DE10214447A1

DE10214447A1 - Control device for controlling electrical lamps and headlights with such a control device

Info

Publication number: DE10214447A1
Application number: DE10214447A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schroeder; Martin Hahne
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2002-03-30
Filing date: 2002-03-30
Publication date: 2003-10-16
Also published as: EP1349433A3; EP1349433A2

Abstract

Regeleinrichtung zum Regeln von elektrischen Leuchtmittel mit einem Laststrang, welcher die Leuchtmittel umfasst, mit einer gesteuerten Strom- oder Spannungsquelle, welche einen Anschluss zum Laststrang, einen Anschluss zu einer Konstantstrom- oder Konstantspannungsquelle und einem dritten Anschluss aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung einen Regler, der über den dritten Anschluss mit der gesteuerten Strom- oder Spannungsquelle verbunden und dass der Regler mit einem Temperatursensor als Istwertgeber verbunden ist.Control device for controlling electrical lamps with a load train, which comprises the lamps, with a controlled current or voltage source, which has a connection to the load train, a connection to a constant current or constant voltage source and a third connection, characterized in that the control device has a Controller that is connected to the controlled current or voltage source via the third connection and that the controller is connected to a temperature sensor as an actual value transmitter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zum Regeln von elektrischen Leuchtmitteln, mit einem Laststrang, welcher die Leuchtmittel umfasst, mit einer gesteuerten Strom oder Spannungsquelle, welche einen Anschluss zum Laststrang, einen Anschluss zu einer Konstantstrom- oder Konstantspannungsquelle und einen dritten Anschluss aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit einem Gehäuse, mit einer Lichtscheibe, mit in dem Gehäuse angeordneten Leuchtmitteln und mit einer Regeleinrichtung. The present invention relates to a regulating device for regulating of electrical lamps, with a load string, which the Includes bulbs, with a controlled current or Voltage source, which is a connection to the load train, a Connection to a constant current or constant voltage source and has a third connection. The invention further relates to a headlamp with a housing, with a lens, with in the housing arranged lamps and with a Control device.

Aus der Druckschrift EP 0 891 120 A2 ist eine Regeleinrichtung zum Regeln eines Stromdurchflusses durch Leuchtmittel bekannt. Die Druckschrift offenbart, dazu ein PTC-Element im Laststrang von LEDs als Leuchtmitteln. Das PTC-Element dient dazu, den Strom durch die LEDs zu begrenzen falls die Fahrzeugbordnetzspannung ansteigt. Darüber hinaus dient das PTC-Element auch dazu, bei erhöhten Temperaturen den Strom durch die LEDs zu begrenzen, um so die LEDs vor thermischer Zerstörung zu schützen. Ein PTC-Element im Laststrang, das als Temperatursensor arbeitet, hat jedoch den Nachteil, dass der PTC-Widerstand als Sensorsignal nicht nur von der Umgebungstemperatur der LEDs abhängt, sondern auch von der Eigenerwärmung durch den Laststrom, der durch die LEDs und das PTC-Element fließt. Dies bedeutet, dass das PTC-Element regelmäßig fälschlicherweise eine Temperatur erkennt, die höher ist als die Temperatur am Ort der LEDs. From the document EP 0 891 120 A2 a control device for Regulating a current flow through lamps known. The Document discloses a PTC element in the load string of LEDs as illuminants. The PTC element is used to flow through the Limit LEDs if the vehicle electrical system voltage increases. In addition, the PTC element also serves to increase Temperatures to limit the current through the LEDs so the Protect LEDs from thermal destruction. A PTC element in the Load train that works as a temperature sensor, however, has the Disadvantage that the PTC resistor is not only used as a sensor signal Ambient temperature of the LEDs depends, but also on the Self-heating through the load current, through the LEDs and the PTC element flows. This means that the PTC element is regular incorrectly detects a temperature higher than that Temperature at the location of the LEDs.

Die temperaturabhängige Stromregelung mittels eines PTC-Elements im Laststrang ist darüber hinaus in nachteiliger Weise mit großen Ungenauigkeiten behaftet, da es sich bei dem PTC-Elementen, die man im Laststromkreis verwendet, um PTC's handelt, die für einen entsprechenden Laststrom und die damit verbundene Verlustwärme dimensioniert sind. Entsprechende PTC's weisen Toleranzen in der Widerstandskennlinie von bis zu 25% auf. Temperature-dependent current control using a PTC element in the load line is also disadvantageous with large Inaccuracies due to the fact that the PTC elements one uses in the load circuit to act as PTC's for one corresponding load current and the associated heat loss are dimensioned. Corresponding PTC's have tolerances in the Resistance characteristic of up to 25%.

Ferner hat das PTC-Element im Laststrang eine relativ hohe Verlustleistung. Furthermore, the PTC element in the load string has a relatively high one Power dissipation.

In der genannten Druckschrift EP 0 891 120 A2 wird in der Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel offenbart, welches eine Regelung des Laststromes in Abhängigkeit der Temperatur mittels eines IC- Bausteines aufweist. Der IC-Baustein ermöglicht es durch eine Stromregelung eine definierte Strombegrenzung bei Übertemperatur zu ermöglichen. Dazu weist der IC-Baustein eine thermisch abhängige Stromkennlinie auf, so dass bei Verwendung dieses Bausteines kein PTC-Widerstand, und auch kein externer Widerstand notwendig ist, was in der Druckschrift als Vorteil genannt wird. Der IC-Baustein weist ferner einen dritten Anschluss auf, welcher zur Steuerung des Laststromes verwendet werden kann, so dass der IC-Baustein eine gesteuerte Stromquelle bildet. Über den Steueranschluss können die in dem Laststrang eingesetzten Leuchtmittel gedimmt werden. In the mentioned publication EP 0 891 120 A2, an exemplary embodiment is disclosed in FIG. 6, which has a regulation of the load current as a function of the temperature by means of an IC module. The IC module enables a defined current limitation in the event of overtemperature by means of a current control. For this purpose, the IC module has a thermally dependent current characteristic curve, so that when using this module no PTC resistor and also no external resistor is necessary, which is mentioned as an advantage in the publication. The IC module also has a third connection, which can be used to control the load current, so that the IC module forms a controlled current source. The lamps used in the load string can be dimmed via the control connection.

Eine Regeleinrichtung wie sie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 der genannten Druckschrift offenbart ist, löst die eingangs genannten Probleme einer Regeleinrichtung mit einem PTC nicht. Zur temperaturabhängigen Regelung weist der IC-Baustein nämlich eine thermisch abhängige Stromkennlinie auf, dass heißt, die Temperatur des IC-Bausteins selbst wird als Istwert für die Einstellung des Laststromes verwendet, was zur Folge hat, dass die Eigenerwärmung des IC-Bausteins mit in den ermittelten Istwert einfließt und nicht die Temperatur in unmittelbarer Umgebung der Leuchtmittel berücksichtigt wird. A control device as disclosed in the exemplary embodiment according to FIG. 6 of the cited document does not solve the problems mentioned above of a control device with a PTC. For temperature-dependent control, the IC module has a thermally dependent current characteristic curve, i.e. the temperature of the IC module itself is used as the actual value for setting the load current, which means that the self-heating of the IC module is included in the determined actual value flows in and the temperature in the immediate vicinity of the lamps is not taken into account.

Der Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, eine Regeleinrichtung vorzuschlagen, bei welcher eine Temperatur erfasst werden kann die unabhängig von der Eigenerwärmung des Stellgliedes in dem Regelkreis ist. Der Erfindung liegt ferner das Problem zu Grunde, einen Scheinwerfer vorzuschlagen, bei welchem temperaturempfindliche Leuchtmittel mittels einer Regeleinrichtung geregelt werden können, bei welcher die Istwerterfassung unabhängig von der Eigenerwärmung des Stellgliedes erfasst werden kann. The invention is therefore based on the problem of a To propose a control device at which a temperature is recorded can be independent of the self-heating of the Actuator in the control loop. The invention is also the Underlying the problem of proposing a headlamp in which temperature-sensitive lamps by means of a control device can be regulated, in which the actual value acquisition is independent can be detected by the self-heating of the actuator.

Diese Probleme werden zunächst dadurch gelöst, dass die Regeleinrichtung der eingangs genannten Art einen Regler aufweist, der über den dritten Anschluss mit der gesteuerten Strom- oder Spannungsquelle verbunden ist und das der Regler mit einem Temperatursensor als Istwertgeber verbunden ist. Bei einer Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Lösung sind die gesteuerte Strom- oder Spannungsquelle, der Regler, und der Temperatursensor nicht in einem integrierten Baustein untergebracht wie es aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 der Druckschrift EP 0 891 120 A2 bekannt ist. Die verschiedenen Funktionen sind vielmehr von einander getrennt. Die gesteuerte Stromquelle erhält von dem Regler ein Stellsignal, in Abhängigkeit dessen die gesteuerte Strom- oder Spannungsquelle den Laststrom bzw. Lastspannung einstellt. Der Regler wiederum ermittelt aus einem mit dem Regler verbundenen aber vorzugsweise baulich getrennten Temperatursensor den Istwert der Temperatur in der Umgebung des Leuchtmittels. Die mittels des Temperatursensors ermittelte Temperatur ist dabei unabhängig von der Eigenerwärmung innerhalb der Regeleinrichtung und hängt vielmehr nur von der Temperatur an den Leuchtmitteln ab. These problems are initially solved in that the control device of the type mentioned at the outset has a controller which is connected via the third connection to the controlled current or voltage source and that the controller is connected to a temperature sensor as an actual value transmitter. In a regulating device of the solution according to the invention, the controlled current or voltage source, the regulator and the temperature sensor are not accommodated in an integrated module, as is known from the exemplary embodiment according to FIG. 6 of the document EP 0 891 120 A2. The various functions are rather separate from one another. The controlled current source receives a control signal from the controller, depending on which the controlled current or voltage source sets the load current or load voltage. The controller in turn determines the actual value of the temperature in the vicinity of the illuminant from a temperature sensor connected to the controller but preferably structurally separate. The temperature determined by means of the temperature sensor is independent of the self-heating within the control device and rather depends only on the temperature of the lamps.

Die erfindungsgemäße Lösung erfordert also einen Temperatursensor welcher über den Regler an dem dritten Anschluss der gesteuerten Strom- oder Spannungsquelle angeschlossen ist. Eine derartige Verbindung des Temperatursensors mit einer gesteuerten Strom- oder Spannungsquelle wird im Stand der Technik (EP 0 891 120 A2) als nachteilig bezeichnet. The solution according to the invention therefore requires a temperature sensor which via the controller at the third connection of the controlled Current or voltage source is connected. Such Connection of the temperature sensor with a controlled current or Voltage source is in the prior art (EP 0 891 120 A2) referred to disadvantageously.

Gemäß der Erfindung kann der Regler einen Operationsverstärker aufweisen, der vorteilhaft so geschaltet ist, dass er als Umkehrverstärker arbeitet. Ebenso ist es jedoch denkbar, dass der Operationsverstärker so geschaltet ist, dass er als Elektrometerverstärker arbeitet. According to the invention, the controller can be an operational amplifier have, which is advantageously switched so that it as Reverse amplifier works. However, it is also conceivable that the Operational amplifier is switched so that it as Electrometer amplifier works.

Der Temperatursensor kann ein Widerstandsthermometer insbesondere ein PTC oder NTC umfassen. Ein derartiges Widerstandsthermometer ist vorteilhaft in einer Messbrücke verschaltet. An den Eingängen des Reglers liegt dann die Brückenspannung der Messbrücke an. The temperature sensor can be a resistance thermometer in particular include a PTC or NTC. Such a thing Resistance thermometer is advantageous in a measuring bridge connected. The is then at the inputs of the controller Bridge voltage of the measuring bridge.

Der Temperatursensor kann aber ebenso ein Thermoelement sein, welches vorteilhaft über eine Kompensationsdose an dem Regler angeschlossen ist. Die Leuchtmittel der Regelungseinrichtung können vorteilhaft Leuchtdioden sein, die gemäß der Erfindung in Laststrang in Reihe geschaltet sein können. The temperature sensor can also be a thermocouple, which is advantageous via a compensation box on the controller connected. The lamps of the control device can be advantageous light emitting diodes according to the invention in the load train can be connected in series.

Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird ferner dadurch gelöst, dass der Scheinwerfer eine Regeleinrichtung gemäß der Erfindung zum Regeln zumindest eines Teils der Leuchtmittel aufweist, wobei der Temperatursensor innerhalb des Gehäuses des Scheinwerfers und vorzugsweise im Bereich der zu regelnden Leuchtmittel angebracht ist. The problem underlying the invention is further exacerbated by this solved that the headlamp a control device according to the Invention for regulating at least some of the lamps has, wherein the temperature sensor within the housing of the Headlights and preferably in the area to be regulated Illuminant is attached.

Ferner können auch der Regler und/oder die gesteuerte Strom- oder Spannungsquelle innerhalb des Gehäuses des Scheinwerfers vorgesehen sein. Eine Unterbringung des Reglers und/oder der gesteuerten Strom- oder Spannungsquelle außerhalb des Gehäuses des Scheinwerfers hat dabei jedoch den Vorteil, dass eine Erwärmung des Reglers bzw. der gesteuerten Strom- oder Spannungsquelle keinen Einfluss auf die Leuchtmittel hat. Die Verlustleistung des Reglers bzw. der Strom- oder Spannungsquellen wirkt sich somit nicht auf die Leuchtmittel aus. Furthermore, the controller and / or the controlled current or Power source inside the headlamp housing be provided. An accommodation of the controller and / or the controlled current or voltage source outside the housing However, the headlight has the advantage that it heats up the controller or the controlled current or voltage source has no influence on the lamps. The power loss of the The controller or the current or voltage sources therefore has no effect on the illuminants.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt Two embodiments of the invention are based on the drawing described in more detail. In it shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einem Temperatursensor, welcher ein Widerstandsthermometer umfasst, Fig. 1 shows an embodiment with a temperature sensor comprising a resistance thermometer

Fig. 2 eine Regeleinrichtung mit einem Temperatursensor, welcher ein Thermoelement umfasst und Fig. 2 shows a control device with a temperature sensor, which comprises a thermocouple and

Fig. 3 den Verlauf des Laststroms in Abhängigkeit der vom Temperatursensor erfassten Temperatur. Fig. 3 shows the course of the load current depending on the temperature detected by the temperature sensor.

Die erfindungsgemäßen Regeleinrichtungen gemäß der Fig. 1 und 2 weisen einen Laststrang 1, einen Regler 2, und einen Temperatursensor 3 auf. Der Laststrang 1 umfasst eine gesteuerte Stromquelle I und drei dazu in Reihe geschaltete Leuchtdioden 11, 12, 13 auf. Die gesteuerte Stromquelle I ist ferner mit einer externen Betriebsspannung U_B verbunden. Über einen dritten Anschluss ist die gesteuerte Stromquelle I mit dem Regler verbunden und empfängt über diesen dritten Anschluss ein Stellsignal. Die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 11. 12, 13 die einerseits mit der gesteuerten Stromquelle verbunden sind, liegen andererseits auf Massepotential. The control devices according to the invention according to FIGS. 1 and 2 show a load strand 1, a controller 2, and a temperature sensor 3. The load string 1 comprises a controlled current source I and three light-emitting diodes 11 , 12 , 13 connected to it in series. The controlled current source I is also connected to an external operating voltage U _B. The controlled current source I is connected to the controller via a third connection and receives an actuating signal via this third connection. The light-emitting diodes 11 connected in series. 12, 13, which are connected to the controlled current source on the one hand, are at ground potential on the other hand.

Der Regler 2 umfasst einen Operationsverstärker OP welcher mit den Ohmschen Widerständen R4, R5 zu einem Umkehrverstärker verschaltet ist. Ein derartiger Umkehrverstärker bzw. die Beschaltung und die Dimensionierung des Operationsverstärkers und der Widerstände R4, R5 ist dem Fachmann hinlänglich aus seinem Fachwissen bekannt. Zur Versorgung des Operationsverstärkers OP ist der positive Anschluss für die Versorgungsspannung mit einer externen Spannungsquelle U_K und der negative Anschluss für die Versorgungsspannung mit Masse verbunden. Das von dem Operationsverstärker OP zu verstärkende Signal liegt an dem nicht invertierenden Eingangsoperationsverstärkers und dem Widerstand R4 an. Dieses Signal, es handelt sich dabei um eine Spannung, entspricht der Ausgangsspannung des Temperatursensors, welche sich bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 unterscheiden. The controller 2 comprises an operational amplifier OP which is connected to the ohmic resistors R4, R5 to form a reversing amplifier. Such a reversing amplifier or the wiring and dimensioning of the operational amplifier and the resistors R4, R5 is well known to the person skilled in the art from his specialist knowledge. To supply the operational amplifier OP, the positive connection for the supply voltage is connected to an external voltage source U _K and the negative connection for the supply voltage is connected to ground. The signal to be amplified by the operational amplifier OP is present at the non-inverting input operational amplifier and the resistor R4. This signal, these are to a voltage corresponding to the output voltage of the temperature sensor, which are different in the embodiments of FIG. 1 and FIG. 2.

Bei dem Temperatursensor 3 der Regeleinrichtung gemäß Fig. 1 handelt es sich um einen Temperatursensor 3 welcher ein Widerstandsthermometer, nämlich ein PTC 31 umfasst. Der PTC 31 ist eine an sich dem Fachmann bekannte Messbrücke eingesetzt. Durch die Widerstandsänderung des PTCs infolge einer Temperaturänderung ändert sich so die Brückenspannung der Messbrücke. Diese Brückenspannung wird über den Operationsverstärker OP verstärkt und liegt so als Stellsignal am Ausgang des Reglers 2 an. Über den dritten Anschluss wirkt dieses Signal auf die gesteuerte Stromquelle I ein. The temperature sensor 3 of the control device according to FIG. 1 is a temperature sensor 3 which comprises a resistance thermometer, namely a PTC 31 . The PTC 31 is a measuring bridge known per se to the person skilled in the art. Due to the change in resistance of the PTC due to a change in temperature, the bridge voltage of the measuring bridge changes. This bridge voltage is amplified via the operational amplifier OP and is thus present as a control signal at the output of the controller 2 . This signal acts on the controlled current source I via the third connection.

Der Temperatursensor 3 der Regeleinrichtung gemäß Fig. 2 umfasst ein Thermoelement. Neben dem Thermoelement weist der Temperatursensor 3 einen Widerstand R2 und R3 auf. Diese sind in Reihe zwischen der Spannung UK und Masse geschaltet. Am Sternpunkt zwischen den Widerständen R2 und R3 liegt der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärker an. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP ist dagegen über den Widerstand R4 mit der positiven Seite des Thermoelementes 32 verbunden. Die negative Seite des Thermoelements ist dagegen mit Masse verbunden. Die von dem Operationsverstärker zu verstärkende Spannung liegt somit zwischen dem Sternpunkt zwischen den Widerständen R2 und R3 und dem positiven Anschluss des Thermoelementes 32 an. Diese Spannung wird in Abhängigkeit der vom Thermoelement 32 erzeugten Spannung verändert. Die Spannung des Thermoelements hingegen hängt von der Temperatur ab. Somit bewirkt eine Temperaturänderung am Thermoelement eine Änderung der Eingangsspannung des invertierenden Operationsverstärkers welcher den Regler 2 bildet. In Abhängigkeit von dem Eingangssignal des invertierenden Operationsverstärkers ergibt sich somit ein Stellsignal welches an dem dritten Anschluss der gesteuerten Spannungsquelle I des Laststranges 1 anliegt. The temperature sensor 3 of the control device according to FIG. 2 comprises a thermocouple. In addition to the thermocouple, the temperature sensor 3 has a resistor R2 and R3. These are connected in series between the UK voltage and ground. The non-inverting input of the operational amplifier is present at the star point between the resistors R2 and R3. The inverting input of the operational amplifier OP, however, is connected to the positive side of the thermocouple 32 via the resistor R4. The negative side of the thermocouple, however, is connected to ground. The voltage to be amplified by the operational amplifier is therefore present between the star point between the resistors R2 and R3 and the positive connection of the thermocouple 32 . This voltage is changed depending on the voltage generated by the thermocouple 32 . The voltage of the thermocouple, however, depends on the temperature. A temperature change on the thermocouple thus causes a change in the input voltage of the inverting operational amplifier which forms the controller 2 . Depending on the input signal of the inverting operational amplifier, a control signal thus results which is present at the third connection of the controlled voltage source I of the load string 1 .

Die in Fig. 4 dargestellte Kennlinie des Laststromes I welcher von der gesteuerten Stromquelle I bereitgestellt wird, zeigt die Temperaturabhängigkeit der Regeleinrichtung. Im Falle einer Temperatur unterhalb eines Schwellwertes 6 liefert die gesteuerte Stromquelle I einen konstanten Strom welcher in dem waagerechten Bereich 4 der Kennlinie gemäß Fig. 3 dargestellt ist. Sobald der Schwellwert 6 der Temperatur überschritten wird, führt eine weitere Temperaturerhöhung zu einer immer weiteren Absenkung des Steuerstroms I, wie aus der fallenden Flanke 5 der Kennlinie gemäß Fig. 3 erkennbar ist. Sobald ein zweiter Schwellwert 7 erreicht ist, liefert die gesteuerte Stromquelle I keinen weiteren Laststrom, so dass die Leuchtdioden erlöschen. The characteristic curve of the load current I shown in FIG. 4, which is provided by the controlled current source I, shows the temperature dependence of the control device. In the case of a temperature below a threshold value 6 , the controlled current source I supplies a constant current which is shown in the horizontal region 4 of the characteristic curve according to FIG. 3. As soon as the threshold value 6 of the temperature is exceeded, a further increase in temperature leads to an ever lowering of the control current I, as can be seen from the falling edge 5 of the characteristic curve according to FIG. 3. As soon as a second threshold value 7 is reached, the controlled current source I supplies no further load current, so that the LEDs go out.

Claims

1. Control device for controlling electrical lamps ( 11 , 12 , 13 ) with a load line ( 1 ), which comprises the lamps, with a controlled current or voltage source (I) which has a connection to the load line ( 1 ), a connection to a constant current - Or constant voltage source (U _B ) and a third connection, characterized in that the control device has a controller ( 2 ) which is connected via the third connection to the controlled current or voltage source (I) and that the controller ( 2 ) with a temperature sensor ( 3 ) is connected as an actual value transmitter.

2. Control device according to claim 1, characterized in that the controller ( 2 ) has an operational amplifier (OP).

3. Control device according to claim 2, characterized in that the operational amplifier (OP) is connected in such a way that it Reverse amplifier works.

4. Control device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the temperature sensor ( 3 ) comprises a resistance thermometer ( 31 ).

5. Control device according to claim 4, characterized in that the resistance thermometer in a measuring bridge (R1, R2, R3) is connected.

6. Control device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the temperature sensor ( 3 ) comprises a thermocouple ( 32 ).

7. Control device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lamps are light emitting diodes ( 11 , 12 , 13 ).

8. Control device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the lamps ( 11 , 12 , 13 ) in the load train ( 1 ) are connected in series.

9. Headlamp with a housing, with a lens, with lamps arranged in the housing and with a control device according to one of claims 1 to 8 for controlling at least some of the lamps ( 11 , 12 , 13 ), the temperature sensor ( 3 ) inside of the housing, preferably in the area of the lamps ( 11 , 12 , 13 ) to be regulated.

10. Headlight according to claim 9 or 10, characterized in that the controller ( 2 ) is mounted within the housing.

11. Headlight according to claim 9 or 10, characterized in that the controlled current or voltage source (I) within the housing is attached.