DE102017116647B4 - Calibration of the supply voltage for lighting systems - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Kalibrierung einer Versorgungsspannung (VS) für Beleuchtungssysteme, umfassend eine Vielzahl von LED-Strängen (27, 31) aus lichtemittierenden Dioden (LEDs) (26), wobei das Verfahren umfasst:- Einstellen (301, 313, 314) der Versorgungsspannung (VS) auf einen ersten Spannungswert,- Bereitstellen (302) des ersten Spannungswertes für die Vielzahl von LED-Strängen (27, 31) und für Steuereinheiten (20, 120), die mit Clustern (29, 30) von LED-Strängen (27, 31) verbunden sind, wobei jeder Cluster (29, 30) mindestens einen LED-Strang (27, 31) umfasst,- Messen (303) einer Spannung (Vpin) in einer Stiftverbindung zwischen jeder Steuereinheit (20, 120) und ihren jeweiligen verbundenen LED-Strängen (27, 31), und Vergleichen (304) der gemessenen Spannung (Vpin) mit einer voreingestellten Spannung (Vr) für den jeweiligen Strang, und- wenn die gemessene Spannung (Vpin) höher ist als eine vordefinierte Fehlerspannung über der voreingestellten Spannung (Vr), beziehungsweise niedriger als die voreingestellte Spannung (Vr), Erzeugen (305) eines Meldesignals in der entsprechenden Steuereinheit, um einer Master-Steuereinheit (10) zu melden, dass die Versorgungsspannung (VS) hoch, beziehungsweise niedrig ist,- basierend auf dem Meldesignal, Berichtigen (306) des ersten Spannungswertes auf eine berichtigte Versorgungsspannung mittels Master-Steuereinheit (10), und- Speichern (307, 317) mindestens der Einstellung zum Erhalten der berichtigten Versorgungsspannung, für die eine Mindestversorgungsspannung (VS) erhalten wird, wobei die Mindestversorgungsspannung (VS) die kleinste Versorgungsspannung (VS) ist, für die die gemessene Spannung (Vpin) in jedem des mindestens einen Stranges des Clusters höher ist als die voreingestellte Spannung (Vr) für alle Stränge eines Clusters (29, 30), wobei das Einstellen (301, 313, 314) der Versorgungsspannung (VS) auf einen ersten Spannungswert des Weiteren ein Einstellen (313) der Versorgungsspannung auf einen ersten Spannungswert umfasst, sodass die gemessene Spannung niedriger ist als die voreingestellte Spannung (Vr) für jeden Strang eines Clusters, und wobei das Erzeugen (305) eines Meldesignals des Weiteren ein Erzeugen (305) eines Meldesignals in der entsprechenden Steuereinheit dieses Clusters umfasst, nachdem erkannt wurde, dass die gemessene Spannung niedriger ist als die voreingestellte Spannung (Vr) für mindestens einen Strang des Clusters, um einer Master-Steuereinheit (10) zu melden, dass die Versorgungsspannung (VS) niedrig ist; oderwobei das Einstellen (301, 313, 314) der Versorgungsspannung (VS) auf einen ersten Spannungswert des Weiteren ein Einstellen (314) der Versorgungsspannung auf einen ersten Spannungswert umfasst, sodass die gemessene Spannung höher ist als die voreingestellte Spannung (Vr) für jeden Strang eines Clusters, und wobei das Erzeugen (305) eines Meldesignals des Weiteren ein Erzeugen (305) eines Meldesignals in der entsprechenden Steuereinheit dieses Clusters umfasst, nachdem erkannt wurde, dass die gemessene Spannung höher ist als die voreingestellte Spannung (Vr) für mindestens einen Strang des Clusters, um einer Master-Steuereinheit (10) zu melden, dass die Versorgungsspannung (VS) hoch ist, und nach Erkennen, dass die gemessene Spannung (Vpin) niedriger ist als die voreingestellte Spannung, Erhöhen (315) der Versorgungsspannung (VS), bis die gemessene Spannung (Vpin) höher ist als die voreingestellte Spannung (Vr).A method of calibrating a supply voltage (VS) for lighting systems comprising a plurality of LED strings (27, 31) of light emitting diodes (LEDs) (26), the method comprising:- adjusting (301, 313, 314) the supply voltage ( VS) to a first voltage value, - providing (302) the first voltage value for the plurality of LED strands (27, 31) and for control units (20, 120) which are connected to clusters (29, 30) of LED strands (27 , 31), each cluster (29, 30) comprising at least one LED string (27, 31), - measuring (303) a voltage (Vpin) in a pin connection between each control unit (20, 120) and their respective connected LED strings (27, 31), and comparing (304) the measured voltage (Vpin) with a preset voltage (Vr) for the respective string, and- if the measured voltage (Vpin) is higher than a predefined error voltage across the preset voltage (Vr), or lower than d the preset voltage (Vr), generating (305) a notification signal in the corresponding control unit to notify a master control unit (10) that the supply voltage (VS) is high or low, respectively, - based on the notification signal, correcting (306 ) the first voltage value to a corrected supply voltage by means of the master control unit (10), and- storing (307, 317) at least the setting for obtaining the corrected supply voltage for which a minimum supply voltage (VS) is obtained, the minimum supply voltage (VS) being the is the smallest supply voltage (VS) for which the measured voltage (Vpin) in each of the at least one string of the cluster is higher than the preset voltage (Vr) for all strings of a cluster (29, 30), the setting (301, 313 , 314) the supply voltage (VS) to a first voltage value further comprises setting (313) the supply voltage to a first voltage value, sod that the measured voltage is lower than the preset voltage (Vr) for each strand of a cluster, and wherein generating (305) a notification signal further comprises generating (305) a notification signal in the corresponding control unit of that cluster after detecting that the measured voltage is lower than the preset voltage (Vr) for at least one string of the cluster to notify a master controller (10) that the supply voltage (VS) is low; orwherein setting (301, 313, 314) the supply voltage (VS) to a first voltage value further comprises setting (314) the supply voltage to a first voltage value such that the measured voltage is higher than the preset voltage (Vr) for each string of a cluster, and wherein generating (305) a notification signal further comprises generating (305) a notification signal in the corresponding control unit of that cluster after detecting that the measured voltage is higher than the preset voltage (Vr) for at least one string of the cluster to report to a master controller (10) that the supply voltage (VS) is high and after detecting that the measured voltage (Vpin) is lower than the preset voltage, increasing (315) the supply voltage (VS) until the measured voltage (Vpin) is higher than the preset voltage (Vr).
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Energieversorgung von elektronischen Systemen. Insbesondere betrifft sie die Kalibrierung der Versorgungsspannung in elektronischen Automobilsystemen wie etwa Beleuchtungssystemen.The present invention relates to the field of power supply for electronic systems. More particularly, it relates to supply voltage calibration in automotive electronic systems such as lighting systems.
Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art
Eine übliche Anforderung an Beleuchtungs-systeme, zum Beispiel zur Signalisierung, ist die Stabilität der Beleuchtung. Diese Anforderung ist speziell für LED-Beleuchtungssysteme gültig, die gegenwärtig in zahlreichen Anwendungen aufgrund ihres niedrigen Energieverbrauchs eingeschlossen sind. Sie sind oft in Licht- und Signalsystemen von Fahrzeugen zu finden.A common requirement for lighting systems, for example for signalling, is the stability of the lighting. This requirement is especially valid for LED lighting systems, which are currently included in numerous applications due to their low energy consumption. They are often found in vehicle lighting and signaling systems.
LED-Beleuchtungssysteme umfassen üblicherweise eine oder mehrere LEDs, die in Reihe geschaltet sind und einen LED-Strang bilden. Für besondere Anwendungen können LEDs auch parallel geschaltet werden. Lichtquellen, die LEDs umfassen, weisen üblicherweise das Problem auf, dass sie ihre Intensität aufgrund von Degradation, z. B. aufgrund thermischen Abbausändern. Des Weiteren ist die Leuchtkraft eines solchen LED-Strangs stromabhängig. Um eine vorgegebene Leuchtkraft für einen solchen LED-Strang sicherzustellen, ist ein vorgegebener Strom erforderlich. Der Strom kann geregelt werden, um eine vorgegebene Leuchtkraft sicherzustellen. Alterungseffekte und thermischer Abbau können möglicherweise ausgeregelt werden. Während der Stromregelung, kann die Spannung über dem LED-Strang möglicherweise variieren. Um eine Stromregelung sicherzustellen, zum Beispiel durch eine Stromquelle oder ein Schaltelement, ist eine Mindestspannung über dieser Stromquelle oder dem Schaltelement notwendig. Außerdem sollte die Spannung über dem LED-Strang nicht unter eine Mindestgröße absinken, um eine vorgegebene Leuchtkraft (Helligkeit) sicherzustellen. Wenn die Spannung über der Stromquelle oder dem Schaltelement zu hoch ist, wird eine hohe Verlustleistung über der Stromquelle oder dem Schaltelement auftreten, was möglicherweise zu Schäden, einer Verringerung der Lebensdauer wegen Überhitzung, Degradationseffekten usw. führen kann. Diese Probleme, einzeln oder in Kombination, können gefährliche Situationen entstehen lassen. Deshalb ist es von Interesse, eine Energieversorgung für den LED-Strang und seine Antriebselemente, wie z. B. eine Stromquelle oder ein Schaltelement, zu verwenden, die hoch genug ist für die Stromregelung, aber niedrig genug für eine optimale Verlustleistung.LED lighting systems typically include one or more LEDs connected in series to form an LED string. For special applications, LEDs can also be connected in parallel. Light sources, which include LEDs, usually have the problem that their intensity decreases due to degradation, e.g. B. due to thermal degradation changes. Furthermore, the luminosity of such an LED strand depends on the current. In order to ensure a specified luminosity for such an LED string, a specified current is required. The current can be controlled to ensure a given luminosity. Aging effects and thermal degradation can possibly be corrected. During current regulation, the voltage across the LED string may vary. In order to ensure current regulation, for example by a current source or switching element, a minimum voltage across this current source or switching element is necessary. In addition, the voltage across the LED string should not drop below a minimum level in order to ensure a specified luminosity (brightness). If the voltage across the power source or switching element is too high, there will be large power dissipation across the power source or switching element, possibly causing damage, reducing lifespan due to overheating, degradation effects, etc. These problems, individually or in combination, can create dangerous situations. It is therefore of interest to have a power supply for the LED string and its drive elements, such as e.g. a current source or switching element that is high enough for current regulation but low enough for optimal power dissipation.
In dem besonderen Fall von Automobilanwendungen gibt es mehrere unterschiedliche Arten von Beleuchtungssystemen. Zum Beispiel können diese Frontbeleuchtungs- oder Lichtsysteme (Scheinwerfer, Zusatzlampen wie etwa Nebelscheinwerfer), Signal- und Sichtbarkeitssysteme (Tagfahrlicht, Rückfahrscheinwerfer und Parklicht, Schluss- oder Rückleuchten, Fahrtrichtungsanzeiger usw.), Innenbeleuchtungen, Kennzeichenbeleuchtungen usw. einschließen. Diese Systeme müssen stabil und effizient sein, aber sie werden selten alle gleichzeitig verwendet. Zum Beispiel werden bei Automobilanwendungen Fahrtrichtungsanzeiger nur bei Bedarf verwendet, unabhängig von der Verwendung von z. B. Scheinwerfern. Darüber hinaus sind unterschiedliche Beleuchtungssysteme normalerweise nicht aufeinander abgestimmt, zum Beispiel weil unterschiedliche Arten von LEDs und/oder Anzahl davon erforderlich sind. Trotz der Tatsache, dass Systeme üblicherweise nicht aufeinander abgestimmt sind, schließen Fahrzeuge üblicherweise eine einzige Energiequelle für alle ihre elektrischen Vorrichtungen, einschließlich Beleuchtungssystemen (üblicherweise eine Batterie) mit ein. Um eine Beeinträchtigung der Beleuchtungszustände eines Systems bei Verwendung zu vermeiden, wenn ein zweites System aktiviert wird, wird üblicherweise eine individuelle Steuerung jedes Systems bereitgestellt. Auf diese Weise können Systeme eine stabile Beleuchtung auf Kosten größerer Komplexität aufweisen. Zum Beispiel, um eine optimale Versorgungsspannung zu erhalten, die den Bedarf für alle möglichen LED-Stränge z. B. in den Rückleuchten abdeckt, müsste das Energiesteuerungssystem für jedes LED-Modell und/oder jede Architektur maßgeschneidert sein, was vom Fahrzeugtyp und sogar von der Marke abhängt. Es müsste außerdem über eine Endkalibrierung, in Abhängigkeit von dem Modell der Rückleuchte, zum Beispiel auf der Fertigungslinie beim Zulieferer des Energiesteuerungssystems verfügen. Dies impliziert die Verwendung unterschiedlicher Teile und Vorrichtungen für jedes unterschiedliche Modell, was zu einem höheren logistischen Aufwand führt, um mit den unterschiedlich konfigurierten Master-Steuereinheiten zurechtzukommen. Alternativ dazu kann die Kalibrierung auf der Fertigungslinie des Fahrzeugherstellers erfolgen, was ebenfalls die Kosten und Fertigungszeit erhöht. Langfristige Degradation kann jedoch in diesen Systemen nicht berücksichtigt werden, weshalb es Raum für Verbesserung gibt.In the particular case of automotive applications, there are several different types of lighting systems. For example, these may include front lighting or lighting systems (headlights, auxiliary lamps such as fog lights), signaling and visibility systems (daytime running lights, backup and parking lights, tail or tail lights, direction indicators, etc.), interior lights, license plate lights, etc. These systems need to be stable and efficient, but they are rarely used all at the same time. For example, in automotive applications, turn signals are used only when needed, regardless of the use of e.g. B. headlights. In addition, different lighting systems are usually not matched, for example because different types of LEDs and/or number of them are required. Despite the fact that systems are typically not coordinated, vehicles typically include a single power source for all of their electrical devices, including lighting systems (usually a battery). In order to avoid affecting the lighting conditions of one system in use when a second system is activated, individual control of each system is usually provided. In this way, systems can have stable illumination at the expense of greater complexity. For example, to get an optimal supply voltage that meets the needs of all possible LED strings, e.g. in the rear lights, the energy management system would have to be tailor-made for each LED model and/or architecture, which depends on the vehicle type and even the brand. It would also have to have a final calibration, depending on the model of the rear lamp, for example on the production line at the supplier of the energy management system. This implies the use of different parts and devices for each different model, resulting in a higher logistical effort to cope with the differently configured master control units. Alternatively, the calibration can be done on the vehicle manufacturer's assembly line, which also increases cost and manufacturing time. However, long-term degradation cannot be accounted for in these systems, so there is room for improvement.
Kurzdarstellung der ErfindungSummary of the Invention
Es ist Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein System für den Antrieb eines oder mehrerer Beleuchtungssysteme mit Spannungskalibrierfähigkeiten insbesondere für Automobilanwendungen bereitzustellen.It is an object of embodiments of the present invention to provide a system for driving one or more lighting systems with voltage calibration capabilities, particularly for automotive applications.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass sie ein Kalibrierverfahren für Beleuchtungssysteme mit großer Flexibilität und Einfachheit und unter Bereitstellung einer Beleuchtungsstabilität für eine breite Palette von Anwendungen, Beleuchtungssystemen und Konfigurationen bereitstellen.It is an advantage of embodiments of the present invention that they provide a calibration method for lighting systems with great flexibility and simplicity, and while providing lighting stability for a wide range of applications, lighting systems, and configurations.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Kalibrierung einer Versorgungsspannung für Beleuchtungssysteme definiert, umfassend eine Vielzahl von LED-Strängen aus lichtemittierenden Dioden (LEDs), beschrieben, wobei das Verfahren umfasst:
- - Einstellen der Versorgungsspannung auf einen ersten Spannungswert, von dem zu erwarten ist, dass alle LEDs in der Vielzahl von LED-Strängen damit funktionieren,
- - Bereitstellen des ersten Spannungswertes für die Vielzahl von LED-Strängen und für Steuereinheiten, die mit Clustern von LED-Strängen verbunden sind, wobei jeder Cluster mindestens einen LED-Strang umfasst,
- - Messen einer Spannung in einer Stiftverbindung zwischen jeder Steuereinheit und ihren jeweiligen verbundenen LED-Strängen, und Vergleichen der gemessenen Spannung mit einer voreingestellten Spannung für den jeweiligen Strang. Wenn die gemessene Spannung höher ist als eine vordefinierte Fehlerspannung über bzw. oberhalb der voreingestellten Spannung, beziehungsweise niedriger ist als die voreingestellte Spannung, kann ein Meldesignal in der entsprechenden Steuereinheit erzeugt werden, um einer Master- bzw. Haupt-Steuereinheit (MCU) zu melden, dass die Versorgungsspannung hoch, beziehungsweise niedrig ist,
- - basierend auf dem Meldesignal, Berichtigen bzw. Einstellen des ersten Spannungswertes auf eine berichtigte Versorgungsspannung mittels Master-Steuereinheit, und
- - Speichern von Einstellungen zum Erhalten der berichtigten Versorgungsspannung, für die eine Mindestversorgungsspannung die kleinste Versorgungsspannung ist, für die gemessene Spannung in jedem Strang des Clusters höher ist als die voreingestellte Spannung für alle Stränge dieses Clusters.
- - setting the supply voltage to a first voltage value that all LEDs in the plurality of LED strings are expected to operate at,
- - providing the first voltage value for the plurality of LED strings and for control units that are connected to clusters of LED strings, each cluster comprising at least one LED string,
- - Measuring a voltage in a pin connection between each control unit and its respective connected LED strings, and comparing the measured voltage with a preset voltage for the respective string. If the measured voltage is higher than a predefined error voltage above or above the preset voltage, or is lower than the preset voltage, a notification signal can be generated in the corresponding control unit to report to a master or main control unit (MCU). that the supply voltage is high or low,
- - based on the notification signal, correcting the first voltage value to a corrected supply voltage by means of the master control unit, and
- - storing settings for obtaining the corrected supply voltage for which a minimum supply voltage is the smallest supply voltage for which measured voltage in each string of the cluster is higher than the preset voltage for all strings of this cluster.
Das Verfahren nach Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass das Einstellen der Versorgungsspannung auf einen ersten Spannungswert des Weiteren ein Einstellen der Versorgungsspannung auf einen ersten Spannungswert umfasst, sodass die gemessene Spannung niedriger ist als die voreingestellte Spannung für jeden Strang eines Clusters, und wobei das Erzeugen eines Meldesignals des Weiteren ein Erzeugen eines Meldesignals in der entsprechenden Steuereinheit dieses Clusters umfasst, nachdem erkannt wurde, dass die gemessene Spannung niedriger ist als die voreingestellte Spannung für mindestens einen Strang des Clusters, um einer Master-Steuereinheit zu melden, dass die Versorgungsspannung niedrig ist; oder
wobei das Einstellen der Versorgungsspannung auf einen ersten Spannungswert des Weiteren ein Einstellen der Versorgungsspannung auf einen ersten Spannungswert umfasst, sodass die gemessene Spannung höher ist als die erforderliche voreingestellte Spannung für jeden Strang eines Clusters, und wobei das Erzeugen eines Meldesignals des Weiteren ein Erzeugen eines Meldesignals in der entsprechenden Steuereinheit dieses Clusters umfasst, nachdem erkannt wurde, dass die gemessene Spannung höher ist als die erforderliche voreingestellte Spannung für mindestens einen Strang des Clusters, um einer Master-Steuereinheit (10) zu melden, dass die Versorgungsspannung hoch ist, und nach Erkennen, dass die gemessene Spannung niedriger ist als die erforderliche voreingestellte Spannung, Erhöhen der Versorgungsspannung, bis die gemessene Spannung höher ist als die erforderliche voreingestellte Spannung.The method according to
wherein setting the supply voltage to a first voltage value further comprises setting the supply voltage to a first voltage value such that the measured voltage is higher than the required preset voltage for each strand of a cluster, and wherein generating a notification signal further comprises generating a notification signal in the corresponding control unit of that cluster, after detecting that the measured voltage is higher than the required preset voltage for at least one string of the cluster, to report to a master control unit (10) that the supply voltage is high, and after detection that the measured voltage is lower than the required preset voltage, increasing the supply voltage until the measured voltage is higher than the required preset voltage.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine Steuerung eines komplexen Beleuchtungssystems oder komplexer Beleuchtungssysteme mit einer begrenzten Menge von Steuereinheiten und einer einzigen Master-Steuereinheit bereitgestellt werden kann. Es ist ein weiterer Vorteil, dass eine Kalibrierung von Spannungsabfallschwankungen über den LED-Strängen in Abhängigkeit von der Systemnutzung, dem Aktivierungsschema davon und/oder der Degradation erhalten werden kann. In manchen Ausführungsformen können die Einstellungen in einem Speicher gespeichert werden. Die Einstellungen können zum Beispiel die Einstellungen eines Spannungswandlers zum Erhalten mindestens der höchsten Versorgungsspannung unter allen Versorgungsspannungen, welche die Cluster benötigen könnten, umfassen. Das Speichern der Einstellungen kann ebenfalls das Speichern der (Einstellungen eines Spannungswandlers zum Erhalten der) höchsten berichtigten Versorgungsspannung und der besonderen Konfiguration, z. B. der besonderen verwendeten Cluster, die eine solche höchste berichtigte Versorgungsspannung benötigen, umfassen. Das Speichern der Einstellungen kann ebenfalls das Speichern der Einstellungen eines Spannungswandlers zum Erhalten jeder berichtigten Spannung, die von jedem Cluster benötigt wird, umfassen. Es ist ein Vorteil, dass mindestens die maximale Versorgungsspannung verwendet werden kann, oder eine berichtigte Versorgungsspannung, die für eine besondere Konfiguration optimiert ist, oder die höchste berichtigte Spannung aus einem Pool von berichtigten Spannungen pro Cluster, gewählt in Übereinstimmung mit dem besonderen Cluster, der verwendet wird.It is an advantage of embodiments of the present invention that control of a complex lighting system or systems can be provided with a limited set of controllers and a single master controller. It is a further advantage that a calibration of voltage drop variations across the LED strings depending on system usage, activation scheme thereof and/or degradation can be obtained. In some embodiments, the settings can be stored in memory. For example, the settings may include the settings of a voltage converter to obtain at least the highest supply voltage among all supply voltages that the clusters might need. Saving the settings may also include saving the (settings of a voltage converter to obtain the) highest corrected supply voltage and the particular configuration, e.g. B. the particular clusters used that require such a highest rectified supply voltage. Saving the settings may also include saving the settings of a voltage converter to obtain each corrected voltage required by each cluster. It is an advantage that at least the maximum supply voltage can be used, or a corrected supply voltage optimized for a particular configuration, or the highest corrected voltage from a pool of corrected voltages per cluster chosen in accordance with the particular cluster that is used.
Manche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können des Weiteren das Bereitstellen eines Signals umfassen, das anzeigt, dass die Kalibrierung beendet ist, wenn alle Steuereinheiten eine gemessene Spannung erkennen, die höher ist als die voreingestellte Spannung und um weniger als die vordefinierte Fehlerspannung von der voreingestellten Spannung für diesen Strang abweicht.Some embodiments of the present invention may further include providing a signal indicating that the calibration is complete when all control units detect a measured voltage that is higher than the preset voltage and less than the predefined error voltage from the preset voltage for this strand deviates.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass ein Bediener die Sicherheit haben kann, dass die Kalibrierung erfolgreich war.It is an advantage of embodiments of the present invention that an operator can have assurance that the calibration was successful.
Manche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können des Weiteren den Schritt des Durchführens mancher oder aller Schritte des Verfahrens in vorbestimmten Zeitintervallen umfassen.Some embodiments of the present invention may further include the step of performing some or all of the steps of the method at predetermined time intervals.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass Beleuchtungsschwankungen der LED-Systeme aufgrund von Temperaturänderungen, Degradation usw. regelmäßig kompensiert werden können.It is an advantage of embodiments of the present invention that illumination fluctuations of the LED systems due to temperature changes, degradation, etc. can be compensated for on a regular basis.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die voreingestellte Spannung pro Cluster und/oder Strang definiert werden.In some embodiments of the present invention, the default voltage may be defined per cluster and/or thread.
In weiteren Ausführungsformen kann die voreingestellte Spannung in Übereinstimmung mit der Beleuchtungskonfiguration von Clustern und/oder der Anwendung variiert werden.In other embodiments, the preset voltage may be varied in accordance with the lighting configuration of clusters and/or the application.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass die voreingestellte Spannung gewählt werden kann in Übereinstimmung mit der Art von LED, der Anzahl von LEDs in einem Strang und der erforderlichen Beleuchtung, wodurch folglich die Granularität des Beleuchtungssystems berücksichtigt wird.It is an advantage of embodiments of the present invention that the preset voltage can be chosen according to the type of LED, the number of LEDs in a string and the lighting required, thus accounting for the granularity of the lighting system.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die vordefinierte Fehlerspannung in Übereinstimmung mit der Beleuchtungskonfiguration von Clustern und/oder der Anwendung variiert werden.In some embodiments of the present invention, the predefined error voltage may be varied according to the lighting configuration of clusters and/or the application.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass die erhaltene Beleuchtung robuster sein kann gegenüber Änderungen, ungewollten Spitzen oder Störungen der Versorgungsspannung und/oder der externen Versorgung (z. B. Batterie).It is an advantage of embodiments of the present invention that the illumination obtained can be more robust to changes, unwanted spikes or disturbances in the supply voltage and/or the external supply (e.g. battery).
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die voreingestellte Spannung und/oder die vordefinierte Fehlerspannung programmiert werden.In some embodiments of the present invention, the default voltage and/or the predefined error voltage may be programmed.
Manche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können des Weiteren das Speichern der Einstellung des Wandlers zum Erhalten des höchsten berichtigten Versorgungsspannungswertes, der von allen Clustern benötigt wird, umfassen, und des Weiteren das Anpassen der Versorgungsspannung an den höchsten berichtigten Versorgungsspannungswert nach einem weiteren Einschalten umfassen.Some embodiments of the present invention may further include storing the setting of the converter to obtain the highest corrected supply voltage value required by all clusters and further adjusting the supply voltage to the highest corrected supply voltage value after another power-up.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass die Energieversorgung für alle LED-Stränge gesichert werden kann, was die Chance verringert, dass ein LED-Strang energieunterversorgt ist und weniger Beleuchtung produziert. Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine einzige VS verwendet werden kann, wodurch die Rechenlast und Speichernutzung verringert werden.It is an advantage of embodiments of the present invention that power can be secured for all LED strings, reducing the chance that an LED string will be under-powered and produce less illumination. It is an advantage of embodiments of the present invention that a single VS can be used, thereby reducing computational load and memory usage.
Alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können das Speichern jeder der Einstellungen des Spannungswandlers zum Bereitstellen berichtigter Versorgungsspannungswerte, die von jedem Cluster benötigt werden, umfassen, und des Weiteren das Anpassen der Versorgungsspannung in Übereinstimmung mit dem höchsten berichtigten Versorgungsspannungswert umfassen, der von mindestens irgendeiner der aktiven Steuereinheiten nach einem weiteren Einschalten dieser Steuereinheiten auferlegt wird, um die voreingestellte Spannung zur Energieversorgung mindestens jedes LED-Strangs zu erreichen.Alternative embodiments of the present invention may include storing each of the settings of the voltage converter to provide corrected supply voltage values required by each cluster, and further adjusting the supply voltage in accordance with the highest corrected supply voltage value used by at least any of the active control units is imposed upon further switching on of these control units in order to reach the preset voltage for powering at least each LED string.
Es ist ein Vorteil, dass die höchste Versorgungs-spannung von den aktiven Clustern abhängig sein kann, und sie kann sich während der Nutzung ändern, wodurch ein optimaler Antrieb in Abhängigkeit von dem spezifischen Betrieb bereitgestellt wird.It is an advantage that the highest supply voltage can depend on the active clusters and it can change during use, providing an optimal drive depending on the specific operation.
Gemäß dem nebengeordneten Anspruch 9 wird ein System zur Energieversorgung einer Vielzahl von Clustern, die mindestens einen LED-Strang umfassen, definiert. Das System umfasst eine Master-Steuereinheit (MCU), die einen Spannungswandler zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung und mindestens eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Vielzahl von Steuereinheiten umfasst, wobei mindestens eine Steuereinheit zur Energieversorgung mindestens jedes LED-Clusters dient (folglich eine oder mehrere Steuereinheiten pro Cluster). Jede Steuereinheit umfasst:
- - mindestens eine LED-Antriebseinheit pro LED-Strang in dem Cluster,
- - eine Spannungslesevorrichtung zum Ablesen der Spannung an einem Knoten zwischen der Steuereinheit und jedem LED-Strang,
- - einen Spannungskomparator zum Vergleichen der gemessenen Spannung mit einer voreingestellten Spannung für diesen Strang,
- - einen Signalgenerator zum Erzeugen eines ersten Signals, falls die gemessene Spannung eine vordefinierte Fehlerspannung über der voreingestellten Spannung übersteigt, oder eines zweiten Signals, falls die gemessene Spannung die voreingestellte Spannung nicht erreicht,
- - Übertragungsmittel zum Senden mindestens irgendeines ersten oder zweiten erzeugten Signals an die MCU, wobei die MCU des Weiteren Mittel zum Berichtigen der Versorgungsspannung in Übereinstimmung mit den Signalen umfasst, die in jeder der Steuereinheiten erzeugt werden.
- - at least one LED drive unit per LED strand in the cluster,
- - a voltage reading device for reading the voltage at a node between the control unit and each LED string,
- - a voltage comparator to compare the measured voltage with a preset voltage for that string,
- - a signal generator for generating a first signal if the measured voltage exceeds a predefined error voltage above the preset voltage, or a second signal if the measured voltage does not reach the preset voltage,
- - transmission means for sending at least any first or second generated signal to the MCU, the MCU further comprising means for correcting the supply voltage in accordance with the signals generated in each of the control units.
Das Verfahren nach Anspruch 9 zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinheit des Weiteren eine Verarbeitungseinheit zum Steuern der LED-Antriebseinheiten, zum Erhalten der gemessenen Spannungen von der Spannungslesevorrichtung und Vergleichen von diesen mit den voreingestellten Spannungen und zum Erzeugen von Meldesignalen umfasst.The method according to claim 9 is characterized in that the control unit further comprises a processing unit for controlling the LED driving units, receiving the measured voltages from the voltage reading device and comparing them with the preset voltages and generating notification signals.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine MCU für einen oder alle LED-Stränge bereitgestellt wird, die von der Energiequelle entfernt sein kann. Es ist ein weiterer Vorteil, dass weniger Steuereinheiten als LED-Stränge benötigt werden, wenn LED-Stränge gruppiert werden, zum Beispiel eine Steuerung pro LED-Clusteroder z. B. eine Steuerung für jedes Rückleuchten-Beleuchtungssystem. Es ist ein weiterer Vorteil, dass diese Implementierung auf eine große Vielfalt von Fahrzeugen und Marken angewendet werden kann; z. B. kann die vorliegende Erfindung ein Universalbeleuchtungssystem bereitstellen.It is an advantage of embodiments of the present invention that an MCU is provided for one or all LED strings that may be remote from the power source. It is a further advantage that fewer controllers than LED strings are required when LED strings are grouped, for example one controller per LED cluster or e.g. B. a controller for each taillight lighting system. Another benefit is that this implementation can be applied to a wide variety of vehicles and brands; e.g. B. the present invention can provide a general purpose lighting system.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinheit in eine einzige integrierte Schaltung integriert werden.In some embodiments of the present invention, the control unit can be integrated into a single integrated circuit.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine kompakte, modulare Steuerung pro Beleuchtungssystem erhalten werden kann.It is an advantage of embodiments of the present invention that compact, modular control per lighting system can be obtained.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die MCU des Weiteren einen Konfigurationsspeicher zum Speichern einer Vielzahl von Einstellungen des Spannungswandlers zum Erhalten berichtigter Versorgungsspannungen sowie eine Clusterbeleuchtungskonfiguration, für die der Wert erhalten wurde.In some embodiments of the present invention, the MCU further includes a configuration memory for storing a plurality of settings of the voltage converter to obtain corrected supply voltages and a cluster lighting configuration for which the value was obtained.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass die erste Versorgungsspannung in einer vorherigen Kalibrierung optimiert werden kann, wodurch die Chancen einer benötigten weiteren Kalibrierung potentiell verringert werden.It is an advantage of embodiments of the present invention that the first supply voltage can be optimized in a previous calibration, potentially reducing the chances of a further calibration being needed.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein sekundäres LIN-Netzwerk zwischen den Steuereinheiten und der MCU bereitgestellt, getrennt von einem primären Netzwerk zum Verbinden der Master-Steuereinheit mit einem höherstufigen System.In some embodiments of the present invention, a secondary LIN network is provided between the controllers and the MCU, separate from a primary network for connecting the master controller to a higher tier system.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine Isolation zwischen dem primären Netzwerk und dem sekundären Netzwerk erhalten wird, wodurch Interferenzen verringert werden, wodurch zum Beispiel Übersprechen zwischen den Elementen des primären Netzwerks und dem Beleuchtungssystem verringert wird.It is an advantage of embodiments of the present invention that isolation is obtained between the primary network and the secondary network, thereby reducing interference, for example reducing crosstalk between the elements of the primary network and the lighting system.
In alternativen Ausführungsformen wird ein CAN-Netzwerk zwischen den Steuereinheiten und der MCU bereitgestellt, um eine direkte Verbindung mit einem höherstufigen System bereitzustellen.In alternative embodiments, a CAN network is provided between the controllers and the MCU to provide a direct connection to a higher level system.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass das Kommunikationsnetzwerk einfacher gemacht werden kann, wobei alle Elemente zu einem einzigen Netzwerk verbunden werden, was zum Beispiel die Problemdiagnose verbessert.It is an advantage of embodiments of the present invention that the communication network can be made simpler, with all elements being connected into a single network, which improves problem diagnosis, for example.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Steuereinheit des Weiteren eine Verarbeitungseinheit zum Steuern der LED-Antriebs- bzw. Treibereinheiten, zum Erhalten der gemessenen Spannungen von der Spannungslesevorrichtung und Vergleichen von diesen mit den voreingestellten Spannungen, und zum Erzeugen von Meldesignalen.In some embodiments of the present invention, the control unit further includes a processing unit for controlling the LED driver units, receiving the measured voltages from the voltage reading device and comparing them with the preset voltages, and generating notification signals.
Es ist ein Vorteil von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass eine kompakte Steuerung erhalten werden kann.It is an advantage of embodiments of the present invention that a compact controller can be obtained.
Besondere und bevorzugte Aspekte der Erfindung werden in den beigefügten unabhängigen und abhängigen Ansprüchen dargelegt. Merkmale aus den abhängigen Ansprüchen können kombiniert werden mit Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und mit Merkmalen von anderen abhängigen Ansprüchen, soweit angemessen, und nicht bloß wie in den Ansprüchen explizit dargelegt.Particular and preferred aspects of the invention are set out in the accompanying independent and dependent claims. Features from the dependent claims may be combined with features of the independent claims and with features of other dependent claims as appropriate, and not merely as explicitly set out in the claims.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden nachstehend erläutert mit Bezug auf die hiernach beschriebene(n) Ausführungsform(en).These and other aspects of the invention are explained below with reference to the embodiment(s) described below.
Figurenlistecharacter list
Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform eines Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfassend ein sekundäres Netzwerk zwischen einer Master-Steuereinheit und einer Vielzahl von Steuereinheiten, -
2 eine weitere Ausführungsform eines Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfassend ein einzelnes Netzwerk zur Kommunikation zwischen einem höherstufigen System, der Master-Steuereinheit und der Vielzahl von Steuereinheiten, -
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, einschließlich optionaler Schritte, -
4 ein Ablaufdiagramm eines Kalibrierverfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, das auf einzelne Cluster oder auf viele Cluster gleichzeitig anwendbar ist, mit einer ersten niedrigen Versorgungsspannung, -
5 ein Ablaufdiagramm eines Kalibrierverfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, das auf einzelne Cluster oder auf viele Cluster gleichzeitig anwendbar ist, mit einer hohen Versorgungsspannung.
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1 a first embodiment of a system according to an aspect of the present invention, comprising a secondary network between a master control unit and a plurality of control units, -
2 a further embodiment of a system according to an aspect of the present invention, comprising a single network for communication between a higher level system, the master control unit and the plurality of control units, -
3 a flowchart of a method according to embodiments of the present invention, including optional steps, -
4 a flow chart of a calibration method according to embodiments of the present invention, which can be applied to individual clusters or to many clusters at the same time, with a first low supply voltage, -
5 a flow chart of a calibration method according to embodiments of the present invention, which is applicable to single clusters or to many clusters at the same time, with a high supply voltage.
Die Zeichnungen sind ausschließlich schematisch und nicht einschränkend. In den Zeichnungen kann für veranschaulichende Zwecke die Größe mancher Elemente übertrieben und nicht maßstabsgerecht sein.The drawings are purely schematic and non-limiting. In the drawings, the size of some elements may be exaggerated and not to scale for illustrative purposes.
Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sind als keinerlei Einschränkung des Umfangs aufzufassen. In den unterschiedlichen Zeichnungen betreffen die gleichen Bezugszeichen gleiche oder analoge Elemente.Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope in any way. In the different drawings, the same reference numbers refer to the same or analogous elements.
Detaillierte Beschreibung veranschaulichender AusführungsformenDetailed Description of Illustrative Embodiments
Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf besondere Ausführungsformen und mit Bezug auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche. Die Zeichnungen sind ausschließlich schematisch und nicht einschränkend. In den Zeichnungen kann für veranschaulichende Zwecke die Größe mancher Elemente übertrieben und nicht maßstabsgerecht sein. Die Dimensionen und die relativen Dimensionen entsprechen nicht den tatsächlichen Verkleinerungen der Ausübung der Erfindung.The present invention will be described in terms of particular embodiments and with reference to certain drawings, but the invention is not limited thereto but only by the claims. The drawings are purely schematic and non-limiting. In the drawings, the size of some elements may be exaggerated and not to scale for illustrative purposes. The dimensions and relative dimensions do not correspond to actual reductions in practicing the invention.
Die Begriffe erste/r, zweite/r und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen werden verwendet, um zwischen ähnlichen Elementen zu unterscheiden und nicht notwendigerweise um eine Sequenz entweder zeitlich, räumlich, reihenfolgemäßig oder in irgendeiner anderen Weise zu beschreiben. Es versteht sich, dass die so verwendeten Begriffe unter angemessenen Umständen untereinander austauschbar sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in anderen Sequenzen als den hierin beschriebenen oder veranschaulichten betriebsfähig sind.The terms first, second and the like in the specification and claims are used to distinguish between similar elements and not necessarily to describe a sequence either temporally, spatially, sequentially or in any other way. It will be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances and that the embodiments of the invention described herein are operable in sequences other than those described or illustrated herein.
Darüber hinaus werden die Begriffe oben, unten und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen für Beschreibungszwecke verwendet und nicht notwendigerweise zum Beschreiben relativer Positionen. Es versteht sich, dass die so verwendeten Begriffe unter angemessenen Umständen untereinander austauschbar sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in anderen Ausrichtungen als den hierin beschriebenen oder veranschaulichten betriebsfähig sind.Furthermore, in the specification and claims, the terms top, bottom, and the like are used for descriptive purposes and not necessarily to describe relative positions. It will be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances, and that the embodiments of the invention described herein are operable in orientations other than those described or illustrated herein.
Es ist zu bemerken, dass der Begriff „umfassend“, der in den Ansprüchen verwendet wird, nicht als auf die danach aufgelisteten Mittel beschränkt interpretiert werden sollte; er schließt andere Elemente oder Schritte nicht aus. Folglich ist er so zu interpretieren, dass er das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte oder Komponenten wie Bezug nehmend spezifiziert, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten oder Komponenten oder Gruppen davon nicht von vornherein ausschließt. Folglich sollte der Umfang des Ausdrucks „eine Vorrichtung umfassend Mittel A und B“ nicht auf Vorrichtungen, die ausschließlich aus den Komponenten A und B besteht, beschränkt werden. Es bedeutet mit Bezug auf die vorliegende Erfindung, dass die einzig relevanten Komponenten der Vorrichtung A und B sind.It should be noted that the term "comprising" used in the claims should not be construed as limited to the means listed thereafter; it does not exclude other elements or steps. Accordingly, it is to be construed as specifying the presence of the specified feature, integer, step, or component as referred to, but not a priori specifying the presence or addition of one or more other feature, integer, step, or component, or group thereof excludes. Consequently, the scope of the expression "a device comprising means A and B" should not be limited to devices consisting solely of components A and B. It means with reference to the present invention that the only relevant components of the device are A and B.
Die Bezugnahme in dieser ganzen Spezifikation auf „die Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ bedeutet, dass ein besonderes Merkmal, eine Struktur oder ein Kennzeichen, beschrieben in Verbindung mit der Ausführungsform, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist. Folglich nehmen Vorkommen der Phrasen „in der Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in dieser ganzen Spezifikation nicht notwendigerweise allesamt Bezug auf dieselbe Ausführungsform, aber sie können es. Zudem können die besonderen Merkmale, Strukturen oder Kennzeichen in jeder beliebigen geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden, wie es für den Fachmann aus dieser Offenlegung hervorgehen würde.Reference throughout this specification to "the embodiment" or "an embodiment" means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Consequently, occurrences of the phrases "in the embodiment" or "in an embodiment" in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment, but they may be. In addition, the specific features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments, as would be apparent to those skilled in the art from this disclosure.
Ähnlich sollte man zu schätzen wissen, dass in der Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Merkmale der Erfindung manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Figur oder Beschreibung davon zwecks Verschlankung der Offenlegung und Hilfestellung beim Verstehen von einem oder mehreren der verschiedenen erfindungsgemäßen Aspekte zusammen gruppiert sind. Dieses Offenlegungsverfahren ist jedoch nicht so zu interpretieren, dass eine Absicht widergespiegelt wird, die beanspruchte Erfindung erfordere mehr Merkmale als ausdrücklich in jedem Anspruch angeführt. Stattdessen liegen die erfindungsgemäßen Aspekte, wie es die folgenden Ansprüche wiedergeben, in weniger als allen Merkmalen einer einzigen vorhergehend offengelegten Ausführungsform. Folglich werden die Ansprüche, die der detaillierten Beschreibung folgen, hierbei ausdrücklich in diese detaillierte Beschreibung eingegliedert, wobei jeder Anspruch für sich als eine separate Ausführungsform dieser Erfindung steht.Similarly, in describing exemplary embodiments of the invention, it should be appreciated that, at times, various features of the invention are grouped together in a single embodiment, figure, or description thereof for the purpose of streamlining the disclosure and aiding in the understanding of one or more of the various aspects of the invention. However, this disclosure procedure should not be interpreted to reflect any intent that the claimed invention requires more features than are expressly recited in each claim. Rather, as the following claims reflect, inventive aspects lie in less than all features of a single previously disclosed embodiment. Accordingly, the claims that follow the Detailed Description are hereby expressly incorporated into this Detailed Description, with each claim standing on its own as a separate embodiment of this invention.
Während zudem manche hierin beschriebenen Ausführungsformen nur bestimmte Merkmale einschließen, die in anderen Ausführungsformen eingeschlossen sind, sollen Kombinationen von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen und unterschiedliche Ausführungsformen bilden, wie es der Fachmann verstehen würde. Zum Beispiel kann in den folgenden Ansprüchen jede beliebige der beanspruchten Ausführungsformen in jeder beliebigen Kombination verwendet werden.Additionally, while some embodiments described herein include only certain features that are included in other embodiments, combinations of features of different embodiments are intended to be within the scope of the invention and form different embodiments, as would be understood by those skilled in the art. For example, any of the claimed embodiments may be used in any combination in the following claims.
In der hierin bereitgestellten Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung ohne diese spezifischen Details angewendet werden können. In anderen Fällen wurden bekannte Verfahren, Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht zu erschweren.Numerous specific details are set forth in the description provided herein. However, it should be understood that embodiments of the invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known methods, structures, and techniques have not been shown in detail in order not to obscure an understanding of this description.
Im Allgemeinen wünscht man bei Beleuchtungssystemen, über eine stabile Beleuchtungsintensität zu verfügen. Wenn eine Vielzahl von Beleuchtungssystemen, die sich in der Art und Ausführung unterscheiden können, von einer einzigen Energiequelle versorgt werden, ist eine Kompensation erforderlich um sicherzustellen, dass alle Systeme eine Spannung bekommen, die zum Aktivieren der Lichtquellen hoch genug ist. Andererseits ist es ebenfalls wünschenswert, die Verlustleistung zu reduzieren, die üblicherweise auftritt, wenn Lichtquellen oder ihre Antriebselemente mit einer Spannung überlastet werden, die höher ist als jene, die zum Bereitstellen ausreichender Beleuchtung erforderlich ist.In general, in lighting systems, one desires to have a stable illumination intensity. When multiple lighting systems, which may vary in style and design, are powered from a single power source, compensation is required to ensure that all systems receive a high enough voltage to activate the light sources. On the other hand, it is also desirable to reduce the power dissipation that usually occurs when light sources or their driving elements are overloaded with a voltage higher than that required to provide sufficient illumination.
Diese Anforderungen sind insbesondere bei Automobilanwendungen wichtig, wo typischerweise eine einzige konstante Energiequelle in dem Fahrzeug (z. B. eine Batterie) vorhanden ist. Aus Sicherheitsgründen sollte eine ausreichende Intensität in allen Beleuchtungssystemen bereitgestellt werden. In einem extremen Beispiel sollten die Scheinwerfer ihre Beleuchtung nicht verringern, wenn die Fahrtrichtungsanzeiger verwendet werden. Die einzige Energiequelle muss fähig sein, alle elektronischen Systeme, einschließlich der unterschiedlichen Arten von Beleuchtungssystemen, aufrechtzuerhalten und in allen davon eine stabile Energieversorgung bereitzustellen. Das elektronische Netzwerk sollte jedoch nicht übermäßig komplex sein. Weniger Komplexität erleichtert Installation, Problemdiagnose, Austausch von Teilen, führt zu geringeren Systemkosten usw.These requirements are particularly important in automotive applications, where there is typically a single constant source of energy in the vehicle (e.g., a battery). For safety reasons, sufficient intensity should be provided in all lighting systems. In an extreme example, the headlights should not dim their illumination when the turn signals are used. The single power source must be able to sustain all electronic systems, including the different types of lighting systems, and provide a stable power supply to all of them. However, the electronic network should not be overly complex. Less complexity facilitates installation, problem diagnosis, parts replacement, resulting in lower system costs, etc.
LED-basierte Beleuchtungssysteme in Fahrzeugen sind üblicherweise in mehreren LEDs verteilt, einschließlich einer Vielzahl von LEDs, die in Reihe geschaltet sind. LEDs weisen einen niedrigeren Energieverbrauch auf, aber sie neigen dazu, mit der Zeit (mit fortschreitendem Alter) unter Degradation und auch unter thermischem Abbau zu leiden.LED-based lighting systems in vehicles are typically distributed across multiple LEDs, including multiple LEDs connected in series. LEDs have lower power consumption, but they tend to suffer from degradation over time (with age) and also from thermal degradation.
Überall, wo in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird auf einen „LED-Strang“, wird Bezug genommen auf eine Vielzahl von LEDs, die in Reihe geschaltet sind. Unterschiedliche LED-Stränge jedes beliebigen oder aller Beleuchtungssysteme können mittels einer Energieversorgung versorgt werden. Überall, wo in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird auf eine „Versorgungsspannung (VS)“, wird Bezug genommen auf die Versorgungsspannung für die unterschiedlichen LED-Stränge und ihre Antriebselemente eines besonderen Systems oder für alle Beleuchtungs-systeme.Wherever reference is made to an “LED string” in embodiments of the present invention, reference is made to a plurality of LEDs connected in series. Different LED strings of any or all lighting systems can be powered by one power supply. Wherever reference is made to a "supply voltage (VS)" in embodiments of the present invention, reference is made to the supply voltage for the different LED strings and their driving elements of a particular system or for all lighting systems.
Ein besonderes Beleuchtungssystem gemäß den Ausführungsformen kann einen oder mehrere LED-Stränge umfassen, die einen „LED-Cluster“ bilden. Ein besonderes Beleuchtungssystem kann mindestens einen LED-Cluster umfassen.A particular lighting system according to embodiments may include one or more LED strings forming an "LED cluster". A particular lighting system may include at least one LED cluster.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System beschrieben, das eine Steuerung und Kompensation von Schwankungen im Spannungsabfall von elektronischen Systemen, einschließlich Beleuchtungssystemen bereitstellt. Insbesondere wird eine Spannungskalibrierung für ein oder mehrere LED-Beleuchtungssysteme, die LED-Cluster umfassen, unter Verwendung einer Master-Steuereinheit (MCU) und mindestens einer Steuereinheit bzw. Steuerungseinheit pro LED-Cluster bereitgestellt.In a first aspect of the present invention, a system is described that provides control and compensation for variations in voltage drop of electronic systems, including lighting systems. In particular, voltage calibration is provided for one or more LED lighting systems comprising LED clusters using a master control unit (MCU) and at least one control unit per LED cluster.
Die MCU umfasst mindestens eine Verbindung zu einer Energiequelle (z. B. einer Batterie, zum Beispiel einer 12 V- oder einer 48 V-Batterie) und mindestens Verbindungen zu der Vielzahl von LED-Clustern, zum Beispiel parallele Verbindungen zu den LED-Clustern, um eine Versorgungsspannung VS zu den Beleuchtungssystemen bereitzustellen. Zum Beispiel kann die MCU mindestens einen Wandler zum Berichtigen einer Spannung aus einer Energiequelle (z. B. Batterie) auf eine Versorgungsspannung VS für das Beleuchtungssystem umfassen. Auf diese Weise stellt die MCU eine gemeinsame Versorgungsspannung für alle LED-Stränge über den Wandler bereit.The MCU includes at least one connection to a power source (e.g. a battery, for example a 12V or a 48V battery) and at least connections to the plurality of LED clusters, for example parallel connections to the LED clusters , to provide a supply voltage VS to the lighting systems. For example, the MCU may include at least one converter for rectifying a voltage from a power source (e.g., battery) to a supply voltage VS for the lighting system. In this way, the MCU provides a common supply voltage for all LED strings via the converter.
Folglich sind alle LED-Stränge mit nur einer gemeinsamen Versorgungsspannung verbunden, die von der MCU ausgegeben wird. Da die LED-Stränge in der Anzahl und Art der LEDs unterschiedlich sein können, stellt die vorliegende Erfindung zum Optimieren der Versorgungs-spannung VS eine MCU bereit, die angepasst ist, ihre Versorgungsspannung in Übereinstimmung mit dem Energiebedarf der LED-Cluster zu berichtigen. Zum Beispiel kann die MCU einen Regler, wie etwa einen Spannungsregler oder -kalibrator, umfassen. Die Regelung kann alternativ dazu oder zusätzlich durch Steuern des Wandlers unter Verwendung eines Mikrocontrollers bereitgestellt werden. Die Regelung kann z. B. durch jeden beliebigen geeigneten, justierbaren, linearen Spannungsregler erfolgen. Zum Beispiel kann ein Regler ein justierbares Schaltnetzteil umfassen. Die besondere Implementierung des Schaltnetzteils kann einen Abwärtswandler, einen Aufwärtswandler, einen Inverswandler oder jedes beliebige andere Schaltnetzteil zur Regelung des Autobatterie-Spannungspegels auf einen Versorgungsspannungspegel, der zur Energieversorgung eines LED-Strangs/von LED-Strängen und ihrer Antriebselemente angepasst ist, umfassen.Consequently, all LED strings are connected to just one common supply voltage, which is output by the MCU. Since the LED strings may differ in number and type of LEDs, the present invention provides an MCU for optimizing the supply voltage VS, which is adapted to correct its supply voltage in accordance with the power requirements of the LED clusters. For example, the MCU may include a regulator, such as a voltage regulator or calibrator. The regulation may alternatively or additionally be provided by controlling the converter using a microcontroller. The regulation can e.g. B. be done by any suitable, adjustable, linear voltage regulator. For example, a regulator may include an adjustable switched-mode power supply. The particular implementation of the switched-mode power supply may include a buck converter, a boost converter, an inverse converter, or any other switched-mode power supply for regulating the car battery voltage level to a supply voltage level that is adapted to power an LED string(s) and their driving elements.
Die MCU kann optional Ausfallsicherungs- und Diagnosemechanismen und -funktionen einschließen, zum Beispiel durch Einschließen einer Spannungsmesseinheit zum Messen der Versorgungsspannung VS. Die MCU kann fähig sein, die tatsächliche Spannung zu erkennen, die an dem Ausgang bereitgestellt wird. Die MCU kann die Anforderungen der verbundenen Steuereinheiten, die Spannung zu erhöhen oder zu senken, in Übereinstimmung mit den Kalibrierwerten, die von den Steuereinheiten benötigt werden, um eine ordentliche Energieversorgung jedes Strangs sicherzustellen, vergleichen. In manchen Ausführungsformen hat die MCU eine Erwartung, welche Spannung, oder welche Spannung innerhalb eines erwarteten Bereichs, für eine gegebene Steuereinheit bereitgestellt werden soll. Die Erwartung kann auf einem Kalibrierwert basieren, der zum Beispiel von einer vorherigen Kalibrierung gespeichert ist. Wenn eine Steuereinheit eine Spannung außerhalb des erwarteten Spannungsbereichs anfordert, kann die MCU möglicherweise diagnostizieren, dass ein Ausfall im System vorliegt. Beispiele für Spannungsmesseinheiten schließen Analog-DigitalWandler (ADCs), Komparatoren, optional mit einer justierbaren Referenzspannung usw. ein.The MCU can optionally include fail-safe and diagnostic mechanisms and functions, for example by including a voltage measurement unit for measuring the supply voltage VS. The MCU may be able to detect the actual voltage provided at the output. The MCU can compare the connected controllers' requests to increase or decrease the voltage in accordance with the calibration values needed by the controllers to ensure proper powering of each string. In some embodiments, the MCU has an expectation of what voltage, or what voltage within an expected range, to provide for a given controller. The expectation may be based on a calibration value stored from a previous calibration, for example. If a control unit requests a voltage outside of the expected voltage range, the MCU possibly diagnose that there is a failure in the system. Examples of voltage measurement units include analog-to-digital converters (ADCs), comparators, optionally with an adjustable reference voltage, and so on.
Die MCU kann auch programmiert werden oder elektronische Vorrichtungen umfassen, um eine Gateway-Funktion zu einem höherstufigen Netzwerk des Fahrzeugs, z. B. einem primären Netzwerk, zu bilden, das z. B. ein Local Interconnect Network (LIN) oder ein Controller Area Network (CAN), einschließlich entsprechenden Protokollen, sein kann.The MCU can also be programmed or include electronic devices to provide a gateway function to a higher level network of the vehicle, e.g. B. a primary network to form, the z. B. a Local Interconnect Network (LIN) or a Controller Area Network (CAN), including appropriate protocols, can be.
In manchen Ausführungsformen kann die MCU eine Speichereinheit umfassen, um unterschiedliche Kalibrierwerte zu speichern, zum Beispiel verbunden mit unterschiedlichen Beleuchtungssystemkonfigurationen. Die Speichereinheit kann von jeder beliebigen geeigneten Art sein. Es kann ein programmierbarer Speicher sein, wie etwa ein Direktzugriffsspeicher (RAM) usw. Es kann ein nichtflüchtiger Speicher (NVM) sein, wie etwa ein EEPROM, ein Flash-Speicher usw., auf den zu bestimmten Zeitpunkten (z. B. nach jedem Einschalten des Beleuchtungssystems oder der -systeme) zugegriffen werden kann und der die darin gespeicherten Werte wiederverwenden kann, wodurch man folglich ein robustes und zuverlässiges System erhält, mit dem Zeit gespart werden kann, wenn das System in Betriebsmodus die vorgegebene Funktion bereitstellen muss. In jedem Fall sollte die Speichereinheit vorzugsweise fähig sein, neue oder aktualisierte Werte jederzeit zu speichern, z. B. im Fall einer Neukalibrierung während des Betriebs, während einer Diagnose oder Instandhaltung in der Werkstatt. Folglich wird ein einziger, einmalig programmierbarer Speicher weniger bevorzugt.In some embodiments, the MCU may include a storage unit to store different calibration values, for example associated with different lighting system configurations. The storage unit can be of any suitable type. It can be programmable memory, such as random access memory (RAM), etc. It can be non-volatile memory (NVM), such as EEPROM, flash memory, etc., which is accessed at certain points in time (e.g. after each switching on the lighting system or systems) can be accessed and which can reuse the values stored therein, consequently obtaining a robust and reliable system with which time can be saved when the system in operational mode has to provide the predetermined function. In any case, the storage unit should preferably be able to store new or updated values at any time, e.g. B. in case of recalibration during operation, during diagnosis or maintenance in the workshop. Consequently, a single, one-time programmable memory is less preferred.
Die vorliegende Erfindung kann eine Steuerung der Energieversorgung von LEDs durch Bereitstellen mindestens einer Steuereinheit pro Cluster bereitstellen. Die MCU kann Informationen mit den Steuereinheiten der Cluster austauschen. Dies kann durch elektrische Verbindungen erfolgen. Zum Beispiel kann die MCU über eine BUSSchnittstelle (z. B. einen LIN-Bus oder CAN-Bus) mit einer oder mehreren Steuereinheiten verbunden werden. Dieses Netzwerk kann als sekundäres Netzwerk gesehen werden, zum Beispiel ein Netzwerk, das eine Vielzahl oder alle Beleuchtungssysteme z. B. in einem Fahrzeug steuert (es könnte jedoch auch jede beliebige Datenübertragung verwendet werden).The present invention can provide control of powering of LEDs by providing at least one controller per cluster. The MCU can exchange information with the control units of the clusters. This can be done through electrical connections. For example, the MCU can be connected to one or more control units via a BUS interface (e.g. a LIN bus or CAN bus). This network can be seen as a secondary network, e.g. a network connecting a variety or all lighting systems e.g. B. controls in a vehicle (however, any data transmission could also be used).
Die Steuereinheiten der vorliegenden Erfindung umfassen eine Verbindung zu jedem LED-Strang eines gleichen Clusters. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Verbindung den allgemeinen Namen „Knoten“ oder „Stift“ bekommen.The controllers of the present invention include a connection to each LED string of a same cluster. In embodiments of the present invention, the connection may be given the generic name "node" or "pin".
Des Weiteren umfassen die Steuereinheiten eine Spannungsmesseinheit, die verwendet wird, um den Spannungsabfall in dem LED-Strang zu erhalten. Zum Beispiel kann die Spannung an einem Knoten zwischen dem LED-Strang und der Steuereinheit gemessen werden, z. B. zwischen dem LED-Strang und einem entsprechenden Antriebselement in der Steuereinheit. Diese Spannung wird in der vorliegenden Erfindung den Namen Vpin bekommen. Diese Bezeichnung kann auf jede beliebige Art von Verbindung ausgeweitet werden.Furthermore, the control units include a voltage measuring unit that is used to obtain the voltage drop in the LED string. For example, the voltage can be measured at a node between the LED string and the control unit, e.g. B. between the LED string and a corresponding drive element in the control unit. This voltage will be named Vpin in the present invention. This term can be extended to any type of connection.
Die Steuereinheit umfasst des Weiteren einen Zugang zu einem Speicher zum Speichern von Werten der Spannung Vr, wobei diese Vr die Mindestspannung an dem Stift ist, die erforderlich ist, um einen LED-Strang anzutreiben. Zum Beispiel kann die Steuereinheit eine Verbindung oder Schnittstelle umfassen, um die Informationen von einem externen Speicher abzufragen (z. B. eine Verbindung zu einem primären oder sekundären Netzwerk usw.). In bevorzugten Ausführungsformen können die Informationen in einem Speicher gespeichert sein, der in der Steuereinheit selbst implementiert ist.The controller further includes access to a memory for storing values of voltage Vr, this Vr being the minimum voltage on the pin required to drive an LED string. For example, the controller may include a connection or interface to retrieve the information from external storage (e.g., a connection to a primary or secondary network, etc.). In preferred embodiments, the information can be stored in a memory implemented in the control unit itself.
Jede Steuereinheit umfasst des Weiteren einen LED-Treiber (umfassend z. B. variable Stromquellen, Schaltelemente, die durch eine PWM-Einheit gesteuert werden, eine Kombination von beliebigen aus diesen usw.) pro LED-Strang in jedem Cluster. Zum Beispiel können zwei oder drei LED-Stränge in einem Cluster jeweils mit einem entsprechenden Treiber der Steuereinheit verbunden werden. In diesem Fall sollte die Steuereinheit mindestens zwei oder drei Treiber umfassen. Falls eine Steuereinheit eine integrierte Treiberschaltung ist, kann die Anzahl von Treibern begrenzt sein. In einem solchen Fall könnte der Cluster, wenn ein Cluster mehr LED-Stränge als Treiber in der verfügbaren Steuereinheit umfasst, mit zwei oder mehr Steuereinheiten verbunden werden. Wenn zum Beispiel die Anzahl von LED-Strängen sehr hoch ist, kann der Cluster mit einer Vielzahl von Steuereinheiten verbunden werden, wobei jeder LED-Strang einen Antriebskanal, z. B. eine Verbindung über den Stift bzw. Pin, zu einer Antriebseinheit einer Steuereinheit aus der Vielzahl davon aufweist. Die Steuereinheiten desselben Clusters wiederum können Werte der voreingestellten Mindestspannung Vr für dieselben Anforderungen von z. B. Helligkeit entsprechend der Funktion dieses besonderen Clusters speichern.Each control unit further includes one LED driver (including eg variable current sources, switching elements controlled by a PWM unit, a combination of any of these, etc.) per LED string in each cluster. For example, two or three LED strings in a cluster can each be connected to a corresponding driver of the control unit. In this case, the control unit should include at least two or three drivers. If a control unit is a driver integrated circuit, the number of drivers may be limited. In such a case, if a cluster includes more LED strings than drivers in the available controller, the cluster could be connected to two or more controllers. For example, if the number of LED strings is very high, the cluster can be connected to a variety of control units, each LED string having a drive channel, e.g. B. a connection via the pin or pin, to a drive unit of a control unit of the plurality thereof. In turn, the control units of the same cluster can set values of the preset minimum voltage Vr for the same requirements of e.g. B. store brightness according to the function of this particular cluster.
Die Steuereinheiten können des Weiteren eine Einheit zum Vergleichen einer gemessenen Spannung mit der voreingestellten Spannung Vr umfassen. Zum Beispiel kann ein Komparator implementiert werden. Zum Beispiel kann eine Verarbeitungseinheit eingeschlossen werden, um die Signale von der Spannungsmesseinheit zu verarbeiten. Zum Beispiel kann die Verarbeitungseinheit ein Mikrocontroller, eine CPU oder jede beliebige sonstige geeignete Hardwareeinheit sein. Die Verarbeitungseinheit kann der MCU ein Signal bereitstellen, das Informationen hinsichtlich der Spannung an dem Stift oder eines Spannungsabfalls über dem LED-Strang einschließt, insbesondere ob sie höher oder niedriger als ein vorbestimmter Wertebereich ist. Die Steuereinheit kann diese Informationen mit der MCU über Kommunikationsschnittstellen in einem Netzwerk teilen.The control units may further comprise a unit for comparing a measured voltage with the preset voltage Vr. For example, a comparator can imple be mentioned. For example, a processing unit can be included to process the signals from the voltage measurement unit. For example, the processing unit can be a microcontroller, a CPU, or any other suitable hardware unit. The processing unit may provide the MCU with a signal including information regarding the voltage on the pin or a voltage drop across the LED string, specifically whether it is higher or lower than a predetermined range of values. The control unit can share this information with the MCU via communication interfaces in a network.
Des Weiteren kann die Steuereinheit optional eine Diagnosefunktion umfassen, in einer ähnlichen Art und Weise wie die MCU. Die Steuereinheit kann die Spannung an dem Ausgang der MCU ablesen. Wenn die Spannung an der verbundenen LED zu niedrig ist, kann sie Nachrichten an die MCU senden, zum Beispiel während des normalen Betriebsmodus (nicht nur während der Kalibrierung). Dies kann wie zuvor ermöglicht werden durch Einschließen einer Spannungsmesseinheit, wie etwa von ADCs, Komparatoren, optional mit einer justierbaren Referenzspannung usw., angepasst zum Ablesen der Spannung VS an dem Ausgang der MCU, oder indem den Steuereinheiten gestattet wird, auf eine Spannungsmesseinheit in der MCU zum Messen der VS zuzugreifen.Furthermore, the control unit can optionally include a diagnostic function, in a similar way as the MCU. The control unit can read the voltage at the output of the MCU. If the voltage on the connected LED is too low, it can send messages to the MCU, for example during normal operating mode (not only during calibration). This can be made possible as before by including a voltage measurement unit, such as ADCs, comparators, optionally with an adjustable reference voltage, etc., adapted to read the voltage VS at the output of the MCU, or by allowing the control units to access a voltage measurement unit in the Access MCU to measure the VS.
Die Steuereinheiten können in einer separaten integrierten Schaltung, zum Beispiel in monolithischen Schaltungen, bereitgestellt werden. Die Steuereinheiten können ebenfalls als eine Vielzahl von Schaltungen angeordnet werden, wobei ihre vielfachen Komponenten als separate Schaltungen implementiert werden, z. B. ein ADC, ein Kommunikationstransceiver (z. B. LIN-Transceiver oder CAN-Transceiver), eine CPU oder eine Zustandsmaschine, eine PWM-Einheit, gebildet als separate Einheiten.The control units can be provided in a separate integrated circuit, for example in monolithic circuits. The control units can also be arranged as a plurality of circuits with their multiple components implemented as separate circuits, e.g. B. an ADC, a communication transceiver (z. B. LIN transceiver or CAN transceiver), a CPU or a state machine, a PWM unit, formed as separate units.
Hinsichtlich des Beleuchtungssystems oder der - systeme können die Cluster Teil derselben Art von Beleuchtungssystem sein oder jeder Cluster kann Teil einer unterschiedlichen Art von System sein. Zum Beispiel kann ein Cluster, der zwei LED-Stränge umfasst, Teil der Rückleuchten-Beleuchtung sein, während ein anderer Cluster, der einen einzigen LED-Strang umfasst, Teil des Fahrtrichtungsanzeiger-Systems sein kann. In jedem sind, gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, alle Cluster mit derselben MCU verbunden, aber jeder Cluster ist mit mindestens einer zugehörigen Steuereinheit verbunden.With regard to the lighting system or systems, the clusters can be part of the same type of lighting system or each cluster can be part of a different type of system. For example, a cluster that includes two LED strings can be part of the taillight lighting, while another cluster that includes a single LED string can be part of the turn signal system. In each, according to embodiments of the present invention, all clusters are connected to the same MCU, but each cluster is connected to at least one associated control unit.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Beleuchtungssystem mindestens einen Cluster, der mindestens einen LED-Strang umfasst. Da die Steuereinheiten mit Clustern verbunden sind, können ein genauer Antrieb und eine Spannungsablesung und Kompensation für jeden Strang in einem Cluster durch Verwenden einer einzigen Steuereinheit erhalten werden, wodurch folglich die Komplexität des Systems verringert wird. In manchen Ausführungsformen kann ein Cluster einen einzigen Strang umfassen, der eine oder mehrere LEDs umfasst. In manchen Ausführungsformen kann ein Cluster einen Strang mit vier LEDs oder drei LEDs umfassen. In manchen Ausführungsformen können Kombinationen mehrerer Cluster unterschiedlicher Art, Anzahl von Strängen und/oder Anzahl von LEDs pro Strang eingeschlossen sein. Das System ist fähig, jede beliebige dieser Clusterkombinationen anzutreiben, die Beleuchtungssysteme bilden, die untereinander unterschiedlich sein können, und einen korrekten Antrieb und eine Beleuchtung aller Systeme sicherzustellen.In embodiments of the present invention, a lighting system includes at least one cluster that includes at least one LED string. Because the controllers are associated with clusters, accurate drive and voltage reading and compensation for each string in a cluster can be obtained by using a single controller, thus reducing the complexity of the system. In some embodiments, a cluster may include a single string that includes one or more LEDs. In some embodiments, a cluster may include a string of four LEDs or three LEDs. In some embodiments, combinations of multiple clusters of different types, number of strings, and/or number of LEDs per string may be included. The system is able to power any of these cluster combinations forming lighting systems that may differ from each other and ensure correct powering and lighting of all systems.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in
Das Beleuchtungssystem kann unterschiedliche LED-Cluster 29, 30 umfassen und jeder LED-Cluster kann einen oder mehrere LED-Stränge 27, 31 umfassen, wobei die LED-Stränge jeweils mindestens eine LED, möglicherweise eine Vielzahl von LEDs 26, die in Reihe geschaltet sind, einschließen. Obwohl die vorliegende Erfindung an Strängen verwendet werden kann, die eine einzige LED umfassen, ist es vorteilhaft mehrere LEDs in Reihe zu haben, da die korrekte Energieversorgung aller LEDs in dem Strang sichergestellt ist, wodurch ein System mit viel besseren Beleuchtungs- und Sichtbarkeitsfähigkeiten als eine einzige LED erlaubt wird.The lighting system may comprise
Des Weiteren kann die MCU 10 möglicherweise eine Spannungsmesseinheit 14, zum Beispiel einen ADC oder einen Komparator mit einer justierbaren Referenzspannung, zum Messen der Versorgungsspannung VS des Spannungswandlers, z. B. DC/DC-Wandler, mit der die unterschiedlichen LED-Stränge versorgt werden, umfassen.Furthermore, the
Die MCU 10 kann des Weiteren eine Speichereinheit 11 zum Speichern eines Wertes der Versorgungsspannung VS umfassen, der zu Beginn eines Kalibrierverfahrens zu verwenden ist. Sie kann die Einstellungen des Spannungswandlers zum Berichtigen der VBAT-Spannung auf die Versorgungsspannung für die Beleuchtungssysteme speichern. Die Speichereinheit 11 kann optional andere Werte speichern, wie etwa erforderliche Mindestspannungen für LED-Stränge und Informationen hinsichtlich vorheriger Kalibrierungen.The
Während die Versorgungsspannung VS zur Versorgung der LED-Stränge von der MCU 10 gesteuert und gemessen werden kann, können der Spannungsabfall oder der Strom durch die LED-Stränge von einer Steuereinheit, z. B. einer Steuereinheit 20, die zu jedem entsprechenden LED-Cluster 29, 30 zugehörig ist, ebenfalls gesteuert und gemessen werden. Die Steuereinheit 20 in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann nicht nur die Energieversorgung der zugehörigen LED-Cluster steuern (z. B. durch Steuern des Stroms durch jeden Strang), sondern kann ebenfalls auf die Energieversorgung bezogene Parameter messen, wie etwa die Spannung an jedem Stift, optional auch an der Versorgungsspannung VS, und sie kann daraus auch den Spannungsabfall in jedem Strang des Clusters ableiten. Bezug nehmend auf
Die in
Die Spannungsmesseinheit 24 kann möglicherweise z. B. über einen Multiplexer (hier nicht dargestellt) mit jedem Stift, einschließlich des Stifts für die Versorgungsspannung VS verbunden werden. Ein Multiplexer hat den Vorteil, dass er fähig ist, Spannungen an einer Vielzahl von Stiften mit einer einzigen Vorrichtung abzulesen, wodurch sich folglich die Kompaktheit verbessert. Eine solche Spannungsmesseinheit 24 kann z. B. einen ADC und/oder einen Komparator mit einer konfigurierbaren Referenzspannung umfassen. Die Steuereinheit 20 kann des Weiteren eine Verarbeitungseinheit umfassen, zum Beispiel einen Mikrocontroller 25, der die Messungen der Spannungsmesseinheit 24 ablesen und verarbeiten kann. Der Mikrocontroller 25 kann auch die Energieversorgung der LED-Stränge steuern, indem die Steuerung über die Treiber, z. B. über die steuerbare Stromquelle 23, und/oder die PWM-Antriebseinheit 21 bereitgestellt wird. Die Steuereinheit 20 kann Zugriff auf eine Speichereinheit haben (z. B. eine Einheit, die in der Steuereinheit 20 eingeschlossen ist, oder Zugriff auf die Speichereinheit 11, die in der MCU implementiert ist), die mehrere voreingestellte Spannungen Vr speichert, um den Vergleich durchzuführen. Der Speicher kann programmierbare Fähigkeiten umfassen, sodass die Vr gemäß jeder besonderen Anwendung variiert und berichtigt werden können.The
Die Verarbeitungseinheit 25 kann des Weiteren mit einer Kommunikationsschnittstelle 28 der Steuereinheit 20 verbunden werden, um der MCU 10 mitzuteilen, ob die Messung innerhalb der übernommenen Parameter liegt oder nicht. Die Steuereinheit 20 umfasst einen Signalgenerator, um ein Signal zu erzeugen und es an die MCU 10 zu senden, wenn die Messung höher oder niedriger als erwartet ist, zum Beispiel außerhalb einer vorbestimmten Fehlerspanne liegt. Die MCU 10 würde die Versorgungsspannung VS dann jeweils verringern beziehungsweise erhöhen.The
Es ist anzumerken, dass jeder beliebige Teil oder alle Teile der Steuereinheit 20 in einer einzigen integrierten Schaltung, wie etwa einem Halbleiterchip, enthalten sein können, wodurch sich die Kompaktheit weiter verbessert.It should be noted that any or all parts of the
Die Master-Steuereinheit 10 kann eine sekundäre Kommunikationsschnittstelle 15 für den Datenaustausch mit der Kommunikationsschnittstelle 28 jeder Steuereinheit 20 des Systems umfassen. Folglich kommunizieren die MCU 10 und die Steuereinheiten 20 miteinander über dieses sekundäre Netzwerk, z. B. über die Leitungen 17 des sekundären Netzwerks. Dies ist in vielen Fahrzeugen vorteilhaft, die eine eigene Netzwerkarchitektur für manche oder alle Beleuchtungssysteme umfassen, getrennt vom Rest der Netzwerkarchitektur und verringert Risiken für Interferenzen mit anderen Systemen des Fahrzeugs, z. B. Sicherheitssystemen, Motorsteuerung und Tempomat, Abstands- und Aufprallsensoren, Klimaanlage, Kommunikationssystemen usw. Vorteilhafterweise muss dieses sekundäre Netzwerk keine Hochleistung zeigen, sodass die Implementierungskosten gesenkt werden können, z. B. durch Verwenden eines LIN. Die Implementierung mehrerer Steuereinheiten in ein sekundäres Netzwerk ist üblicherweise billiger als deren Implementierung auf dem CAN mit Verdrahtung durch ein komplettes Fahrzeug und die Bereitstellung einer einzigen Verbindung zu dem CAN über die MCU. In diesem Fall ist die MCU ein CAN-LIN-Gateway. Andere Implementierungen sind jedoch gestattet. Zum Beispiel kann ein CAN möglicherweise für MCU und Steuereinheiten verwendet werden, wenn das System als sicherheitskritisches System gesehen wird, wie in
Die ausgetauschten Daten können mindestens Daten darüber einschließen, ob die Messung des Spannungsabfalls durchgeführt wurde, und das Ergebnis davon (von der Steuereinheit 20 zu der MCU 10), aber sie können auch andere Signale einschließen, zum Beispiel Signale zum Aktivieren der Kalibrierung.The exchanged data may at least include data on whether the voltage drop measurement was performed and the result thereof (from the
Der Spannungswandler 16, z. B. der DC/DC-Wandler, der MCU 10 stellt eine justierbare Versorgungs-spannung VS bereit. Wird eine erste Gruppe von Clustern verwendet, kann ein berichtigter Versorgungsspannungswert VS erhalten werden, der sich von dem berichtigten Wert unterscheiden kann, wenn eine zweite, unterschiedliche Gruppe von Clustern verwendet wird. Die Vielzahl von erhaltenen berichtigten Versorgungsspannungen VS kann eine Liste von Kalibrierwerten bilden. Diese Kalibrierwerte können gespeichert werden, zum Beispiel in einem zentralen Speicher des Fahrzeugs oder in einer Speichereinheit 11, die in der MCU 10 eingeschlossen ist.The
Der Status des Systems oder der Systeme kann einer höherstufigen Verarbeitungseinheit (z. B. dem Bordnetzsteuergerät (BCM) oder einer ähnlichen Steuerung eines Fahrzeugs) mitgeteilt werden, zum Beispiel zum Empfangen von Befehlen für die zentrale Verarbeitungseinheit.The status of the system or systems may be communicated to a higher-level processing unit (e.g., the on-board control module (BCM) or similar controller of a vehicle), for example to receive commands for the central processing unit.
Die höherstufige Verarbeitungseinheit kann auch eine Steuerung darüber bereitstellen, welches der Beleuchtungssysteme aktiviert werden muss. Die Kommunikation kann bereitgestellt werden durch eine dedizierte primäre Kommunikationsschnittstelle 13, die in der MCU 10 eingeschlossen ist, die eine Verbindung zu dem primären Netzwerk, z. B. über Netzwerkleitungen 18 bereitstellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Architektur beschränkt. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind das primäre und sekundäre Netzwerk in einem einzigen, gemeinsamen Netzwerk enthalten, wie oben beschrieben.The higher level processing unit may also provide control over which of the lighting systems needs to be activated. The communication can be provided by a dedicated
Eine solche Ausführungsform ist in
In einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Spannungskalibrierung für ein LED-basiertes Beleuchtungssystem vorgestellt. Das Verfahren gestattet die Kalibrierung einer Versorgungsspannung für Beleuchtungssysteme, die eine Vielzahl von LED-Strängen aus lichtemittierenden Dioden (LEDs) umfassen, wobei die Effekte von Unterschieden in den LED-Strängen kompensiert werden, wie zum Beispiel die Anzahl oder die Art von LEDs in den Strängen und folglich der Spannungsabfall über den LED-Strängen.In a second aspect, a voltage calibration method for an LED-based lighting system is presented. The method allows calibration of a supply voltage for lighting systems that include a plurality of LED strings of light emitting diodes (LEDs), while compensating for the effects of differences in the LED strings, such as the number or type of LEDs in the strings and consequently the voltage drop across the LED strings.
Das Verfahren, das schematisch im Ablaufdiagramm von
Das Verfahren umfasst des Weiteren das Messen 303 mindestens eines Parameters in Bezug auf die Energieversorgung des LED-Strangs. Zum Beispiel kann das Verfahren das Messen einer Spannung Vpin an einem Knoten zwischen jeder Steuereinheit 20, 120 und ihrem jeweiligen Strang oder mehreren Strängen umfassen. Zum Beispiel kann der Knoten die Verbindung eines LED-Strangs gegenüber der Verbindung zu der MCU 10 sein, oder analog dazu, die Verbindung des LED-Strangs zu der entsprechenden LED-Antriebseinheit in der Steuereinheit 20, 120. Der Spannungsabfall (VS-Vpin) über jedem Strang, zwischen der Versorgungsspannung und der Spannung an dem Knoten zwischen jedem Strang und der Steuereinheit, kann zusätzlich erhalten werden, was von Cluster zu Cluster unterschiedlich sein kann, oder sogar zwischen Strängen desselben Clusters.The method further includes measuring 303 at least one parameter related to the powering of the LED string. For example, the method may include measuring a voltage Vpin at a node between each
Die erhaltene Spannung Vpin an dem Knoten zwischen einem Strang und der Steuereinheit wird dann mit einer voreingestellten Spannung Vr verglichen 304, die für den jeweiligen Strang erforderlich ist. Die voreingestellte Spannung kann die analoge Mindestspannung sein, die erforderlich ist, um benötigte Lichtinformationen eines gegebenen LED-Strangs, der mit der Steuereinheit verbunden ist, bereitzustellen. Die voreingestellte Spannung Vr kann vorteilhafterweise so niedrig wie möglich sein, um über eine minimale Verlustleistung in der Steuereinheit zu verfügen, aber so hoch wie nötig, um eine ordentliche Strom- oder Spannungssteuerung des verbundenen LED-Strangs zu ermöglichen.The obtained voltage Vpin at the node between a string and the controller is then compared 304 to a preset voltage Vr required for the particular string. The preset voltage may be the minimum analog voltage required to provide needed lighting information of a given LED string connected to the controller. The preset voltage Vr can advantageously be as low as possible to have minimum power dissipation in the control unit, but as high as necessary to allow proper current or voltage control of the connected LED string.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die voreingestellte Mindestspannung Vr für jeden Cluster unterschiedlich sein, wobei diese gemäß der Anwendung gewählt wird (z. B. haben Lichter für die Beleuchtung andere Anforderungen als Lichter für die Sichtbarkeit, sodass die Vr in Clustern dieser Systeme unterschiedlich sein wird). Es kann auch jedem Strang eine unterschiedliche Vr zugewiesen werden, vorteilhafterweise unter Berücksichtigung einer unterschiedlichen Anzahl von LEDs in jedem Strang für ein und denselben Cluster. In manchen Ausführungsformen können die voreingestellten Mindestspannungspegel Vr programmierbar sein.In embodiments of the present invention, the preset minimum voltage Vr can be different for each cluster, chosen according to the application (e.g., lights for illumination have different requirements than lights for visibility, so the Vr in clusters of these systems are different becomes). A different Vr can also be assigned to each string, advantageously taking into account a different number of LEDs in each string for the same cluster. In some embodiments, the preset minimum voltage levels Vr may be programmable.
Messen und Vergleichen können in jeder beliebigen geeigneten Spannungsmessschaltung, z. B. einem ADC 24, 124, und Verarbeitungseinheit der Steuereinheit 20, 120 (z. B. in dem Mikrocontroller 25, 125) erfolgen. Ein Signal kann gemäß dem Ergebnis des Vergleichs erzeugt 305 werden. Wenn die an dem Knoten zwischen dem LED-Strang und der Steuereinheit gemessene Spannung niedriger ist als eine vordefinierte Fehlerspannung, niedriger als die voreingestellte Spannung Vr, wird der MCU 10 gemeldet 308, dass die Versorgungsspannung VS zu niedrig ist. Die voreingestellte Spannung Vr kann in typischen Fahrzeuganwendungen zum Beispiel zwischen 0,5 V und 3,0 V, z. B. 0,5 V oder 1 V oder 2 V oder 3 V betragen. Die vordefinierte Fehlerspannung kann zum Beispiel zwischen 5 und 20 % der Vr betragen. Im Allgemeinen darf die Fehlerspannung nicht zu niedrig sein, um einen robusten Antrieb bereitzustellen. In manchen Ausführungsformen der Erfindung kann ein „NIEDRIG“-Meldesignal in der entsprechenden Verarbeitungseinheit erzeugt werden, zum Beispiel in dem Mikrocontroller, um der MCU 10 zu melden, dass die Versorgungsspannung VS zu niedrig ist. Das erzeugte Signal kann Informationen hinsichtlich des Wertes der Messung (wie niedrig die Messung ist), und/oder wie viel sie von der voreingestellten Spannung Vr abweicht, umfassen. Die Kommunikation kann durch jedes beliebige geeignete Kommunikationsnetzwerk erfolgen, wie zum Beispiel ein drahtloses Netzwerk (obwohl weniger bevorzugt, da die Kosten höher sind). Vorzugsweise tauscht (empfängt und/oder sendet) die MCU 10 Daten mit den Steuereinheiten über ein verdrahtetes Kommunikationsnetzwerk aus. Die Steuereinheiten empfangen Informationen zum Antreiben des Beleuchtungssystems und senden Diagnoseinformationen zurück zu der Master-Einheit 10. Zum Beispiel können die Informationen den Strom durch den LED-Strang, den Spannungsabfall über einem LED-Strang, die Spannung an dem Verbindungspunkt des LED-Strangs mit den Antriebselementen, die Versorgungsspannung VS usw. betreffen. In manchen Ausführungsformen kann die MCU 10 die Informationen an ein primäres Netzwerk in einer Gateway-Funktion senden. In manchen Ausführungsformen sind alle Steuereinheiten 20, 120 und die MCU 10 in der gleichen Netzwerkhierarchie und werden von dem primären Netzwerk gesteuert. In anderen Ausführungsformen sind eine beliebige oder alle Steuereinheiten 20, 120 mit der MCU 10 über ein sekundäres Netzwerk verbunden, und der Datenaustausch mit dem primären Netzwerk erfolgt durch die MCU 10. Jedes beliebige andere, geeignete Kommunikationsmittel kann verwendet werden, was zu einem höchst flexiblen Verfahren führt.Measuring and comparing can be done in any suitable voltage measuring circuit, e.g. B. an
Zusätzlich kann das Verfahren das Erzeugen eines Meldesignals umfassen, das sich von dem „NIEDRIG“-Signal unterscheidet, wenn die gemessene Spannung höher ist als eine vordefinierte Fehlerspannung, höher als die voreingestellte Spannung Vr. Das Signal, identifiziert als „HOCH“-Signal, meldet 309, dass die Versorgungsspannung zu hoch ist, und es kann Informationen hinsichtlich des Wertes der Messung, und/oder um wie viel sie von der voreingestellten Spannung Vr abweicht, umfassen.Additionally, the method may include generating a notification signal different from the "LOW" signal when the measured voltage is higher than a predefined error voltage, higher than the preset voltage Vr. The signal, identified as a "HIGH" signal, reports 309 that the supply voltage is too high, and it may include information regarding the value of the measurement and/or how much it deviates from the preset voltage Vr.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die vordefinierte Fehlerspannung über und unter der voreingestellten Spannung Vr anwendungsabhängig und für jeden Cluster unterschiedlich sein. Dies hängt von der Auflösungseinstellung der Messung ab, und sie kann für die Stränge eines Clusters unterschiedlich sein, doch üblicherweise ist sie dieselbe . Die vordefinierte Fehlerspannung über der voreingestellten Spannung Vr kann sich von der vordefinierten Fehlerspannung unter der voreingestellten Spannung Vr unterscheiden. Des Weiteren kann eine Vielzahl der vordefinierten Fehlerspannungen gemäß der besonderen Konfiguration und/oder Anwendung gespeichert und verwendet werden, wobei eine Hysterese in dem Regelkreis zwischen Erhöhen oder Verringern der Versorgungsspannung VS sichergestellt wird, wie nachstehend erklärt. In manchen Ausführungsformen können die vordefinierten Fehlerspannungspegel auch programmierbar sein.In embodiments of the present invention, the predefined error voltage above and below the preset voltage Vr may be application dependent and different for each cluster. This depends on the resolution setting of the measurement and it can be different for the strands of a cluster, but usually it is the same. The predefined error voltage above the preset voltage Vr may be different from the predefined error voltage below the preset voltage Vr. Furthermore, a plurality of the predefined error voltages can be stored and used according to the particular configuration and/or application, ensuring hysteresis in the control loop between increasing or decreasing the supply voltage VS, as explained below. In some embodiments, the predefined error voltage levels can also be programmable.
Das Verfahren umfasst des Weiteren das Berichtigen 306 der Versorgungsspannung VS in eine berichtigte Versorgungsspannung VS, basierend auf dem empfangenen Meldesignal. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (z. B. der Ausführungsform von
Wenn die MCU 10 ein „NIEDRIG“-Signal empfängt, dann erhöht die MCU 10 die Versorgungsspannung VS (z. B. durch Erhöhen der Spannungsumwandlung, zum Beispiel durch Ändern der Konfiguration oder Einstellung eines DC/DC-Wandlers mittels eines Mikrocontrollers), um eine korrekte Beleuchtung und Steuerung jedes LED-Strangs jedes Clusters sicherzustellen. Die MCU 10 erhöht die Versorgungsspannung VS, bis die Spannung Vpin an dem Knoten zwischen dem LED-Strang und der Steuereinheit die voreingestellte Spannung Vr erreicht oder übersteigt. Wenn dieser Zustand für alle LED-Stränge aller Steuereinheiten eines gegebenen Clusters erreicht ist, ist die Kalibrierung für diesen gegebenen Cluster beendet und eine bestimmte VS-Einstellung für diesen gegebenen Cluster wird von der MCU 10 gespeichert, zumindest temporär gespeichert. Die ganze Kalibrierung ist beendet, wenn alle Steuereinheiten aller Cluster erfasst worden sind. Die MCU 10 hat dann während der Kalibrierung individuelle VS-Einstellungen pro Cluster abgeleitet.If the
Andererseits, wenn die MCU 10 ein „HOCH“-Signal empfängt, dann verringert die MCU 10 die Versorgungsspannung VS, bis die Spannung Vpin an dem Knoten zwischen dem LED-Strang und der Steuereinheit die voreingestellte Spannung Vr erreicht, wodurch die Verlustleistung und Erwärmung in den Antriebselementen der Steuereinheit verringert werden und letztlich die Risiken einer Beschädigung oder Verringerung der Lebensdauer der Antriebselemente der Steuereinheiten verringert werden. Die Kalibrierung für einen gegebenen Cluster ist beendet, wenn die erste Steuerung diesen Zustand für den ersten verbundenen Strang erreicht. Die MCU 10 kann die Spannung VS dann möglicherweise nur in einem kleinen Schritt erhöhen, sodass die Vpin dann wieder höher ist als die Vr. Die Kalibrierung ist insgesamt beendet, wenn alle Steuereinheiten aller Cluster erfasst worden sind. Die MCU 10 hat dann während der Kalibrierung ebenfalls individuelle VS-Einstellungen pro Cluster abgeleitet.On the other hand, if the
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung muss die Spannung Vpin an dem Knoten zwischen dem LED-Strang und der Steuereinheit nicht exakt mit der voreingestellten Spannung Vr übereinstimmen, und es reicht, dass die Spannung Vpin an dem Knoten zwischen dem LED-Strang und der Steuereinheit innerhalb eines vordefinierten Fehlers von, aber höher als, Vr ist. Dies stellt sicher, dass die erforderliche Mindestspannung allen LED-Strängen eines gegebenen Clusters bereitgestellt wird.In embodiments of the present invention, the voltage Vpin at the node between the LED string and the control unit need not exactly match the preset voltage Vr, and it is sufficient that the voltage Vpin at the node between the LED string and the control unit within a predefined error of, but higher than, Vr. This ensures that the minimum voltage required for all LED strands of a given cluster.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet die MCU 10 jene Einstellung, die zu der höchsten VS führt, dem Wert aus den abgeleiteten individuellen VS-Einstellungen für jeden Cluster, und sie speichert 307 diese Einstellung zur weiteren Verwendung. Die MCU 10 kann so programmiert werden, dass sie die höchste der unterschiedlichen erforderlichen Versorgungsspannungen als die berichtigte Versorgungsspannung VS wählt 310. Folglich ist kein LED-Strang energieunterversorgt, und eine korrekte Beleuchtung kann erhalten werden.In embodiments of the present invention, the
In anderen Ausführungsformen werden die Einstellung des Wandlers, die zu der höchsten VS führt, und die Konfiguration von Clustern, die in dieser höchsten VS resultierte, gespeichert 307. Wenn dieselben Cluster aktiviert werden, verwendet die MCU die höchste VS, die für diese Konfiguration gespeichert ist. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet die MCU 10 alle abgeleiteten individuellen VS-Einstellungen pro Cluster und speichert diese Einstellungen 317 zur weiteren Verwendung. Da die MCU 10 möglicherweise über die Busschnittstelle gemäß
Die gespeicherte Einstellung schließt die Einstellung oder Konfiguration des Spannungswandlers zum Umwandeln der Spannung einer Hauptquelle auf die erforderliche berichtigte Versorgungsspannung ein, und sie kann auch Informationen hinsichtlich der Anzahl von angetriebenen Strängen, der Beleuchtungsintensität, des VS-Wertes, der benötigt wird, um die Vr für alle Stränge in diesem Cluster zu erreichen, einschließen. Speichern einer Einstellung kann Speichern von Datenwerten umfassen. Zum Beispiel werden während der Kalibrierung unterschiedliche Datenwerte für die Versorgungsspannung VS (in Abhängigkeit von den Clustern) gesammelt. Diese Datenwerte können in einem Speicher gespeichert werden. Der Datenwert für die Versorgungsspannung VS, Daten zur Einstellung des Wandlers und Bereitstellung solcher Datenwerte der Versorgungsspannung VS und der Cluster entsprechend diesen Werten können gespeichert werden. Der Spannungswandler kann ein Steuerregister umfassen. Für ein 8-Bit-Register können Datenwerte in einem Bereich zwischen 00 Hex und FF Hex gespeichert werden. Jeder gespeicherte Datenwert kann möglicherweise einem analogen Ausgangswert einer unterschiedlichen Versorgungsspannung VS entsprechen. Die MCU kann einen Datenwert aus dem Speicher auswählen (in Abhängigkeit davon, welcher Cluster verwendet wird) und kann diesen Wert in das Steuerregister für den Wandler einschließen. Wenn mehr Cluster in einer weiteren Energieversorgung von Beleuchtungssystemen verwendet werden, kann die MCU jene Einstellung auswählen, die den höchsten Wert aller aktivierten Cluster bereitstellt.The saved setting includes the setting or configuration of the voltage converter to convert the voltage of a main source to the corrected supply voltage required and may also include information regarding the number of strings driven, the lighting intensity, the VS value required to meet the Vr to achieve for all strands in that cluster. Saving a setting may include saving data values. For example, different data values for the supply voltage VS (depending on the clusters) are collected during the calibration. These data values can be stored in a memory. The data value for the supply voltage VS, data for adjusting the converter and providing such data values of the supply voltage VS and the clusters corresponding to these values can be stored. The voltage converter may include a control register. For an 8-bit register, data values can be stored in a range from 00 hex to FF hex. Each stored data value can possibly correspond to an analog output value of a different supply voltage VS. The MCU can select a data value from memory (depending on which cluster is used) and include that value in the control register for the converter. If more clusters are used in another lighting system power supply, the MCU can select the setting that provides the highest value of all enabled clusters.
Optional kann eine dritte Art von Meldesignal bereitgestellt werden 311, wenn das Signal innerhalb der vorgeschriebenen Parameter liegt (z. B. innerhalb der vordefinierten Fehlerspannung), wodurch es als Prüfsignal dient um anzuzeigen, dass der LED-Cluster funktioniert und dass die Kommunikationskanäle aktiv sind.Optionally, a third type of notification signal can be provided 311 if the signal is within the prescribed parameters (e.g. within the predefined error voltage), thereby serving as a test signal to indicate that the LED cluster is functioning and that the communication channels are active .
In manchen Ausführungsformen, in denen eine einzige Vr pro Funktion definiert wird (z. B. zum Erhalten der VS, die für alle LED-Stränge eines einzigen Clusters, in dem alle Vr für alle Stränge gleich sind, benötigt wird), kann das Verfahren das Verwenden von „HOCH“- und „NIEDRIG“-Signalen umfassen. In einem solchen Fall speichert die MCU die VS-Einstellung für diesen besonderen Cluster in Übereinstimmung mit dem zum Funktionieren erforderlichen Minimum, was aber zu einer geringeren Verlustleistung führt. Werden jedoch viele Vr verwendet, können nur „NIEDRIG“-Signale verwendet werden. In einem praktischen Beispiel kann sich in normalem Betriebsmodus eine Ausgangsspannung für Nebelscheinwerfersysteme VS(fog) von der Ausgangsspannung für Rückleuchten VS(rear) unterscheiden. Beide Werte können während der Kalibrierung abgeleitet und in dem Speicher 11 der MCU zum Beispiel gespeichert werden. Wenn Nebelscheinwerfer und Rückleuchten eingeschaltet sind, wird die Einstellung des Wandlers, die die höchste VS bereitstellt, von der MCU gewählt (entweder Nebelscheinwerfer oder Rückleuchte), denn wenn die niedrigste VS gewählt würde, dann könnte ein Beleuchtungssystem nicht in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Leuchtkraft funktionieren. Folglich passt die MCU die VS nicht in Übereinstimmung mit einer Anforderung für niedrigere VS an („NIEDRIG“-Signal), wenn die Vpin die Vr übersteigt, in diesem besonderen Fall von Clustern mit unterschiedlichen Vr.In some embodiments where a single Vr is defined per function (e.g., to obtain the VS needed for all LED strings of a single cluster where all Vr are the same for all strings), the method include using "HIGH" and "LOW" signals. In such a case, the MCU stores the VS setting for that particular cluster in accordance with the minimum required to function, but resulting in lower power dissipation. However, if many Vr are used, only “LOW” signals can be used. In a practical example, an output voltage for fog lamp systems VS(fog) can differ from the output voltage for rear lamps VS(rear) in normal operating mode. Both values can be derived during calibration and stored in the
In einer anderen Ausführungsform können möglicherweise mehrere vordefinierte Fehlerspannungen vorgegeben werden, um eine gegebene Hysterese zwischen Erhöhen / Verringern der Versorgungsspannung VS sicherzustellen, um genügend Spielraum gegen Störungen an der Versorgungsspannung VS zu haben.In another embodiment, possibly several predefined error voltages can be given in order to ensure a given hysteresis between increase/decrease of the supply voltage VS in order to suffice to have enough leeway against disturbances in the supply voltage VS.
Das Verfahren umfasst des Weiteren das Speichern 307 der berichtigten Versorgungsspannungseinstellungen wie zuvor beschrieben. Die berichtigte Versorgungsspannung kann in einer externen Speichereinheit gespeichert werden oder sie kann in einer internen Speichereinheit gespeichert werden, zum Beispiel einer Speichereinheit in der MCU 10.The method further includes storing 307 the corrected supply voltage settings as previously described. The corrected supply voltage can be stored in an external storage unit or it can be stored in an internal storage unit, for example a storage unit in the
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Signal von der MCU 10 erzeugt 312 werden, das an einen Ausgang durch das primäre Netzwerk gesendet werden kann, wodurch angezeigt wird, dass die Kalibrierung beendet ist (zum Beispiel Setzen einer „Konfiguration fertig-Fahne“).In some embodiments of the present invention, a signal may be generated 312 by the
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann diese Fahne auch in einem der beschriebenen Speicher gespeichert werden, sodass während einer nächsten Einschaltung des Systems möglicherweise kein Kalibrierschritt mehr benötigt wird.In one embodiment of the present invention, this flag may also be stored in one of the memories described so that a next time the system is powered up, a calibration step may not be needed.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren das Starten mit einer ersten Versorgungsspannung VS, die sehr niedrig (niedrig genug um sicherzustellen, dass kein Cluster die voreingestellte Spannung Vr in einem beliebigen seiner Stränge aufweist) oder sehr hoch (hoch genug um sicherzustellen, dass alle Stränge aller Cluster eine Spannung aufweisen, die mindestens höher als Vr ist) sein kann. Alle Vpin-Spannungen werden an allen Steuerungen und allen Clustern gemessen. Während der Kalibrierung kann es zwei Möglichkeiten geben in Abhängigkeit von der verwendeten ersten Versorgungsspannung VS.In embodiments of the present invention, the method includes starting with a first supply voltage VS that is very low (low enough to ensure that no cluster has the preset voltage Vr in any of its strings) or very high (high enough to ensure that all strands of all clusters have a voltage at least higher than Vr). All Vpin voltages are measured on all controllers and all clusters. There can be two possibilities during the calibration, depending on the first supply voltage VS used.
a)
Dieser Prozess kann gleichzeitig für alle Cluster erfolgen, oder nacheinander Cluster für Cluster, oder gleichzeitig für eine Teilgruppe der Cluster und danach für mindestens eine andere Teilgruppe der Cluster. Wenn der Prozess nicht für alle Cluster gleichzeitig erfolgt, sollten die Cluster in einer besonderen Reihenfolge kalibriert werden, oder alternativ dazu sollte die Versorgungsspannung VS wieder an dem ganz niedrigen ersten Wert für jeden Cluster beginnen. Die besondere Reihenfolge kann auf einer Schätzung der niedrigsten Vr, die von jedem Cluster benötigt wird, basieren, sodass die Cluster in einer Sequenz ansteigender Mindest-Vr kalibriert werden. Alternativ dazu kann, wenn die MCU erkennt, dass ein Cluster kalibriert wurde und seine Kalibriereinstellungen gespeichert sind, jedes beliebige weitere Signal von Mikrocontrollern dieses Clusters ignoriert werden.This process can occur simultaneously for all clusters, or sequentially cluster by cluster, or simultaneously for a subset of the clusters and then for at least one other subset of the clusters. If the process does not happen simultaneously for all clusters, the clusters should be calibrated in a particular order, or alternatively the supply voltage VS should start again at the very low first value for each cluster. The particular order may be based on an estimate of the lowest Vr required by each cluster, such that the clusters are calibrated in a sequence of increasing minimum Vr. Alternatively, if the MCU recognizes that a cluster has been calibrated and its calibration settings are saved, any further signal from microcontrollers of that cluster can be ignored.
b)
In diesem Fall wird die Einstellung der Mindestversorgungsspannung VS für jeden Cluster gespeichert 317, sodass der Zustand Vpin > Vr für alle Vpin aller Steuerungen für einen gegebenen Cluster erreicht ist.In this case, the setting of the minimum supply voltage VS for each cluster is saved 317 such that the condition Vpin > Vr is reached for all Vpins of all controllers for a given cluster.
Beide Kalibrierungen können in manchen Fällen kombiniert werden. Wenn zum Beispiel eine Kalibrierung Cluster für Cluster durchgeführt wird, können manche Cluster beginnend mit einer höheren als erforderlichen Versorgungsspannung VS kalibriert werden, um Vr in all ihren Strängen zu erhalten, und andere können beginnend mit einer niedrigeren als erforderlichen Versorgungsspannung VS kalibriert werden, um Vr in all ihren Strängen zu erhalten. Zum Beispiel kann für einen Cluster mit vielen Strängen das Beginnen mit einer hohen Versorgungsspannung VS die Kalibrierung rasch beenden, mit Werten für die Spannung in dem Knoten innerhalb eines vordefinierten Fehlers über Vr. Andererseits kann für einen Cluster mit einem oder nur wenigen Strängen (z. B. zwei) das Beginnen mit einer sehr niedrigen Versorgungsspannung VS zu einer Versorgungsspannung VS führen, die eine der Vr sehr nahe Vpin ergibt, wodurch folglich die Verlustleistung verringert wird. In manchen Ausführungsformen wird nur eine einzige Versorgungsspannung VS gespeichert, der Mindestwert, für den alle Stränge jedes Clusters mit minimaler Verlustleistung funktionieren und zum Erhalten einer Vpin, die etwas höher ist als die voreingestellte Spannung.Both calibrations can be combined in some cases. For example, if a cluster-by-cluster calibration is performed, some clusters can be calibrated starting with a higher than required supply voltage VS to get Vr in all their strings, and others can be calibrated starting with a lower than required supply voltage VS to get Vr in all its strands. For example, for a cluster with many strings, starting with a high supply voltage VS can finish the calibration quickly, with values for the voltage in the node within a predefined error above Vr. On the other hand, for a cluster with one or only a few strings (e.g. two), starting with a very low supply voltage VS can result in a supply voltage VS that gives a very close Vr to Vpin, thus reducing power dissipation. In some embodiments, only a single supply voltage VS is stored, the minimum value for which all strings of each cluster will function with minimal power dissipation and to obtain a Vpin slightly higher than the preset voltage.
In einer nachfolgenden Aktivierung von Beleuchtungssystemen (z. B. in einer folgenden Einschaltung von einem oder mehreren Beleuchtungssystemen) wird die MCU entweder:
- i) die Einstellung auswählen, die zu der höchsten Versorgungsspannung VS aller gespeicherten Einstellungen führt. Dies kann auf jene Fälle angewendet werden, in denen alle Cluster zusammen verwendet werden.
- ii) die Einstellung auswählen, die zu der höchsten Versorgungsspannung VS der Cluster führt, die zu diesem Zeitpunkt gerade verwendet werden. Die MCU verfügt über Informationen darüber, welche Cluster gerade verwendet werden und die gewählten Einstellungen stellen die höchste Versorgungsspannung VS aller verwendeten Cluster bereit. Wenn nur ein Cluster verwendet wird, dann wird die Einstellung der Versorgungsspannung VS dieses einzigen Clusters verwendet.
- i) select the setting that results in the highest supply voltage VS of all stored settings. This can be applied to those cases where all clusters are used together.
- ii) select the setting that results in the highest supply voltage VS of the clusters currently in use. The MCU has information about which clusters are currently being used and the chosen settings provide the highest supply voltage VS of all clusters used. If only one cluster is used, then the setting of the supply voltage VS of this single cluster is used.
Eine beispielhafte Implementierung des Verfahrens kann mit Ausführungsformen des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angewendet werden, zum Beispiel der in
Wird mindestens ein Meldesignal erzeugt, wird das Signal der MCU 10 gemeldet, zum Beispiel zwischen einer allgemeinen Kommunikationsschnittstelle 128 in der Steuerung und der Kommunikationsschnittstelle 113 in der MCU 10 über das CAN-Netzwerk. Nach Empfang der Meldung regelt die MCU 10 die erste Versorgungsspannung VS auf eine berichtigte Versorgungsspannung VS. Werden mehrere Meldesignale empfangen, kann die MCU 10 so programmiert werden, dass sie eine Versorgungsspannung VS auswählt, die eine Energieversorgung aller LED-Stränge sicherstellen wird, wodurch folglich sichergestellt wird, dass der optimale Spannungsabfall für mindestens einem LED-Strang bereitgestellt wird, und gleichzeitig ein höherer Spannungsabfall für den Rest der LED-Stränge bereitgestellt wird.If at least one notification signal is generated, the signal is reported to the
Die MCU 10 kann dann den Wert der berichtigten Versorgungsspannung VS und die Konfiguration des Beleuchtungssystems (z. B. Einstellungen des Wandlers, die einen solchen Spannungswert erzielen, welche Systeme energieversorgt werden, und ihre erforderliche Helligkeit) in einem Speicher 11 („Konfigurationsspeicher“) speichern. Die Regelung, Steuerung der Spannungsmessung der Versorgungsspannung VS und andere Handlungen wie Ablesen der Versorgungsspannung VS an dem Ausgang (z. B. über eine Spannungsmesseinheit 14) können mittels einer einzigen Verarbeitungseinheit 112 innerhalb der MCU 10 gesteuert werden. Wird eine gegebene Konfiguration das nächste Mal aktiviert, kann die MCU 10 die zuvor gespeicherte berichtigte Versorgungsspannung VS, die für diese Konfiguration erhalten wurde, als die erste Versorgungsspannung VS bereitstellen.The
Es ist anzumerken, dass im Fall von
Die vorliegende Erfindung kann mit mehreren Strängen mit unterschiedlicher Anzahl und Art von LEDs 26 verwendet werden. Die Granularität des Beleuchtungssystems (z. B. wie viele LEDs pro Strang, wie viele LEDs pro Cluster) wird hauptsächlich bestimmt durch die Ausführung, die optischen Anordnungen, die geforderte Leuchtkraft, das Wärmemanagement, die Lichtfarbe und andere Parameter.The present invention can be used with multiple strings having different numbers and types of
Deshalb kann eine voreingestellte Spannung Vr (z. B. die erforderliche Mindestspannung zum Betätigen eines gegebenen LED-Strangs, wie zuvor definiert) pro Cluster oder sogar pro Strang definiert werden, wobei die Granularität des Systems berücksichtigt wird. Wie man zuvor gesehen hat, können mehrere voreingestellte Spannungen Vr in Abhängigkeit von den besonderen Lichtquellen (LEDs, Stränge, Cluster, Gruppen davon), die eingeschaltet sind, verwendet werden. Diese Werte können in einem Speicher der Steuereinheiten 120, zum Beispiel einem in der Verarbeitungseinheit 125 der Steuereinheiten eingeschlossenen Speicher, oder in dem Speicher 11 der MCU 10 oder in einer höherstufigen Steuereinheit gespeichert sein. Jeder beliebige oder alle diese Werte können programmierbar sein.Therefore, a preset voltage Vr (e.g. the minimum voltage required to operate a given LED string as defined above) can be defined per cluster or even per string, taking into account the granularity of the system. As seen previously, several preset voltages Vr can be used depending on the particular light sources (LEDs, strings, clusters, groups thereof) that are turned on. These values may be stored in a memory of the
Mehrere Kalibrierwerte für den Spannungswandler können auch gespeichert werden, z. B. in dem Konfigurationsspeicher 11 der MCU 10 oder in einem externen Speicher. Sind mehrere Cluster eingeschaltet, kann der höchste Wert der Versorgungsspannung VS verwendet werden.Several calibration values for the voltage transformer can also be saved, e.g. B. in the
Informationen hinsichtlich der Steuerung und des Status eines Beleuchtungssystems können zum Beispiel über das primäre Netzwerk an die MCU 10 gesendet werden. Zum Beispiel können Kalibrierwerte für die Versorgungsspannung VS für eine Anzahl von Konfigurationen von Beleuchtungssystemen extern programmiert werden. Diese Informationen können an die MCU 10 gesendet werden, welche dementsprechend die erforderliche Versorgungsspannung VS für eine gegebene Konfiguration (über den Wandler) nach dem Einschalten der Beleuchtungssysteme entsprechend der programmierten Konfiguration bereitstellt. Die Versorgungs-spannung VS kann zum Beispiel durch Berechnung erhalten werden, da die gegebene Lichtquelle und ihre Konfiguration bekannt sind. In anderen Ausführungsformen kann die erste Versorgungsspannung VS durch Verwenden des Kalibrierverfahrens bei einer vorherigen Kalibrierung erhalten werden, wobei folglich die Geschichte (Degradation usw.) der Lichtquellen berücksichtigt wird. Wenn zum Beispiel mehrere Lichtquellen gleichzeitig eingeschaltet werden, wird jener Kalibrierwert verwendet, der zum höchsten Wert der Energieversorgung VS für die Lichtquellen passt. Dies gewährleistet ein anwendungsabhängiges, verbessertes, vorzugsweise optimales Energiemanagement, sodass die Versorgungsspannung einerseits so niedrig wie möglich ist, aber immer noch hoch genug, sodass eine individuelle Strom- oder Spannungsregelung jedes LED-Strangs möglich ist.For example, information regarding the control and status of a lighting system may be sent to the
Als Beispiel für die Wichtigkeit des Energiemanagements berücksichtigt die folgende Berechnung eine einzige LED, mit einer Stromstärke von ILED = 1 A
- - Ausgangsspannung ist VS = 12 V.
- - Der Spannungsabfall über diese LED = 3 V.
- - Die Spannung an dem Stift ist
- - Verlustleistung an der in der IC wäre dann P = 9 W
- - Output voltage is VS = 12V.
- - The voltage drop across this LED = 3V.
- - The voltage on the pin is
- - Power loss at the IC would then be P = 9 W
Nun, unter Berücksichtigung des gleichen Spannungsabfalls und der gleichen Stromstärke, aber mit niedrigerer Versorgungsspannung VS:
- - Ausgangsspannung ist VS = 4 V
- - Die Spannung an dem Stift ist
- - Verlustleistung an der in der IC: P = 1 W.
- - Output voltage is VS = 4V
- - The voltage on the pin is
- - Power loss at the IC: P = 1 W.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine VS-Berichtigung bereit, die für das Wärmemanagement und Energieeinsparungen vorteilhaft ist.Consequently, the present invention provides a VS correction that is beneficial for thermal management and energy savings.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren beim Anfahren des Systems angewendet werden. Zum Beispiel kann die Kalibrierung gleich nach dem „Einschalten“ des Systems aktiv werden. In anderen Ausführungsformen kann sie alternativ dazu oder zusätzlich in einem Diagnosemodus, während einer Instandhaltung in der Werkstatt usw. aktiviert werden. Wenn in diesem Fall ein gespeichertes Signal in der MCU 10 vorhanden ist, das anzeigt, dass die Kalibrierung durchgeführt wurde („Konfiguration fertig-Fahne“), kann das Signal von dem Prozessor der MCU möglicherweise zurückgesetzt werden. Diese Neukalibrierungsanweisung kann möglicherweise über das mit der MCU verbundene primäre Netzwerk empfangen werden.In embodiments of the present invention, the method may be applied at system startup. For example, the calibration can become active immediately after the system is "switched on". In other embodiments, it may alternatively or additionally be activated in a diagnostic mode, during workshop maintenance, and so on. In this case, if there is a stored signal in the
Die Initialisierung eines Kalibrierschrittes kann möglicherweise von dem höherstufigen System initiiert werden, wenn das Beleuchtungssystem z. B. das 1. Mal in Verwendung ist oder z. B. das 1. Mal eingeschaltet wird oder wenn es zum Beispiel einen Werkstattmodus (Werkstattinstandhaltung) gibt. Das höherstufige System kann die MCU 10 auslösen und die MCU 10 kann die Steuereinheiten 20, 120 auslösen, um eine Kalibrierung zu starten.The initialization of a calibration step can possibly be initiated by the higher level system if the lighting system is e.g. B. is the 1st time in use or z. B. is switched on for the 1st time or if there is, for example, a workshop mode (workshop maintenance). The higher level system can trigger the
Wenn das primäre Netzwerk und das sekundäre Netzwerk identisch sind, kann die Initialisierung möglicherweise parallel von dem höherstufigen System an die MCU 10 und die Steuereinheiten 20, 120 gesendet werden.If the primary network and the secondary network are identical, the initialization can possibly be sent in parallel from the higher level system to the
Die Initialisierung kann möglicherweise von der MCU 10 auch lokal gestartet werden, wenn während eines Diagnosezyklus entweder von der MCU 10 oder von den Steuereinheiten 20, 120 eine Störung der VS-Versorgung erkannt wird, z. B. wird die Spannung an einem gegebenen Stift als zu niedrig diagnostiziert.The initialization can possibly also be started locally by the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- MCUMCU
- 1111
- SpeicherStorage
- 1212
- MCU-MikrocontrollerMCU microcontroller
- 1313
- Primäre KommunikationsschnittstellePrimary communication interface
- 1414
- Spannungsmesseinheitvoltage measurement unit
- 1515
- Sekundäre Kommunikationsschnittstelle der MCUSecondary communication interface of the MCU
- 1616
- Spannungswandlervoltage converter
- 1717
- Sekundäre NetzwerkleitungenSecondary network lines
- 1818
- Primäre NetzwerkleitungenPrimary network lines
- 2020
- Steuereinheitcontrol unit
- 2121
- PWM-AntriebseinheitPWM drive unit
- 2222
- Schaltelementswitching element
- 2323
- Steuerbare StromquelleControllable power source
- 2424
- Spannungsmesseinheitvoltage measurement unit
- 2525
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 2626
- LEDsLEDs
- 27, 3127, 31
- LED-StrangLED strand
- 2828
- Kommunikationsschnittstelle der SteuerungCommunication interface of the controller
- 29, 3029, 30
- LED-ClusterLED cluster
- 101101
- CAN-HighCAN high
- 102102
- CAN-LowCAN low
- 103, 104103, 104
- Knoten (Stift)knot (pin)
- 112112
- MCU-VerarbeitungseinheitMCU processing unit
- 113113
- Kommunikationsschnittstellecommunication interface
- 116116
- Spannungswandlervoltage converter
- 120120
- Steuereinheitcontrol unit
- 123123
- LED-Strang-TreiberLED string driver
- 124124
- Lesevorrichtungreading device
- 125125
- Verarbeitungseinheitprocessing unit
- 128128
- Allgemeine Schnittstelle der SteuerungGeneral interface of the controller
- 301, 313, 314301, 313, 314
- VS-EinstellungVS setting
- 302302
- VS-Bereitstellung für SträngeVS deployment for strands
- 303303
- Messung VpinMeasurement Vpin
- 304304
- Vergleich mit VrComparison with vr
- 305305
- Signalerzeugungsignal generation
- 306306
- VS-BerichtigungVS correction
- 307, 317307, 317
- VS-SpeicherungVS storage
- 308308
- Meldung NIEDRIG-SignalMessage LOW signal
- 309309
- Meldung HOCH-SignalMessage HIGH signal
- 310310
- Wahl höchster VSChoice of highest VS
- 311311
- Bereitstellung Signal „keine Berichtigung“Provision of signal "no correction"
- 312312
- Erzeugung Kalibrierung fertig-SignalGeneration of calibration complete signal
- 315315
- Geringfügige VS-ErhöhungSlight VS increase
- 316316
- Kalibrierung fertig für einen ClusterCalibration complete for a cluster
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