DE102008030365A1 - Individual light sources i.e. LEDs, controlling device for lighting device in motor vehicle i.e. aircraft, has current regulation unit that is assigned to parallel circuits, where individual light sources are arranged in parallel circuits - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung von in einem Array angeordneten Einzellichtquellen, z. B. LED's, mit einer gemeinsamen Energieversorgungseinheit mit Spannungsregelung, und mit Steuer-/Regelmitteln für die Einzellichtquellen.The The invention relates to a device for controlling in one Array arranged individual light sources, eg. B. LEDs, with a common Power supply unit with voltage regulation, and with control / regulation means for the individual light sources.
Einzellichtquellen, insbesondere LED's, werden häufig mit einer Matrix-Ansteuerung versehen, wobei die Einzellichtquellen, je nach ihrer Ansteuerung in der Matrix, ein spezifisches Lichtszenario der insgesamt gebildeten Beleuchtungseinrichtung ergeben. Es ist dann beispielsweise möglich, im Fall von Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge die Abstrahlrichtung der gesamten Beleuchtungseinrichtung auch ohne das Vorsehen von bewegten Teilen zu verändern, indem die Einzellichtquellen entsprechend angesteuert werden, um so – etwa zur Erzielung eines Abblendlichts – nur einen Teil des Raumwinkels auszuleuchten. Auf diese Weise wäre es möglich, einen Kfz-Scheinwerfer dauernd im Fernlichtbetrieb zu halten, wobei – wenn Fahrzeuge entgegenkommen – der entsprechende Raumwinkel unbeleuchtet bleiben kann, wenn die Einzellichtquellen entsprechend angesteuert bzw. ausgeschaltet werden.Individual light sources, LED's, in particular, are often controlled by a matrix provided, wherein the individual light sources, depending on their control in the matrix, a specific lighting scenario of the total formed Lighting device revealed. It is then possible, for example, in the case of lighting devices for motor vehicles the emission direction of the entire lighting device without to change the provision of moving parts by the Individual light sources are driven accordingly, in order to - to obtain a dipped beam - only part of the Illuminate solid angle. That way it would be possible to keep a motor vehicle headlight permanently in high beam operation, wherein - if Appropriate vehicles - the corresponding solid angle can remain unlit when the individual light sources accordingly be controlled or turned off.
Ein Problem ergibt sich hier, dass dann, wenn Hochleistungs-Leuchtdioden für derartige Beleuchtungen verwendet werden, eine Matrix-Ansteuerung – wie sie beispielsweise für Reklamezwecke bzw. bei Laufschrift-Displays regelmäßig zur Anwendung kommt – nicht mehr möglich ist. Eine derartige Matrix-Ansteuerung erfordert nämlich ein Verhältnis von Pulsstrom zu Dauerstrom von etwa 20:1, d. h. im Hinblick auf das pulsförmige Einschalten der Einzellichtquellen bei der Matrix-Ansteuerung ist der jeweilige Pulsstrom ca. 20mal höher als der entsprechende Dauerstrom vorzusehen. Hochleistungs-LED's, wie sie bei Kfz's zur Beleuchtung erforderlich sind, erlauben jedoch maximal ein Verhältnis von Pulsstrom zu Dauerstrom von 1,5:1, d. h. der Pulsstrom darf maximal eine Amplitude haben, die das 1,5fache der Amplitude des Dauerstroms beträgt. Dies bedeutet umgekehrt, dass beim Zeitmultiplex-Betrieb einer Matrix-Ansteuerung im Fall derartiger Hochleistungs-Leuchtdioden eine Reduktion der Lichtausbeute insgesamt die Folge wäre.One Problem arises here that when high-performance light-emitting diodes be used for such lighting, a matrix drive - such as For example, for advertising purposes or for marquee displays regularly used - not more is possible. Such a matrix drive requires namely a ratio of pulse current to continuous current from about 20: 1, d. H. with regard to pulsed switching the individual light sources in the matrix control is the respective Pulse current approx. 20 times higher than the corresponding continuous current provided. High-performance LEDs, such as those used in automotive lighting are required, but allow a maximum of a ratio from pulse current to continuous current of 1.5: 1, d. H. the pulse current must be maximum have an amplitude that is 1.5 times the amplitude of the continuous current is. Conversely, this means that in time-division multiplexing a matrix drive in the case of such high power LEDs a reduction of the light output would be the result overall.
Aus
der
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs angeführten Art vorzuschlagen, die bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau, der mit vergleichsweise wenigen Komponenten auskommt, eine effiziente Ansteuerung der Einzellichtquellen ermöglicht, wobei insbesondere auch für jede Einzellichtquelle eine optimale Versorgungsspannung bzw. ein optimaler Strom erzielt werden können soll. Weiters sollen auch die Einzellichtquellen jeweils für sich überwacht werden können, und etwaige Herstellungstoleranzen sollen kompensier bar sein. Ein weiteres Anliegen ist, die gewünschte, vorgegebene Helligkeit der Einzellichtquellen auch bei Temperaturschwankungen sicherzustellen.It Now is an object of the invention to provide a device of the initially mentioned To propose a kind, which in a simple and inexpensive construction, which manages with comparatively few components, an efficient one Controlling the individual light sources allows, in particular also for each individual light source an optimal supply voltage or an optimal current should be achieved. Furthermore, should also monitor the individual light sources each for themselves can be, and any manufacturing tolerances be compensated cash. Another concern is the desired, predetermined brightness of the individual light sources even with temperature fluctuations sure.
Die Erfindung sieht demgemäß eine Einrichtung wie im Anspruch 1 definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The The invention accordingly provides a device such as defined in claim 1 before. Advantageous embodiments and further developments are in the dependent claims specified.
Bei der vorliegenden Einrichtung werden die Einzellichtquellen-Parallelkreise, die bevorzugt jeweils nur eine Einzellichtquelle, insbesondere eine einzige Leuchtdiode (LED), enthalten, gegebenenfalls aber auch mehrere Einzellichtquellen umfassen können, gesondert angesteuert bzw. geregelt, wobei für jeden Parallelkreis eine eigene Stromregelung vorgesehen ist. Eine derartige Ausbildung ist kostengünstig, wobei sie mit vergleichsweise wenig Bauelementen und mit einer geringen Belastung für üblicherweise verwendete Rechnermittel (CPU) auskommt. Durch die Stromregelung ist weiters eine besonders günstige Selektion von Hochleistungs-LED's möglich, und die Stromregelung hat weiters den Vorteil, dass außerordentlich geringe Verluste in Kauf genommen werden müssen, wogegen beispielsweise bei einer Spannungsregelung für die LED's eine Verlustleistung durch Vorwiderstände verursacht wird. In der Folge kann eine besonders hohe Anzahl von Einzellichtquellen, insbesondere LED's, vorgesehen werden, z. B. ein Array von (mehr als) 100 LED's, ohne dass eine Verschaltung der LED's in Ketten notwendig wäre.at the present device, the individual light source parallel circuits, each preferably only a single light source, in particular a single Light emitting diode (LED), included, but possibly also several individual light sources can be controlled separately, for each parallel circuit is provided its own current control. A Such training is inexpensive, with comparatively few components and with a low load for usually used computer means (CPU) gets by. By the current regulation Furthermore, a particularly favorable selection of high-performance LEDs is possible, and the current regulation has the further advantage that extraordinary small losses have to be accepted, whereas for example, with a voltage control for the LEDs a power loss is caused by series resistors. As a result, a particularly high number of individual light sources, In particular, LEDs are provided, for. An array of (more as) 100 LEDs, without any wiring of the LEDs in chains would be necessary.
An sich wäre es denkbar, jeweils mehrere Parallelkreise zu koppeln und mit gemeinsamen Stromregelmitteln zu verbinden, bevorzugt ist jedoch jedem Parallelkreis, der bevorzugt wie erwähnt nur eine einzige LED bzw. Einzellichtquelle enthält, ein gesondertes Stromregelmittel zugeordnet. Die Stromregelmittel können dabei insbesondere Stromquellen bzw. Stromsenken enthalten, die den einzelnen Parallelkreisen zugeordnet sind. Diese Stromquellen bzw. Stromsenken können bevorzugt weiters in einem Stromquellen- bzw. -senkenmodul zusammengefasst sein, welches demgemäß über Stromleitungen mit den ein zelnen Parallelkreisen bzw. bevorzugt einzeln parallel geschalteten LED's verbunden ist. Die Stromquellen bzw. Stromsenken können dann in entsprechender Weise zentral und/oder dezentral angesteuert und geregelt werden, um die gewünschten Ströme durch die Einzellichtquellen und damit die gewünschten Helligkeitswerte oder aber Aus-/Ein-Zustände zu erzielen. Ein solches Stromquellen- bzw. -senkenmodul könnte an sich durch einen bekannten Treiberbaustein, etwa durch den unter der Bezeichnung TLC5940 von Texas Instruments vertriebenen Treiberbaustein, gebildet sein; es kann aber auch durch einen eigenen ASIC-Baustein realisiert werden.In itself, it would be conceivable, each several Couple parallel circuits and connect to common power control means, but preferably each parallel circuit, which preferably contains only a single LED or single light source, as mentioned, associated with a separate power control means. The current control means may in particular contain current sources or current sinks which are assigned to the individual parallel circuits. These current sources or current sinks can preferably further be combined in a current source or sink module, which is accordingly connected via power lines to the individual parallel circuits or preferably individually connected in parallel LEDs. The current sources or current sinks can then be controlled and regulated in a corresponding manner centrally and / or decentrally in order to achieve the desired currents through the individual light sources and thus the desired brightness values or off / on states. Such a power source sink module could itself be formed by a known driver chip, such as the driver chip marketed under the designation TLC5940 by Texas Instruments; but it can also be implemented by its own ASIC block.
Falls die Ströme durch die Einzellichtquellen bzw. LED's nicht hoch genug sein sollten, um hohe Lichtleistungen zu erzielen, ist es auch möglich, den Strombereich mittels Stromspiegelung zu erhöhen.If the currents through the individual light sources or LEDs not should be high enough to achieve high light output is It is also possible to use the current range by means of current mirroring to increase.
Es hat sich weiters als vorteilhaft erwiesen, die Steuerungs- und Regelungsaufgaben aufzuteilen, und in diesem Zusammenhang können die Steuer-/Regelmittel auch eine den einzelnen Stromregelmitteln zugeordnete gemeinsame Controllereinheit, beispielsweise in Form eines Microcontrollers, enthalten. Mit Hilfe dieser Controllereinheit kann auch die Ausgangsspannung der Spannungsregelung, nämlich insbesondere eines der Energieversorgungseinheit zugeordneten Spannungsreglers bzw. Spannungswandlers (DC/DC-Wandlers), beeinflusst werden, um so die Ausgangsspannung des Spannungswandlers zu optimieren. Denkbar ist es hier im Übrigen auch, mehrere solche Spannungswandler vorzusehen, um so durch die damit gegebene Redundanz eine höhere Sicherheit im Betrieb bzw. eine höhere Fehlertoleranz zu erzielen. Mit dem Spannungswandler kann jedenfalls bei Anwendung der vorliegenden Einrichtungen in Kraftfahrzeugen, um Kfz-Leuchten anzusteuern, ein Umwandeln der Batterie-Gleichspannung (z. B. 16 Volt) auf eine Spannung von z. B. ca. 4,5 bis 5 Volt erhalten werden.It has also proven to be beneficial to the control and regulatory tasks to divide, and in this connection, the control means also a shared with the individual power control means common Controller unit, for example in the form of a microcontroller, contain. With the help of this controller unit can also the output voltage the voltage regulation, namely in particular one of the power supply unit associated voltage regulator or voltage converter (DC / DC converter), be influenced, so as the output voltage of the voltage converter to optimize. It is conceivable here, moreover, several provide such voltage transformers so as to be given by the given Redundancy a higher safety in operation or a higher To achieve fault tolerance. Anyway, with the voltage converter when using the present equipment in motor vehicles, to drive vehicle lights, converting the battery DC voltage (eg 16 volts) to a voltage of e.g. B. about 4.5 to 5 volts become.
Die Spannungsregelung kann weiters, um Störungen und Spitzenstrombelastungen der Energieversorgungseinheit zu vermeiden, mehrphasig, vorzugsweise mit Phasenversatz, ausgeführt sein, und insbesondere kann hier auch die sog. „Spread-Spektrum"-Technologie (Frequenzspreizung) eingesetzt werden, bei der ein „Jitter" der Pulsflanken erfolgt.The Voltage regulation can be further affected by disturbances and peak current loads the power supply unit to avoid multi-phase, preferably with phase offset, be executed, and in particular here also the so-called "spread spectrum" technology (frequency spreading) be used, in which a "jitter" of the pulse edges he follows.
Bei der vorliegenden Einrichtung können die Stromquellen oder -senken selbst durch ihre Aktivierung bzw. Deaktivierung als Schaltmittel für die Einzellichtquellen fungieren, es ist jedoch auch denkbar, für jeden Parallelkreis ein eigenes Schaltelement vorzusehen, dies insbesondere dann, wenn eine Stromspiegelung zwecks Erhöhung des Betriebsstroms vorgesehen wird. Ein derartiges Schaltelement kann ein an sich bekanntes, beliebiges Schaltelement sein, wie ein elektromechanischer oder mechanischer Schalter, bevorzugt wird jedoch ein elektronisches Schaltelement, wie insbesonderen ein bipolarer Transistor oder ein Feldeffektransistor, vorgesehen. Dabei kann zur Stromregelung auch einfach der Strom durch das Schaltelement geregelt werden. Zur Überwachung der Temperatur des Schaltelements kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, um so das Schaltelement zu schützen. Dieser Temperatursensor ist mit den Steuer-/Regelmitteln verbunden, um bei einer Übertemperatur des Schaltelements ein Reduzieren des Stroms durch das Schaltelement oder ein Ausschalten des Schaltelements herbeizuführen. In entsprechender Weise können auch mit den Steuer-/Regelmitteln verbundene Stromüberwachungsmittel zur Überwachung des Stroms durch das Schaltelement (und durch die LED bzw. Einzellichtquelle) vorgesehen sein, wodurch ein Schutz des Schaltelements bzw. der LED gegen Überstrom ermöglicht wird. Ferner können mit den Steuer-/Regelmitteln verbundene Temperatursensoren zur Überwachung der Temperatur von einer oder von mehreren Einzellichtquellen, und/oder zur Überwachung der Umgebungstemperatur und/oder zur Überwachung der Temperatur des Stromquellen- bzw. -senkenmoduls vorgesehen sein.at the current device may be the power sources or Lowering itself by their activation or deactivation as switching means but it is also for the individual light sources conceivable, for each parallel circuit a separate switching element provide, in particular, when a current mirroring for the purpose Increase of the operating current is provided. Such a thing Switching element may be a per se known, any switching element, like an electromechanical or mechanical switch, preferred however, becomes an electronic switching element, such as in particular a bipolar transistor or a field effect transistor. It can also be the current through the switching element to control the current be managed. To monitor the temperature of the switching element can a temperature sensor may be provided so as to apply the switching element protect. This temperature sensor is connected to the control / regulation means connected to at an overtemperature of the switching element reducing the current through the switching element or turning it off of the switching element bring about. In a similar way may also be current monitoring means associated with the control means for monitoring the current through the switching element (and be provided by the LED or individual light source), whereby a Protection of the switching element or the LED against overcurrent is possible. Furthermore, with the control / regulating means connected temperature sensors for monitoring the temperature from one or more individual light sources, and / or for monitoring the Ambient temperature and / or for monitoring the temperature be provided of the power source or sink module.
Dabei kann dann je nach Temperatur und je nach Stromfluss auch die Helligkeit der jeweiligen Einzellichtquelle nachgeregelt werden. In ähnlicher Weise können Helligkeitsunter schiede zwischen verschiedenen LED's, etwa aufgrund von Fertigungstoleranzen, durch entsprechende Steuerung/Regelung kompensiert werden.there can then depending on the temperature and depending on the current flow and the brightness be readjusted to the respective individual light source. In a similar way brightness differences between different LEDs, due to manufacturing tolerances, compensated by appropriate control / regulation become.
Für die Einstellung der Helligkeit können bevorzugt Pulsweitenmodulations(PWM)-Mittel vorgesehen sein, wobei derartige PWM-Mittel jeweils einer Einzellichtquelle oder aber auch jeweils mehreren Einzellichtquellen gemeinsam zur Helligkeitsregelung zugeordnet sein können. Die Steuer-/Regelmittel können weiters Ansteuerwerte für die PWM-Mittel vorgeben, um bestimmte Lichtszenarien herbeizuführen, beispielsweise im Fall einer Leuchte eines Kraftfahrzeugs mit einer Ansteuerung über eine Busschnittstelle durch einen CAN-Bus oder LIN-Bus, wobei einzelne Lichtquellen ausgeblendet werden oder aber ihre Helligkeit zurückgenommen werden können bzw. kann, um so beispielsweise eine Abblendwirkung bei entgegenkommendem Fahrzeug, ein Kurvenlicht, einen Niveauausgleich, Spotlighting oder dgl. Lichtformung zu erzielen.Pulse width modulation (PWM) means may preferably be provided for setting the brightness, wherein such PWM means may each be assigned to a single light source or else in each case to a plurality of individual light sources together for brightness control. The control / regulating means may further specify drive values for the PWM means in order to bring about certain lighting scenarios, for example in the case of a luminaire of a motor vehicle with a control via a bus interface through a CAN bus or LIN bus, with individual light sources being blanked out or else their brightness can be withdrawn nen or, so as to achieve, for example, a dimming effect in the oncoming vehicle, a cornering light, leveling, spotlighting or the like. Light shaping.
Die PWM-Mittel sind vorzugsweise eingerichtet, die Einzellichtquellen phasenverschoben anzusteuern, wobei die Ansteuerung weiters auch mit einem Jitter versehen sein kann; dadurch können ausgeglichenere Belastungen der Energieversorgungseinheit erzielt werden, und es können Störauswirkungen minimiert werden.The PWM means are preferably arranged, the individual light sources to drive out of phase, with the control further also can be provided with a jitter; This can be more balanced Stresses of the power supply unit are achieved, and it disturbing effects can be minimized.
Eine weitere Korrekturmöglichkeit ergibt sich in vorteilhafter Weise dann, wenn die Steuer-/Regelmittel eingerichtet sind, durch die Regelung des Stroms durch eine oder mehrere der als Einzellichtquellen vorgesehenen LED's eine Farbortkorrektur durchzuführen. Diese vorteilhafte Ausführungsform basiert darauf, dass es eine Abhängigkeit des Farbortes der exakten Farbe einer jeweiligen LED vom Strom gibt, der durch die LED fließt, wobei hier auch die (Sperrschicht-)Temperatur der LED mit zu berücksichtigen ist. Bei der vorliegenden Einrichtung ergibt sich nun die genannte Farbortkorrektur insofern in besonders vorteilhafter Weise, da eine Stromregelung für die Einzellichtquellen vorgesehen ist.A further correction option results in an advantageous Then, when the control means are established by the regulation of the current through one or more of the individual light sources provided LEDs perform a color correction. This advantageous embodiment is based on that it a dependence of the color place of the exact color one respective LED from the current flowing through the LED, whereby here also the (barrier layer) temperature of the LED must be considered is. In the present device, the said Farbortkorrektur insofar in a particularly advantageous manner, as a Current control is provided for the individual light sources.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to preferred embodiments, to which, however, it should not be limited, and under Reference to the drawings further explained. It demonstrate:
In
An
jede LED Li ist als Diagnosemittel
Die
Stromquellen Si sind in einem gemeinsamen Stromquellenmodul
Im
Betrieb wird mit Hilfe der Steuer-/Regelmittel
Mit
Hilfe der Diagnosemittel
Die
Kathoden der LED's Li sind, wie aus
Bei
der Ausführungsform gemäß
Weiters
ist aus
Wenngleich
in
In
Das
Verhältnis der Werte der Widerstände
In
Mit
dem in
Wenn
die Erfindung vorstehend an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
erläutert wurde, so sind doch im Rahmen der Erfindung weitere
Abwandlungen und Modifikationen möglich. So ist es insbesondere
denkbar, die Schaltmittel im Strompfad zu den LED's L1...Ln direkt
durch einen zentralen Microcontroller oder Microcomputer anzusteuern.
Diese Variante ist vor allem dann leicht umsetzbar, wenn im LED-Array
Bei
entsprechender Nähe der Schaltungseinheiten
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