DE102020203645A1

DE102020203645A1 - Led-modul für fahrzeuge

Info

Publication number: DE102020203645A1
Application number: DE102020203645.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Jooss
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Ein LED-Modul (14) für Fahrzeuge umfasst: einen ersten Anschluss (41a) zum Versorgen mit einem ersten Spannungspotential, einen mit dem ersten Anschluss (41a) verbundenen ersten Strang (6) mit einer LED oder mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs (11-13), wenigstens einen zweiten Anschluss (41b) zum Versorgen mit einem von dem ersten Spannungspotential unabhängigen zweiten Spannungspotential, einen mit dem zweiten Anschluss (41b) verbundenen zweiten Strang (7) mit einer LED oder mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs (21-23), einen Konstantstromregler (17), dessen Eingang mit einem Knoten (18) verbunden ist, der seinerseits mit einem kathodenseitigen Anschluss der einen LED beziehungsweise der letzten LED in der Reihe des ersten Strangs (6) als auch mit einem kathodenseitigen Anschluss der einen LED beziehungsweise der letzten LED des zweiten Strangs (7) verbunden ist, sowie einen dritten Anschluss (42a) zum Versorgen mit einem Bezugspotential. Eine im Betrieb an dem ersten Strang (6) zwischen dem ersten Anschluss (41a) und dem Knoten (18) am Eingang des Konstantstromreglers (17) abfallende Spannung ist geringer ist als eine im Betrieb an dem zweiten Strang (7) zwischen dem zweiten Anschluss (41b) und dem Knoten (18) am Eingang des Konstantstromreglers (17) abfallende Spannung.

Description

Technisches Gebiet
Die hier vorgestellten Aspekte und Ausführungsformen betreffen ein LED-Modul für Fahrzeuge sowie ein das LED-Modul in Kombination mit einem Gehäuse umfassendes Leuchtmodul.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Fahrzeugleuchten und Scheinwerfer bekannt, bei denen in stark zunehmendem Maße Leuchtmodule (betrachtet als austauschbare Leuchtmittel) eingesetzt werden, in denen LED-Module (betrachtet als elektronische Baugruppen) verbaut sind. Je nach Anwendung sind hier auch Hochleistungs-LEDs im Einsatz. Eine in jüngerer Zeit vorgestellte Plattform, die auch den von der International Technical Commission (IEC) vorgesehenen Normierungen entsprechen kann, ist die eXchangeable LED Signal lamp, kurz: XLS, unter welcher Handelsbezeichnung die Anmelderin auch entsprechende Produkte vertreibt. Dieser Standard erlaubt einheitliche Bauformen unter darin möglicher Variation von Beleuchtungseinrichtungen, d.h. je nach Einsatz und Anwendung unterschiedlicher Kombination und Anordnung von LEDs im Modul. Solche unterschiedlichen Anwendungen können beispielsweise Tagfahrlicht, Blinker, Bremslichter oder Zusatzfunktionen wie Nebelscheinwerfer, Fernlicht etc. sein.
Solche Leuchtmodule können je nach Anwendung LEDs mit einheitlicher Lichtabstrahlung, z.B. gelbes Licht, oder aber auch mit unterschiedlicher Lichtabstrahlung aufweisen, um zum Beispiel verschiedene Lichtfunktionen mit dem einen Modul auszuführen, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eine Blinkanzeige- und Tagfahrlichtfunktion (oder eine Zusatzlichtfunktion wie Nebelscheinwerfer mit weißem Licht), welches durch gleichzeitig auf der Leiterplatte des Moduls verschaltete, entweder weißes oder gelbes Licht abstrahlende LEDs bewirkt werden kann. In letzterem Fall weist das Kraftfahrzeug eine als Bordnetzsteuergerät (engl. body control module; abgekürzt BCM) bezeichnete zentrale Steuervorrichtung auf, die die elektrischen Verbraucher im Kraftfahrzeug wie insbesondere auch Beleuchtungseinrichtungen steuert, und hierbei die Leistungsversorgung getrennt für die betreffenden LEDs bereitstellt.
Genauer können dann die z.B. weißes Licht für Tagfahrlicht abstrahlenden LEDs in einem gemeinsamen Strang in Reihe (oder auch parallel) verschaltet sein, wobei dieser Strang an einer ersten Spannungsversorgung des BCM-Moduls angeschlossen ist. Wenn Tagfahrlicht anzuzeigen ist, werden die LEDs dieses Strangs mit Leistung versorgt. Ebenso können dann die z.B. gelbes Licht zur Blinkanzeige abstrahlenden LEDs in einem anderen gemeinsamen Strang in Reihe (oder auch parallel) verschaltet sein, wobei dieser Strang an einer zweiten Spannungsversorgung des BCM-Moduls angeschlossen ist. Wenn Blinklicht anzuzeigen ist, werden die LEDs dieses Strangs mit Leistung versorgt, während die LEDs für das Tagfahrlicht getrennt davon eingeschaltet oder ausgeschaltet bleiben können, und umgekehrt.
Alternativ kann es auch beabsichtigt sein, durch das Zusammenwirken der verschiedene Farben abstrahlenden LEDs zwischen den jeweiligen Strängen gezielt Farbeffekte zu bewirken, also ein sanftes Überblenden z.B. von einem kälteren Weiß zu einem wärmeren Weiß, z.B. abhängig von der Beleuchtung der Umgebung des Fahrzeugs, welches durch hochfrequentes Umschalten zwischen der Leistungsversorgung der betroffenen Stränge erfolgt, so dass dies für das menschliche Auge nicht sichtbar bleibt (Pulsbreitenmodulation).
In beiden genannten Fällen sind - bedingt durch die getrennte Leistungsversorgung - auf beiden Seiten Abschaltregelungen für die jeweiligen LEDs bzw. deren Stränge einzurichten, die die Spannungsversorgung ggf. auch hochfrequent ein- und ausschalten. Solche Abschaltregelungen stellen allerdings aufgrund des in diesem Marktsegment regen Wettbewerbs immer auch ein Kostenfaktor dar, insbesondere dann, wenn im Fall der Pulsweitenmodulation zur Erzielung einer bestimmten Farbtemperatur eine zuverlässige und genaue Synchronisation der Schaltvorgänge erforderlich ist.
Darstellung von Aspekten und Ausführungsformen
Es ist daher eine Aufgabe, ein LED-Modul für ein Fahrzeug vorzuschlagen, bei dem die in Zusammenhang mit dem Betrieb der LEDs entstehenden Kosten reduziert werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein LED-Modul mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des LED-Moduls sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Aspekte der vorgeschlagenen Lösung sehen ein LED-Modul vor, das einen ersten Anschluss zum Versorgen mit einem ersten Spannungspotential und einen mit dem ersten Anschluss verbundenen ersten Strang mit einer LED (lichtemittierende Diode) oder mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs umfasst. Ferner weist das LED-Modul wenigstens einen zweiten Anschluss zum Versorgen mit einem von dem ersten Spannungspotential unabhängigen zweiten Spannungspotential sowie einen mit dem zweiten Anschluss verbundenen zweiten Strang mit einer LED oder mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs auf.
Das erste und das zweite Spannungspotential können von einer externen Leistungsquelle geliert und im Fall beispielsweise eines Kraftfahrzeugs von einer (ebenfalls externen) Steuervorrichtung wie etwa einem Bordnetzsteuergerät BSG (body control module, BCM) in dem Sinne getrennt gesteuert werden, dass nur das erste Spannungspotential mit einer Abschaltregelung (für die von der Leistungsquelle gelieferte Spannung) versehen ist. Das heißt, dass entweder nur das zweite Spannungspotential am zweiten Anschluss anliegt, oder dass beide Spannungspotentiale an beiden Anschlüssen anliegen, oder das überhaupt keine Spannungsversorgung stattfindet. Mit anderen Worten, es kann auf Seiten einer externen Steuerung eine Abschaltregelung eingespart sein. Die beiden Spannungspotentiale können - soweit aktiviert bzw. angelegt - im Regelfall identisch sein. Wie dennoch die gewünschte Doppel- oder Mehrfachfunktionalität des LED-Moduls gewährleistet bleibt, d.h. nur die LEDs des einen Strangs oder nur diejenigen des anderen Strangs leuchten, wird durch folgende weitere Merkmale geklärt:
Das LED-Modul umfasst desweiteren einen Konstantstromregler, der den durch die LEDs fließenden Strom auf einen konstanten Wert regelt. Der Konstantstromregler kann auch als Konstantstromsenke aufgefasst werden. Der Konstantstromregler ist so mit den beiden LED-Strängen in Reihe verschaltet, dass dessen Eingang mit einem Knoten verbunden ist, der seinerseits mit einem kathodenseitigen Anschluss der einen LED beziehungsweise der letzten LED in der Reihe des ersten Strangs als auch mit einem kathodenseitigen Anschluss der einen LED beziehungsweise der letzten LED des wenigstens einen zweiten Strangs verbunden ist. Das bedeutet, dass beide LED-Stränge mit einer voneinander unabhängigen Eingangsspannung aber mit dem gleichen Konstantstromregler betrieben werden, den sie sich folglich „teilen“.
Der Stromkreis wird geschlossen durch einen dritten Anschluss zum Versorgen mit einem Bezugspotential (d.h., z.B. mit Masse). Der dritte Anschluss kann direkt oder indirekt (über weitere elektrische Bauelemente) mit dem Ausgang des Konstantstromreglers verbunden sein.
Eine Besonderheit besteht nun darin, dass eine im Betrieb an dem ersten Strang zwischen dem ersten Anschluss und dem Knoten am Eingang des Stromreglers abfallende Spannung geringer ist als eine im Betrieb an dem zweiten Strang zwischen dem zweiten Anschluss und dem Knoten am Eingang des Stromreglers abfallende Spannung. Die jeweils am ersten Strang und am zweiten Strang abfallende Spannung wird im Wesentlichen durch die Summe der Flussspannungen der in Reihe geschalteten LEDs gebildet. Etwaige in den Strängen verschaltete weitere elektrische Bauelemente wie ohmsche Widerstände oder Dioden etc. können weitere Beiträge zu der im jeweiligen LED-Strang abfallenden Spannung liefern.
Entscheidend ist hier, dass die Spannung, die am ersten LED-Strang (zwischen dessen erstem Anschluss und dem Knoten am Eingang des Konstantstromreglers) abfällt, geringer ist als diejenige, die am zweiten LED-Strang abfällt. Infolgedessen wird durch den ersten LED-Strang das am Knoten anliegende Spannungspotential so hoch gezogen, dass der Stromfluss durch den zweiten LED-Strang mehr oder weniger gesperrt wird oder zumindest geringer ausfällt. Ob und wieviel Strom noch durch den zweiten LED-Strang fließt, wird unter anderem durch den Unterschied der jeweils abfallenden Spannungen bestimmt sowie auch durch die Kennlinien bzw. Arbeitspunkte der jeweils verwendeten LEDs (oder ggf. Dioden).
Mit anderen Worten, wenn im beschriebenen Aufbau der erste und der zweite LED-Strang mit einem vorzugsweise gleichen Spannungspotential versorgt werden, dann springt der vom Konstantstromregler eingestellte Stromfluss automatisch auf den ersten LED-Strang über, wobei sich ein möglicher (beabsichtigter) Reststromfluss im zweiten LED-Strang durch eine gezielte Einstellung geringerer Unterschiede in der Gesamt-Flussspannung (z.B. durch unterschiedliche Anzahl der LEDs und/oder durch unterschiedliche Einzel-Flussspannungen aufgrund unterschiedlicher Typen von LEDs) ergeben kann.
Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung ergibt sich dabei wie folgt: werden (im Fall eines Kraftfahrzeugs vom Bordnetzsteuergerät bzw. BSG / BCM) beide Anschlüsse, d.h., beide LED-Stränge gleichzeitig mit einem Spannungspotential versorgt, springt der Stromfluss auf den ersten LED-Strang, so dass dessen LEDs leuchten, während die LEDs des zweiten LED-Strangs nicht oder gezielt nur geringfügig leuchten. Wird durch eine Abschaltregelung z.B. im Bordnetzsteuergerät die Versorgung des ersten Anschlusses mit der Spannung aus einer Leistungsversorgungsquelle (z.B. 12 V aus einer Autobatterie etc.) abgeschaltet, so wird nur noch der zweite LED-Strang mit dem Spannungspotential versorgt, und der Stromfluss springt auf den zweiten LED-Strang über, um dessen LEDs zu betrieben.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft das Überblenden zweier Farben mittels Pulsweitenmodulation (PWM). Es kann sich dabei um ohne Einschränkung der Allgemeinheit um eine Übergang von einem wärmeren Weiß zu einem kälterem Weiß handeln, aber beide noch innerhalb des CIE-Weißfeldes, oder um Cyan und Gelb, um mit einer Mischung derselben einen Weißpunkt einzustellen. Hier erfährt die zweite Farbe durch die hier vorgeschlagene Schaltungsanordnung eines LED-Moduls automatisch den komplementären Tastgrad, d.h., es braucht nur ein Kanal von 0% bis 100% durchgestimmt zu werden, so dass eben gerade nicht zwei Kanäle mit komplementären PWM-Signalen betrieben zu werden brauchen, die dann auch noch untereinander synchronisiert sein müssen. Die Synchronisierung erfolgt vorliegend vielmehr automatisch ohne weiteres Zutun.
Denkbar ist auch ein zweites Ausführungsbeispiel: umfasst der erste LED-Strang gelbes Licht abstrahlende LEDs für einen Blinkerbetrieb, und umfasst der zweite LED-Strang weißes Licht abstrahlende LEDs für Tagfahrlicht, Fernlicht oder Zusatzlichtfunktionen wie Nebelscheinwerfer etc., so können bei Aktivierung (Spannungspotential an beiden Anschlüssen angelegt) die gelben LEDs blinkend leuchten, während in den Blinkphasen die weißen LEDs derselben Leuchte automatisch auf inaktiv oder zumindest in einen Dimmzustand (weniger als 100 %) gestellt werden, ohne dass eine weitere Schaltgröße für die weißen LEDs gesteuert wird.
Die an den beiden Eingangsanschlüssen anliegenden Spannungspotentiale werden - wenn aktiviert und nicht abgeschaltet - in der Regel bevorzugt gleich groß sein, z.B. 12 V.
Einer vorteilhaften Ausführungsform zufolge weist der erste Strang eine erste Anzahl, einschließlich der Zahl 1, von in Reihe geschalteten LEDs auf, und der zweite Strang weist eine zweite Anzahl von in Reihe geschalteten LEDs auf. Die erste Anzahl von LEDs ist dabei kleiner als die zweite Anzahl. Dies ist ein besonders einfacher Aufbau. Die Summe der Flussspannungen und damit die insgesamt die zwischen dem jeweiligen Anschluss und dem Knoten im Betrieb abfallende Spannung ist dann im ersten Strang niedriger als im zweiten Strang (soweit die Kennlinien der LEDs nicht gravierend unterschiedlich sind).
Bei diesem Aspekt können z.B. im ersten Strang 1 LED und im zweiten Strang 2 LEDs vorgesehen sein. Oder es sind im ersten Strang 1 oder 2 LEDs vorgesehen und im zweiten Strang 3 LEDs usw. Dieser Aspekt schließt nicht aus, dass weitere Bauelemente in den Strängen verschaltet sind, solange die der Erfindung zugrunde liegende Bedingung des Vergleichs der zwischen den Anschlüssen und dem Knoten abfallenden Spannungen im bestimmungsgemäßen Betrieb erhalten bleibt.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge weist der erste Strang eine erste Anzahl, einschließlich der Zahl 1, von in Reihe geschalteten LEDs auf, und der zweite Strang weist eine zweite Anzahl, ebenso einschließlich der Zahl 1, von in Reihe geschalteten LEDs aufweist. Die erste Anzahl von LEDs kann gleich der zweiten Anzahl von LEDs sein. Eine Flussspannung der einen LED bzw. eine Summe der Flussspannungen der LEDs des ersten Strangs ist dabei geringer als eine Flussspannung der einen LED bzw. eine Summe der Flussspannungen der LEDs des zweiten Strangs.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist in dem zweiten Strang im Vergleich zum ersten Strang ein zusätzliches Bauelement oder ein zusätzlicher elektrischer Schaltkreis in Reihe mit den LEDs des zweiten Strangs verschaltet, so dass die im Betrieb an dem ersten Strang abfallende Spannung geringer ist als die im Betrieb an dem zweiten Strang abfallende Spannung.
In diesem Fall kann der unterschiedliche Spannungsabfall durch das zusätzliche Bauelement oder den zusätzlichen Schaltkreis bewirkt werden. Die Auswahl des Mittels kann dahingehend erfolgen, welche Wirkung erzielt werden soll: komplettes Umschalten des Stromflusses oder nur teilweises Dimmen des zweiten Strangs. Die Anzahl der LEDs in beiden Strängen kann gleich gewählt werden.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist das zusätzliche Bauelement eine Diode oder ein elektrischer Widerstand. Die Diode trägt beispielweise einen weiteren Beitrag zur Flussspannung im betreffenden zweiten Strang bei und kann so als einfacher kostengünstiger Ersatz einer entsprechenden LED in diesem Strang dienen, die ansonsten den höheren Spannungsabfall im zweiten Strang liefern würde.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist gerade im Fall einer Diode eine Temperaturabhängigkeit einer entsprechenden Flussspannung in einem Temperaturbereich von -40°C bis +85°C im Wesentlichen gleich derjenigen der LEDs des zweiten Strangs oder der LEDs des ersten Strangs. Ein solches Temperaturverhalten stellt die beabsichtigte intrinsische Um- oder Abschaltfunktion des hier vorgestellten LED-Moduls über den in Kraftfahrzeugen zu erwartenden Temperaturbereich sicher.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist der zusätzliche elektrische Schaltkreis ein Konstantspannungsschaltkreis, der einen über einen weiten Temperaturbereich, bevorzugt von -40°C bis +85°C, konstanten Spannungsabfall liefert. Dadurch wird eine gezielte Aufteilung der Ströme über einen weiten Temperaturbereich sichergestellt.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist der Konstantspannungsschaltkreis ein V_BE-Multiplizierer, der mit einem Festwiderstand parallel verschaltet ist. Dies entspricht einem besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau. Dieser dient der Trimmung der Schaltungsanordnung, damit der Temperaturgang zusammen mit dem der LEDs bewirkt, dass ein fester Teilstrom von z.B. 30% über den gesamten Temperaturbereich über den rezessiven Strang fließt.
Einer bevorzugten Ausführungsform zufolge kann auch ein Sensor vorgesehen sein, zum Beispiel zur lokalen Temperaturmessung (zur Stromregulierung). In weiteren Ausführungsformen kann die Schaltung auch weitere Sensoren aufweisen, beispielsweise eine Photodiode (Messung einer Umgebungshelligkeit im Nichtbetrieb oder bei gezielter kurzeitiger Unterbrechung der eigentlichen Lichtfunktion), ein Infrarot-Emitter oder ein mikro-optisches, mikro-elektrisches, mikro-mechanisches System.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge ist dem zweiten Strang mit einer zweiten Anzahl von LEDs wenigstens ein weiterer Strang mit der gleichen zweiten Anzahl von LEDs zugeordnet, der parallel zu dem zweiten Strang zwischen den zweiten Anschluss und dem Knoten am Eingang des Stromregler verschaltet ist. Dabei - oder alternativ dazu - kann dem ersten Strang mit einer ersten Anzahl von LEDs wenigstens ein weiterer Strang mit der gleichen ersten Anzahl von LEDs zugeordnet sein, der parallel zu dem ersten Strang zwischen den ersten Anschluss und dem Knoten am Eingang des Stromreglers verschaltet ist. Durch diesen Aufbau kann der gleiche Effekt unter Beteiligung von noch mehr LEDs erzielt werden.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge umfasst das LED-Modul einen vierten Anschluss zum Versorgen mit einem von dem ersten und dem zweiten Spannungspotential unabhängigen dritten Spannungspotential sowie einen mit dem vierten Anschluss verbundenen dritten Strang mit einer LED oder mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs. Der Knoten am Eingang des Konstantstromreglers kann dabei ferner mit einem kathodenseitigen Anschluss der einen LED jeweils des dritten Strangs beziehungsweise der letzten LED in der Reihe des dritten Strangs verbunden sein.
In diesem Beispiel wird ein Um- bzw. Abschalten zwischen drei parallelen Strängen am gleichen Knoten bzw. Konstantstromregler ermöglicht. Durch Auswahl der Unterschiede im Spannungsabfall (z.B. Summe der Flussspannungen) sowie insbesondere der Arbeitspunkte kann eine gezielte Stromaufteilung erhalten werden.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge repräsentieren die LEDs des ersten Strangs einerseits und die LEDs des zweiten und gegebenenfalls weiterer Stränge andererseits jeweils unterschiedliche Typen von LEDs. Sie sind bevorzugt ausgelegt, im Betrieb verschiedenfarbiges Licht zu emittieren, bevorzugt jeweils entsprechend gelbes und weißes Licht, oder gelbes und rotes Licht, oder weißes und cyan-farbenes Licht.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge sind die LEDs des ersten Strangs in einem ersten Lichtleiter verbaut, und die Lichtleiter des zweiten und gegebenenfalls des dazu parallel geschalteten weiteren Strangs in einem zweiten Lichtleiter verbaut. In solchen Anordnungen kann die Anwendung des hier vorgeschlagenen Aufbaus vorteilhaft sein.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge sind die LEDs des ersten Strangs einerseits und die LEDs des zweiten und gegebenenfalls des wenigstens einen weiteren Strangs andererseits alle gemeinsam auf einer Leiterplatte oder getrennt auf miteinander verbundenen Leiterplatten angeordnet. In diesem Fall ergibt sich ein besonders einfacher Schaltungsaufbau.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist das LED-Modul in Kombination mit einem Gehäuse vorgesehen, wobei die Kombination eine Fahrzeuglampe festlegt, die wahlweise in einem Fahrzeuglampengehäuse anbringbar ist, wobei das Gehäuse ferner einen elektrischen Verbindungsstecker ausbildet, der wahlweise und wieder entfernbar mit einem passenden Verbinder auf der Seite des Fahrzeuglampengehäuses verbindbar ist. Bei einer solchen Kombination kann es sich mit Vorteil insbesondere um ein XLS-Modul (exchangeable LED signal lamp) wie eingangs beschrieben handeln.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge sind die LEDs des ersten Strangs dazu eingerichtet sind, gelbes Licht zu emittieren, und die LEDs des zweiten Strangs sind dazu eingerichtet sind, cyanfarbenes oder ggf. auch weißes Licht zu emittieren. Dadurch kommt z.B. ein integrierter Einsatz in einem Leuchtmodul in Frage, bei dem mittels Durchtrimmen eine gewünschte Farbtemperatur eingestellt wird,.
Weitere Ausführungsformen sehen vor, gezielte Stromflussverhältnisse einzustellen und dadurch vorbestimmte Farben im Farbraum zu erhalten. Dazu können durchaus auch drei Stränge nach dem hier vorgeschlagenen Muster parallel geschaltet sein, um z.B. in der CIE-Normfarbtafel die gewünschte Farbe gezielt einzustellen. Durch Auswahl der Arbeitspunkte in den Dimmkennlinien der LEDs in den parallelen Strängen werden die Stromflüsse zueinander so eingestellt, dass die Farbbeiträge der LEDs den gewünschten Punkt in der CIE-Normfarbtafel erreichen. Die LEDs des einen Strangs können dabei einem Farbtyp entsprechen und die LEDs des anderen Strangs einem anderen Typ (und die LEDs eine dritten Strangs wieder einem anderen Farbtyp). Die sich entsprechend den unterschiedlichen Spannungsabfällen einstellenden Stromflüsse führen zu einer Lichtemission, deren Farben sich im Farbsystem zu einer dann von außen wahrgenommenen Farbe überlagert. Zur gezielten Einstellung der Farben sowie auch überhaupt zur Arbeitspunkteinstellung der LEDs in den Strängen können auch die LEDs innerhalb eines oder mehrerer Stränge hinsichtlich ihres Farbtyps gemischt sein.
Zum Beispiel können LEDs mit cyanfarben emittiertem Licht mit solchen LEDs kombiniert werden, die gelbes Licht emittieren. Oder es werden weißes, cyanfarbenes und gelbes Licht emittierende LEDs sortiert nach Strängen eingerichtet. Durch die unterschiedlichen Spannungsabfälle an den Strängen im Betrieb wird die gewünschte Farbe eingestellt. Diese Farbe wird emittiert, wenn alle Anschlüsse mit Spannung versorgt werden. Alternativ kann dann nur einer der Stränge bestromt werden, während der oder die anderen abgeschaltet sind, um Licht mit einer zweiten Farbe von demselben LED-Modul zu emittieren.
Durch die anhand des LED-Moduls gezielt eingestellte Überlagerung können insbesondere die im Automotive-Bereich gewünschten Weißtöne realisiert werden. Unter Einsatz von Strängen mit gelben LEDs kann dann z.B. wie beschrieben zwischen einem Blinkbetrieb mit gelb emittierten Licht und einem Nebellichtbetrieb geschaltet werden, anhand der Abschaltvorrichtung im externen Bordnetzsteuergerät (BCM).
Über eben jenes Bordnetzsteuergerät können in Summe auch mehrere LED-Module dieser oder ähnlicher Bauart in einem synchronisierten Modus betrieben werden, so dass sie beispielsweise in einem Hinweis- oder Warnbetrieb gleichzeitig blinken oder sequentiell so geschaltet werden, dass die Abgabe des Warnlichts sozusagen etappenweise synchronisiert um das Auto herumläuft, also zum Bespiel von vorne rechts nach hinten rechts, nach hinten links nach vorne links.
Durch das vorgeschlagene LED-Modul kommen verschiedene spezielle Beispiele für Anwendungen im Fahrzeugbereich in Betracht: zum Beispiel wie ähnlich oben beschrieben ein Gelb-Weiß-Blinkbetrieb, bei dem, wenn GELB AN ist, währenddessen WEISS gedimmt ist, und anders herum, wenn GELB AUS ist, währenddessen WEISS AN ist.
Es ist hervorzuheben, dass die LED-Gruppen bzw. -Stränge räumlich auch weit voneinander beabstandet sein können: zum Beispiel können die gelben LEDs in einem gelben Blinker mit einem Leuchtengehäuse (Scheinwerfer) vorgesehen sein, während die weißen LEDs an deutlich anderer Position in dem Scheinwerfer verschaltete Lichtquellen für Tagfahrlicht DRL oder Nebellicht FOG oder Abblendlicht sind. Bei BLINKER AN sind jene anderen Lichtquellen gedimmt, bei BLINKER AUS, sind jedoch die weißen LEDs aktiviert (sie leuchten).
Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass die LEDs eingerichtet sein können, das Licht der genannten Farbe direkt aus dem Halbleiter heraus zu emittieren, oder es handelt sich um Konversions-LEDs, bei denen das emittierte Licht z.B. durch eine nachgelagerte Phosphor (Leuchtstoff) enthaltende Schicht hinsichtlich seines Farbspektrums zumindest teilweise konvertiert wird, bevor es emittiert wird. In einer weiteren Ausführung können zum Beispiel je eine cyanfarbene LED und eine gelbe LED unter einem gemeinsamen gelb-konvertierenden Phosphorelement (Leuchtstoff) angeordnet sein. Das cyanfarbene Licht wird dann je nach Wahl des Leuchtstoffs in weißes, gelbes oder rotes Licht konvertiert und das gelbe Licht wird im Wesentlichen ohne Absorption durch das gelb-konvertierende Phosphorelement transmittiert und danach emittiert.
Unter „LED“ wird hier auch der gesamte Baustein bzw. LED-Chip bezeichnet, bspw. in SMD- oder CoB-Bauweise.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Leuchtmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine auf der Leiterplatte angeordnete Elektronik sowie eine optionale Optik weggelassen ist und Leiterbahnen nicht dargestellt sind;
2 eine ausschnittweise Vergrößerung der Ansicht des Leuchtmoduls aus 1;
3 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch das in 1 gezeigte Leuchtmodul;
4A in einem schematischen Diagramm LED-Kennlinien für blau emittierende LEDs;
4B in einem schematischen Diagramm LED-Kennlinien für gelb emittierende LEDs;
5 ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung in einem LED-Modul gemäß einer ersten Ausführungsform;
6 ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung in einem LED-Modul gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7 ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung in einem LED-Modul gemäß einer dritten Ausführungsform;
8 Kennlinien des durch die Dioden D2 und D4 der beiden Stränge in der Schaltungsanordnung aus 7 fließenden Stroms für 5 verschiedene Temperaturen.

Bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung
Die 1 bis 3 zeigen einen Überblick über ein Leuchtmodul 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das hier dargestellte Leuchtmodul kann den Spezifikationen der XLS-Plattform (exchangeable LED signal lamp) entsprechen und genügen. Beispiele solcher Leuchtmodule - aber noch ohne Umsetzung der hier beschriebenen Erfindung - sind auch in folgenden Druckschriften zu finden:
US 2019063706 A1 , DE 102017214659 A1 , US 2019110348 A1 ,
DE 102017217883 A1 , DE 102017222649 A1 , DE 102018202464 A1 ,
US 2019306939 A1 , DE 102018201228 A1 , DE 102017213269 A1 ,
DE 102015206471 A1 , US 2019/0063706 A1 , oder US 2019/0049089 A1 , etc.
Das Leuchtmodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt drei auf einer Leiterplatte 10 angeordnete LEDs bzw. LED-Chips 11, 12, 13 (mit z.B. je einer Leuchtdiode), weitere drei auf derselben Leiterplatte 10 angeordnete LEDs bzw. LED-Chips 21, 22, 23 (mit z.B. je einer Leuchtdiode), ein Gehäuse 2, einen Kühlkörper 3 zur Kühlung der Leuchtdioden und eine Elektronik 8 zum Betreiben der LED-Chips 11, 12, 13 sowie ein elektrisches Anschlusselement 4 zur Energieversorgung der LED-Chips 11, 12, 13. Eine auf die LED-Chips aufgesetzte Optik, Konversionsschicht, und/oder ein Lichtleiter ist nicht dargestellt, kann aber vorgesehen sein.
Die LED-Chips 11 - 13 und 21 - 23 beinhalten sechs Leuchtdioden, die gemeinsam mit der Elektronik 8 zum Betreiben der Leuchtdioden auf der Leiterplatte 10 angeordnet sind. Die Leiterplatte 10 dient als gemeinsamer Träger für die LED-Chips 11, 12, 13, 21- 23 und die Elektronik 8. Die LED-Chips 11 - 13, 21 - 23 sind auf einem Leiterrahmen-Einsatz 16, dieser auf der Leiterplatte 10 und die Elektronik 8 ist auf einer Oberfläche 100 der Leiterplatte 10 montiert, wobei der Leiterrahmeneinsatz 16 und darin die in Strängen montierten LED-Chips 11 - 13, 21 - 23 und die Elektronik durch auf der Leiterplatte eingerichtete Leiterbahnen vorzugsweise aus Kupfer elektrisch miteinander verbunden. Die (nur in 3 gezeigte) Elektronik 8 kann z.B. als Konstantstromregler 17 ausgebildet sein.
Neben dem reinen Betrieb der LED-Chips kann der Treiber auch diverse Schutzfunktionen realisieren, z.B. Verpolschutz, ESD und Schutz gegen positive sowie negative Spannungspulse aus dem Kfz-Bordnetz. Der Konstantstromregler kann bei Bedarf auch ein elektronisches Derating (temperatur- und/oder spannungsgesteuert), Dimmen und Abschalten einzelner Chips umsetzen.
Die LED-Chips 11 - 13, 21 - 23 können durch eine Optik (nicht gezeigt) abgedeckt sein. Im Fall einer optischen Linse kann mit Hilfe eines Dispensers flüssiges Silikon auf die Oberfläche 100 der Leiterplatte 10 aufgetragen werden, so dass die LED-Chips in der Silikonmasse eingebettet sind. Nach dem Erkalten bildet die Silikonmasse dann die optische Linse. Andere Optiken sind ebenso möglich.
Das Gehäuse 2 ist ringförmig und als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Das Gehäuse 2 besitzt eine erste Stirnseite mit einer eben ausgebildeten ringscheibenförmigen Stirnfläche 20. Entlang des äußeren Umfangs der ringscheibenförmigen Stirnfläche 20 sind vier Verriegelungselemente 221, 221a, 222, 223 angeordnet, die radial von der äußeren Mantelfläche des ringförmigen Gehäuses 2 abstehen und eine Bajonettverriegelung mit entsprechend geformten Gegenstücken einer Fassung der Kraftfahrzeugleuchte bilden. Die Unterseiten der vier Verriegelungselemente 221, 221a, 222, 223 definieren eine Ebene, welche als Referenzebene für die Ausrichtung der LED-Chips 11 - 13, 21 - 23 bezüglich des Gehäuses 2 und bezüglich einer optischen Achse der Fassung der Kraftfahrzeugleuchte dient, in welche das Leuchtmodul eingesetzt wird. Zur Aktivierung der Bajonettverriegelung wird das Leuchtmodul in die Fassung der Kraftfahrzeugleuchte gesteckt und anschließend im Uhrzeigersinn um die Ringachse des Gehäuses 2 gedreht. Ein Verriegelungselement 223 kann zur Begrenzung der vorgenannten Drehbewegung einen Anschlag (nicht gezeigt) aufweisen, der in der Fassung bzw. Montageöffnung der Kraftfahrzeugleuchte nach der Bajonettverriegelung anliegt. Die Bajonettverriegelung kann mit einem produktspezifischen Schlüssel ausgeführt werden, sodass jeder Typ von Leuchtmodul einen eigenen Schlüssel besitzt und somit Vertauschungen vermieden werden. Die notwendige Anpresskraft des Leuchtmoduls zur Fassung liefert ein Dichtungsring 5 (nur in 3 gezeigt).
An seiner der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite weist das ringförmige Gehäuse 2 einen ringförmigen Flanschabschnitt 24 auf, der radial nach außen von der äußeren Mantelfläche des ringförmigen Gehäuses 2 absteht, eine Auflagefläche 240 für den Dichtungsring 5 formt und zusammen mit den Verriegelungselementen 221, 221a, 222, 223 eine ringförmige Nut 200 zur Aufnahme des Dichtungsrings 5 aus Silikon oder Gummi bildet.
Der Kühlkörper 3 besitzt einen hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitt 31, der in der inneren Ringöffnung des Gehäuses 2 angeordnet ist und an seiner der Stirnfläche 20 des Gehäuses 2 zugewandten Seite eine ebene Auflagefläche, d.h., eine Kühlfläche 30 für die Leiterplatte 10 und insbesondere für den Leiterrahmeneinsatz 16 ausbildet. Die Zylinderachse des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 ist identisch mit der Ringachse des ringförmigen Gehäuses 2. Die Kühlfläche 30 ist senkrecht zur Zylinderachse des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 angeordnet und mit der Leiterplatte 10 und dem darin eingesetzten Leiterrahmen-Einsatz 16 mit elektrisch isolierendem, wärmeleitfähigem Klebstoff verklebt. Die Kühlfläche 30 des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 weist Durchbrüche 300 auf, durch den drei elektrische Kontaktstifte 41, 42 des elektrischen Anschlusselements 4 hindurchgeführt sind. Die elektrischen Kontaktstifte 41, 42 können mit der Leiterplatte 10 eine Presspassung bilden.
Der Kühlkörper 3 besitzt außerdem einen zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32, der an dem hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitt 31 angeformt ist und dessen Ringachse mit der Zylinderachse des hohlzylindrischen Kühlkörperabschnitts 31 zusammenfällt. Der zweite, ringscheibenförmig ausgebildete Kühlkörperabschnitt 32 ist zwischen dem ringscheibenförmigen Flanschabschnitt 24 des Gehäuses 2 und einem kreisscheibenförmigen Flanschabschnitt 40 des elektrischen Anschlusselements 4 angeordnet und mit beiden mittels Klebstoff verbunden. Alternativ ist auch eine komplette Umspritzung des Kühlkörpers mit Kunststoff möglich, sodass nur ein einziges Kunststoffteil vorhanden ist, welches den Kühlkörper umgibt.
An dem zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 sind entlang seines Umfangs angeordnete Kühlrippen 33 angeformt. Die Kühlrippen 33 sind von dem zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 jeweils um einen Winkel von 90 Grad (in den Figuren nach unten) abgewinkelt und erstrecken sich jeweils parallel zur Ringachse des zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitts 32. Der Kühlkörper 3 besteht aus Metall, beispielsweise aus Edelstahlblech oder Aluminium, und ist einteilig, z.B. als Tiefziehbiegeteil ausgebildet.
Das elektrische Anschlusselement 4 ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und weist elektrischen Kontaktstifte 41, 42 auf, die jeweils aus Metall bestehen und im Kunststoffmaterial des elektrischen Anschlusselements 4 eingebettet sind. Das elektrische Anschlusselement 4 besitzt einen kreisscheibenförmigen Flanschabschnitt 40, der am zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32, an seiner vom Gehäuse 2 abgewandten Seite, anliegt. Der Flanschabschnitt 40 des elektrischen Anschlusselements 4 ist durch Klebstoff mit dem zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 verbunden. Der Klebstoff dient zusätzlich auch als Dichtungsmittel zwischen dem Flanschabschnitt 40 des elektrischen Anschlusselements 4 und dem zweiten, ringförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 sowie zwischen dem ringscheibenförmigen Flanschabschnitt 24 des Gehäuses 2 und dem zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 . Der Klebstoff 6 ist zu diesem Zweck ringförmig auf beiden Seiten des zweiten, ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitts 32 aufgetragen. Alternativ kann der Klebstoff auch in Höhe der Kühlfläche 30 aufgetragen werden und dort, in geringem Abstand zu der Leiterplatte 10 die Dichtfunktionen mit dem Gehäuse 2 gewährleisten.
Das elektrische Anschlusselement 4 weist außerdem einen als Buchse 44 ausgebildeten Abschnitt auf, der sich parallel zur Ringachse des Gehäuses 2 erstreckt und parallel versetzt zu dieser Ringachse angeordnet ist und an den kreisscheibenförmigen Flanschabschnitt 40 angeformt ist. Die freien Enden der elektrischen Kontaktstifte 41, 42 erstrecken sich jeweils in die Buchse 44 und dienen dort als elektrische Kontakte des Leuchtmoduls und sind zum Anschließen eines auf die Buchse 44 aufsteckbaren Steckers oder Verbinders vorgesehen, der in der Lampenfassung bereitgestellt sein kann.
Nach dem Zusammenfügen von Buchse und Stecker oder Verbinder ist diese Verbindung dichtend. Die anderen Enden der elektrischen Kontaktstifte 41, 42 ragen jeweils durch den Durchbruch 300 in der Kühlfläche 30 des Kühlkörpers 3 hindurch und können eine Presspassung mit der Leiterplatte 10 bilden und sind jeweils mit einem elektrischen Kontakt auf der Leiterplatte 10 verbunden. Die elektrischen Kontaktstifte 41, 42 dienen zur Energieversorgung der LED-Chips 11 - 13, 21 - 23 auf dem Leiterrahmen-Einsatz 16. Der Leiterrahmen-Einsatz 15 bildet zusammen mit den LED-Chips 11, 12, 13 und ggf. darauf gebildeter Schichten einen LED-Chip-Einsatz 15 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
Die Leuchtdioden der LED-Chips 11 - 13, 21 - 23 emittieren während des Betriebs z.B. gelbes, rotes Licht oder weißes Licht, oder Kombinationen daraus. Die Anzahl der LED-Chips ist auch nicht auf drei beschränkt und die Anordnung muss auch nicht in reihe sein, sondern kann auch sternförmig oder quadratisch oder kreisförmig sein.
Die Leuchtdioden der LED-Chips 11 - 13, 21 - 23 besitzen eine Licht emittierende Oberfläche mit einer Seitenlänge von zum Beispiel im Bereich von 0,4 mm bis 0,6 mm aufweist. Alternativ können auch Leuchtdiodenchips verwendet werden, deren Licht emittierende Oberfläche eine Seitenlänge im Bereich von 0,7 mm bis 0,8 mm oder 0,9 mm bis 1,1 mm aufweist. Die Ausführungsbeispiele sind nicht auf bestimmte Typen und Kombinationen von LEDs beschränkt.
In dem nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel sind die LEDs 11 - 13 solche vom Typ InGaAlP (Indium-Gallium-Aluminium-Phosphid), die z.B. Licht im Wellenlängenbereich von 570 bis 590 nm emittieren, d.h. gelbes Licht. Die LEDs 21 - 23 sind dagegen vom Typ GaN (Galliumnitrid), die z.B. Licht im Wellenlängenbereich von 450 bis 500 nm emittieren, d.h. blaues oder cyan-farbenes Licht. Die blauen LEDs 21 - 23 können (auch gemeinsam mit den gelben LEDs 11 - 13) durch eine Phosphor (Leuchtstoff) enthaltende Konversionsschicht (nicht gezeigt) überdeckt sein, die die Wellenlänge es emittierten blauen Lichts in im Wesentlichen weißes Licht konvertiert. Das gelbe Licht kann diese Schicht im Wesentlichen unbeeinträchtigt passieren.
Bei dem gezeigten Leuchtmodul kann es sich also um ein wahlweise austauschbares Leuchtmodul für den Einsatz in Leuchten von Kraftfahrzeugen handeln, wobei hier insbesondere der Einsatz z.B. als kombiniertes Blink- und Nebel- oder Tagfahrlichtmodul in Frage kommt (gelb für Blinklicht, weiß für Nebel- oder Tagfahrlicht etc.). Andere LED-Typen und Einsatzgebiete sind analog möglich.
Die LEDs 11 - 13 und 21 - 23 sind in Strängen 6, 7 in Reihe geschaltet, wie den beiden in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen entnommen werden kann. Unter Betrachtung zunächst des Ausführungsbeispiels eines Lichtmoduls 14 der 6, sind die LEDs 11 - 13 bzw. D1 - D3 eines ersten Strangs 6 in Reihe geschaltet, wobei der Anodenanschluss einer ersten LED 11 bzw. D1 mit einem ersten Anschluss 41a des LED-Moduls 14 verbunden ist, und der Kathodenanschluss einer letzten LED 13 bzw. D3 der Reihe mit einem Knoten 18 verbunden ist. Das Zeichen „Y“ am ersten Anschluss 41a deutet den Anschluss des LED-Moduls für die gelben LEDs 11 - 13 an.
Wie ferner in 6 zu sehen ist, sind auch die LEDs 21 - 23 bzw. D4 - D6 eines zweiten Strangs 7 in Reihe geschaltet, wobei hier aber noch eine einfache pn-Diode 25 bzw. D7 in der Reihe dazugeschaltet ist. Deren Anodenanschluss ist mit einem zweiten Anschluss 41b des LED-Moduls 14 verbunden, und der Kathodenanschluss einer letzten LED 23 bzw. D6 der Reihe ist mit dem Knoten 18 verbunden. Das Zeichen „W‟ am ersten Anschluss 41a deutet den Anschluss des LED-Moduls 14 für die eigentlich blauen, aber durch Konversion weißen LEDs 21 - 23 an. Die Diode D7 ist in den 1 - 3 nicht gezeigt (Teil der Elektronik 8).
Der Knoten 18 ist stromabwärts bzw. zur Seite des Bezugspotentials hin mit einem Eingang eines Konstantstromreglers 17 verbunden. Dessen Ausgang zum Bezugspotential ist mit einem dritten Anschluss 42a des LED-Moduls 14 verbunden, an welchem das Bezugspotential (Masse) angeschlossen wird.
Die getrennten, jeweils wahlweise mit einem ein Eingangsspannungspotential versorgten ersten und zweiten Anschlüsse 41a, 41b können über getrennte elektrische Verbindungen mit einem Bordnetzsteuergerät (BCM) 15 verbunden sein. Wie schematisch in 6 gezeigt ist, ist für jeden der Anschlüsse 41a, 41b ein aus einer Spannungsversorgung V1 (Gleichspannung von z.B. 12 V im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs) bereitgestelltes Spannungspotential wahlweise zu- oder abschaltbar.
Mit anderen Worten, die beiden Stränge 6 und 7 besitzen eine voneinander getrennte Spannungsversorgung, nutzen aber über den Knoten eine gemeinsame Konstantstromsenke bzw. einen gemeinsamen Konstantstromregler 17.
Ein Betrieb des LED-Moduls 14 kann wie folgend aussehen: bei Tagfahrt oder Nebel kann der in 6 obere Schalter des Bordnetzsteuergeräts 15 geschlossen sein, während der unter Schalter geöffnet ist. Dann leuchten die blau bzw. weiß emittierenden LEDs 21 - 23. Wird nun beispielweise der Blinker betätigt, dann schließt und öffnet der in 6 untere Schalter des Bordnetzsteuergeräts 15 periodisch entsprechend dem vorgegebenen Blinktakt. In diesem Fall werden während der Blinkphasen beide Anschlüsse 41, 41b mit dem gleichen Spannungspotential versorgt.
Das am Knoten 18 anliegende Spannungspotential hängt nun von der Summe der Flussspannungen in den Strängen 6 und 7 ab, d.h., den jeweiligen Gesamtflussspannungen. LED-Kennlinien sind für die blau emittierenden LEDs 21 - 23 in 4A gezeigt und für die gelb emittierenden LEDs 11 - 13 in 4B gezeigt. Für die beispielhaften blau emittierenden LEDs 21 - 23 ergibt sich eine Flussspannung von ca. 3,2 V, für die gelb emittierenden LEDs 11 - 13 eine Flussspannnung von ca. 2,15 V. Dass die Flussspannung für Licht zu kürzeren Wellenlängen hin emittierende LEDs ansteigt ist allgemein bekannt.
Infolgedessen ist allein schon aus diesem Grund die Gesamtflussspannung im ersten Strang 6, der sich vom ersten Anschluss 41a bis zum Knoten 18 erstreckt, deutlich geringer als die Gesamtflussspannung im zweiten Strang 7, der sich vom zweiten Anschluss 41b bis zum gleichen Knoten 18 erstreckt. Zusätzlich ist im zweiten Strang noch die Diode 15 bzw. D7 verschaltet. Diese liefert noch einen weiteren Beitrag in Höhe von etwa 0,6 bis 0,7 V als Flussspannung zur Gesamtflussspannung im zweiten Strang. In dem speziellen Ausführungsbeispiel stehen sich also eine Gesamtflussspannung von etwa 6,5 V im ersten Strang 6 und eine Gesamtflussspannung von etwa 10,2 V im zweiten Strang 7 gegenüber.
Folglich ist in diesem Ausführungsbeispiel aufgrund verschiedenen Gesamtflussspannungen eine im Betrieb an dem ersten Strang 6 zwischen dem ersten Anschluss 41a und dem Knoten 18 am Eingang des Konstantstromreglers 17 abfallende Spannung geringer ist als eine im Betrieb an dem zweiten Strang 7 zwischen dem zweiten Anschluss 41b und dem Knoten 18 am Eingang des Konstantstromreglers 17 abfallende Spannung.
Durch diesen deutlichen Unterschied schaltet der Stromfluss in dem Moment, wo beide Anschlüsse 41a, 41b mit einem Spannungspotential vom Bordnetzsteuergerät (BCM) 15 versorgt werden, vom zweiten Strang 7 nahezu ausschließlich auf den ersten Strang 6 um, so dass im Wesentlichen nur noch die gelb emittierenden LEDs 11 - 13 leuchten. Ein sehr geringer Stromfluss durch den zweiten Strang 7 entsprechend den Kennlinien mag verbleiben. Das sich am Knoten 18 einstellende Spannungspotential wird sich überwiegend an der Gesamtflusspannung des ersten Strang 6 ausrichten, da der Widerstand der LEDs und der Diode des zweiten Strangs 7 sehr hoch ist.
In dem Moment, in welchem der sich in 6 untere Schalter des Bordnetzsteuergeräts 15 wieder öffnet, springt der Stromfluss wieder auf den zweiten Strang 7 über (in der Blinkpause). D.h., in der Blinkpause leuchtet das Tagfahr- oder Nebellicht.
Es ist anzumerken, dass in einem modifizierten Ausführungsbeispiel, in welchem die Flussspannungen der LEDs 11 - 13 nicht so verschieden von den Flussspannungen der LEDs 21 - 23 sind, es gerade die Diode 25 bzw. D7 ist, die den Unterschied in den Gesamtflusspannungen ausmachen kann, als gerade dann, wenn die Anzahlen der LEDs in den beteiligten Strängen gleich sind, hier z.B. 3 gegenüber 3.
In 5 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente und Merkmale und auf eine Wiederholung der Beschreibung derselben wird hier und in nachfolgenden Ausführungsbeispielen verzichtet. Hier ist kein weiteres elektrisches Bauelement in den Strängen 6 oder 7 verschaltet. Der Unterschied in der Gesamtflussspannung wird hierbei - ggf. neben der unterschiedlichen Flussspannung aufgrund der Verwendung verschiedener Typen von LEDs - durch die differierende Anzahl von LEDs verursacht: Im ersten Strang 6 liegen hier nur zwei LEDs 11 und 12 vor während im zweiten Strang 7 drei LEDs 21 - 23 in Reihe verschaltet sind. Der übrige Aufbau und der Effekt sind identisch zu obigem Ausführungsbeispiel.
Verallgemeinert ausgedrückt kann die Strangspannung derart eingestellt werden, dass die Gesamtflusspannung der mit der Anzahl m in Reihe geschalteten LEDs des ersten Strangs 6 stehts kleiner ist, als die der mit der Anzahl n in Reihe geschalteten LEDs des zweiten Strangs 7 (einschließlich etwaiger zusätzlicher Bauelemente mit Flussspannung wie pn-Dioden etc).
Bei mit im wesentlichen gleichen Flussspannungen versehenen LEDs (so etwa bei Konversionslösungen) kann dies entweder dadurch erfolgen, dass m < n ist. Beispielsweise kann m = n - 1 betragen, oder ein zusätzliches Element ist hinzugefügt, das einen Spannungsabfall generiert, beispielsweise ein Widerstand oder eine oder mehrere Dioden. Auch komplexere Schaltungen sind dabei nicht ausgeschlossen, wie das Ausführungsbeispiel der 7 zeigt. Auch sind Reihen-Parallelschaltungen von LEDs denkbar, wenn wie z.B. in 4 anstatt der zwei LEDs 11 und 12 nunmehr 2x2 LEDs verwendet werden, d.h., der erste Strang 6 teilt sich in zwei parallele Unterstränge zu je zwei LEDs auf. Auch hier bleibt die Gesamtflusspannung im ersten Strang 6 unter demjenigen des zweiten Strangs 7, und die beschriebene Umschaltung des Stromflusses findet statt.
Folgende Kombinationen von Anzahlen LEDs sind unter anderem möglich: $m = 1 / n = 1$
$m = 1 / n = 2$
$m = 1 / n = 3$
$m = 2 / n = 2$
$m = 2 / n = 3$
$m = 3 / n = 3$
Im einfachsten Fall reicht es aus, dass zumindest eine zusätzliche Diode im zweiten Strang 7 angeordnet ist, um einen Spannungsabfall zu bewirken. Der Fall m = n - 1 ist dabei eine besonders geeignete Ausführung. Bei 12 V Spannung im Kraftfahrzeug könnte also m = 2 und N = 3 sein.
Mit Bezug auf die 7 und 8 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Schaltungsanordnung des LED-Moduls ist in 7 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel trägt dem nicht zu vernachlässigenden Einfluss von Temperaturen auf die Kennlinien und resultierenden Flussspannungen Rechnung. Kraftfahrzeuge und insbesondere deren Elektrik und Beleuchtung müssen für große Temperaturbereiche einen zuverlässigen Betrieb ermöglichen. Spezifiziert sind hier üblich von -40°C bis +85°C. Basiert zum Beispiel der Blinkerbetrieb wie oben beschrieben auf einem intrinsischen Umschaltvorgang aufgrund des unterschiedlichen Spannungsabfalls bzw. der unterschiedlichen Gesamtflussspannung zwischen den beiden LED-Strängen 6 und 7, so ist der Betrieb nicht mehr zuverlässig, wenn ein Temperaturgang derart verläuft, dass der Unterschied zu hohen oder niedrigen Temperaturen verschwindet oder sich sogar umdreht. Dies kann insbesondere dann passieren, wenn unterschiedliche LED-Typen im Einsatz sind, oder andere elektrische Bauelemente als LEDs verschaltet sind, die eine ganz andere Temperaturcharakteristik hinsichtlich ihres elektrischen Widerstands haben.
Die oben in 5 gezeigte Anordnung ist durch die zusätzliche pn-Diode 25 bzw. D7 so ausgelegt, dass sie zum Beispiel im Temperaturbereich von -40°C bis +85°C betreibbar ist. Die Differenz der Gesamtflussspannungen der Stränge 6 und 7 sollte also im vorgesehenen Betriebsbereich genügend Abstand haben, sodass sich der Strom sich im geeigneten Maße aufteilt bzw. vollständig auf den jeweilig begünstigten Strang 6 übergeht, wenn beide Anschlüsse 41a, 41b mit Spannung versorgt werden.
Dies ist nur möglich unter Einsatz von Bauelementen, etwa pn-Dioden, die (eventuell als Reihenschaltung mehrerer Dioden) einen Temperaturgang der Flussspannung in die gleiche Richtung wie die LEDs selbst aufweisen. Daher ist es bei unterschiedlichen emittierten Farben aufgrund von Konversionstechnologien eine günstige Lösung, den Strang 7 mit einer LED mehr in Reihe auszustatten, wie es in 5 gezeigt ist.
Eine mögliche alternative Schaltung, um eine gezielte Aufteilung der Ströme über einen gewissen Temperaturbereich sicherzustellen ist zum Beispiel der Einsatz eines V_BE-Multiplizierers 19 wie in 7 gezeigt kombiniert mit einem Festwiderstand. Dieser ist im zweiten Strang 7, der nur zwei in Reihe geschaltete LEDs 11 und 12 bzw. D4 und D5 besitzt, durch seinen Ausgangsknoten 28 mit dem Anodenanschluss der ersten LED 21 in der Reihe verbunden. Sein Eingangsknoten 27 ist mit dem zweiten Anschluss 41b des zweiten Strangs 7 verbunden.
Der V_BE-Multiplizierers 19 selbst besitzt zwei zwischen den Eingangsknoten 27 und den Ausgangsknoten 28 in Reihe geschaltete Widerstände R4 und R5, sowie einen npn-Bipolartransistor Q1, dessen Basisanschluss mit einem Knoten zwischen den Widerständen R4 und R5 verbunden ist. Sein Kollektoranschluss ist mit dem Eingangsknoten 27 verbunden, sein Emitteranschluss ist mit dem Ausgangsknoten 28 verbunden. R4 und R5 bilden einen Spannungsteiler, so dass die Basis-Emitterspannung festliegt. Dadurch fließt durch den npn-Bipolartransitor Q1 ein nahezu konstanter Kollektorstrom. Der Widerstand R6 ist zum Transistor Q1 parallel geschaltet und kann als Trimmung für den Temperaturgang dienen. Der V_BE-Multiplizierer dient hier als eine Konstantspannungsquelle, mit einem gezieltenTemperaturgang , der sicherstellt, dass bei variierenden Temperaturen keine signifikante Änderung beim intrinsischen Umschalten zwischen den Strängen im Betrieb eintritt. Im Ausführungsbeispiel ist der den V_BE-Multiplizierer 19 enthaltende Strang 6 derjenige, der die geringere Vorwärtsspannung bereitstellt. Der V_BE-Multiplizierer 19 könnte aber genauso umgekehrt so konfiguriert sein, dass er eine erhöhte Vorwärtsspannung beiträgt, so dass dieser Strang zum rezessiven Strang wird.
8 zeigt Kennlinien des durch die Dioden D2 und D4 der Stränge 6 und 7 fließenden Stroms für 5 verschiedene Temperaturen in dem in der Schaltung der 7 verbauten Zustand. Es zeigt sich, dass in dem hier relevanten Spannungsbereich von 12 V der Temperaturgang keine Auswirkungen auf die Aufteilung der Stromflüsse auf die beiden Stränge hat (der erste Strang 6 erhält etwa 90 % Stromfluss, der zweite Strang 7 erhält etwa 10 %).
Weitere Modifikationen der Ausführungsbeispiele sind möglich und einzelne Elemente der Ausführungsbeispiele können mit anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden, soweit dies von dem in den beigefügten Ansprüchen festgelegten Umfang erfasst ist. Modifikationen können sich insbesondere auch aus folgendem ergeben:
In den oben gezeigten Ausführungsbeispielen wurde wiederholt auf übliche Spannungen von 12 V in Fahrzeugen hingewiesen. Der hier gemachte Vorschlag ist aber nicht auf Konfigurationen für solche Eingangsspannungen begrenzt. Es ist vielmehr durchaus möglich, dass andere Netzspannungen eingerichtet sind, oder z.B. dass dem Bordnetzsteuergerät 15 eine Boost-Einheit (nicht gezeigt) nachgeschaltet ist, die das Spannungspotential speziell an den Anschlüssen 41a, 41b auf z.B. 50 V anhebt. Dann sind Anzahlen m, n von LEDs möglich, die 2 oder 3 LEDs übertreffen, z.B. 4 oder 5 oder 6 LEDs in Reihe etc. (parallel geschaltet sind ohnehin wie beschrieben größere Anzahlen von LEDs möglich).
Die oben und weiter unten gezeigten Ausführungsbeispiele richten sich unter anderem eingeschränkt auf konventionelle Blinker („ein“-„aus“-Betrieb), sie eignen sich besonders aber auch im Zusammenhang mit Schaltungsanordnungen, die einen wischenden Blinkbetrieb vorsehen.
Ferner ist anzumerken, dass sich die LED-Stränge 6, 7 nicht notwendig wie oben gezeigt auf den gleichen Leiterplatten 10 befinden. Es kann sich auch um verschiedene Leiterplatten handeln, die getrennt oder miteinander verbunden sind.
Darüberhinaus sind die hier vorgeschlagenen Aspekte nicht auf die Anwendung in Blinkern etc. beschränkt, sondern es könne auch andere Beleuchtungsanwendungen in Fahrzeugen erfasst sein wie Brems- und Positionslichter etc.
Außerdem sind auch Aspekte umfasst, bei denen andere LEDs als die vorbeschriebenen in Reihe geschaltet sind, etwa UV-, grün- oder IR emittierende LEDs. In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können die in den verschiedenen Strängen eingesetzten Typen von LEDs auch identisch anstatt unterschiedlich sein, und sich z.B. lediglich durch den Konversionstyp (oder auch gar nicht) unterscheiden.
Bezugszeichenliste

1: Leuchtmodul
2: Gehäuse des Leuchtmoduls
3: Kühlkörper
4: elektrisches Anschlusselement
5: Dichtungsring
6: erster Strang
7: zweiter Strang
8: Elektronik
10: Leiterplatte
11, 12, 13: LEDs (erster Strang)
14: LED-Modul
15: Bordnetzsteuergerät (BSG, BCM)
16: Leiterplatten-Einsatz
17: Konstantstromregler
18: Knoten
19: V_BE-Multiplizierer
20: Stirnfläche
21, 22, 23: LEDs (zweiter Strang)
24: ringförmiger Flanschabschnitt
25: pn-Diode
27: Eingangsknoten (V_BE-Mulitplizierer)
28: Eingangsknoten (V_BE-Mulitplizierer)
30: Kühlfläche des Leuchtmoduls
31: hohlzylindrisch geformter Kühlkörperabschnitt
32: ringscheibenförmiger Kühlkörperabschnitt
33: Kühlrippen
40: kreisscheibenförmigen Flanschabschnitt
41, 42: Kontaktstifte
41a(Y), 41b(W): erster und zweiter Anschluss
42a(Z): dritter elektrischer Anschluss
100: Oberfläche der Leiterplatte
200: Nut für Dichtungsring
221, 222, 223: Verriegelungselemente
240: Auflagefläche für Dichtungsring
300: Durchbruch (in Leiterplatte)
D1 - D6: lichtemittierende Dioden
D7: Diode
Q1: npn-Bipolartransistor
R4 - R6: Widerstände
V1: Spannungsquelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2019063706 A1 [0048]
DE 102017214659 A1 [0048]
US 2019110348 A1 [0048]
DE 102017217883 A1 [0048]
DE 102017222649 A1 [0048]
DE 102018202464 A1 [0048]
US 2019306939 A1 [0048]
DE 102018201228 A1 [0048]
DE 102017213269 A1 [0048]
DE 102015206471 A1 [0048]
US 2019/0063706 A1 [0048]
US 2019/0049089 A1 [0048]

Claims

LED-Modul (14) für Fahrzeuge, umfassend: einen ersten Anschluss (41a) zum Versorgen mit einem ersten Spannungspotential; einen mit dem ersten Anschluss (41a) verbundenen ersten Strang (6) mit einer LED oder mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs (11-13); wenigstens einen zweiten Anschluss (41b) zum Versorgen mit einem von dem ersten Spannungspotential unabhängigen zweiten Spannungspotential; einen mit dem zweiten Anschluss (41b) verbundenen zweiten Strang (7) mit einer LED oder mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs (21-23); einen Konstantstromregler (17), dessen Eingang mit einem Knoten (18) verbunden ist, der seinerseits mit einem kathodenseitigen Anschluss der einen LED beziehungsweise der letzten LED in der Reihe des ersten Strangs (6) als auch mit einem kathodenseitigen Anschluss der einen LED beziehungsweise der letzten LED des zweiten Strangs (7) verbunden ist; einen dritten Anschluss (42a) zum Versorgen mit einem Bezugspotential; dadurch gekennzeichnet, dass ein im Betrieb an dem ersten Strang (6) zwischen dem ersten Anschluss (41a) und dem Knoten (18) am Eingang des Konstantstromreglers (17) abfallende Spannung geringer ist als eine im Betrieb an dem zweiten Strang (7) zwischen dem zweiten Anschluss (41b) und dem Knoten (18) am Eingang des Konstantstromreglers (17) abfallende Spannung.
LED-Modul (14) gemäß Anspruch 1, wobei: der erste Strang (6) eine erste Anzahl, einschließlich der Zahl 1, von in Reihe geschalteten LEDs aufweist und der zweite Strang (7) eine zweite Anzahl von in Reihe geschalteten LEDs aufweist, und wobei die erste Anzahl von LEDs kleiner ist als die zweite Anzahl.
LED-Modul (14) gemäß Anspruch 1, wobei: der erste Strang (6) eine erste Anzahl, einschließlich der Zahl 1, von in Reihe geschalteten LEDs aufweist und der zweite Strang (7) eine zweite Anzahl, einschließlich der Zahl 1, von in Reihe geschalteten LEDs aufweist, und wobei die erste Anzahl von LEDs gleich der zweite Anzahl von LEDs ist, und wobei eine Flussspannung der einen LED bzw. eine Summe der Flussspannungen der LEDs des ersten Strangs (6) geringer ist als eine Flussspannung der einen LED bzw. eine Summe der Flussspannungen der LEDs des zweiten Strangs (7).
LED-Modul (14) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei in dem zweiten Strang (7) im Vergleich zum ersten Strang wenigstens ein zusätzliches Bauelement oder ein zusätzlicher elektrischer Schaltkreis in Reihe mit den LEDs des zweiten Strangs (7) verschaltet ist, so dass die im Betrieb an dem ersten Strang (6) abfallende Spannung geringer ist als die im Betrieb an dem zweiten Strang (7) abfallende Spannung.
LED-Modul (14) gemäß Anspruch 4, wobei das zusätzliche Bauelement eine Diode (D7) oder ein elektrischer Widerstand ist.
LED- Modul (14) gemäß Anspruch 5, wobei im Fall einer Diode (D7) eine Temperaturabhängigkeit einer entsprechenden Flussspannung in einem Temperaturbereich von -40°C bis +85°C im Wesentlichen gleich derjenigen der LEDs des zweiten Strangs (7) oder der LEDs des ersten Strangs (6) ist.
LED- Modul (14) gemäß Anspruch 4, wobei der zusätzliche elektrische Schaltkreis ein Konstantspannungsschaltkreis ist, der einen über einen weiten Temperaturbereich, bevorzugt von -40°C bis +85°C, einen konstanten Spannungsabfall liefert.
LED- Modul (14) gemäß Anspruch 7, wobei der Konstantspannungsschaltkreis ein V_BE-Multiplizierer (19) ist, der mit einem Festwiderstand parallel verschaltet ist.
LED-Modul (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei dem zweiten Strang (7) mit der zweiten Anzahl von LEDs wenigstens ein weiterer Strang mit der gleichen zweiten Anzahl von LEDs zugeordnet ist, der parallel zu dem zweiten Strang (7) zwischen den zweiten Anschluss (41b) und dem Knoten (18) am Eingang des Konstantstromreglers (17) verschaltet ist, und/oder dem ersten Strang (6) mit der ersten Anzahl von LEDs wenigstens ein weiterer Strang mit der gleichen ersten Anzahl von LEDs zugeordnet ist, der parallel zu dem ersten Strang (6) zwischen den ersten Anschluss (41a) und dem Knoten (18) am Eingang des Konstantstromreglers (17) verschaltet ist.
LED-Modul (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend einen vierten Anschluss zum Versorgen mit einem von dem ersten und dem zweiten Spannungspotential unabhängigen dritten Spannungspotential; einen mit dem vierten Anschluss verbundenen dritten Strang mit einer LED oder mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs; wobei der Knoten am Eingang des Konstantstromreglers ferner mit einem kathodenseitigen Anschluss der einen LED jeweils des dritten Strangs beziehungsweise der letzten LED in der Reihe des dritten Strangs verbunden ist.
LED-Modul (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die LEDs des ersten Strangs (6) einerseits und die LEDs des zweiten und gegebenenfalls weiterer Stränge andererseits jeweils unterschiedliche Typen von LEDs repräsentieren, und bevorzugt ausgelegt sind, im Betrieb verschiedenfarbiges Licht zu emittieren, bevorzugt jeweils entsprechend gelbes und weißes Licht, oder gelbes und rotes Licht, oder weißes und cyan-farbenes Licht.
LED-Modul (14) gemäß einem Anspruch 11, wobei die LEDs des ersten Strangs (6) in einem ersten Lichtleiter verbaut sind, und die Lichtleiter des zweiten und gegebenenfalls des dazu parallel geschalteten weiteren Strangs in einem zweiten Lichtleiter verbaut sind.
LED-Modul (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die LEDs des ersten Strangs (6) einerseits und die LEDs des zweiten und gegebenenfalls des wenigstens einen weiteren Strangs andererseits alle gemeinsam auf einer Leiterplatte (10) oder getrennt auf miteinander verbundenen Leiterplatten angeordnet sind.
LED-Modul (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 in Kombination mit einem Gehäuse (2), wobei die Kombination eine Fahrzeuglampe (1) festlegt, die wahlweise in einem Fahrzeuglampengehäuse anbringbar ist, wobei das Gehäuse (2) ferner einen elektrischen Verbindungsstecker (4) ausbildet, der wahlweise und wieder entfernbar mit einem passenden Verbinder auf der Seite des Fahrzeuglampengehäuses verbindbar ist.
LED-Modul (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die LEDs des ersten Strangs (6) dazu eingerichtet sind, gelbes Licht zum Zweck einer Blinklichtanzeige zu emittieren, und die LEDs des zweiten Strangs (7) dazu eingerichtet sind, weißes Licht zum Zweck eines Tagfahrlichts, eines Nebellichts oder eines Abblendlichts zu emittieren.