecht erhalten, zu dem die in der Induktivität 17 ursprünglich gespeicherte Energie vollständig an die Kapazität 23 abgegeben worden ist. Das bewirkt ein Aufladen der Kapazität 23 auf eine Spannung UC, die größer als die Eingangsspannung UBat ist.As part of the voltage conversion is first the coil element 17 through the switching element 19 switched to ground. The voltage converter 4 converts when the switching element is closed 19 him from the energy source 3 supplied electrical energy by means of the coil element 17 in magnetic energy around in the magnetic field of the coil element 17 is stored. Will the switching element 19 then opened, the coil element tries 17 to maintain the flow of current. The voltage at the secondary end of the coil element 17 increases very quickly to a value that is greater than that at the primary end of the coil element 17 voltage applied. If the voltage exceeds that at the capacitor 23 applied voltage, opens the diode 21 , The current flows through the diode 21 Continue and charge the capacitor 23 on. There is the coil element 17 its energy stored in the magnetic field. Due to the effect of inductance 17 becomes the current flow and thus the charging process of the capacity 23 maintained beyond the time at which the inductance in the 17 originally stored energy completely to the capacity 23 has been delivered. This causes a charging of the capacity 23 to a voltage U C that is greater than the input voltage U Bat .

Das Schaltelement 19 wird getaktet betrieben, so dass sich dieser Prozess periodisch wiederholt. Der Kondensator 23 kann dabei als Glättungskondensator dienen, der über eine ausreichende Kapazität verfügen muss, um die Ausgangsspannung hinreichend zu glätten, das heißt, eine im Wesentlichen konstante Ausgangsspannung UC zu gewährleisten.The switching element 19 is operated clocked, so that this process repeats periodically. The capacitor 23 can serve as a smoothing capacitor, which must have sufficient capacity to smooth the output voltage sufficiently, that is, to ensure a substantially constant output voltage U C.

Der in 2 dargestellten Spannungswandler 4 wird auch als Aufwärtswandler bezeichnet. Ein Betrieb des Aufwärtswandlers 4 mit Lasten 5, die mit einer insgesamt geringeren Betriebsspannung als die vom Wandler 4 erzeugte Ausgangsspannung UC betrieben werden müssen (z. B. geringere Nennspannung der LEDs), erfordert die Verwendung zusätzlicher Bauelemente, insbesondere Widerstände. Das ist jedoch sowohl aus Kostengründen als auch aufgrund des verschlechterten Wirkungsgrads nachteilig. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung 1 besteht darin, dass der Spannungswandler 4 nicht kurzschlussfest ist, weil kein abschaltbares Bauelement im Kurzschlussweg integriert ist.The in 2 shown voltage converter 4 is also referred to as an up-converter. An operation of the up-converter 4 with loads 5 , with an overall lower operating voltage than that of the converter 4 generated output voltage U C must be operated (eg lower nominal voltage of the LEDs), requires the use of additional components, in particular resistors. However, this is disadvantageous both for cost reasons and due to the deteriorated efficiency. Another disadvantage of the known circuit arrangement 1 is that the voltage transformer 4 is not short-circuit proof, because no disconnectable component in Kurzschlussweg inte is grated.

Hier kann die in 1 gezeigte und in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnete erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung Abhilfe schaffen. Diese umfasst insbesondere die Energiequelle 3, den Spannungswandler 4, ein Schaltelement 29 sowie einen Rückkoppelzweig 10 mit einer Diode 31. Der zweite Ausgang 13 des Spannungswandlers 4 ist mit dem Schaltelement 29 verbunden. Mit dem anderen Anschluss des Schaltelements 29 sind der Rückkoppelzweig 10 und die Last 5 verbunden. Der Rückkoppelzweig 10 weist die Diode 31 auf, deren Kathode an den positiven Pol 6 der Energiequelle 3 angeschlossen ist. Die Last umfasst die Leuchtdioden 15a bis 15n, wobei die Leuchtdiode 15n kathodenseitig mit dem Schaltelement 29 und die Leuchtdiode 15a anodenseitig mit einem Schaltelement 27 verbunden ist. Das Schaltelement 27 kontaktiert zudem einen Strommesswiderstand 25, der zur Erfassung des durch die Last 5 fließenden Stroms dient. Der Strommesswiderstand 25 ist mit dem ersten Ausgang 11 des Spannungswandlers 4 verbunden.Here the in 1 shown and in its entirety by the reference numeral 2 designated inventive electrical circuitry remedy. This includes in particular the energy source 3 , the voltage transformer 4 , a switching element 29 and a feedback branch 10 with a diode 31 , The second exit 13 of the voltage converter 4 is with the switching element 29 connected. With the other connection of the switching element 29 are the feedback branch 10 and the load 5 connected. The feedback branch 10 assigns the diode 31 on, whose cathode to the positive pole 6 the source of energy 3 connected. The load includes the light emitting diodes 15a to 15n , wherein the light emitting diode 15n on the cathode side with the switching element 29 and the light emitting diode 15a on the anode side with a switching element 27 connected is. The switching element 27 also contacts a current measuring resistor 25 which is responsible for the detection of the load 5 flowing current is used. The current measuring resistor 25 is with the first exit 11 of the voltage converter 4 connected.

Der Aufwärtswandler 4 stellt an seinem ersten Ausgang 11 eine Spannung UC bereit, die vom Kondensator 23, der über eine entsprechende Kapazität verfügt, im Wesentlichen konstant gehalten wird. Bei geschlossenem Schaltelement 27 liegt an der Last 5 bei Vernachlässigung des Strommesswiderstands 25 die Ausgangsspannung UC des Spannungswandlers 4 an.The up-converter 4 puts at its first exit 11 a voltage U C ready from the capacitor 23 , which has an appropriate capacity, is kept substantially constant. With closed switching element 27 is at the load 5 neglecting the current measuring resistor 25 the output voltage U C of the voltage converter 4 at.

Die Last 5, insbesondere die Leuchtdioden 15a bis 15n, werden stromgesteuert betrieben. Das Schaltelement 27 ist über eine Stromregelschaltung steuerbar und kann zur Pulsweitenmodulation des Ansteuersignals der LEDs 15a bis 15n getaktet betrieben werden. Das Schaltelement 27 steuert die Zufuhr des Nominalstroms für die Leuchtdioden 15a bis 15n eines Kraftfahrzeugscheinwerfers in einem bestimmten Tastverhältnis, das durch die Pulsweitenmodulation vorgegeben ist. So ist es beispielsweise möglich, ein und dieselbe Leuchte mit geringer Leistung als Positionslicht mit mehr Leistung als Tagfahrlicht zu betreiben und die Nennbetriebsspannung der LEDs 15a bis 15n weitgehend konstant zu halten.Weight 5 , in particular the light-emitting diodes 15a to 15n , are operated current controlled. The switching element 27 is controllable via a current control circuit and can be used for pulse width modulation of the drive signal of the LEDs 15a to 15n be operated clocked. The switching element 27 controls the supply of the nominal current for the LEDs 15a to 15n a motor vehicle headlight in a certain duty cycle, which is predetermined by the pulse width modulation. For example, it is possible to operate one and the same luminaire with low power as position light with more power than the daytime running light and the nominal operating voltage of the LEDs 15a to 15n largely constant.

Der Strommesswiderstand 25 erfasst den vom Spannungswandler 4 an die Last 5 abgegebenen Strom. Die Stromabgabe des Spannungswandlers 4 wird von einem nicht eingezeichneten Stromregler auf Basis des Messwerts des Strommesswiderstands 25 geregelt. Der Stromregler steuert zum einen das Schaltelement 19 des Spannungswandlers 4, um über die Ladezeit der Kapazität 23 einen gewünschten Strom einzustellen, und zum anderen den PWM-Schalter 27, um die LEDs 15a bis 15n bei Bedarf zu dimmen.The current measuring resistor 25 detects the voltage transformer 4 to the load 5 discharged electricity. The current output of the voltage transformer 4 is determined by a current controller not shown on the basis of the measured value of the current measuring resistor 25 regulated. The current regulator controls the switching element on the one hand 19 of the voltage converter 4 to talk about the charging time of the capacity 23 to set a desired current, and on the other hand, the PWM switch 27 to the LEDs 15a to 15n if necessary to dim.

Das Schaltelement 29 hat die Aufgabe, das Bezugspotenzial der Last 5 einzustellen. Es kann das Bezugspotenzial zwischen dem Minuspol 8 der Energiequelle 3 und deren Pluspol 6 umschalten. Das einzustellende Bezugspotential richtet sich nach der Höhe der an den LEDs 15a bis 15n abfallenden Summenspannung ULED. Liegt die an den LEDs 15a bis 15n anliegende Summenspannung ULED über der Batteriespannung UBat, die die Energiequelle 3 zur Verfügung stellt, wird das Schaltelement 29 geschlossen, wodurch die LEDs 15a bis 15n gegen Masse geschaltet werden. Am Spannungswandler 4 liegt somit die maximal erzeugbare Ausgangsspannung UC an. In dieser Konstellation ist die Diode 31 zur Verhinderung eines Kurzschlusses in Sperrrichtung geschaltet. Ist die Summenspannung ULED der LEDs 15a bis 15n hingegen geringer als die Differenz zwischen der vom Aufwärtswandler 4 erzeugten Ausgangsspannung UC und der Batteriespannung UBat der Energiequelle 3, wird das Schaltelement 29 geöffnet. Dadurch ist die Last 5 gegen den Pluspol 6 der Energiequelle 3 als Bezugspotenzial geschaltet. Dadurch fällt lastseitig eine gegenüber der Batteriespannung UBat geringere Spannung ab. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 2 ist es also auf einfache Weise und ohne große Wirkungsgradverluste möglich, die Versorgungsspannung für die Last 5 bei Bedarf von einem höheren auf einen niedrigeren Wert umzuschalten.The switching element 29 has the task of determining the reference potential of the load 5 adjust. It can be the reference potential between the negative pole 8th the source of energy 3 and its plus pole 6 switch. The reference potential to be set depends on the height of the LEDs 15a to 15n decreasing sum voltage U LED . Is that due to the LEDs 15a to 15n applied sum voltage U LED above the battery voltage U Bat , which is the source of energy 3 provides, becomes the switching element 29 closed, causing the LEDs 15a to 15n be switched to ground. At the voltage converter 4 is thus the maximum producible output voltage U C on. In this constellation is the diode 31 to prevent a short circuit in the reverse direction. Is the sum voltage U LED of the LEDs 15a to 15n however, less than the difference between that from the up-converter 4 generated output voltage U C and the battery voltage U Bat of the power source 3 , becomes the switching element 29 open. This is the load 5 against the positive pole 6 the source of energy 3 switched as reference potential. As a result, a voltage that is lower than the battery voltage U Bat on the load side drops. With the circuit arrangement according to the invention 2 So it is possible in a simple manner and without large efficiency losses, the supply voltage for the load 5 if necessary, to switch from a higher to a lower value.

Während der bekannte Aufwärtswandler aus 2 nicht kurzschlussfest ist, weil kein abschaltbares Bauelement im Kurzschlussweg angeordnet ist, ist die fehlende Kurzschlussfestigkeit in der in 1 dargestellten Topologie der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 2 beseitigt. Sowohl das Schaltelement 27 als auch das Schaltelement 29 sind im Kurzschlussweg angeordnete abschaltbare Bauelemente, durch die eine Kurzschlussfestigkeit realisiert werden kann. Dies ist insbesondere angesichts des relativ hohen Stroms, den eine Autobatterie zur Verfügung stellt, von besonderer Bedeutung.While the known boost converter out 2 is not short-circuit proof, because no disconnectable device is located in the short circuit path, the lack of short circuit resistance in the in 1 illustrated topology of the circuit arrangement according to the invention 2 eliminated. Both the switching element 27 as well as the switching element 29 are arranged in Kurzschlussweg switchable components, by which a short-circuit strength can be realized. This is particularly important in view of the relatively high current that a car battery provides.

3 zeigt einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 50 in einer Seitenansicht. Der Scheinwerfer 50 umfasst mehrere LEDs 54, 56, 58 zum Aussenden von Strahlung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich (Licht) und/oder in einem unsichtbaren Wellenlängenbereich (UV-, IR-Strahlung). Zum Zwecke der Kühlung der LEDS 54–58 während des Betriebs sind diese auf einem Kühlkörper 60 angeordnet. Den LEDS 54–58 sind verschiedene Mittel zum Bündeln der Lichtstrahlen zugeordnet. Die oberen LEDS 54 und die unteren LEDS 58 sind Bestandteil eines Reflexionssystems. Deshalb sind die Bündelungsmittel als Reflektoren 52 in Form von Halbschalen auf der Oberseite und der Unterseite des Kühlkörpers 60 ausgebildet. Die Reflektoren 52 weisen vorzugsweise eine Rotationsparaboloidform oder eine davon abweichende Freiform auf. Die LEDS 56 an der vorderen Stirnseite des Kühlkörpers 60 sind Bestandteil eines Projektionssystems. Aus diesem Grund sind die Bündelungsmittel als eine oder mehrere Vorsatzoptiken 62 ausgebildet, welche mittels Totalreflexion das von den LEDS 56 ausgesandte Licht bzw. die von diesen ausgesandte Strahlung bündeln. Im Strahlengang ist des weiteren mindestens ein Blendenelement 68 mit einer Oberkante angeordnet, welches einen Teil des gebündelten Lichts abschattet. Das an der Blende 68 vorbeigelangte Licht wird durch eine Projektionslinse 64 zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung auf eine Fahrbahn vor das Fahrzeug projiziert. Dabei wird die Oberkante der Blende 68 als Helldunkelgrenze der Lichtverteilung auf der Fahrbahn abgebildet. Die LEDs 54–58 werden mit einer Spannung ULED betrieben, die ein von einer Batteriespannung UBat versorgter Spannungswandler 66 erzeugt. 3 shows a motor vehicle headlight 50 in a side view. The headlight 50 includes several LEDs 54 . 56 . 58 for emitting radiation in a visible wavelength range (light) and / or in an invisible wavelength range (UV, IR radiation). For the purpose of cooling the LEDS 54 - 58 during operation, these are on a heat sink 60 arranged. The LEDS 54 - 58 Different means are associated for bundling the light beams. The upper LEDS 54 and the lower LEDS 58 are part of a reflection system. Therefore, the bundling means are reflectors 52 in the form of half-shells on the top and bottom of the heat sink 60 educated. The reflectors 52 preferably have a Rotationsparaboloidform or a deviating freeform. The LEDS 56 at the front ren end face of the heat sink 60 are part of a projection system. For this reason, the bundling means are as one or more attachment optics 62 formed, which by total reflection that of the LEDS 56 bundle emitted light or the radiation emitted by this radiation. In the beam path is further at least one aperture element 68 arranged with a top edge, which shadows a part of the collimated light. The at the aperture 68 Passed light is through a projection lens 64 To produce a desired light distribution projected onto a roadway in front of the vehicle. This will be the top of the panel 68 shown as a light-dark border of light distribution on the road. The LEDs 54 - 58 are operated with a voltage U LED , the one powered by a battery voltage U Bat voltage converter 66 generated.

In dem Spannungswandler 66 ist eine Schaltung angeordnet, welche den Spannungswandler 4 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 2 aus 1, den Rückkoppelzweig mit der darin angeordneten Diode 31 und das Schaltelement 29 aufweist. Selbstverständlich kann die in dem Spannungswandler 66 enthaltene Schaltung auch noch andere Bestandteile der Schaltungsanordnung 2 nach 1 aufweisen. Die Erfindung ermöglicht somit die Verwendung eines als Aufwärtswandlers ausgebildeten Spannungswandlers 4 zum energieeffizienten Betrieb einer ausgangsseitigen Last 5, insbesondere der LEDs 54–58 eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, bei verschiedenen Spannungen durch Umschalten eines Bezugspotenzials zwischen verschiedenen Werten.In the voltage converter 66 a circuit is arranged, which the voltage converter 4 the circuit arrangement according to the invention 2 out 1 , the feedback branch with the diode arranged therein 31 and the switching element 29 having. Of course, in the voltage converter 66 included circuit also other components of the circuit 2 to 1 exhibit. The invention thus makes it possible to use a voltage converter designed as a step-up converter 4 for the energy-efficient operation of an output-side load 5 , especially the LEDs 54 - 58 a motor vehicle headlamp, at different voltages by switching a reference potential between different values.

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Claims (8)

Elektrische Schaltungsanordnung (2) mit einer Energiequelle (3), die einen Gleichspannungswandler (4) zur Umwandlung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung speist, wobei die Ausgangsspannung eine Last (5) speist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (2) ein Schaltelement (29), welches zwischen einem Ausgang (13) des Gleichspannungswandlers und der Last (5) angeordnet ist, und einen Rückkoppelzweig aufweist, der zwischen einem lastseitigen Anschluss des Schaltelements (29) und einem zweiten Pol der Energiequelle (3) angeordnet ist, mit einem in dem Rückkoppelzweig angeordneten Bauelement (31) zur Verhinderung eines Kurzschlusses zwischen dem lastseitigen Anschluss des Schaltelements (29) und dem zweiten Pol der Energiequelle (3).Electrical circuit arrangement ( 2 ) with an energy source ( 3 ), which has a DC-DC converter ( 4 ) for converting an input voltage into an output voltage, the output voltage being a load ( 5 ), characterized in that the circuit arrangement ( 2 ) a switching element ( 29 ), which between an output ( 13 ) of the DC-DC converter and the load ( 5 ) and has a feedback branch which is connected between a load-side connection of the switching element ( 29 ) and a second pole of the energy source ( 3 ) is arranged, with a arranged in the feedback path component ( 31 ) for preventing a short circuit between the load-side terminal of the switching element ( 29 ) and the second pole of the energy source ( 3 ). Schaltungsanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiequelle (3) eine Gleichspannungsquelle, insbesondere eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, zum Einsatz kommt.Circuit arrangement ( 2 ) according to claim 1, characterized in that as energy source ( 3 ) a DC voltage source, in particular a battery of a motor vehicle, is used. Schaltungsanordnung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pol ein Minuspol der Energiequelle (3) und der zweite Pol ein Pluspol der Energiequelle (3) ist.Circuit arrangement ( 2 ) according to claim 2, characterized in that the first pole is a negative pole of the energy source ( 3 ) and the second pole is a positive pole of the energy source ( 3 ). Schaltungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Last (5) mindestens eine Leuchtdiode (15a) insbesondere einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst.Circuit arrangement ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the load ( 5 ) at least one light emitting diode ( 15a ), in particular a lighting device for a motor vehicle. Schaltungsanordnung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (31) im Rückkoppelzweig eine Diode aufweist, die mit ihrer Kathode an dem zweiten Pol der Energiequelle (3) und mit ihrer Anode an dem lastseitigen Anschluss des Schaltelements (29) angeordnet ist.Circuit arrangement ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 31 ) has in the feedback branch a diode which with its cathode at the second pole of the energy source ( 3 ) and with its anode at the load-side terminal of the switching element ( 29 ) is arranged. Schaltungsanordnung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten Ausgang (11) des Spannungswandlers (4) und der Last (5) ein weiteres Schaltelement (27) zur Realisierung einer Pulsweitenmodulation des Energieversorgungssignals der Last (5) angeordnet ist.Circuit arrangement ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between a first output ( 11 ) of the voltage converter ( 4 ) and the load ( 5 ) another switching element ( 27 ) for realizing a pulse width modulation of the power supply signal of the load ( 5 ) is arranged. Schaltungsanordnung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (2) Mittel (25) zum Messen des durch die Last (5) fließenden Stroms aufweist, die zwischen dem ersten Ausgang (11) des Spannungswandlers (4) und dem Bezugspotential in Serie mit der Last (5) angeordnet sind.Circuit arrangement ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit arrangement ( 2 ) Medium ( 25 ) for measuring by the load ( 5 ) current flowing between the first output ( 11 ) of the voltage converter ( 4 ) and the reference potential in series with the load ( 5 ) are arranged. Schaltungsanordnung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (2) einen Stromregler zum Regeln des durch die Last (5) fließenden Stroms auf einen vorgebbaren Wert aufweist.Circuit arrangement ( 2 ) according to claim 7, characterized in that the circuit arrangement ( 2 ) a current regulator for controlling by the load ( 5 ) has flowing current to a predeterminable value.
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