DE102009054172A1 - Circuit for operating LED i.e. high-power-LED, of head light in motor vehicle, has LED linkage connected in parallel to another LED linkage, where LED linkages are operated with LED supply voltage - Google Patents

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Abstract

The circuit has a digital-to-analog converter (DAC1) converting voltage provided through a voltage supply, and a set of LEDs that is serially connected and comprised of a first LED linkage (LED String1). The converter generates LED supply voltage, and another set of LEDs includes second, third, fourth, and fifth LED linkages (LED String2- LED String5). The first linkage is connected in parallel to the second linkage, where the linkages are operated with the LED supply voltage greater than maximum LED forward voltage of the linkages. A control loop minimizes difference between the voltages.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Betreiben von Leuchtdioden, einen Scheinwerfer und ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a circuit for operating light-emitting diodes, a headlight and a motor vehicle.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Schaltung zum Betreiben von Leuchtdioden, insbesondere von High-Power-Leuchtdioden, wobei die Schaltung eine Spannungsversorgung, einen Wandler zum Wandeln der durch die Spannungsversorgung bereitgestellten Spannung und eine erste Leuchtdiodenkette mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufweist, wobei durch das Wandeln des Wandlers eine Leuchtdiodenversorgungsspannung gegeben ist und insbesondere der Wandler die Leuchtdiodenversorgungsspannung erzeugt.The invention relates in particular to a circuit for operating light-emitting diodes, in particular of high-power LEDs, wherein the circuit comprises a power supply, a converter for converting the voltage provided by the power supply and a first light-emitting diode chain having at least two series-connected LEDs, wherein the conversion of the converter is given a light-emitting diode supply voltage and in particular the converter generates the light-emitting diode supply voltage.

High-Power-Leuchtdioden weisen produktionsbedingt unterschiedliche Flussspannungen auf. Die Hersteller fassen daher Fertigungslose ihrer Leuchtdioden in Gruppen sogenannter Spannungsbins zusammen. Typischerweise variiert die Flussspannung einer weißen Leuchtdiode zwischen 2,5 Volt und 4 Volt.High-power light-emitting diodes have different flow voltages due to their production. The manufacturers therefore summarize production lots of their LEDs in groups of so-called voltage bins. Typically, the forward voltage of a white LED varies between 2.5 volts and 4 volts.

Eine Schaltung zur Ansteuerung von mehreren High-Power-Leuchtdioden, wie sie zum Beispiel in einem Leuchtdiodenscheinwerfer an einem Kraftfahrzeug verwendet wird, muss daher der Tatsache gerecht werden, dass Leuchtdioden in unterschiedlichen Spannungsbins vorliegen.A circuit for driving a plurality of high-power light-emitting diodes, as used for example in a light-emitting diode headlight on a motor vehicle, therefore has to do justice to the fact that light-emitting diodes are present in different voltage bins.

Es ist allgemein bekannt, dass High-Power-Leuchtdioden mit unterschiedlichen Spannungsbins etwa gleich hell leuchten, wenn die Stromstärke in den Leuchtdioden gleich ist. Deshalb ist es üblich, Leuchtdioden in Reihe zu schalten und den Strom durch die Leuchtdiodenkette auf einen Sollwert zu regeln. Wenn eine große Zahl von Leuchtdioden in Reihe geschaltet wird, ist es notwendig, die entsprechende Versorgungsspannung bereitzustellen. Dies erfolgt insbesondere durch einen Hochsetz- oder Tiefsetzsteller oder dergleichen.It is well known that high-power LEDs with different voltage bins shine about the same brightness when the current in the LEDs is the same. Therefore, it is common to connect LEDs in series and to regulate the current through the LED chain to a setpoint. If a large number of light emitting diodes are connected in series, it is necessary to provide the appropriate supply voltage. This is done in particular by a boost or buck converter or the like.

Eine weitere Anforderung resultiert aus der Tatsache, dass die Entwicklung von High-Power-Leuchtdioden fortschreitet und deshalb oft ältere Typen durch neue Typen ersetzt werden. Dabei soll möglichst die ursprüngliche Ansteuerschaltung verwendet werden. Da sich bei dem Einsetzen neuer Leuchtdioden die Flussspannung, der Nennstrom und/oder die Lichtausbeute der Leuchtdioden ändern, muss die Ansteuerschaltung es erlauben, Leuchtdiodenketten variabler Länge mit variablem Strom zu betreiben. In diesem Zusammenhang wird von Stromklassen gesprochen, bei denen Leuchtdiodenketten so zusammengefasst werden, dass sie mit einem bestimmten Strom betreibbar sind.Another requirement stems from the fact that the development of high-power light-emitting diodes is progressing and therefore often older types are replaced by new types. In this case, if possible, the original drive circuit should be used. Since with the onset of new LEDs, the forward voltage, the rated current and / or the luminous efficacy of the light-emitting diodes change, the drive circuit must allow variable-length light-emitting diode chains operate with variable current. In this context, one speaks of classes of current in which light-emitting diode strings are combined so that they can be operated with a certain current.

Eine weitere Anforderung ist, dass auch High-Power-Leuchtdioden üblicherweise mit ihrem Nennstrom angesteuert werden, um die Farbtemperatur konstant zu halten. Deshalb erfolgt die Helligkeitsregelung durch eine pulsweitenmodellierte Ansteuerung (LED-PWM).Another requirement is that even high-power LEDs are usually controlled with their rated current in order to keep the color temperature constant. Therefore, the brightness control is carried out by a pulse width modeled control (LED PWM).

Ansteuerschaltungen, welche diese allgemeinen Anforderungen erfüllen, sind als integrierte Schaltungen am Markt verfügbar.Drive circuits that meet these general requirements are available as integrated circuits in the market.

Nachteilig an dem Stand der Technik kann unter Umständen sein, dass der erreichbare Wirkungsgrad der Ansteuerschaltung zu gering ist. Wenn die entsprechende Flussspannung der Leuchtdiodenkette weit von der Versorgungsspannung abweicht, sinkt der Wirkungsgrad des Hochsetz- bzw. Tiefsetzstellers. Ohne weiteres können ca. 10% der geschalteten Leistung als Verlustleistung anfallen.A disadvantage of the prior art may be under circumstances that the achievable efficiency of the drive circuit is too low. If the corresponding forward voltage of the light-emitting diode chain deviates far from the supply voltage, the efficiency of the step-up or step-down converter drops. Without further ado about 10% of the switched power can be incurred as power loss.

Wird die Schaltung für den Einsatz in einem Leuchtdiodenscheinwerfer im Automobil vorgesehen, muss die Schaltung auch bei Umgebungstemperaturen von über 100°C funktionstüchtig sein. Wenn die Scheinwerfer beispielsweise eine Leistung von 200 Watt haben, müssen bei diesen hohen Umgebungstemperaturen 20 Watt Verlustleistung abführbar sein.If the circuit is intended for use in a light-emitting diode headlight in automobiles, the circuit must also be functional at ambient temperatures of over 100 ° C. For example, if the headlights have a power of 200 watts, 20 watts of power dissipation must be dissipative at these high ambient temperatures.

Um diese Wärme abzuführen, kann sich der Fachmann beispielweise spezieller Bauelemente mit erweiterten Temperaturbereichen, einer aktiven Kühlung oder einer vergrößerten Kühlfläche bedienen. Dabei ist zu beachten, dass in jedem dieser Fälle der Aufwand bzw. die Kosten für die Wärmeabfuhr hoch sind.In order to dissipate this heat, the person skilled in the art can, for example, make use of special components with extended temperature ranges, active cooling or an enlarged cooling surface. It should be noted that in each of these cases, the cost or the cost of heat dissipation are high.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the state of the art.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Schaltung zum Betreiben von Leuchtdioden, insbesondere von High-Power-Leuchtdioden, wobei die Schaltung eine Spannungsversorgung, einen Wandler zum Wandeln der durch die Spannungsversorgung bereitgestellten Spannung und eine erste Leuchtdiodenkette mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufweist, wobei durch das Wandeln des Wandlers eine Leuchtdiodenversorgungsspannung gegeben ist und insbesondere der Wandler die Leuchtdiodenversorgungsspannung erzeugt und die Schaltung eine zweite Leuchtdiodenkette mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufweist und die erste Leuchtdiodenkette parallel zur zweiten Leuchtdiodenkette geschaltet ist und die erste Leuchtdiodenkette und die zweite Leuchtdiodenkette mit der Leuchtdiodenversorgungsspannung betrieben werden.The object is achieved by a circuit for operating light-emitting diodes, in particular high-power LEDs, wherein the circuit has a power supply, a converter for converting the voltage provided by the power supply and a first light-emitting diode chain with at least two series-connected LEDs, wherein is given by the conversion of the converter, a light-emitting diode supply voltage and in particular the converter generates the LED supply voltage and the circuit has a second light-emitting diode chain with at least two series-connected LEDs and the first light-emitting diode chain is connected in parallel to the second LED chain and the first light-emitting diode chain and the second LED chain with the Light emitting diode supply voltage to be operated.

Folgende Begrifflichkeiten seien erläutert:
Die „Spannungsversorgung” kann sowohl eine Spannungsquelle als auch eine Stromquelle umfassen, wobei die Stromquelle auf die Spannungserfordernisse der Schaltung angepasst ist.The following terms are explained:
The "power supply" may include both a voltage source and a power source, the power source being adapted to the voltage requirements of the circuit.

Der „Wandler” zum Wandeln der durch die Spannungsversorgung bereitgestellten Spannung kann sowohl als ein Hochsetzsteller für das Erhöhen der Spannung als auch als ein Tiefsetzsteller für das Erniedrigen der Spannung ausgestaltet sein.The "converter" for converting the voltage provided by the power supply can be configured both as a boost converter for increasing the voltage and as a step-down converter for lowering the voltage.

Durch die hier vorgegebene Lösung der Aufgabe kann die Leuchtdiodenspannungsversorgung auf einen niedrigeren Wert hochgesetzt werden als bei einer im Stand der Technik verwendeten Schaltung. Dadurch kann sich die Amplitude des Wechselstroms in der Hochsetzsteller- bzw. Tiefsetzstellerinduktivität verringern.By the solution of the problem given here, the LED power supply can be set to a lower value than in a circuit used in the prior art. This may reduce the amplitude of the alternating current in the boost converter or buck converter inductance.

Hinsichtlich der Induktivität des Wandlers kann der Kern der Spule aus einem kostengünstigen Kernmaterial gefertigt sein, da geringere Rippelströme auftreten. Es wird hier darauf hingewiesen, dass Rippelstrom und Stromrippel im weiteren Text synonym anzusehen sind.With regard to the inductance of the transducer, the core of the coil may be made of a low-cost core material, since lower ripple currents occur. It is pointed out here that ripple current and current ripple are to be regarded synonymously in the further text.

Aufgrund des geringeren Rippelstroms können sich die Wechselstromverluste in der Kupferwicklung und die Ummagnetisierungsverluste im Kern der Spule verringern. Weiterhin kann sich aufgrund des geringeren Rippelstroms die elektromagnetische Abstrahlung über die Versorgungsleitung der Schaltung verringern. Weiterhin können in der Schaltung kostengünstigere Schalttransistoren mit geringeren Spannungsfestigkeiten zum Einsatz kommen, und es können sich Schaltverluste an dem Schalttransistor verringern, da die geschalteten Spannungen niedriger sind.Due to the lower ripple current, the AC losses in the copper winding and the core losses in the core of the coil can be reduced. Furthermore, due to the lower ripple current, the electromagnetic radiation can be reduced via the supply line of the circuit. Furthermore, less expensive switching transistors with lower voltage strengths can be used in the circuit, and switching losses on the switching transistor can be reduced since the switched voltages are lower.

Wie sich überraschenderweise herausgestellt hat, können durch die vorgeschlagene Erfindung die Verlustleistungen des Spannungswandlers auf bis zu 25% oder mehr der bisher üblichen Werte verringert werden.As has surprisingly been found, by the proposed invention, the power losses of the voltage converter can be reduced to up to 25% or more of the usual values.

In einer weiteren Ausprägung kann die Schaltung eine dritte Leuchtdiodenkette, eine vierte Leuchtdiodenkette, eine fünfte Leuchtdiodenkette oder weitere Leuchtdiodenketten mit jeweils wenigstens zwei Leuchtdioden aufweisen. Somit kann die Anzahl der Leuchtdioden erhöht werden, wodurch sich Leuchtstärke der Schaltung erhöht.In a further embodiment, the circuit may have a third light-emitting diode chain, a fourth light-emitting diode chain, a fifth light-emitting diode chain or further light-emitting diode chains each having at least two light-emitting diodes. Thus, the number of LEDs can be increased, thereby increasing the luminous intensity of the circuit.

Um die Anzahl der Wandler gering zu halten, können die dritte Leuchtdiodenkette, die vierte Leuchtdiodenkette, die fünfte Leuchtdiodenkette oder die weiteren Leuchtdiodenketten mit derselben gewandelten Spannung betrieben werden.In order to keep the number of transducers small, the third light-emitting diode chain, the fourth light-emitting diode chain, the fifth light-emitting diode chain or the other light-emitting diode chains can be operated with the same converted voltage.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann wenigstens eine der Leuchtdiodenketten drei Leuchtdioden, vier Leuchtdioden, fünf Leuchtdioden oder mehr Leuchtdioden aufweisen. Somit kann die Leuchtintensität der Schaltung erhöht werden.In a further embodiment of the invention, at least one of the light-emitting diode chains can have three light-emitting diodes, four light-emitting diodes, five light-emitting diodes or more light-emitting diodes. Thus, the luminous intensity of the circuit can be increased.

Um die Leuchtstärke der Leuchtdioden optimal auszunutzen, kann die Leuchtdiodenversorgungsspannung höher als eine Leuchtdiodenflussspannung ausgeprägt sein, wobei insbesondere die Leuchtdiodenversorgungsspannung höher als die höchste Leuchtdiodenflussspannung der Leuchtdiodenkette ist und dann eine Maximalversorgungsspannung vorliegt.In order to optimally utilize the luminosity of the light emitting diodes, the light emitting diode supply voltage can be higher than a light emitting diode voltage, wherein in particular the light emitting diode supply voltage is higher than the highest light emitting diode voltage of the light emitting diode chain and then there is a maximum supply voltage.

Eine „Leuchtdiodenflussspannung” ist insbesondere die Spannung, die an die Leuchtdiodenkette angelegt werden muss, um den für die Leuchtstärke erforderlichen Strom durch die Leuchtdiodenkette fließen zu lassen.A "light-emitting diode voltage" is, in particular, the voltage which has to be applied to the light-emitting diode chain in order to allow the current required for the luminous intensity to flow through the light-emitting diode chain.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die Schaltung einen Regler aufweisen, welcher anhand eines fließenden Stroms, insbesondere eines mittels eines Shuntwiderstands gemessenen Stroms, in einer der Leuchtdiodenketten und/oder anhand einer zu dem in der Leuchtdiodenketten fließenden Strom proportionalen Größe, insbesondere anhand eines Spannungsrippels oder Stromrippels, die Leuchtdiodenversorgungsspannung regelt.In a further refinement, the circuit may have a regulator which, based on a flowing current, in particular a current measured by means of a shunt resistor, in one of the light-emitting diode chains and / or on the basis of a variable proportional to the current flowing in the light-emitting diode chain, in particular based on a voltage ripple or current ripple , which regulates LED supply voltage.

Somit kann sich die Schaltung auf neue Nennstrombedingungen anpassen. Solche neuen Nennstrombedingungen treten insbesondere beim Austausch und/oder durch Altern der Leuchtdioden auf.Thus, the circuit can adapt to new nominal current conditions. Such new nominal current conditions occur in particular during replacement and / or aging of the LEDs.

In einer diesbezüglichen Ausprägungsform kann der Regler eine Differenz zwischen der Leuchtdiodenversorgungsspannung und der Leuchtdiodenflussspannung minimieren.In a related form, the controller may minimize a difference between the LED supply voltage and the LED drain voltage.

Um die Kosten zu verringern, kann eine Anzahl der Wandler wenigstens um 1 gegenüber einer Anzahl der Leuchtdiodenketten verringert sein.To reduce the cost, a number of transducers may be reduced by at least 1 versus a number of the LED strings.

In einer weiteren Ausgestaltung kann jeder Leuchtdiodenkette ein Stromregler, insbesondere Digital-Analog-Konverter (DAC), zugeordnet sein, sodass der jeweiligen Leuchtdiodenkette ein Strom zuordenbar ist. Somit kann jeder einzelnen Leuchtdiodenkette steuernd ein Strom aufgeprägt werden.In a further refinement, each light-emitting diode chain can be assigned a current regulator, in particular a digital-to-analog converter (DAC), so that a current can be assigned to the respective light-emitting diode chain. Thus, each individual LED chain controlling a current can be impressed.

Um eine kostengünstige Stromversorgung bereitzustellen, kann der der Stromregler oder entsprechend der Digital-Analog-Konverter einen elektronischen Schalter, insbesondere einen Transistor, aufweisen, wobei dem elektronischen Schalter ein Stromregler-Pulsweitenmodulationssignal oder entsprechend ein Digital-Analog-Konverter-Pulsweitenmodulationssignal aufgeprägt wird, sodass der in der zugeordneten Leuchtdiodenkette fließende Strom in einem zeitlichen Mittel einer erforderlichen Stromklasse entspricht.To provide a cost-effective power supply, the current regulator or according to the digital-to-analog converter, an electronic switch, in particular a transistor, have, wherein the electronic switch, a current controller pulse width modulation signal or according to a digital-to-analog converter Pulse width modulation signal is impressed, so that the current flowing in the associated LED chain current corresponds in a time average of a required class of current.

Dazu sei Folgendes erläutert: In einer „Stromklasse” werden mehrere Leuchtdioden zusammengefasst, sodass diese mit einem Stromwert betrieben werden, der in der Stromklasse angegeben ist. Typische Stromklassen sind dabei 300 mA, 700 mA oder 1 A. Das heißt, dass eine Leuchtdiodenzusammenstellung so ausgewählt wird, dass die Leuchtdiodenkette beispielsweise von einem Strom von 1 A zu betreiben ist.To this end, the following is explained: In a "power class" several LEDs are summarized, so that they are operated with a current value, which is specified in the power class. Typical current classes are 300 mA, 700 mA or 1 A. This means that a light-emitting diode assembly is selected so that the light-emitting diode chain can be operated, for example, by a current of 1 A.

Um sowohl einer Leuchtdiodenkette einen Strom aufzuprägen als auch die Helligkeit dieser Leuchtdiodenkette zu regeln, kann eine Frequenz des Stromregler-Pulsweitenmodulationssignals oder entsprechend eine Frequenz des Digital-Analog-Konverter-Pulsweitenmodulationssignals zwischen dreimal und fünfzigmal, insbesondere ca. zehnmal, höher sein als eine Frequenz eines Helligkeits-Pulsweitenmodulationssignals.In order to impart a current both to a light-emitting diode chain and to regulate the brightness of this light-emitting diode chain, a frequency of the current regulator pulse width modulation signal or, correspondingly, a frequency of the digital-to-analog converter pulse width modulation signal may be between three and fifty times, in particular approximately ten times, higher than a frequency a brightness pulse width modulation signal.

Dabei kann beispielsweise das Stromregler-Pulsweitenmodulationssignal oder entsprechend das Digital-Analog-Konverter-Pulsweitenmodulationssignal mit dem Helligkeits-Pulsweitenmodulationssignal multipliziert oder im Frequenzbereich gefaltet werden.In this case, for example, the current controller pulse width modulation signal or, correspondingly, the digital / analog converter pulse width modulation signal can be multiplied by the brightness pulse width modulation signal or folded in the frequency domain.

Über das Helligkeits-Pulsweitenmodulationssignal kann die Helligkeit einer Leuchtdiodenkette dadurch gesteuert werden, dass beispielsweise für eine bestimmte Zeit ein Strom fließt und für eine bestimmte Zeit kein Strom fließt. Somit kann mittels des Helligkeits-Pulsweitenmodulationssignals eine Dimmung erreicht werden.By means of the brightness pulse width modulation signal, the brightness of a light-emitting diode chain can be controlled in that, for example, a current flows for a certain time and no current flows for a certain time. Thus, a dimming can be achieved by means of the brightness pulse width modulation signal.

In einer weiteren Ausprägung kann eine Leuchtdiodenkette oder können mehrere Leuchtdiodenketten einem Tiefpassfilter zugeordnet sein, sodass Stromschwankungen insbesondere aufgrund von Stromrippel, unterdrückbar sind. Somit kann die Lebensdauer der Leuchtdioden verlängert oder können Lichtschwankungen der Leuchtdioden verringert werden.In a further embodiment, a light-emitting diode chain or multiple light-emitting diode chains can be assigned to a low-pass filter, so that current fluctuations, in particular due to current ripple, can be suppressed. Thus, the life of the LEDs can be extended or light fluctuations of the LEDs can be reduced.

Um die Schaltung stabil betreiben zu können, kann das Tiefpassfilter so dimensioniert sein, dass dieses eine Modulationsfrequenz des Stromregler-Pulsweitenmodulationssignals oder entsprechend des Digital-Analog-Konverter-Pulsweitenmodulationssignals optimal unterdrückt.In order to operate the circuit stable, the low-pass filter can be dimensioned so that this optimally suppresses a modulation frequency of the current controller pulse width modulation signal or according to the digital-analog converter pulse width modulation signal.

In einer weiteren Ausprägung kann die Schaltung einen Abwärtswandler aufweisen, welcher die Maximalspannung für die Leuchtdiodenketten herunterwandelt, welche nicht die höchste Leuchtdiodenflussspannung aufweisen. Somit kann für mehrere Leuchtdiodenketten die Differenz zwischen der Leuchtdiodenversorgungsspannung und der individuellen Leuchtdiodenflussspannung verringert werden.In a further embodiment, the circuit may comprise a buck converter which down-converts the maximum voltage for the LED strings which do not have the highest LED drain voltage. Thus, for multiple LED strings, the difference between the LED supply voltage and the individual LED drain voltage can be reduced.

Um die Kosten zu verringern, kann ein Filter als Abwärtswandler verwendet werden.To reduce costs, a filter can be used as a down converter.

In einer diesbezüglichen weiteren Ausführungsform kann eine Filterdrossel als Filter verwendet werden. Somit kann ein kostengünstiges und einfaches Bauteil als Filter verwendet werden.In another related embodiment, a filter choke can be used as a filter. Thus, a low-cost and simple component can be used as a filter.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Scheinwerfer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher eine zuvor beschriebene Schaltung aufweist.In a further aspect of the invention, the object is achieved by a headlight, in particular for a motor vehicle, which has a previously described circuit.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden durch ein Kraftfahrzeug, welches einen wie zuvor beschriebenen Scheinwerfer aufweist.In a further embodiment of the invention, the object can be achieved by a motor vehicle having a headlight as described above.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.Furthermore, the invention will be explained with reference to an embodiment.

Dabei zeigenShow

1 ein schematisches Blockschaltbild für die Umsetzung der Erfindung für einen Leuchtdiodenautomobilscheinwerfer und 1 a schematic block diagram for the implementation of the invention for a light emitting diode automobile headlamp and

2 einen zugehörigen Schaltplan zu einer Realisation eines Automobilscheinwerfers mit zwei Leuchtdiodenketten. 2 an associated circuit diagram for a realization of an automotive headlamp with two LED chains.

In dem Blockschaltbild der 1 dient die Batterie der Spannungsversorgung der Schaltung. Der nachfolgende Verpolschutz schützt die Schaltung vor dem Verpolen, sodass keine Schäden in der Schaltung entstehen. Der EMI-Filter schützt das Bordnetz (Batterie) vor Signalen aus der nachfolgenden Schaltung. Der Boost-Konverter (Boost-Converter) ist als Hochsetzsteller ausgestaltet, der die von der Batterie gelieferte Spannung 1 Volt oberhalb der höchsten Leuchtdiodenflussspannung der einzelnen Leuchtdiodenketten (LED Stritng1, LED String2, LED String3, LED String4, LED StringX) wandelt.In the block diagram of 1 the battery is used to supply power to the circuit. The following polarity reversal protection protects the circuit from reverse polarity, so that no damage occurs in the circuit. The EMI filter protects the electrical system (battery) from signals from the following circuit. The boost converter is designed as a step-up converter, which converts the voltage supplied by the battery 1 volt above the highest LED voltage of the individual LED chains (LED Stritng1, LED String2, LED String3, LED String4, LED StringX).

Die einzelnen Digital-Analog-Konverter (DAC1 bis DACx) werden mittels eines DAC-Pulsweitenmodulationssignals, welches aus dem jeweiligen PWM-Funktionsteil (PWM1 bis PWMx) stammt, so beaufschlagt, dass diese mit den durch den Boost-Konverter gelieferten Spannungen den einzelnen Leuchtdiodenketten (LED String1 bis LED Stringx) einen für Leuchtdiodenketten (LED String1 bis LED Stringx) spezifischen Strom aufprägen.The individual digital-to-analog converters (DAC1 to DACx) are acted upon by means of a DAC pulse width modulation signal which originates from the respective PWM functional part (PWM1 to PWMx) in such a way that it supplies the individual light-emitting diode chains with the voltages supplied by the boost converter (LED String1 to LED Stringx) imprint a specific current for LED strings (LED String1 to LED Stringx).

Die in der CPU abgelegte Software multipliziert die einzelnen aus den PWM-Funktionsteilen (PWM1 bis PWMx) stammenden DAC-Pulsweitenmodulationssignale mit einem Leuchtdiodenpulsweitenmodulationssignal, wodurch die Helligkeit der einzelnen Leuchtdiodenketten einstellbar ist. So besteht ein PWM-Siganl aus der Überlagerung eines Leuchtdiodenpulsweitenmodulationssignals mit einem DAC-Pulsweitenmodulationssignal.The software stored in the CPU multiplies the individual DAC pulse width modulation signals originating from the PWM function parts (PWM1 to PWMx) by a light-emitting diode pulse width modulation signal, whereby the brightness of the individual light-emitting diode chains can be adjusted. Thus, a PWM signal consists of the superimposition of a light-emitting diode pulse width modulation signal with a DAC pulse width modulation signal.

Die in den Leuchtdiodenketten fließenden Ströme werden mittels eines Shuntwiderstands bestimmt und über den Multiplexer und den Digital-Analog-Konverter der CPU ausgelesen und ausgewertet. Diese Auswertung führt dazu, dass die einzelnen PWM-Signale aus den jeweiligen PWM-Funktionsteilen (PWM1 bis PWMx) mittels der zugehörigen DAC-Bausteine (DAC1 bis DACx) den Strom für jede einzelne Leuchtdiodenkette (LED String1 bis LED Stringx) regeln. Die Auswertungs- und Regelalgorithmen sind als Software und/oder Hardware in der CPU implementiert.The currents flowing in the light-emitting diode chains are determined by means of a shunt resistor and read out and evaluated via the multiplexer and the digital-to-analog converter of the CPU. This evaluation means that the individual PWM signals from the respective PWM function parts (PWM1 to PWMx) use the associated DAC blocks (DAC1 to DACx) to regulate the current for each individual LED string (LED String1 to LED Stringx). The evaluation and control algorithms are implemented as software and / or hardware in the CPU.

Im Weiteren wird das Blockschaltbild anhand des Schaltplans aus 2 erläutert.In the following, the block diagram is based on the circuit diagram 2 explained.

Die Batterie V1 stellt die Bordnetzspannung bereit. Die Bordnetzspannung stammt beispielsweise aus einem Kraftfahrzeug. Diese Bordnetzspannung wird über den Hochsetzsteller L2, Q1, D1 auf 17 Volt gewandelt. Dazu stellt die Spannungsquelle V4 ein PWM-Signal bereit. Die hoch gesetzte Spannung speist 2 Leuchtdiodenketten.The battery V1 provides the vehicle electrical system voltage. The vehicle electrical system voltage comes for example from a motor vehicle. This vehicle electrical system voltage is converted via the boost converter L2, Q1, D1 to 17 volts. For this purpose, the voltage source V4 provides a PWM signal. The high set voltage feeds 2 LED strings.

Leuchtdiodenkette 1 besteht aus den Dioden D2, D3, D4 und D5. Von der Leuchtdiodenkette 1 fließt der Strom über den die Digital-Analog-Konverter (DAC) ab. Der DAC wird durch ein LC-Glied gebildet (auf L1, C1). Der durch den DAC und die Leuchtdiodenkette fließende elektrische Strom wird über ein Signal gesteuert, das von dem UND-Gatter U1a erzeugt wird. Das UND-Gatter U1a multipliziert das Digital-Analog-Konverter-Pulsweitenmodulationssignal, welches von der Spannungsquelle V2 bereitgestellt wird, mit dem zweiten Modulationssignal, welches von der Spannungsquelle V3 bereitgestellt wird.LED chain 1 consists of the diodes D2, D3, D4 and D5. From the light-emitting diode chain 1, the current flows through the the digital-to-analog converter (DAC). The DAC is formed by an LC element (on L1, C1). The electric current flowing through the DAC and the light emitting diode chain is controlled by a signal generated by the AND gate U1a. The AND gate U1a multiplies the digital-to-analog converter pulse width modulation signal provided from the voltage source V2 with the second modulation signal provided from the voltage source V3.

Öffnet der Transistor Q2, wird der Kondensator C1 über seinen Innenwiderstand R9 und den Innenwiderstand des Transistors Q2 entladen, und der elektrische Strom durch die Filterdrossel L1 steigt an. Schließt Q2, sinkt der Strom durch L1, und C1 lädt sich auf. Wird das Spannungsripple über C1 mit der Kapazität von C1 multipliziert, ist die Ladung gegeben, die vom Kondensator C1 abfließt.When the transistor Q2 opens, the capacitor C1 is discharged via its internal resistance R9 and the internal resistance of the transistor Q2, and the electric current through the filter inductor L1 rises. When Q2 closes, the current goes down through L1 and C1 charges up. If the voltage ripple across C1 is multiplied by the capacitance of C1, the charge is released, which flows away from the capacitor C1.

Wird die Frequenz der DAC mit der DAC-Pulsweitenmodulationssignals multipliziert, kann ein Wert für die Stromstärke in der Leuchtdiodenkette ermittelt werden. Somit wird durch die Messung des Spannungsrippels zwischen R10 und R11 die momentane Stromstärke bestimmt. Die Pulsweise der DAC-PWM kann so entsprechend der Stromklasse geregelt werden. In derselben Weise wird der Strom durch die Kette D6, D7, D8 und D9 geregelt.If the frequency of the DAC is multiplied by the DAC pulse width modulation signal, a value for the current intensity in the LED chain can be determined. Thus, by measuring the voltage ripple between R10 and R11, the instantaneous current is determined. The pulse mode of the DAC-PWM can thus be regulated according to the current class. In the same way, the current is regulated by the chain D6, D7, D8 and D9.

Claims (18)

Schaltung zum Betreiben von Leuchtdioden, insbesondere von High-Power-Leuchtdioden, wobei die Schaltung eine Spannungsversorgung, einen Wandler zum Wandeln der durch die Spannungsversorgung bereitgestellten Spannung und eine erste Leuchtdiodenkette mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufweist, wobei durch das Wandeln des Wandlers eine Leuchtdiodenversorgungsspannung gegeben ist und insbesondere der Wandler die Leuchtdiodenversorgungsspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung eine zweite Leuchtdiodenkette mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufweist und die erste Leuchtdiodenkette parallel zur zweiten Leuchtdiodenkette geschaltet ist und die erste Leuchtdiodenkette und zweite Leuchtdiodenkette mit der Leuchtdiodenspannungsversorgung betrieben wird.Circuit for operating light-emitting diodes, in particular of high-power light-emitting diodes, the circuit having a voltage supply, a converter for converting the voltage provided by the voltage supply and a first light-emitting diode chain with at least two series-connected LEDs, wherein by converting the converter Light emitting diode supply voltage is given and in particular the converter generates the LED supply voltage, characterized in that the circuit has a second LED chain with at least two series-connected LEDs and the first light-emitting diode chain is connected in parallel to the second LED chain and the first light-emitting diode chain and second LED chain is operated with the LED power supply , Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung eine dritte Leuchtdiodenkette, vierte Leuchtdiodenkette, fünfte Leuchtdiodenkette oder weitere Leuchtdiodenketten mit jeweils wenigstens zwei Leuchtdioden aufweist.Circuit according to Claim 1, characterized in that the circuit has a third light-emitting diode chain, fourth light-emitting diode chain, fifth light-emitting diode chain or further light-emitting diode chains, each having at least two light-emitting diodes. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Leuchtdiodenkette, die vierte Leuchtdiodenkette, die fünfte Leuchtdiodenkette oder die weiteren Leuchtdiodenketten mit der Leuchtdiodenversorgungsspannung betrieben werden.A circuit according to claim 2, characterized in that the third light-emitting diode chain, the fourth light-emitting diode chain, the fifth light-emitting diode chain or the other light-emitting diode chains are operated with the light-emitting diode supply voltage. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Leuchtdiodenketten drei Leuchtdioden, vier Leuchtdioden, fünf Leuchtdioden oder mehr Leuchtdioden aufweist.Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the light-emitting diode chains has three LEDs, four LEDs, five LEDs or more light-emitting diodes. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenversorgungsspannung höher als eine Leuchtdiodenflussspannung ausgeprägt ist, wobei insbesondere die Leuchtdiodenversorgungsspannung höher als die höchste Leuchtdiodenflussspannung der Leuchtdiodenketten ausgeprägt ist und dann eine Maximalversorgungsspannung vorliegt.Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting diode supply voltage is higher than a Leuchtdiodenflussspannung pronounced, in particular, the light-emitting diode supply voltage is higher than the highest Leuchtdiodenflussspannung the LED chains pronounced and then present a maximum supply voltage. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung einen Regler aufweist, welcher anhand eines fließenden Stroms, insbesondere eines mittels eines Shuntwiderstands gemessenen Stroms, in einer der Leuchtdiodenketten und/oder anhand einer zu dem in einer der Leuchtdiodenketten fließenden Strom proportionalen Größe, insbesondere anhand eines Spannungsrippels oder eines Stromrippels, die Leuchtdiodenversorgungsspannung regelt.Circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the circuit comprises a regulator which, based on a current flowing, in particular a current measured by means of a shunt resistor, in one of LED chains and / or based on a proportional to the current flowing in one of the light-emitting diode strings size, in particular on the basis of a voltage ripple or a current ripple, the LED supply voltage controls. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler eine Differenz zwischen der Leuchtdiodenversorgungsspannung und der Leuchtdiodenflussspannung minimiert.A circuit according to claim 6, characterized in that the controller minimizes a difference between the LED supply voltage and the LED drain voltage. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Wandler wenigstens um 1 gegenüber einer Anzahl der Leuchtdiodenketten verringert ist.Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that a number of transducers is reduced by at least 1 relative to a number of light-emitting diode chains. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leuchtdiodenkette ein Stromregler, insbesondere ein Digital-Analog-Konverter, zugeordnet ist, sodass der jeweiligen Leuchtdiodenkette ein Strom zuordenbar ist.Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that each LED chain, a current regulator, in particular a digital-to-analog converter is assigned, so that the respective LED chain, a current is assigned. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromregler oder der Digital-Analog-Konverter einen elektronischen Schalter, insbesondere einen Transistor, aufweist, wobei dem elektronischen Schalter ein Stromregler-Pulsweitenmodulationssignal, insbesondere ein Digital-Analog-Konverter-Pulsweitenmodulationssignal, aufgeprägt wird, sodass der in der zugeordneten Leuchtdiodenkette fließende Strom in einem zeitlichen Mittel einer erforderlichen Stromklasse entspricht.Circuit according to Claim 9, characterized in that the current regulator or the digital / analog converter has an electronic switch, in particular a transistor, wherein the electronic switch is impressed with a current regulator pulse width modulation signal, in particular a digital / analogue converter pulse width modulation signal, so that the current flowing in the associated light-emitting diode chain corresponds in a time average to a required current class. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz des Stromregler-Pulsweitenmodulationssignals oder des Digital-Analog-Konverter-Pulsweitenmodulationssignals zwischen dreimal und fünfzigmal, insbesondere circa zehnmal, höher ist als eine Frequenz eines Helligkeitspulsweitenmodulationssignals.A circuit according to claim 10, characterized in that a frequency of the current regulator pulse width modulation signal or the digital-to-analog converter pulse width modulation signal between three and fifty times, in particular approximately ten times, is higher than a frequency of a brightness pulse width modulation signal. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer Leuchtdiodenkette oder mehreren Leuchtdiodenketten ein Tiefpassfilter zugeordnet ist, sodass Stromschwankungen, insbesondere Stromrippel, unterdrückbar sind.Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that a light-emitting diode chain or a plurality of light-emitting diode chains is associated with a low-pass filter, so that current fluctuations, in particular current ripple, can be suppressed. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilter so dimensioniert ist, dass dieses eine Modulationsfrequenz des Stromregler-Pulsweitenmodulationssignal oder des Digital-Analog-Konverter-Pulsweitenmodulationssignals unterdrückt oder verringert.A circuit according to claim 12, characterized in that the low-pass filter is dimensioned such that it suppresses or reduces a modulation frequency of the current controller pulse width modulation signal or the digital-to-analog converter pulse width modulation signal. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung einen Abwärtswandler aufweist, welcher die Maximalspannung für die Leuchtdiodenketten herunterregelt, welche nicht die höchste Leuchtdiodenflussspannung aufweisen.Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit comprises a buck converter which down-regulates the maximum voltage for the light-emitting diode chains, which do not have the highest light-emitting diode voltage. Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter als Abwärtswandler verwendet ist.Circuit according to claim 14, characterized in that a filter is used as a down converter. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterdrossel als Filter verwendet ist.Circuit according to claim 15, characterized in that a filter choke is used as a filter. Scheinwerfer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher eine Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.Headlamp, in particular for a motor vehicle, which has a circuit according to one of claims 1 to 16. Kraftfahrzeug, welches einen Scheinwerfer nach Anspruch 17 oder eine Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.Motor vehicle having a headlamp according to claim 17 or a circuit according to one of claims 1 to 16.
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