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
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Abstract
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
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
Bei
dem Verfahren gemäß der
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:
Die
teilweise aus
Die
Aufgabe der Ansteuerelektronik der Beleuchtungsvorrichtung ist die
Dimmung jeder einzelnen Leuchtdiode
Die
Realisierung einer dynamischen Lichtapplikation wie beispielsweise
die Funktion „blendfreies Fernlicht” erfordert
eine nahezu permanente Helligkeitsveränderung der Leuchtdioden
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
Für
das in
UDS << UF.For the in
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
Eine
Leuchtdiode kennzeichnet eine große Toleranzspanne der
Durchlassspannung. In der in
Das
Problem der großen Toleranzspannen von Leuchtdioden kann
durch einen Kalibrierungsvorgang behoben werden. Die Kalibrierung
kann als eine sequentielle Spannungsmessung für einzelne
Leuchtdioden
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
- U0 > UF > UDS, mit
- U0 = Leerlaufspannung Konstantstromquelle
- UF = Durchlassspannung LED
- UDS = Spannungsabfall Leistungstransistor
- UM = gemessene Spannung
- 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
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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DE102008047731B4 (en) | 2020-06-04 |
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