-
Die Erfindung betrifft eine Versorgungsregelschaltung insbesondere für Fahrzeugleuchten sowie eine Systemanordnung, insbesondere eine Fahrzeugleuchtenarchitektur.
-
Fahrzeugleuchten, insbesondere Heckleuchten werden in manchen Fahrzeugen von einem zentralen Steuergerät je nach der gewünschten Funktion direkt angesteuert. Die von dem zentralen Steuergerät angesprochenen Funktionen betreffen zum Beispiel das Bremslicht, Schlusslicht, oder einen Fahrzeugrichtungsanzeiger. Zu diesem Zweck sind die Leuchtmittel oftmals über diskrete Leitungen mit dem zentralen Steuergerät verbunden.
-
Bei neueren Fahrzeugen sind die Leuchtmittel zum Teil in LED-Technik ausgeführt, so dass eine zusätzliche Adaption auf einen durch die Leuchtmittel vorbestimmten Strom erforderlich ist. Diese Adaption betrifft unter anderem die Schalter zur Ansteuerung der Leuchtmittel aber vielleicht auch die zum Betreib notwendige Spannung selbst. Entsprechend ist wegen der verwendeten Bordnetzspannung, an die bislang die Leuchtmittel direkt angeschlossen sind, die Flexibilität hinsichtlich der Verschaltung der verschiedenen Leuchtmittel, insbesondere bei LED-Technik begrenzt. Ein zusätzlicher Aufwand wird durch die benötigten Diagnosefunktionen innerhalb der Leuchtmittel erforderlich.
-
Es besteht daher das Bedürfnis, eine Versorgungsregelschaltung zu entwickeln, die unabhängig von den Leuchtmittel einsetzbar und gleichzeitig für verschiedene Leuchtmittel geeignet ist. Zusätzlich soll eine Systemarchitektur vorgeschlagen werden, die eine hohe Flexibilität hinsichtlich anzusteuernder Leuchtmittel aufweist und so unter anderem auch in unterschiedlichen Fahrzeugtypen eingesetzt werden kann.
-
Diesem Bedürfnis wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 Rechnung getragen. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
In einer Ausführungsform wird eine Versorgungsregelschaltung vorgeschlagen, die zwei Versorgungsanschlüsse jeweils für ein erstes Versorgungspotenzial und ein Bezugspotenzial aufweist. Mit den beiden Versorgungsanschlüssen ist ein regelbarer DC/DC-Wandler verbunden, der zusätzlich einen Regelanschluss für ein Regelsignal zum Einstellen eines zweiten Versorgungspotenzials an einen ersten Versorgungsausgang aufweist.
-
Die Differenz aus dem ersten Versorgungspotenzial und dem Bezugspotenzial wird als erste Versorgungsspannung bezeichnet. Das zweite Versorgungspotenzial ist so gestaltet, dass die Differenz aus der zweiten Versorgungsspannung und dem Referenzpotential größer ist als die erste Versorgungsspannung. Insofern ist in einer Ausgestaltung das zweite Versorgungspotential größer als das erste Versorgungspotenzial. Der DC/DC-Wandler stellt somit einen ”Up-Konverter” dar, der einen ersten Pegel auf einen höher gelegenen zweiten Pegel heraufsetzt.
-
Weiterhin umfasst die Versorgungsregelschaltung mindestens einen Rückführungseingang, wobei zwischen dem ersten Versorgungsausgang und dem mindestens einen Rückführungseingang wenigstens ein erster Verbraucher, insbesondere ein Leuchtmittel schaltbar ist. Schließlich ist eine steuerbare Lineartreiberschaltungsanordnung zur Ansteuerung des ersten Verbrauchers vorgesehen. Diese ist eingangsseitig an dem mindestens einen Rückführungseingang und ausgangsseitig an den ersten Versorgungsanschluss angeschlossen. An der Lineartreiberschaltungsanordnung liegt somit eingangsseitig das vom Verbraucher kommende Signal und ausgangsseitig das erste Versorgungspotential an. Die vom DC/DC-Wandler bereitgestellte Spannung ergibt sich aus der Differenz des vom Wandler bereitgestellten Versorgungspotentials und dem ersten Versorgungspotential.
-
Die steuerbare Lineartreiberschaltungsanordnung umfasst einen Regelausgang der mit dem Regelanschluss des DC/DC-Wandlers gekoppelt ist zur Einstellung des zweiten Versorgungspotenzials in Antwort auf einen Spannungsabfall über die Lineartreiberschaltungsanordnung. In einer Ausgestaltung ist die Lineartreiberschaltungsanordnung ausgeführt, einen Strom durch einen angeschlossenen Verbraucher zu regeln, und abhängig von einem Schwellwert, der ein Maß für die Regelung darstellt ein Signal an den Regelanschluss des DC/DC-Wandlers abzugeben.
-
In der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird die Ansteuerelektronik für die entsprechenden Leuchtmittel in eine Versorgungsregelschaltung in räumlicher Nähe der der Leuchtmittel angeordnet.
-
Erfindungsgemäß ist hierbei ein DC/DC-Wandler vorgesehen, der die für die Leuchtmittel beziehungsweise den Verbraucher notwendige Versorgungsspannung aus einem ersten Versorgungspotenzial bereitstellt. Das Versorgungspotential vom DC/DC-Wandler bereitgestellt kann höher sein als das erste Versorgungspotential. Die maximale Versorgungsspannung, für den Verbraucher ergibt sich wiederum aus der Differenz des vom DC/DC-Wandler erzeugten zweiten Versorgungspotentials und dem ersten Versorgungspotential, das am Ausgang der Lineartreiberschaltungsanordnung anliegt.
-
Ein Verbraucher wird nun zusammen mit der Lineartreiberschaltungsanordnung zwischen den ersten Versorgungsausgang, an dem das vom DC/DC-Wandler bereitgestellte Versorgungspotenzial anliegt und den ersten Versorgungsanschluss mit dem niedrigeren Versorgungspotenzial geschaltet. Die Lineartreiberschaltungsanordnung ist bevorzugt dazu ausgebildet, einen vordefinierten Strom über den Verbraucher konstant zu halten und regelt hierzu ihren Spannungsabfall. Sofern die Lineartreiberschaltung einen sinkenden Strom durch das Leuchtmittel nicht mehr durch einen sinkenden Spannungsabfall kompensieren kann erzeugt sie an ihrem Regelausgang ein entsprechendes Regelsignal, wodurch der regelbare DC/DC-Wandler eine höhere Ausgangsspannung liefert.
-
In einer Ausgestaltung ist die Lineartreiberschaltungsanordnung somit ausgeführt, eine Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers einzustellen. Durch die Regelung wird die Ausgangsspannung auf einen möglichst niedrigen Wert eingestellt, bei dem einerseits eine ausreichende Spannung und ausreichender Strom für den Verbraucher bereitgestellt wird, und andererseits eine Verlustleistung möglichst gering ist. Mit anderen Worten wird durch die Regelung eine Verlustleistung über den DC/DC-Wandler und die weiteren Bauelemente möglichst verringert, da der DC/DC-Wandler stets die für den angeschlossenen Verbraucher notwendige Betriebsspannung und Betriebsstrom liefert. Insbesondere ist die Versorgungsregelschaltung geeignet, Verbraucher, beispielsweise Leuchtmittel in LED-Technologie betreiben zu können.
-
In einer Ausgestaltung sind mehrere Rückführungseingänge vorgesehen, an die verschiedene Verbraucher, insbesondere verschiedene Leuchtmittel parallel an den ersten Versorgungsausgang angeschlossen werden können. Jeder Rückführungseingang ist an die steuerbare Lineartreiberschaltungsanordnung angeschlossen, und diese stellt für den entsprechenden Verbraucher den geeigneten Kanalstrom ein.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Versorgungsregelschaltung weiterhin mit einer Steuerschaltung versehen. Die Steuerschaltung umfasst einen Steuerbusanschluss zum Empfangen von Steuersignalen zur Ansteuerung der Verbraucher mithilfe der Lineartreiberschaltungsanordnung sowie einen Steuerausgang, der an die steuerbare Lineartreiberschaltungsanordnung angeschlossen ist. Zu diesem Zweck ist zwischen der Steuerschaltung und der Lineartreiberschaltungsanordnung ein Steuerbus vorgesehen, der mehrere Leitungen umfasst und auf jeder ein Steuersignal an die Lineartreiberschaltungsanordnung zur Ansteuerung des jeweiligen Kanals abgibt. Dieses Steuersignal kann beispielsweise ein PWM-Signal sein.
-
Mit dieser Ausgestaltung wird eine Versorgungsregelschaltung implementiert, die selbstständig die einzelnen Funktionen der verschiedenen Verbraucher ansteuern kann. Zu diesem Zweck ist eine Steuerschaltung mit einem Steuerbusanschluss vorgesehen. Die Steuerschaltung empfängt externe Steuersignale und erzeugt daraufhin Ansteuersignale für die Lineartreiberschaltungsanordnung. Die Lineartreiberschaltungsanordnung dient in dieser Ausgestaltung somit auch als Schalter, um Verbraucher, beispielsweise ein Leuchtmittel je nach gewünschter Funktion in den Strompfad zu schalten.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lineartreiberschaltungsanordnung mindestens zwei Lineartreiberschaltungen, die jeweils an einen der Rückführungsanschlüsse angeschlossen sind. Somit können verschiedene Verbraucher von jeweils einer der Lineartreiberschaltungen angesteuert werden. Jede der Lineartreiberschaltungen kann zudem zur Abgabe eines Regelsignals an den Regelausgang ausgebildet sein.
-
Mit dieser Ausgestaltung wird es möglich, einzelne Regelsignale an den Regelausgang abzugeben, wenn die mit dem einzelnen Lineartreiberschaltungen verbundenen Verbraucher nicht mehr oder nicht ausreichend mit Spannung beziehungsweise Strom versorgt werden können. Die entsprechende Lineartreiberschaltung kann in diesen Fällen den sinkenden Kanalstrom nicht mehr durch einen sinkenden Spannungsabfall kompensieren, und erzeugt so ein Regelsignal an den DC/DC-Wandler, um die Ausgangsspannung des Wandlers zu erhöhen.
-
Die Versorgungsregelschaltung eignet sich unter anderem zur Ansteuerung von Leuchtmitteln, die jeweils mit Leuchtdioden aufgebaut sind. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verbraucher vorgesehen, der ein Leuchtmittel mit wenigstens zwei parallel angeordneten Leuchtreihen aufweist, die jeweils mindestens eine Leuchtdiode umfassen. Jede der Leuchtreihen kann beispielsweise zwischen den ersten Versorgungsausgang und einen der Rückführungseingänge der Lineartreiberschaltungsanordnung geschaltet sein. Dadurch ist die Lineartreiberschaltungsanordnung imstande, jede der Leuchtreihen einzeln anzusteuern. Durch eine geeignete Logikschaltung zur Auswertung der Regelsignale einzelner Lineartreiberschaltung innerhalb der Lineartreiberschaltungsanordnung kann ein Gesamtsignal gebildet werden, welches dem DC/DC-Wandler zur seiner Ausgangsspannung zugeführt wird.
-
Ein anderer Aspekt der Erfindung beschäftigt sich mit einer flexiblen Ausgestaltung einer Systemarchitektur, die für eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugtypen einsetzbar ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Systemarchitektur vorgesehen, die wenigstens eine Versorgungsregelschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip aufweist. Die Systemarchitektur umfasst weiterhin eine Stromversorgungseinrichtung zur Zuführung elektrischer Energie, die mit dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluss der Versorgungsregelschaltung gekoppelt ist. Ein Verbraucher, insbesondere ein Leuchtmittel ist mit der Versorgungsregelschaltung verbunden. Schließlich ist eine zentrale Steuereinheit vorgesehen, die über einen Steuerbus mit der Versorgungsregelschaltung zur Ansteuerung des Verbrauchers gekoppelt ist.
-
Damit wird die funktionelle Ansteuerung für die einzelnen Verbraucher, insbesondere Leuchtmittel von der zentralen Steuereinheit weg in die Versorgungsregelschaltung verlagert. Die zentrale Steuereinheit selbst übernimmt nur noch eine logische Ansteuerung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zentrale Steuereinheit Steuersignale über einen Steuerbus an die Versorgungsregelschaltung übermittelt, die in Antwort darauf die einzelnen Verbraucher funktionsgemäß an- beziehungsweise abschaltet. Gleichzeitig erzeugt die Versorgungsregelschaltung die für die Versorgung der Verbraucher notwendige Spannung und Strom, so dass sie im Wesentlichen unabhängig von der von der Stromversorgungseinrichtung bereitgestellten Spannung und dem bereitgestellten Strom wird.
-
Die vorgeschlagene Systemarchitektur erlaubt eine flexible Realisierung von verschiedenen Leuchtmitteln einschließlich ihrer Ansteuerung sowie Versorgung. Damit können unterschiedliche Verbraucher in unterschiedlichen Anforderungen zusammengefasst und von einer zentralen Steuereinheit mit entsprechenden Steuersignalen versorgt werden.
-
Mit der Erfindung lassen sich so verschiedene Leuchtmodule insbesondere für Fahrzeuge mit der zentralen Steuereinheit koppeln, ohne dass diese an die jeweiligen Erfordernisse der Verbraucher angepasst werden müsste.
-
Im Weiteren wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer Systemarchitektur, insbesondere in einem Fahrzeug,
-
2 ein Ausführungsbeispiel einer Versorgungsregelschaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
-
3 ein Ausführungsbeispiel eines Ausschnittes der Versorgungsregelschaltung mit daran angeschlossenem Verbraucher,
-
4 eine zweite Ausführungsform der Versorgungsregelschaltung,
-
5 eine dritte Ausführungsform der Versorgungsregelschaltung.
-
Bislang werden in Kraftfahrzeugen die Rückleuchtmodule auch Heckleuchten bezeichnet als separate Elektronikmodule entwickelt. Dadurch entstehen für jeden Fahrzeugtyp umfangreiche Entwicklungskosten. Darüber hinaus werden die einzelnen Leuchtmodule über separate und diskrete Versorgungs- und Steuerkanäle an das zentrale Steuergerät und an die Versorgungsspannung angeschlossen. Dies führt zu einem zusätzlichen Material- und Fertigungsaufwand sowie zu Entwicklungskosten beziehungsweise Einschränkungen bei der Auswahl der verschiedenen Leuchtmodule. Beispielsweise erfordern Leuchtmodule auf Leuchtdiodenbasis einen anderen Ansteuerstrom sowie Ansteuerspannungen als entsprechende Leuchtmodule auf Glühlampentechnologie.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Systemarchitektur nach dem vorgeschlagenen Prinzip wie sie unter anderem in Kraftfahrzeugen einsetzbar ist.
-
Die Erfindung schlägt nun eine Systemarchitektur in 1 vor, bei der Logik und Ansteuerelektronik zum Teil in die entsprechenden Rückleuchtmodule eines Fahrzeuges integriert sind. Die Systemarchitektur weist ein zentrales Steuergerät 1 auf, das über einen Steuerbus 22 mit den verschiedenen Heckleuchtmodulen 11 und 11a gekoppelt ist. Über diesen Steuerbus werden die verschiedenen Funktionen des entsprechenden Heckleuchtmoduls angesteuert. Dies sind unter anderem ein Bremslichtfunktion, ein Fahrtrichtungsanzeiger, eine Schlusslichtfunktion, Rückfahrscheinwerfer und Nebelschlusslicht. Auch eine Kennzeichenbeleuchtung 11b beziehungsweise eine hochgesetzte Bremsleuchte 12 kann über eine Versorgungsregelschaltung 10a in dem Modul 11a von dem zentralen Steuergerät 1 angesteuert werden. Das Modul 11a regelt ebenso die zweite Heckleuchte 11c. Der Steuerbus 22 kann beispielsweise ein LIN oder ein CAN-Bussystem sein.
-
Die Systemarchitektur weist weiterhin in dieser Ausgestaltung zwei unabhängig voneinander arbeitende Versorgungsleitungen 20a und 20b auf. Diese sind jeweils über eine Sicherung, die getrennt innerhalb des Fahrzeugs angebracht sein kann mit einer hier nicht dargestellten Versorgungseinheit gekoppelt. Die Versorgungseinheit kann beispielsweise eine Batterie sein. Ein gemeinsamer Masseanschluss 21 für alle Versorgungsregelschaltungen 10 und 10a komplettiert die Versorgungsanschlüsse.
-
Jedes Heckleuchtenmodul 11 und 11a umfasst eine Versorgungsregelschaltung 10, 10a sowie ein entsprechendes Leuchtmodul. Dieses kann wiederum aus einer Vielzahl einzelner Leuchtelemente bestehen oder diese beinhalten. Beispielsweise können die Heckleuchtenmodule 11 neben der Versorgungsregelschaltung 10 auch ein oder mehrere Schlussleuchten, Bremslichter sowie Fahrtrichtungsanzeiger aufweisen. Das Modul 11a kann Nebelschlussleuchten, Bremsleuchten sowie Rückfahrscheinwerfer. Während die Schlussleuchten beispielsweise mittels Leuchtdioden in Leuchtdiodentechnik implementiert sein können, sind die Fahrtrichtungsanzeiger beispielsweise mit Glühlampen realisiert. Diesbezüglich sind auch andere Kombination oder eine Realisierung vollständig in LED-Technik möglich. Die Versorgung mit der erfindungsgemäßen Versorgungsregelschaltung gewährleistet eine Flexibilität hinsichtlich der verwendeten Anzahl an Leuchtdioden beziehungsweise Glühlampen. Die Versorgungsregelschaltung erlaubt es zudem, geeignete Diagnosefunktionen für das jeweilige Leuchtmodul zu implementieren.
-
Neben jeweils einer separaten Versorgungsregelschaltung 10 für die Leuchtmodule 11 ist eine weitere Versorgungsregelschaltung 10a für die Leuchtmodule 11a, 11b, 11c und 12 vor gesehen. Auch die Versorgungsregelschaltung 10a ist über das Bussystem mit der zentralen Steuereinheit 1 sowie über Versorgungsleitungen mit einer Spannungsversorgung gekoppelt.
-
2 zeigt eine Ausgestaltung der Versorgungsregelschaltung. Diese umfasst einen DC/DC-Wandler 100, der ein variables Potential ULED+ an einem Ausgang 103 bereitstellt. In diesem Zusammenhang wird das Potential auch als variable Konstantspannung ULED+ bezeichnet, die sich als Differenz aus dem vom Wandler abgegebenen Potenzial und dem Massepotential GND ergibt. Der DC/DC-Wandler 100 stellt an seinem Ausgang 103 somit ein Potenzial ULED+ bereit, aus dem sich die gleichnamige Spannung bei Bezug auf das Massepotential ergibt.
-
Der DC/DC-Wandler 100 wird wiederum von der Versorgungsspannung versorgt, die aus einem Versorgungspotenzial UBAT und einem Referenzpotenzial GND an den Anschlüssen 20 beziehungsweise 21 gebildet wird. Der Wandler kann hierbei ein größeres Ausgangspotenzial ULED+ erzeugen als das Versorgungspotenzial UBAT. Er arbeitet als Boostwandler, der eine höhere Ausgangsspannung beziehungsweise ein höheres Ausgangspotenzial ULED+ als die Versorgungsspannung beziehungsweise das Versorgungspotenzial UBAT liefert. Zu diesem Zweck umfasst der DC/DC-Wandler zudem einen Regeleingang 104, an dem ein Feedbacksignal anliegt. Dieses steuert das Ausgangspotenzial ULED+ am Ausgang 103.
-
Die Versorgungsregelschaltung 10 weist darüber hinaus zwei Lineartreiberschaltungen 130 auf, denen eingangsseitig die an den an den Rückführungseingängen 15a bis 15h der Versorgungsregelschaltung 10 anliegenden Signale ULED_1- bis ULED_8- zugeführt werden. Zwischen den Rückführungseingängen der Versorgungsregelschaltung 10 und dem ersten Versorgungsanschluss 14 bzw. 103 der Versorgungsregelschaltung 10 sind eine Vielzahl von Verbrauchern parallel geschaltet, die hier aus Übersichtsgründen nicht dargestellt sind. Hierbei ist jeder einzelne Verbraucher zwischen dem gemeinsamen Versorgungsanschluss, dem Ausgang des DC/DC-Wandlers und einem der Rückführungseingänge angeordnet.
-
Die Lineartreiberschaltungen 130 dienen zur Erzeugung eines konstanten Stromes durch den Verbraucher, indem sie einen Spannungsabfall regeln. Zu diesem Zweck kann ein steuerbarer Widerstand innerhalb der Lineartreiberschaltung angeordnet sein, der in Serie zu dem Verbraucher geschaltet ist. Damit kann der über den angeschlossenen Verbraucher fließende Strom im Wesentlichen konstant gehalten werden. Der steuerbare Widerstand kann beispielsweise als Transistor ausgebildet sein, der in den Strompfad geschaltet ist. Die Ansteuerung des Transistors erfolgt über einen Vergleicher, der eine vor dem Transistor gemessene Spannung mit einem Referenzwert vergleicht. Die gemessene Spannung kann sich aus der Differenz der Potentiale an dem entsprechenden Rückführungseingang und dem ersten Versorgungspotential UBat ergeben.
-
Zu diesem Zweck ist der Ausgang der Lineartreiberschaltungsanordnungen 130 über den Anschluss 131 an das Versorgungspotenzial UBAT angeschlossen. Damit wird mit Vorteil der Spannungsabfall nicht auf das Referenzpotenzial GND sondern auf das erste Versorgungspotenzial UBAT geregelt. Auf diese Weise werden Verlust im DC/DC-Wandler sowie in der Lineartreiberschaltung reduziert und gleichzeitig die Auswirkung von Schwankungen auf dem Versorgungspotenzialanschluss VBAT auf die entsprechenden Verbraucher vermieden.
-
Sinkt nun der Kanalstrom durch den Verbraucher, beispielsweise, indem sich der Spannungsabfall über den Verbraucher verändert, so regelt die als linearen Stromregler ausgeführte Lineartreiberschaltung den über sie intern stattfindenden Spannungsabfall beispielsweise durch Ansteuerung des Transistors, um so den sinkenden Kanalstrom zu kompensieren.
-
Reicht eine Reduktion des Spannungsabfalls über die Lineartreiberschaltung nicht mehr aus, so erzeugt sie an ihrem Ausgang 136 ein Feedbacksignal, um den DC/DC-Wandler eine höhere Ausgangsspannung beziehungsweise ein höheres Ausgangspotenzial zu signalisieren.
-
Die beiden Lineartreiberschaltungsanordnungen 130 weisen zudem einen Diagnoseausgang 134 auf, an dem Diagnosesignale Diag abgreifbar sind. Damit können die Lineartreiberschaltungsanordnungen 130 beispielsweise Fehlfunktionen in den angeschlossenen Verbrauchern über eine entsprechende Messung von Spannungen beziehungsweise Strom detektieren und diese zur weiteren Diagnose an einen Mikrocontroller 110 weiterleiten. Für jeden angeschlossenen Verbraucher steht eine eigene Diagnoseleitung zur Verfügung, die gemeinsam einen Diagnosebus bilden.
-
Der Mikrocontroller 110 der Versorgungsregelschaltungen 10 wird über eine Busleitung 22 mit externen Steuersignalen beaufschlagt und mit den Versorgungspotenzial UBAT sowie dem Referenzpotenzial GND an den Anschlüssen 111 und 112 mit der notwendigen Energie versorgt. Der Mikrocontroller 110 kann einen Festspannungsregler und einen Bustransceiver enthalten. Der Festspannungsregler erzeugt die zum Betrieb des Kontrollers 110 notwendige Spannung, während der Bustransceiver eine Pegelwandlung und Aufbereitung der Steuersignale für den Mikrokontroller durchführt. Der Mikrocontroller verarbeitet so die über die Busleitung 22 kommenden Steuersignale und bereitet sie für eine Ansteuerung an die beiden Lineartreiberschaltungen 130 auf.
-
Die Ansteuerung der Lineartreiberschaltungen 130 erfolgt über mehrere Pulsweitenmodulationssignale PWM am Ausgang 115. Hierzu ist jeweils eine Leitung für einen Kanal der Lineartreiberschaltungen vorgesehen und zwischen diese und den Mikrokontroller angeordnet. Im vorliegenden Fall wären das 8 einzelne Steuerleitungen, die gemeinsam den Steuerbus bilden. Mit Hilfe des Mikrocontrollers 110 und des pulsweiten modulierten Signals arbeiten die einzelnen Stränge innerhalb der Lineartreiberschaltung 130 gleichzeitig als Schalter, um so die an sie angeschlossenen Verbraucher wahlweise zu aktivieren beziehungsweise zu deaktivieren. Im Bereich der Fahrzeugelektronik können damit eine Vielzahl verschiedener Funktionen durch separate und individuelle Ansteuerungen der einzelnen Leuchten realisiert werden.
-
3 zeigt einen Ausschnitt der Versorgungsregelschaltung 10 mit angeschlossenem Verbraucher 400. Der Verbraucher 400 umfasst eine Reihe parallel angeordneter Leuchtdioden, die wiederum in Serie geschaltet sind und somit parallel angeordnete Leuchtdiodenstränge bilden. Jeder Strang umfasst eine Vielzahl hintereinander geschalteter Leuchtdioden 405. Die Stränge sind eingangs- bzw. anodenseitig an den ersten Versorgungsausgang für das gemeinsame Versorgungspotenzial ULED+ angeschlossen. Ausgangs- bzw. kathodenseitig sind die einzelnen Stränge mit einem der Rückführungseingänge 15a bis 15g verbunden, die an die einzelnen Kanäle der Lineartreiberschaltungen 130 führen. Der letzte Rückführungseingang 15h bleibt frei und wird durch den Kontroller 110 als offen gekennzeichnet.
-
Die Lineartreiberschaltungen 130 umfassen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils vier parallel angeordnete Steuerkanäle für eine Strom- beziehungsweise Spannungsregelung. Jeder Kanal enthält einen linearen Stromregler, der beispielsweise ein in den Strompfad geschalteten regelbaren Widerstand, beispielsweise einen Feldeffekttransistor aufweist. Dieser kann an eine rückgekoppelte Vergleichsschaltung angeschlossen sein, die den Spannungsabfall über den Transistor misst und mit einem Referenzwert vergleicht. Dadurch kann individuell für jeden Kanal auf einen gewünschten Stromwert geregelt werden, so dass pro Strang verschiedenartige Leuchtdioden aber auch Fertigungsschwankungen in den Leuchtdioden innerhalb der verschiedenen Stränge kompensiert werden können. Mithilfe einer Strom- und Spannungsmessung wird zudem die Funktion der einzelnen Leuchtdioden innerhalb der Stränge diagnostiziert und am Ausgang 134 als Diagnosesignal bereitgestellt wird.
-
Eine weitere Ausführungsform der vorgeschlagenen Versorgungsregelanordnung zeigt 4. Hierbei ist eine Lineartreiberschaltungsanordnung 130a vorgesehen, die eine Vielzahl parallel angeordneter Lineartreiberschaltungen mit linearen Stromreglern aufweist, die jeweils einen regelbaren Stromkanal bilden. Jeder dieser Kanäle ist zudem zur Messung eines durch den Kanal fließenden Stromes ausgerüstet, um beispielsweise einen angeschlossenen Verbraucher zu detektieren beziehungsweise auf seine Funktionsfähigkeiten testen zu können. Die gemessenen Ergebnisse werden von der Lineartreiberschaltungsanordnung über den Ausgang 134 an einen Mikroprozessor 110 weitergereicht und dort verarbeitet. Der Mikroprozessor schließt aus den übertragenen Mess- und Diagnosewerten auf die Funktionsfähigkeit der an die Lineartreiberschaltungsanordnung 130a angeschlossenen Verbraucher 430b und 430c. Ebenso kann der Mikroprozessor auf den gesamten Stromverbrauch oder auf die Verlustleistung schließen, so dass er beispielsweise über die Steuerleitung ein Signal an den Eingang 104 des DC/DC-Wandlers abgibt, um dessen Ausgangspotential neu einzustellen. Eine Diagnosefunktion steht auch im Wandler 100 über den Ausgang 106 zur Verfügung.
-
Die Verbraucher können wie im vorgehenden Beispiel Leuchtdiodenstränge 430b, 430c mit einer Vielzahl in Serie geschalteter Leuchtdioden sein. Eingangsseitig ist jeder der Verbraucher an den Versorgungsanschluss für das vom DC/DC-Wandler 100 abgegebene über dem ersten Versorgungspotenzial UBAT liegende zweite Versorgungspotenzial ULED+ angeschlossen. Am Ausgang der Lineartreiberschaltungsanordnung 130a liegt wiederum das Versorgungspotenzial UBAT an. Die somit über die Verbraucher 430b und 430c und die Lineartreiberschaltungsanordnung 130a abfallende Spannung ergibt sich somit aus der Differenz des vom DC/DC-Wandler 100 bereitgestellte zweite Versorgungspotenzial ULED+ und dem ersten Versorgungspotenzial UBAT. Dadurch wird gegenüber einer Regelung auf das Referenzpotenzial GND die Verluste in der vorgeschlagenen Versorgungsregelschaltung reduziert.
-
Die Versorgungsregelschaltung weist darüber hinaus eine weitere Steuerschaltung 140 auf, die von einem Regelsignal PWM des Mikroprozessors 110 angesteuert wird. Die Steuerschaltung 140 ist an die Versorgungsanschlüsse 20 und 21 direkt angeschlossen und dient zur Ansteuerung eines weiteren Verbrauchers 500. Dieser weitere Verbraucher 500 ist im Gegensatz zu den Verbrauchern 430b und 430c anders ausgestaltet und benötigt beispielsweise keinen konstanten Kanalstrom, sondern kann direkt von der Versorgungsspannung an den Anschlüssen 20 und 21 versorgt werden. Beispielsweise kann dieser zweite Verbraucher Glühlampen aufweisen.
-
Mit der zusätzlichen Steuerschaltung 140 wird eine Versorgungsregelschaltung geschaffen, die einerseits mit Hilfe einer Lineartreiberschaltungsanordnung 130a und eines DC/DC-Wandlers spezielle Verbraucher versorgen können als auch über eine Steuerschaltung 140 Verbraucher, die mit der Versorgungsspannung direkt beaufschlagt werden können. Die Versorgungsregelschaltung erlaubt somit gerade im Fahrzeugbereich flexibel und je nach gewünschtem Fahrzeugtyp unterschiedliche Leuchtmittel mit der Versorgungsregelschaltung zu versorgen.
-
Eine weitere Ausgestaltung einer Versorgungsregelschaltung zeigt 5. In diesem Ausführungsbeispiel sind verschiedene Lineartreiberschaltungen 130b mit jeweils drei zu regelnden parallel angeordneten Stromkanälen vorgesehen. Die Lineartreiberschaltungen sind über ihren Ausgang 131 wiederum an das erste Versorgungspotenzial UBAT angeschlossen, welches auch dem DC/DC-Wandler 100, dem Festspannungsregler des Mikroprozessors 110 und der Schaltanordnung 140 zugeführt wird. Jede der Lineartreiberschaltungsanordnungen 130b umfasst einen Steuerausgang 134, welches an einen Multiplexer 137 angeschlossen sind. Der Multiplexer routet das Signal mit der höchsten Feedbackanforderung an den DC/DC-Wandler durch. An den Steuerausgängen 134 liegt ein jeweiliges Steuersignal an, das anzeigt ob einer der Kanäle der jeweiligen Lineartreiberschaltungen 130b einen für den Verbraucher 420 ausreichend hohen Strom bereitstellen kann. Wenn dies nicht der Fall ist, so wird ein Steuersignal in der Lineartreiberschaltung 130b erzeugt, und an den Multiplexer 137 weitergereicht. Dieser gibt das Signal als Feedbacksignal an den DC/DC-Wandler zurück, um ihm mitzuteilen, das Ausgangspotenzial ULED+ weiter zu erhöhen, um den notwendigen Kanalstrom für den Verbraucher 420 bereitzustellen. Entsprechend können die Lineartreiberschaltungen 130b auch ein Steuersignal erzeugen, dass dem Wandler 100 anzeigt, das Potential ULED+ zu reduzieren.
-
Der Verbraucher 420 umfasst eine Reihe parallel angeordneter einzelner Verbraucher, die jeweils eingangsseitig an den Ausgang des DC/DC-Wandlers 100 und ausgangsseitig an jeweils einen der Kanäle für die Lineartreiberschaltungen 130b angeschlossen ist. Der Verbraucher 420 kann beispielsweise eine Leuchtdiodenanordnung für Heckleuchten, Fahrzeugleuchten oder ähnliches sein.
-
Die Lineartreiberschaltungen 130b werden über pulsweitenmodulierte Steuersignale von dem Mikroprozessor 110 über die Steuereingänge 135 angesteuert. Dadurch lassen sich die einzelnen Kanäle der Lineartreiberschaltungen 130b auch als Schalter verwenden, um individuell die mit ihnen angeschlossen Verbraucher zu aktivieren beziehungsweise zu deaktivieren. Eine davon getrennte Steuerleitung CTRL führt zu der Schaltvorrichtung 140, die an einen weiteren Verbraucher 500 angeschlossen ist. Die Schaltvorrichtung 140 schaltet abhängig vom Steuersignal CTRL das Versorgungspotenzial UBAT auf den Verbraucher 500, der ausgangsseitig wiederum an das Referenzpotenzial GND direkt angeschlossen ist.
-
Mit der hier dargestellten Versorgungsregelschaltung lassen sich unterschiedliche Verbraucher, insbesondere unterschiedlich implementierte Heckleuchten in Kraftfahrzeugen anschließen und betreiben. Damit kann die Anzahl benötigter Treiberschaltungen und die Kosten reduziert werden. Gleichzeitig werden Wärmeverluste reduziert und zusätzlich die Ansteuerelektronik vom zentralen Steuergerät weg in eine dezentrale Einheit verlegt. Dies erlaubt es zusätzliche Funktionen zu implementieren, ohne jeweils das zentrale Steuergerät neu entwickeln beziehungsweise verändern zu müssen. Die einfache Ansteuerung über einen zentralen Bus reduziert die ansonsten notwendigen Kabelbäume, reduziert das Gewicht und Kosten. Zudem werden einzelne Verbraucher unabhängig von Schwankungen auf den Versorgungsleitungen 20 und 21.
-
Neue Techniken, beispielsweise eine adaptive Heckleuchte die abhängig von äußeren Einflüssen heller oder dunkler leuchtet kann durch Einstellung der einzelnen Kanalströme einfach implementiert werden. Der hier dargestellte modulare Aufbau einer Architektur aus einem zentralen Steuergerät mit einzelnen Versorgungsregelschaltungen und angeschlossenen Verbrauchern erlaubt einen Austausch einzelner Elemente ohne grundlegende neue Änderungen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- zentrales Steuergerät
- 10
- Versorgungsregelschaltung
- 11, 11a
- Leuchtmodul
- 11b
- Kennzeichenleuchte, Leuchtmodul
- 11c
- Leuchtmodul
- 12
- hochgesetzte Bremsleuchte
- 20, 20a, 20b
- Versorgungsleitung
- 21
- Masseleitung
- 100
- DC/DC-Wandler
- 101, 102
- Versorgungseingänge
- 103
- Versorgungsanschluss
- 104
- Steuereingang
- 110
- Mikrocontroller mit Festspannungsregler, Steuerschaltung,
- 111, 112
- Versorgungseingänge
- 114
- Diagnoseeingänge
- 113
- Steuereingang
- 115
- Steuerausgänge
- 130
- Lineartreiberschaltungen, Lineartreiberschaltungsanordnung
- 130a, 130b
- Lineartreiberschaltungen, Lineartreiberschaltungsanordnung
- 134
- Diagnoseausgänge
- 131
- Versorgungsausgang
- 135
- Steuereingänge
- 136
- Steuerausgang
- 400, 420,
- Verbraucher
- 430b, 430c
- Verbraucher
- 405
- Leuchtdioden
- 140
- Steuerschaltung
- 500
- Verbraucher
- CTRL
- Steuersignal
- PBM
- Steuersignal
- FB, Feedback
- Steuersignal
- DIAG
- Diagnosesignal
- ULED+
- zweites Versorgungspotenzial
- UBAT
- erstes Versorgungspotenzial
- GND
- Referenzpotenzial
- BUS
- Steuersignal
