DE102008047731A1 - Lighting device i.e. headlight, failure detecting method for motor vehicle, involves detecting failure of LEDs by determining or evaluating voltage drop of LEDs, where evaluation takes place by comparing voltage drop with reference value - Google Patents

Lighting device i.e. headlight, failure detecting method for motor vehicle, involves detecting failure of LEDs by determining or evaluating voltage drop of LEDs, where evaluation takes place by comparing voltage drop with reference value Download PDF

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Abstract

The method involves connecting LEDs (1a-1d) of a lighting device i.e. headlight, of a motor vehicle in series. Failure of the LEDs is detected by determining voltage drop of the LEDs or by evaluating the voltage drop, where the evaluation takes place by comparing the voltage drop with a temporally variable reference value that corresponds to a control condition of the LEDs. Information about the condition of the LEDs is provided based on the determined voltage drop of the LEDs, where the information is provided by a condition matrix.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung in einer Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LED), wobei die Fehlererkennung durch Ermittlung des Spannungsabfalls von einzelnen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden oder durch Ermittlung des Spannungsabfalls von Gruppen mehrerer der in Reihe geschalteten Leuchtdioden und durch die Auswertung dieses Spannungsabfalls oder dieser Spannungsabfälle erfolgt.The The present invention relates to a method for error detection in a lighting device with several series connected Light emitting diodes (LED), whereby the fault detection by determining the voltage drop from each of the series-connected light-emitting diodes or through Determination of the voltage drop of groups of several of the series switched LEDs and by the evaluation of this voltage drop or this voltage drops occurs.

Beleuchtungsvorrichtungen der vorgenannten Art werden in Kraftfahrzeugen zunehmend eingesetzt, beispielsweise auch als Scheinwerfer. Dabei sollen insbesondere dynamische Helligkeitsveränderungen ermöglicht werden. Eine konventionelle Realisierung der Diagnose im Automobil über die Stromerfassung auf der Versorgungsleitung und über den Vergleich des ermittelten Messwertes mit einem Schwellwert ist für Multi-LED-Leuchten nicht geeignet. Aufgrund der großen LED-Anzahl sowie der dynamischen Veränderung von LED-Helligkeiten ist der Ausfall einer einzelnen LED kaum feststellbar. Damit ist auch seine Lokalisierung nicht möglich.lighting devices The aforementioned type are increasingly used in motor vehicles, for example also as a headlight. It should in particular dynamic brightness changes be enabled. A conventional realization of the Diagnosis in the automobile via the current detection on the supply line and about the comparison of the measured value with a Threshold is not suitable for multi-LED lights. Due to the large number of LEDs and the dynamic change of LED brightnesses, the failure of a single LED is barely noticeable. Thus its localization is not possible.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2007 001 501 A1 bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verfahren wird eine Anzahl von LEDs in Reihe geschaltet und über eine Konstantstromquelle bestromt. Die LEDs werden in kleinere Gruppen untergeteilt. Für jede Gruppe wird der gesamte Spannungsabfall erfasst. Diese Spannung wird mit einem Referenzwert verglichen. Im Falle eines LED-Kurzschlusses weicht der gemessene Spannungsabfall der betroffenen Dioden-Gruppe von der Referenzspannung ab.A method of the type mentioned is from the DE 10 2007 001 501 A1 known. In the method described therein, a number of LEDs are connected in series and energized via a constant current source. The LEDs are divided into smaller groups. For each group, the total voltage drop is detected. This voltage is compared with a reference value. In the case of an LED short circuit, the measured voltage drop of the affected diode group deviates from the reference voltage.

Als nachteilig hierbei erweist es sich, dass auf diese Weise nur ein Kurzschluss detektiert werden kann. Die Erfassung eines Durchbruchs (Open-Load) ist nicht möglich. Darüber hinaus ist das System beim Durchbruch einer Leuchtdiode (LED) aufgrund der Schaltung aller LEDs in Reihe nicht mehr funktionsfähig. Weiterhin ist dieses Verfahren bei dynamisch veränderbaren LED-Ansteuerungssignalen nicht fahren bei dynamisch veränderbaren LED-Ansteuerungssignalen nicht einsetzbar. Außerdem lässt sich mit Hilfe dieses Verfahrens nicht bestimmen, welche der Leuchtdioden oder welche der den Leuchtdioden zugeordneten Ansteuermittel defekt ist.When disadvantage here it turns out that in this way only one Short circuit can be detected. The detection of a breakthrough (Open-load) is not possible. Furthermore the system is due to the breakdown of a light emitting diode (LED) the circuit of all LEDs in series no longer functional. Farther this method is for dynamically changeable LED drive signals do not drive with dynamically changeable LED drive signals Not insertable. It also helps with help This method does not determine which of the LEDs or which of the light emitting diodes associated drive means is defective.

Bei dem Verfahren gemäß der WO 2007/069200 A1 werden zu jeder LED parallel Transistoren (Bypass-Schaltung) geschaltet. Diese Bypass-Transistoren werden über ein Steuergerät gesteuert. So können die einzelnen LEDs ein- beziehungsweise ausgeschaltet werden. Die Information, wie viele LEDs gerade leitend beziehungsweise sperrend über Bypass-Transistoren geschaltet sind, wird an einen Schaltspannungsregler übermittelt. Dieser Schaltspannungsregler erzeugt eine einstellbare Spannung für die Versorgung der LEDs. Die Höhe der Spannung wird an die Anzahl der leitend geschalteten LEDs angepasst. Auf diese Weise wird der Leistungsverlust auf minimalem Level gehalten. Der Zustand der LEDs wird hier nicht erfasst. Damit sind keine Aussagen zur Diagnose möglich. Dieses Verfahren ist bei dynamisch veränderbaren LED-Ansteuerungssignalen nicht einsetzbar.In the method according to the WO 2007/069200 A1 are connected to each LED parallel transistors (bypass circuit). These bypass transistors are controlled by a controller. This allows the individual LEDs to be switched on or off. The information as to how many LEDs are currently switched on or off via bypass transistors is transmitted to a switching voltage regulator. This switching voltage regulator generates an adjustable voltage for the supply of the LEDs. The amount of voltage is adjusted to the number of LEDs switched on. In this way the power loss is kept to a minimum level. The status of the LEDs is not recorded here. Thus, no statements about the diagnosis are possible. This method can not be used with dynamically changeable LED drive signals.

Bei dem Verfahren gemäß der DE 103 23 437 B4 wird zu einer LED-Gruppe einer Abbiegesignalleuchte eine elektronische Lastnachbildung statisch parallel geschaltet. Damit wird die Lastcharakteristik einer Glühlampe nachgebildet. Mit einer Fehlerdetektionseinheit kann eine Störung in der LED-Gruppe detektiert werden. Im Falle einer Störung schaltet sich die gesamte LED-Gruppe inklusive Lastnachbildung ab. Diese Abschaltung bewirkt kürzere Blinkintervalle der nicht defekten Abbiegesignalleuchte. Mit diesem Verfahren ist keine genaue Störungslokalisierung möglich. Dieses Verfahren ist bei dynamisch veränderbaren LED-Ansteuerungssignalen nicht einsetzbar.In the method according to the DE 103 23 437 B4 is an electronic load simulation statically connected in parallel to an LED group of a turn signal lamp. Thus, the load characteristics of a light bulb is modeled. With an error detection unit, a fault in the LED group can be detected. In the event of a fault, the entire LED group including load simulation switches off. This shutdown causes shorter flash intervals of the non-defective turn signal lamp. With this method, no accurate fault localization is possible. This method can not be used with dynamically changeable LED drive signals.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Angabe eines Verfahrens der eingangs genannten Art, mit dem auch bei dynamischer Ansteuerung der Leuchtdioden ein Fehler erkannt werden kann.The The problem underlying the present invention is the indication a method of the type mentioned, with which even in dynamic Control of the LEDs an error can be detected.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.This is inventively by a method of the beginning mentioned type with the characterizing features of claim 1 solved. The subclaims relate to preferred Embodiments of the invention.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Auswertung durch einen Vergleich mit einem zeitlich veränderlichen Referenzwert erfolgt. Ein zeitlich veränderlicher Referenzwert ergibt sich insbesondere, wenn die Beleuchtungsvorrichtung eine dynamische Helligkeitsveränderung ermöglicht, wobei dabei die einzelnen Leuchtdioden über veränderbare PWM-Leistungssignale angesteuert werden können. Insbesondere kann der zeitlich veränderliche Referenzwert der zeitlich veränderlichen Ansteuersituation der Leuchtdioden entsprechen. Nur durch die Verwendung eines sich in Regel ständig ändernden Referenzwertes lässt sich trotz dynamischer Ansteuerung der Leuchtdioden erkennen, ob eine oder mehrere Komponenten defekt sind.According to claim 1 it is provided that the evaluation is carried out by a comparison with a time-varying reference value. A time-varying reference value results, in particular, if the lighting device permits a dynamic change in brightness, in which case the individual light-emitting diodes can be controlled via variable PWM power signals. In particular, the temporally variable reference value of the time-varying driving situation of the LEDs correspond. Only by the use of a generally constantly changing reference value can be detected in spite of dynamic control of the light emitting diodes, whether one or more components are defective.

Die Ausfallabfrage erfolgt durch die Messung der Durchlassspannung jeder LED oder einer Gruppe von LEDs, wobei durch die Interpretation des gemessenen Spannungswertes beispielsweise mit Hilfe einer Zustandmatrix eine Aussage zu dem Zustand der LED oder der Gruppe von LEDs abgeleitet werden kann. Insbesondere durch die Wiederholung des Vorgangs für jede LED oder jede Gruppe von LEDs ist es möglich, herauszufinden, welche der Leuchtdioden oder Gruppen von Leuchtdioden beziehungsweise welche der Ansteuerungen in der Leuchte defekt sind. Dabei kann auf Basis der ermittelten Spannungsabfälle eine Aussage über den Zustand einer jeden oder einer jeden Gruppe der in Reihe geschalteten Leuchtdioden und/oder über den Zustand von Ansteuermitteln der Leuchtdioden gemacht werden. Auch die Erfassung eines Durchbruchs (Open-Load) wird dadurch möglich.The Failure polling is done by measuring the forward voltage of each LED or a group of LEDs, where by the interpretation of the measured voltage value, for example by means of a state matrix derived a statement about the state of the LED or the group of LEDs can be. In particular, by repeating the process for every LED or group of LEDs it is possible to find out which of the light emitting diodes or groups of light emitting diodes or which of the controls in the lamp are defective. It can on the basis of the determined voltage drops a statement about the state of each or each group of the series connected LEDs and / or on the state of driving means the light emitting diodes are made. Also the detection of a breakthrough (open-load) becomes possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert ausschließlich auf der Spannungsmessung und ihrer Interpretation im Mikrokontroller. Um die Hardware-Kosten herabzusetzen, kann diese Messung mit nur einem A/D-Wandler pro LED-Strang erfolgen. Das Verfahren gewährleistet eine genaue Ausfalllokalisierung. Insbesondere kann die Feststellung eines Ausfalls während des normalen Funktionsbetriebs erfolgen. Dabei ist die Änderung der Helligkeitswerte der LEDs zu Diagnosenzwecken nicht erforderlich. Erst bei der Feststellung eines Fehlers kann das System in einen Diagnosemodus schalten, um die defekte Komponente genau zu lokalisieren.The inventive method is based exclusively on the voltage measurement and its interpretation in the microcontroller. To reduce the hardware costs, this measurement can be done with only one A / D converter per LED string. The procedure ensures a precise failure localization. In particular, the finding may a failure during normal operation. The change in the brightness values of the LEDs is too Diagnostic purposes not required. Only in the determination of a Error may cause the system to enter a diagnostic mode to complete the accurately locate defective components.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:Based In the accompanying drawings, the invention will be described below explained in more detail. Showing:

1 einen beispielhaften Aufbau eines Teils einer Beleuchtungsvorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist; 1 an exemplary construction of a part of a lighting device, with which the inventive method is feasible;

2 einen beispielhaften Schaltzustand der LEDs in einem Stromstrang der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 1; 2 an exemplary switching state of the LEDs in a power line of the lighting device according to 1 ;

3 eine Diagnosemessung bei einem PWM-Leistungssignal mit der minimalen Einschaltdauer, wobei die Intensität A des PWM-Leistungssignals gegen die Zeit T aufgetragen ist; 3 a diagnostic measurement on a PWM power signal having the minimum duty cycle, wherein the intensity A of the PWM power signal is plotted against the time T;

4 eine Abweichungsspanne der Durchlassspannung einer PlatinumDRAGON LED. 4 a deviation range of the forward voltage of a PlatinumDRAGON LED.

Die teilweise aus 1 ersichtliche Beleuchtungsvorrichtung ist beispielsweise Teil eines Scheinwerfersystems, das eine dynamische Helligkeitsveränderung ermöglicht. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LED) 1a, 1b, 1c, 1d, in die ein konstanter Strom eingeprägt wird. Dieser Strom wird durch eine externe Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellt. Es besteht die Möglichkeit, dass mehr als vier Leuchtdioden in Reihe geschaltet sind. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass mehr als eine Kette von Leuchtdioden, beispielsweise mehrere zueinander parallele Reihen von Leuchtdioden vorgesehen sind.The partially off 1 For example, the lighting device shown is part of a headlight system that allows a dynamic change in brightness. The lighting device comprises a plurality of light-emitting diodes (LED) connected in series 1a . 1b . 1c . 1d into which a constant current is impressed. This current is provided by an external constant current source 2 made available. There is the possibility that more than four light emitting diodes are connected in series. Furthermore, there is the possibility that more than one chain of light-emitting diodes, for example a plurality of mutually parallel rows of light emitting diodes are provided.

Die Aufgabe der Ansteuerelektronik der Beleuchtungsvorrichtung ist die Dimmung jeder einzelnen Leuchtdiode 1a, 1b, 1c, 1d in Abhängigkeit von Helligkeitsangaben aus einem Lichtsteuergerät 3. Da die Notwendigkeit besteht, jede einzelne LED zu dimmen, sind parallel zu jeder Leuchtdiode 1a, 1b, 1c, 1d Transistoren 4a, 4b, 4c, 4d, insbesondere Leistungstransistoren angeordnet (Bypass-Prinzip). Diese Transistoren 4a, 4b, 4c, 4d ermöglichen das Kurzschließen und somit Ausschalten einer oder mehrerer Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d einer Kette. Das Lichtsteuergerät 3 kommuniziert dabei über einen CAN-Bus mit einer Logik 5, die die Transistoren 4a, 4b, 4c, 4d ansteuert. Weiterhin ist ein A/D-Wandler 6 parallel zu der Reihe von Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d angeordnet, der die Analyse des Spannungsabfalls über die Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d und der dazu parallelen Transistoren 4a, 4b, 4c, 4d ermöglicht.The task of the control electronics of the lighting device is the dimming of each individual light-emitting diode 1a . 1b . 1c . 1d depending on brightness information from a light control unit 3 , Because there is a need to dim each LED, they are parallel to each LED 1a . 1b . 1c . 1d transistors 4a . 4b . 4c . 4d , in particular power transistors arranged (bypass principle). These transistors 4a . 4b . 4c . 4d allow short-circuiting and thus switching off one or more light-emitting diodes 1a . 1b . 1c . 1d a chain. The light control unit 3 communicates via a CAN bus with a logic 5 that the transistors 4a . 4b . 4c . 4d controls. Furthermore, an A / D converter 6 parallel to the row of light-emitting diodes 1a . 1b . 1c . 1d arranged the analysis of the voltage drop across the light emitting diodes 1a . 1b . 1c . 1d and the parallel transistors 4a . 4b . 4c . 4d allows.

Die Realisierung einer dynamischen Lichtapplikation wie beispielsweise die Funktion „blendfreies Fernlicht” erfordert eine nahezu permanente Helligkeitsveränderung der Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d. Diese erfolgt über die Ansteuerung der Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d mit einem veränderbaren PWM-Leistungssignal. Durch die Anwendung der Pulsweitenmodulation können sich allerdings die einzelnen Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d gleichzeitig im Ein- sowie im Ausschaltzustand befinden. Bei einem Stromstrang mit vier in Reihe verschalteten Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d sind beispielsweise alle 16 Schaltzustände möglich. Daraus resultiert eine große Veränderlichkeit des Spannungsabfalls im Strang.The realization of a dynamic light application such as the function "glare-free high beam" requires a nearly permanent change in brightness of the LEDs 1a . 1b . 1c . 1d , This is done via the control of the LEDs 1a . 1b . 1c . 1d with a variable PWM power signal. By applying the pulse width modulation, however, the individual LEDs can 1a . 1b . 1c . 1d at the same time in the on and in the off state. For a power line with four LEDs connected in series 1a . 1b . 1c . 1d For example, all 16 switching states are possible. This results in a large variability of the voltage drop in the strand.

Aus den vorgenannten Gründen, sowie wegen der zusätzlichen Forderung einer genauen Ausfalllokalisierung, ist eine konventionelle Diagnosemethode über die Stromerfassung auf der Versorgungsleitung und über den Vergleich des ermittelten Messwertes mit einem Schwellwert nicht zielführend. Auch ein zyklisches Umschalten zwischen einem Funktions- und einem Diagnosemodus ist während des normalen LED-Array-Betriebes nicht akzeptabel. In dem Diagnosemodus würden die Leuchtdioden zwar in einen für die Ausfallabfrage gewünschten Bestromungszustand umgeschaltet werden. Ein kurzzeitiger Stromimpuls könnte allerdings nicht gewünschte visuelle Effekte wie beispielsweise Blitzen von Leuchtdioden verursachen.Out the above reasons, as well as because of the additional Demand for precise failure localization is a conventional one Diagnostic method via the current detection on the supply line and about the comparison of the measured value with a Threshold not effective. Also a cyclical switching between a functional and a diagnostic mode is during normal LED array operation unacceptable. In the diagnostic mode Although the LEDs would be in one for the Failure query switched desired current state become. A momentary current pulse could however unwanted visual effects such as lightning of light emitting diodes.

Für das hier betrachtete Scheinwerfersystem wird daher die Durchführung der Ausfallabfrage als ein zweiphasiger Diagnoseprozess bevorzugt. Während des normalen Funktionsbetriebs wird zunächst nur das Vorhandensein eines Ausfalls festgestellt. Erst bei der Feststellung eines Fehlers wird das System in einen so genannten Diagnosemodus umgeschaltet, um den Ausfallfort eindeutig lokalisieren zu können. Diese Methode macht allerdings nur dann Sinn, wenn der Schaltzustand jeder Leuchtdiode 1a, 1b, 1c, 1d in dem jeweiligen Strang während der Abfrage im Funktionsbetrieb be kannt ist. Nur dann lässt sich der erwartete Spannungsabfall in dem gesamten Strang ermitteln. Dieser erwartete Spannungswert wird als Referenzwert mit der real gemessenen Spannung verglichen (siehe dazu 2).For the headlight system considered here, therefore, the execution of the failure query is preferred as a two-phase diagnostic process. During normal operation, initially only the presence of a failure is detected. Only when an error is detected, the system is switched to a so-called diagnostic mode to be able to locate the loss Fort unambiguous. However, this method only makes sense if the switching state of each light-emitting diode 1a . 1b . 1c . 1d in the respective strand during the query in the function mode be known is. Only then can the expected voltage drop in the entire string be determined. This expected voltage value is compared as reference value with the real measured voltage (see 2 ).

Für das in 2 dargestellte Ansteuerungsszenario wird ein Spannungsabfall von Uerwartet = UF1 + UF2 + UDS3 + UDS4 in dem gesamten Strang erwartet, wobei für die Spannungsabfälle UDS auf den Transistoren 4a, 4b, 4c, 4d und für die Flussspannungen UF auf den Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d gilt:
UDS << UF.For the in 2 shown driving scenario is a voltage drop of U expected = U F1 + U F2 + U DS3 + U DS4 expected in the entire strand, taking for the voltage drops U DS on the transistors 4a . 4b . 4c . 4d and for the forward voltages U F on the light emitting diodes 1a . 1b . 1c . 1d applies:
U DS << U F.

Wenn nun die folgende Bedingung:
Uerwartet ≈ UM
erfüllt ist, entspricht der gemessene Spannungsabfall UM auf allen in diesem Ansteuerungszustand beteiligten Bauteilen dem erwarteten, als referenzwert verwendeten Spannungswert Uerwartet. Damit wird sichergestellt, dass der Sollschaltzustand erreicht wurde und die einzelnen Komponenten funktionsfähig sind.If now the following condition:
U expects ≈ U M
is satisfied, corresponding to the measured voltage drop U M on all involved in this control state components expected, expected as reference value used voltage value U. This ensures that the setpoint state has been reached and that the individual components are functional.

Diese Bedingung wird nicht erfüllt, wenn der erwartete Schaltzustand nicht erreicht wird oder mindestens eine Komponente im betrachteten Strang defekt ist. Wie bereits erwähnt, ist bei diesem Messverfahren nur die Feststellung eines Ausfalls möglich. Eine eindeutige Lokalisierung der defekten Komponente lässt sich auf diese Weise nicht feststellen.These Condition is not met if the expected switching state is not achieved or at least one component in the considered Strand is defective. As already mentioned, this is Measuring method only the detection of a failure possible. A clear localization of the defective component leaves can not be determined in this way.

Um sicherzustellen, dass alle während der Spannungsmessung bestromten Komponenten sich in einem eingeschwungenen Schaltzustand befinden, muss diese Mes sung innerhalb der minimalen Einschaltdauer erfolgen. Wenn die Messdauer TM größer als die minimale Einschaltdauer ist, erfolgt die Diagnoseabfrage in einem instabilen Schaltzustand. In diesem Zusammenhang ist insbesondere der Verlauf der Anstieg- und der Abfallflanke des PWM-Leistungssignals für die Bestimmung der Messdauer TM zu berücksichtigen (siehe dazu 3). Die Messdauer TM sollte also kleiner als die minimale Einschaltdauer TA des PWM-Leistungssignals sein. Darüber hinaus ist bei einer längeren Messdauer auch eine Änderung der Ansteuerungsvorgaben und damit des Schaltzustandes der einzelnen Komponenten während der Messung nicht auszuschließen.To ensure that all components energized during the voltage measurement are in a steady-state switching state, this measurement must be performed within the minimum switch-on time. If the measurement duration T M is greater than the minimum duty cycle, the diagnostic request is made in an unstable switching state. In this context, in particular the course of the rising and falling edge of the PWM power signal for the determination of the measurement period T M is to be considered (see 3 ). The measurement duration T M should therefore be less than the minimum duty cycle T A of the PWM power signal. In addition, a change in the control specifications and thus the switching state of the individual components during the measurement can not be ruled out for a longer measurement period.

Eine Leuchtdiode kennzeichnet eine große Toleranzspanne der Durchlassspannung. In der in 4 dargestellten Kennlinie einer PlatinumDRAGON LED erstreckt sich die Spannungsspanne im Bereich von ca. 1,3 V bei einem Durchlassstrom von 700 mA. Aus diesem Grund ist die Annahme einer gleichen Durchlassspannung für jede Leuchtdiode 1a, 1b, 1c, 1d bei der vorgeschlagenen Diagnosenmethode nicht sinnvoll. Auf Basis der Spannungsmessung schon für vier in Reihe geschaltete Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d kann nicht eindeutig abgeschätzt werden, wie viele Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d sich im Ein- beziehungsweise im Ausschaltzustand befinden. Damit wäre auch der Vergleich der Spannungen UM mit Uerwartet nicht zielführend.A light-emitting diode indicates a large tolerance range of the forward voltage. In the in 4 The characteristic of a PlatinumDRAGON LED shown extends the voltage range in the range of about 1.3 V at a forward current of 700 mA. For this reason, the assumption is a same forward voltage for each light emitting diode 1a . 1b . 1c . 1d not useful in the proposed diagnosis method. On the basis of the voltage measurement already for four light emitting diodes connected in series 1a . 1b . 1c . 1d can not be clearly estimated how many LEDs 1a . 1b . 1c . 1d are in the on or off state. Thus the comparison of the voltages U M with U would not be expedient.

Das Problem der großen Toleranzspannen von Leuchtdioden kann durch einen Kalibrierungsvorgang behoben werden. Die Kalibrierung kann als eine sequentielle Spannungsmessung für einzelne Leuchtdioden 1a, 1b, 1c, 1d realisiert werden. Dazu kann das Lichtsteuergerät 3 in einen Kalibrierungsmodus umgeschaltet, in dem jede Leuchtdiode 1a, 1b, 1c, 1d für eine kurze Spannungsabfrage nacheinander leitend geschaltet wird. Die so gemessenen Spannungswerte für jede Leuchtdiode 1a, 1b, 1c, 1d können beispielsweise in einer LookUp-Table abgespeichert werden, um sie später in der Diagnoseabfrage als Referenzwerte anzuwenden.The problem of large tolerance ranges of LEDs can be eliminated by a calibration process. The calibration can be used as a sequential voltage measurement for individual LEDs 1a . 1b . 1c . 1d will be realized. For this purpose, the light controller 3 switched to a calibration mode in which each LED 1a . 1b . 1c . 1d is turned on successively for a short voltage query. The measured voltage values for each LED 1a . 1b . 1c . 1d For example, they can be stored in a LookUp table for later reference in the diagnostic query.

Die Unterschiede der LED-Durchlassspannungen entstehen nicht nur infolge der großen Toleranzspannen sondern auch wegen der Temperaturabhängigkeit. Die Relation zwischen der Durchlassspannung und der Temperatur wird mit Hilfe des so genann ten Temperaturkoeffizienten ausgedrückt. Dieses Phänomen soll ebenfalls in dem Diagnosealgorithmus mitberücksichtigt werden. Dazu können Temperaturmessmittel vorgesehen werden, die die Temperatur der Leuchtdioden während des Betriebs ermitteln.The Differences in LED forward voltages are not only due to the large tolerance margins but also because of the temperature dependence. The relation between the forward voltage and the temperature becomes expressed by the so-called temperature coefficient. This phenomenon is also intended in the diagnostic algorithm be taken into account. These can be temperature measuring agents be provided, which the temperature of the LEDs during determine the operation.

Wird in dem hier beschriebenen Verfahren der Fehleridentifizierung ein Ausfall festgestellt, geht das System in die zweite Phase, den Diagnosemodus über. In diesem wird durch einen gezielten Schaltvorgang aller Bypass-Leistungstransistoren bei gleichzeitiger Spannungsmessung in dem betroffenen Strang die defekte Systemkomponente genau lokalisiert.Becomes in the method of error identification described herein Failure detected, the system goes into the second phase, the diagnostic mode. This is achieved by a targeted switching operation of all bypass power transistors with simultaneous voltage measurement in the affected strand the Defective system component exactly localized.

Wird ein Stromstrang bestehend aus n Leuchtdioden betrachtet, wird durch das Kurzschließen von n – 1 Leuchtdioden nur der Spannungsabfall der einen bestromten Leuchtdiode gemessen. Durch die Interpretation des gemessenen Spannungswertes kann eine Aussage über ihren Zustand abgeleitet werden. Durch die Wiederholung des Vorgangs für jede Leuchtdiode lässt sich zu der Erkenntnis gelangen, welche Komponente oder welche Komponenten in dem gesamten Strang defekt sind. Eine beispielhafte Darstellung der möglichen Zustandaussagen in Abhängigkeit von gemessenen Spannungswerten wird in Tab. 1 dargestellt. Tab. 1: Zustandsmatrix einer Beleuchtungsvorrichtung mit in Reihe geschalteten Leuchtdioden und dazu parallelen Transistoren Sollzustand LED Spannung LED Interpretation LED MOSFET-Transistor Ansteuerung Ein UM = U0 defekt k. A. k. A. Ein UM = UF okay k. A. k. A. Ein UM = UDS k. A. okay defekt Ein UM < UDS k. A. k. A. k. A. Aus UM = U0 defekt k. A. k. A. Aus UM = UF okay k. A. k. A. Aus UM = UDS k. A. okay okay Aus UM < UDS k. A. k. A. k. A.

  • U0 > UF > UDS, mit
  • U0 = Leerlaufspannung Konstantstromquelle
  • UF = Durchlassspannung LED
  • UDS = Spannungsabfall Leistungstransistor
  • UM = gemessene Spannung
If a current strand consisting of n light-emitting diodes is considered, the short-circuiting of n - 1 light-emitting diodes only measures the voltage drop of one of the energized light-emitting diodes. By interpreting the measured voltage value, a statement about its state can be derived. By repeating the process for each light emitting diode can be found to the knowledge of which component or components are defective in the entire strand. An exemplary representation of the possible state statements as a function of measured voltage values is shown in Tab. Tab. 1: State matrix of a lighting device with light-emitting diodes connected in series and parallel transistors Nominal state LED Voltage LED interpretation LED MOSFET transistor control One U M = U 0 malfunction k. A. k. A. One U M = U F OK k. A. k. A. One U M = U DS k. A. OK malfunction One U M <U DS k. A. k. A. k. A. Out U M = U 0 malfunction k. A. k. A. Out U M = U F OK k. A. k. A. Out U M = U DS k. A. OK OK Out U M <U DS k. A. k. A. k. A.
  • U 0 > U F > U DS , with
  • U 0 = open circuit voltage constant current source
  • U F = forward voltage LED
  • U DS = Voltage drop power transistor
  • U M = measured voltage

Es besteht durchaus die Möglichkeit, die Messungen der Durchlassspannungen einer jeder der einzelnen Leuchtdioden mehr als einmal durchzuführen und über die erhaltenen Messergebnisse zu mitteln, um die Genauigkeit der Diagnose zu verbessern.It is quite possible, the measurements of the forward voltages to perform each of the individual LEDs more than once and to average over the obtained measurement results to accuracy to improve the diagnosis.

Bei mehreren parallelen Zweigen von Leuchtdioden können entweder die einzelnen Zweige nacheinander vermessen werden oder aber es können zusätzliche A/D-Wandler vorgesehen werden, die eine parallele Messung der einzelnen Zweige von Leuchtdioden ermöglichen.at multiple parallel branches of light emitting diodes can either the individual branches are measured one after the other or else additional A / D converters can be provided, a parallel measurement of the individual branches of light emitting diodes enable.

1a, 1b, 1c, 1d1a, 1b, 1c, 1d
LeuchtdiodenLEDs
22
KonstantstromquelleConstant current source
33
LichtsteuergerätLight control unit
4a, 4b, 4c, 4d4a, 4b, 4c, 4d
Transistorentransistors
55
Logiklogic
66
A/D-WandlerA / D converter
TM T M
Messdauermeasuring time
TA T A
minimale Einschaltdauer des PWM-Leistungssignalsminimum Duty cycle of the PWM power signal

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Claims (15)

Verfahren zur Fehlererkennung in einer Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LED) (1a, 1b, 1c, 1d), wobei die Fehlererkennung durch Ermittlung des Spannungsabfalls von einzelnen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) oder durch Ermittlung des Spannungsabfalls von Gruppen mehrerer der in Reihe geschalteten Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) und durch die Auswertung dieses Spannungsabfalls oder dieser Spannungsabfälle erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung durch einen Vergleich mit einem zeitlich veränderlichen Referenzwert erfolgt.Method for fault detection in a lighting device with a plurality of light-emitting diodes (LED) connected in series ( 1a . 1b . 1c . 1d ), wherein the error detection by determining the voltage drop of each of the series-connected light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) or by determining the voltage drop of groups of several of the series-connected light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) and by the evaluation of this voltage drop or these voltage drops, characterized in that the evaluation is carried out by a comparison with a time-varying reference value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitlich veränderliche Referenzwert der Ansteuersituation der Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) entspricht.A method according to claim 1, characterized in that the time-variable reference value of the driving situation of the light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) corresponds. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der ermittelten Spannungsabfälle eine Aussage über den Zustand einer jeden oder einer Gruppe der in Reihe geschalteten Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) und/oder über den Zustand von Ansteuermitteln der Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) gemacht werden kann.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that on the basis of the determined voltage drops a statement about the state of each or a group of series-connected light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) and / or on the state of driving means of the light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) can be made. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aussage über den Zustand einer jeden oder einer Gruppe der in Reihe geschalteten Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) und/oder über den Zustand von Ansteuermitteln der Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) eine Zustandsmatrix verwendet wird.A method according to claim 3, characterized in that for the statement about the state of each or a group of series-connected light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) and / or on the state of driving means of the light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) a state matrix is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel eine Mehrzahl von Transistoren (4a, 4b, 4c, 4d) umfassen, von denen jeweils einer parallel zu einer jeden oder einer Gruppe der Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) angeordnet ist, wobei insbesondere jeweils einer der Transistoren (4a, 4b, 4c, 4d) eine Leuchtdiode (1a, 1b, 1c, 1d) oder eine Gruppe von Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) überbrücken beziehungsweise kurzschließen kann.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the drive means comprises a plurality of transistors ( 4a . 4b . 4c . 4d ), one of which is parallel to each or a group of light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ), wherein in particular in each case one of the transistors ( 4a . 4b . 4c . 4d ) a light emitting diode ( 1a . 1b . 1c . 1d ) or a group of light emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) can bridge or short circuit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennung in einem zweistufigen Prozess erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the error detection in a two-stage Process takes place. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stufe des zweistufigen Prozesses lediglich eine Aussage darüber getroffen wird, ob ein Fehler vorliegt oder nicht, wobei die erste Stufe des zweistufigen Prozesses insbesondere während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung durchgeführt wird.Method according to Claim 6, characterized that in the first stage of the two-stage process only one Statement is made about whether there is an error or not, wherein the first stage of the two-stage process in particular performed during operation of the lighting device becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe des zweistufigen Prozesses einem Diagnosemodus entspricht.Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that the second stage of the two-stage Process corresponds to a diagnostic mode. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe des zweistufigen Prozesses der Spannungsabfall jeder einzelnen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) ermittelt wird.Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that in the second stage of the two-stage process, the voltage drop of each of the series-connected light emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Fehlererkennung in der ersten Stufe des zweistufigen Prozesses die zweite Stufe des zweistufigen Prozesses durchgeführt wird.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that after an error detection in the first stage of the two-stage process the second stage of the two-stage Process is performed. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Über gang von der ersten in die zweite Stufe des zweistufigen Prozesses durch ein Umschalten in den Diagnosemodus erfolgt.Method according to claim 10, characterized in that that the transition from the first to the second stage of Two-stage process by switching to the diagnostic mode he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen einer Kalibrierung die Durchlassspannungen der einzelnen Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) ermittelt und abgespeichert werden, wobei diese ermittelten und abgespeicherten Durchlassspannungen während der Fehlererkennung als Referenzwerte verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the context of a calibration, the forward voltages of the individual light emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) and stored, these determined and stored forward voltages are used as reference values during error detection. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der Fehlererkennung die Temperatur der Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) gemessen und vermittels abgespeicherter Temperaturcharakteristiken berücksichtigt wird.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that during the error detection, the temperature of the light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) and taken into account by means of stored temperature characteristics. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) über eine Konstantstromquelle (2) bestromt werden.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the light-emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) via a constant current source ( 2 ) are energized. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine dynamische Helligkeitsveränderung ermöglicht, wobei insbesondere die einzelnen Leuchtdioden (1a, 1b, 1c, 1d) über veränderbare PWM-Leistungssignale angesteuert werden.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the lighting device enables a dynamic change in brightness, wherein in particular the individual light emitting diodes ( 1a . 1b . 1c . 1d ) are controlled via variable PWM power signals.
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