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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, sowie ein Verfahren zur Steuerung der Stromversorgung einer auf Halbleitertechnologie basierenden Lichtquelle eines solchen Beleuchtungssystems. Als relevante (aber nicht ausschließliche) Beispiele solcher Lichtquellen seien LEDs, OLEDs, Laser oder ähnliche genannt. Derartige Beleuchtungssysteme können insbesondere bei Kraftfahrzeugen, unabhängig von dessen Typ oder Bauart, eingesetzt werden. Gleiches gilt für das mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren. Selbstverständlich kann das mit der Erfindung vorgeschlagene Beleuchtungssystem bzw. Verfahren auch in anderen Einsatzgebieten Verwendung finden, beispielsweise ganz allgemein bei der Raum- oder Außenbeleuchtung.
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Aus dem Bereich der Lichtquellensteuerung ist es bekannt, die zum Betrieb der Lichtquellen des Beleuchtungssystems benötigte elektrische Energie, d.h. den Strom, unter Einsatz von programmierbaren Stromreglern bereitzustellen. Die Stromregler können die Lichtquellen dabei unmittelbar mit elektrischem Strom versorgen, jedoch unter Berücksichtigung der zum Betrieb der jeweiligen Lichtquellen erforderlichen Energie bzw. eines dazu korrespondierenden Stromwerts.
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Bei Verwendung von Halbleiterlichtquellen (seien es beispielsweise einfarbige oder RGB-fähige LEDs) können eine oder mehrere dieser Lichtquellen auf einer Platine (beispielsweise einer PCB (Printed Circuit Board) Platine angeordnet werden. Der Stromregler kann eine an die Erfordernisse der Halbleiterlichtquellen angepasste elektrische Versorgung bereitstellen. Beispielsweise kann die Stromversorgung über eine zwischen dem Stromregler und den Lichtquellen vorgesehene elektrische Verbindung verwirklicht werden. Der Stromregler ist sodann mit einer Spannungsquelle verbunden. In diesem Fall steuert der Stromregler unmittelbar den Stromfluss vom Stromregler in Richtung der Lichtquellen.
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Im Falle eines Austauschs der Lichtquelle kann es erforderlich werden, die zum Betrieb der ausgetauschten Lichtquelle benötigte, und von dem Stromregler bereitgestellten Stromstärke anzupassen. Notwendig werden kann dies beispielsweise aufgrund eines Wechsels des Lichtquellentyps oder aufgrund einer Anpassung der Helligkeitserfordernisse.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungssystemen kann auf einer einzelnen Platine eine Mehrzahl von LEDs angeordnet sein. Über eine geeignete Schaltung (beispielsweise eine Reihenschaltung oder Parallelschaltung) und eine an die Helligkeitserfordernisse der einzelnen LEDs angepasste Stromversorgung der Platine, können gleich mehrere LEDs über einen einzelnen Stromregler mit elektrischer Energie versorgt werden. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, auf einer solchen Platine (zusätzlich zu den dort vorgesehenen Halbleiterlichtquellen) ein an dieser Stelle nicht näher spezifiziertes elektronisches Bauteil vorzusehen, welches über eine Kabelverbindung mit dem Stromregler bzw. einem zugehörigen Modul verbunden ist. Das genannte elektronische Bauteil kann dazu vorgesehen sein, eine elektrische, physikalische oder andere Messgröße bzw. ein Signal von dem auf der LED-Platine vorgesehenen Schaltkreis abzugreifen und an eine mit dem Stromregler verbundene digitale Einheit (beispielsweise einen mit einer Software betriebenen Mikrocontroller) zu übermitteln. Die Messgröße ändert sich in Abhängigkeit der von den Lichtquellen benötigten Stromstärke. Unter Einsatz der digitalen Einheit kann der Stromregler und letztlich die Stromversorgung der auf der Platine angeordneten Lichtquellen gesteuert werden.
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Die aus dem Stand der Technik bekannte, auf einer digitalen Datenerfassung basierende Steuerungsvariante ist jedoch mit mehreren Nachteilen verbunden. So werden bei dem bekannten System - wie beschrieben - zunächst relativ viele Bauteile benötigt (das elektronische Bauteil auf der LED-Platine, eine digitale Einheit bzw. ein Mikrocontroller samt Software, sowie ein Verbindungskabel zwischen den vorgenannten Komponenten). Unweigerlich ist dies mit einem erhöhten Kosten- und Montageaufwand verbunden. Ferner ist festzustellen, dass sich die mechanische und elektronische Störanfälligkeit des Gesamtsystems umso mehr erhöht, desto mehr Komponenten das System aufweist. Auch erfordern die bekannten Systeme einen relativ großen Raumbedarf.
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Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges, robustes und miniaturisierbares Beleuchtungssystem mit Lichtquellen auf Basis der Halbleitertechnologie bereitzustellen. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Stromversorgung eines solchen auf Halbleiterlichtquellen basierenden Beleuchtungssystems bereitzustellen, wobei das Verfahren eine zuverlässige Steuerung der Stromversorgung der Halbleiterlichtquellen ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 vorgesch lagen.
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Das mit der Erfindung vorgeschlagene Beleuchtungssystem kann in den verschiedensten Technikfeldern Verwendung finden. Beispielsweise, aber nicht ausschließlich, kann es sich dabei um ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug handeln. Vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, handelt es sich bei dem Beleuchtungssystem um ein Scheinwerfersystem, d.h. um ein System zur Außenbeleuchtung des Fahrzeugs. Bei dem Scheinwerfersystem kann es sich beispielsweise um Front- oder Heckscheinwerfer handeln. Gleichermaßen kann es sich aber auch um ein System zur Innenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs handeln. Das Beleuchtungssystem kann dabei in den unterschiedlichsten Fahrzeugtypen Verwendung finden.
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Erfindungsgemäß umfasst das Beleuchtungssystem zunächst eine Platine mit einer darauf angeordneten Lichtquellenanordnung. Die Lichtquellenanordnung weist dabei zumindest eine auf Halbleitertechnologie basierende Lichtquelle auf. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um eine LED handeln, jedoch kann die Erfindung ohne Weiteres auch bei anderweitigen Halbleiterlichtquellenarten eingesetzt werden. Wie schon erwähnt, ist erfindungsgemäß zumindest eine Lichtquelle auf einer Platine vorgesehen. Dies meint, dass die Lichtquellenanordnung entweder aus einer einzigen Lichtquelle ausgebildet sein kann, oder aber aus einer Anordnung mehrerer Lichtquellen. Es kann also ohne Weiteres eine Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen auf der Platine angeordnet sein. Dem Beleuchtungssystem können auch mehrere Platinen mit jeweils einer darauf angeordneten Lichtquellenanordnung (aus einer oder mehreren Lichtquellen) zugehörig sein.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem eine Erkennungseinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Erkennungsmerkmal der zumindest einen Lichtquelle zu erfassen. Das Erkennungsmerkmal ist dabei entweder unmittelbar an einer jeden Lichtquelle vorgesehen oder ist im vorherigen Produktionsprozess durch Messmethoden festgestellt worden. Beispielsweise kann es sich bei dem Erkennungsmerkmal um eine optische Markierung handeln, die auf die jeweilige Lichtquelle aufgebracht ist oder um eine Kodierung des Erkennungsmerkmals an der Liefer- oder Produktionsverpackung. Auch kann das Erkennungsmerkmal anderweitiger Natur sein und über eine Klebeverbindung an der Lichtquelle befestigt sein. Ferner kann das Erkennungsmerkmal auch unmittelbar in die Lichtquelle integriert sein. Die Erkennungseinheit ist dazu eingerichtet, die zumindest eine Lichtquelle auf Basis des Erkennungsmerkmals hinsichtlich eines zum Betrieb der zumindest einen Lichtquelle erforderlichen Strom- und/oder Leistungswerts zu klassifizieren. Je nach Art bzw. Typ der verwendeten Lichtquelle (z.B. LED, OLED, Laser etc), kann es erforderlich sein, die Lichtquelle(n) (beispielsweise nach einem Austausch oder nach einer Reparatur) mit einem unterschiedlichen Strom bzw. einer unterschiedlichen Leistung zu versorgen. Entsprechend können die Lichtquellen nach dem Einbau bzw. der Anordnung auf der jeweiligen Platine von der Erkennungseinheit erfasst bzw. erkannt werden. In einem der Erkennungseinheit zugehörigen Speicher oder einer Datenbank können Informationen zu den zum Betrieb für unterschiedliche Lichtquellentypen erforderlichen Stromwerten und/oder Leistungswerten hinterlegt sein. Nach der Erkennung des Lichtquellentyps kann somit festgestellt werden, welcher Stromwert bzw. welcher Leistungswert zum Betreiben der Lichtquelle(n) erforderlich ist. Die Erkennungseinheit kann Bestandteil oder separates Bauteil der Platine sein. Die Erkennungseinheit ist vorzugsweise in unmittelbarer Umgebung der Platine angeordnet.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem einen programmierbaren Stromregler, der elektrisch mit der Lichtquellenanordnung und optional signaltechnisch mit der Erkennungseinheit verbunden ist. Ferner ist der Stromregler dazu eingerichtet, die Stromversorgung der zumindest einen Lichtquelle unter Berücksichtigung des zum Betrieb erforderlichen Strom- und/oder Leistungswerts bereitzustellen. Über die optionale signaltechnische Verbindung kann die Erkennungseinheit dem Stromregler den zum Betrieb der Lichtquellenanordnung bzw. der Lichtquellen erforderlichen Strom- und/oder Leistungswert übermitteln. Der übermittelte Wert kann in ein dem Stromregler zugeordnetes Register bzw. ein Speichermodul programmiert werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht also die Erkennung eines zur elektrischen Versorgung einer Lichtquelle erforderlichen Strom- und/Leistungswerts, sowie die Anpassung des Stromreglers an die erkannten Erfordernisse.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nach einer ersten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die auf der zumindest einen Platine angeordnete Lichtquellenanordnung eine Mehrzahl von Lichtquellen, beispielsweise LEDs, OLEDs, Laser etc., aufweist. Häufig weisen Beleuchtungssysteme nicht nur eine einzelne Lichtquelle auf. Um komplexere Beleuchtungsszenarien zu verwirklichen ist es daher häufig notwendig eine Anordnung aus einer Mehrzahl einzelner Lichtquellen vorzusehen. Die Lichtquellen werden dabei auf einer gemeinsamen Platine angeordnet und allesamt von ein und demselben Stromregler mit elektrischer Energie versorgt. Schaltungstechnisch sind die Lichtquellen dabei derart mit dem Stromregler verbunden, dass alle auf der Platine vorgesehenen Lichtquellen mit der gleichen elektrischen Energie, d.h. mit dem gleichen Stromwert bzw. Leistungswert, versorgt werden. Entsprechend kann nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Lichtquellen in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Jedoch ist auch eine Parallelschaltung der Lichtquellen oder eine anderweitige Verschaltung möglich.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Beleuchtungssystem eine Mehrzahl von Platinen umfasst, wobei jede der Platinen eine Lichtquellenanordnung (beispielsweise aus einer Mehrzahl von Lichtquellen) aufweist. Bei Vorsehen einer Mehrzahl von Platinen, können diese räumlich beabstandet zueinander angeordnet sein. In diesem Zusammenhang kann nach einer weiteren Ausgestaltung des mit der Erfindung vorgeschlagenen Beleuchtungssystems vorgesehen sein, dass der programmierbare Stromregler mit den auf der Mehrzahl der Platinen angeordneten Lichtquellenanordnungen elektrisch verbunden ist, und dazu eingerichtet ist, die Stromversorgung der auf der Mehrzahl der Platinen angeordneten zumindest einen Lichtquelle unter Berücksichtigung des zum Betrieb erforderlichen Strom- und/oder Leistungswerts bereitzustellen. Mit dem Stromregler können also ohne Weiteres mehrere Platinen bzw. Lichtquellenanordnungen betrieben werden. Erwähnt sei an dieser Stelle zudem, dass der Stromregler - unabhängig davon, ob dieser mit einer oder mehreren Lichtquellenanordnungen elektrisch verbunden ist - mit einer elektrischen Versorgungsquelle verbunden ist. Die bereitgestellte elektrische Energie kann beispielsweise von einer Fahrzeugbatterie erzeugt und über ein elektrisches Bordnetz in Richtung des Stromreglers weitergeleitet werden.
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Erfindungsgemäß kann zudem vorgesehen sein, dass eine der Anzahl der Platinen entsprechende Anzahl an Erkennungseinheiten vorgesehen ist. Damit können die den jeweiligen Platinen zugeordneten Lichtquellen zuverlässig und schnell erkannt und die erforderlichen Strom- bzw. Leistungswerte an den Stromregler weitergeleitet werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Erkennungseinheit(en) als optische(r) oder elektromagnetische(r) Scanner ausgebildet sind/ist. Optische Sensoren können beispielsweise in Form einer Kamera oder eines Infrarotscanners ausgebildet sein. Als elektromagnetischer Scanner kommt insbesondere ein RFID Scanner in Betracht. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass das Erkennungsmerkmal ein optisch oder elektromagnetisch erkennbares Merkmal ist, beispielsweise ein Barcode oder ein RFID Tag. Solche Erkennungsmerkmale lassen sich auf einfachem Wege kostengünstig auf einer Lichtquelle (insbesondere Halbleiterlichtquelle) wie einer LED, OLED, einem Laser etc. anbringen.
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Wie schon vorangehend erwähnt, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass dem programmierbaren Stromregler ein programmierbares Register zugeordnet ist, in welches der zum Betreiben der Lichtquelle(n) benötigter Strom- und/oder Leistungswert programmierbar ist. Die Programmierung kann dabei automatisiert erfolgen, beispielsweise unter Einsatz einer Programmierroutine, die unmittelbar nach dem Positionieren oder Austauschen der Lichtquellen auf der oder den jeweiligen Platine(n) einsetzt. Zur Ausführung der Programmierroutine kann der Stromregler zudem eine Recheneinheit aufweisen (beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers).
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Wie bereits erwähnt umfasst die Erfindung neben dem Beleuchtungssystem an sich, auch ein Verfahren zur Steuerung der Stromversorgung des Beleuchtungssystems. Das Beleuchtungssystem kann dabei entsprechend den vorgenannten Merkmalen ausgebildet sein.
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Das mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a. Bereitstellen einer Platine mit einer darauf angeordneten Lichtquellenanordnung, die zumindest eine auf Halbleitertechnologie basierende Lichtquelle aufweist;
- b. unter Einsatz einer Erkennungseinheit: Erfassen eines Erkennungsmerkmals der zumindest einen Lichtquelle;
- c. auf Basis des Erkennungsmerkmals: Klassifizieren der zumindest einen Lichtquelle hinsichtlich eines zum Betrieb der zumindest einen Lichtquelle erforderlichen Strom- und/oder Leistungswerts;
- d. unter Einsatz eines programmierbaren Stromreglers: Bereitstellen einer Stromversorgung für die zumindest eine Lichtquelle unter Berücksichtigung des erforderlichen Strom- und/oder Leistungswerts.
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Die voranstehend im Zusammenhang der Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems beschriebenen Ausgestaltungsvarianten können ohne Weiteres auch vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sein.
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Weiterhin kann sich das mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren durch einen zusätzlichen, dem Verfahrensschritt c. nachgelagerten Verfahrensschritt auszeichnen, bei dem ein zum Betreiben der zumindest einen Lichtquelle benötigter Strom- und/oder Leistungswert in ein dem programmierbaren Stromregler zugeordnetes, programmierbares Register programmiert wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Strom- und/oder Leistungswert automatisiert, beispielsweise unter Einsatz einer Routine, in das programmierbare Register programmiert wird. Zudem kann vorgesehen sein, dass der programmierbare Stromregler die auf der Platine angeordnete Lichtquellenanordnung bzw. die zugehörige zumindest eine Lichtquelle auf Basis des benötigten Strom- und/oder Leistungswerts unmittelbar mit Strom versorgt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung seien anhand der Figuren erläutert. So zeigt:
- 1 den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems, und
- 2 den schematischen Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungssystems.
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Der Aufbau des mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Beleuchtungssystems ist schematisch in der 1 wiedergegeben. Wie dort zu erkennen ist umfasst das System eine Platine 1 mit einer darauf angeordneten Lichtquellenanordnung 2. Die Lichtquellenanordnung 2 kann eine oder mehrere Lichtquellen 3 umfassen, in dem hier dargestellten Beispiel drei Lichtquellen 3. Die Lichtquellen 3 können LEDs sein. Bei der Platine 1 kann es sich um eine PCB Platine handeln. In dem hier dargestellten Beispiel sind die LEDs in Reihe geschaltet.
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Weiterhin umfasst das Beleuchtungssystem einen programmierbaren Stromregler 4, der über eine elektrische Verbindung 6 mit der Lichtquellenanordnung 2 verbunden ist. Wie die Figur ferner zu erkennen gibt, kann dem programmierbaren Stromregler 4 ein programmierbares Register 5 zugeordnet sein. Das Register kann in Form einer Speichereinheit ausgebildet und in den Stromregler integriert sein. Der Stromregler 4 samt Register 5 bzw. Speichereinheit kann ebenfalls auf einer Platine angeordnet sein.
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Das Beleuchtungssystem umfasst ferner eine (nicht dargestellte) Erkennungseinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Erkennungsmerkmal der zumindest einen Lichtquelle 3 zu erfassen und die zumindest eine Lichtquelle 3 auf Basis des Erkennungsmerkmals hinsichtlich eines zum Betrieb der zumindest einen Lichtquelle 3 erforderlichen Strom- und/oder Leistungswerts zu klassifizieren.
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Optional kann Stromregler 4 dabei signaltechnisch mit der Erkennungseinheit verbunden sein. Durch das Erfassen, Erkennen und Klassifizieren der auf der Platine 1 angeordneten Lichtquelle(n) 3 kann und mittels des Stromreglers 4 die Stromversorgung der zumindest einen Lichtquelle 3 unter Berücksichtigung des zum Betrieb erforderlichen Strom- und/oder Leistungswerts bereitgestellt werden, nämlich durch bereitstellen des erforderlichen Stromflusses durch die elektrische Verbindung 6. Der Stromregler 4 bezieht die elektrische Energie aus einer (nicht dargestellten) elektrischen Versorgungsquelle, beispielsweise einer Batterie oder einer anderweitigen Stromquelle
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Die 2 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Beleuchtungssystem. Auch bei den bekannten Beleuchtungssystemen können auf einer einzelnen Platine 1 eine Mehrzahl von Lichtquellen 3 (z.B. LEDs) angeordnet sein. Über eine geeignete Schaltung (beispielsweise eine Reihenschaltung) und eine an die Helligkeitserfordernisse der einzelnen LEDs angepasste Stromversorgung der Platine 1 können gleich mehrere LEDs über einen einzelnen Stromregler 4 mit elektrischer Energie versorgt werden. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt auf einer solchen Platine 1 (zusätzlich zu den dort vorgesehenen Lichtquellen 3 bzw. LEDs) ein an dieser Stelle nicht näher spezifiziertes elektronisches Bauteil 7 vorzusehen, welches über eine Kabelverbindung 9 mit dem Stromregler 4 bzw. einer digitalen oder analogen Einheit 8 verbunden ist. Das genannte elektronische Bauteil 7 kann dazu vorgesehen sein, eine elektrische, physikalische oder andere Messgröße von dem auf der LED-Platine 1 vorgesehenen Schaltkreis abzugreifen und an eine mit dem Stromregler 4 verbundene digitale Einheit 8 (beispielsweise einen mit einer Software betriebenen Mikrocontroller) zu übermitteln. Die Messgröße ändert sich in Abhängigkeit der von den Lichtquellen 3 bzw. LEDs erzeugten Helligkeitsintensität. Unter Einsatz der digitalen Einheit 8 kann der Stromregler 4 und letztlich die Stromversorgung der auf der Platine 1 angeordneten Lichtquellen 3 gesteuert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem kann auf die digitale Einheit 8, die Kabelverbindung 9 und das elektronische Bauteil 7 auf der Platine 1 verzichtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Platine
- 2
- Lichtquellenanordnung
- 3
- Lichtquelle
- 4
- programmierbarer Stromregler
- 5
- Register
- 6
- elektrische Verbindung
- 7
- elektronisches Bauteil
- 8
- digitale Einheit
- 9
- Kabelverbindung
