EP2744302A1 - Method and device for operating a lighting device of a motor vehicle - Google Patents
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- EP2744302A1 EP2744302A1 EP13191936.7A EP13191936A EP2744302A1 EP 2744302 A1 EP2744302 A1 EP 2744302A1 EP 13191936 A EP13191936 A EP 13191936A EP 2744302 A1 EP2744302 A1 EP 2744302A1
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- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
- F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
- F21S41/65—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on light sources
- F21S41/663—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on light sources by switching light sources
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- F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
- F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
- F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
- F21S41/151—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines
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- F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
- F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
- F21S43/13—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source characterised by the type of light source
- F21S43/14—Light emitting diodes [LED]
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
- H05B45/40—Details of LED load circuits
- H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
- H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines
Definitions
- the present invention relates to a method for operating a lighting device of a motor vehicle, wherein a plurality of semiconductor light sources of the lighting device are connected in parallel to each other and switched semiconductor light sources are powered by at least one power source with energy. Moreover, the invention relates to an electrical control and / or regulating device for operating a lighting device of a motor vehicle according to the preamble of claim 9 and a lighting device of a motor vehicle according to the preamble of claim 11.
- Headlamps are in the front of a vehicle arranged. They serve in addition to road safety by visualizing the vehicle for other road users in particular the illumination of the road ahead of the vehicle, especially in the form of low beam, high beam, fog light or any other, eg. Adaptive light distribution to the view for the driver of the vehicle improve.
- Lights are mainly used for traffic safety by visualizing the vehicle for other road users.
- front lights in the front of the vehicle for example, as a position light, flashing or daytime running lights and tail lights in the rear of the vehicle, for example, as a brake light, tail light or flashing light used.
- the front lights can be integrated in a headlight, but they can also be designed as separate lights and arranged in the front of the vehicle.
- a luminaire can fulfill one or more luminaire functions. In a tail light usually several lighting functions are integrated.
- Headlamps may have at least one incandescent lamp, halogen lamp or gas discharge lamp as a light source, for example;
- Luminaires can be used as light source e.g. Have light bulbs. But headlights and lights are also more and more with semiconductor light sources, in particular light emitting diodes (LEDs), operated as a light source.
- LEDs light emitting diodes
- a plurality of semiconductor light sources can also be combined into an array and operated in a matrix-like manner. It is possible that temporarily only a part of the semiconductor light sources arranged in the array is operated simultaneously.
- a so-called semiconductor chip comprises one or more Semiconductor light sources.
- the semiconductor light sources or the semiconductor chips are preferably operated in the prior art in a plurality of paths connected in parallel with each path comprising at least one semiconductor light source.
- the semiconductor light sources are operated either by a current source per semiconductor chip (comprising one or more light-emitting diodes) or per path or by a common voltage source for all paths, in the latter case switching elements are arranged in the paths and the operating current per path by opening or closing the switching elements is regulated, wherein the operating current results by averaging.
- a high sampling rate for determining the current current values and an integrator for averaging is required in the control circuit.
- A1 is a lighting device of a motor vehicle which has a plurality of parallel paths connected to each other, wherein in each path, a series connection of a plurality of light-emitting diodes is arranged.
- the lighting device is operated by a common voltage source for all paths and by a current source per path, using a control arrangement for regulating the operating voltage.
- the control arrangement operates at a high sampling rate and includes an integrator for averaging.
- the object of the invention is to design a lighting device of the type mentioned in such a way and to further develop that it can be operated very efficiently.
- the circuit complexity and the required installation space should be as low as possible.
- a method for operating a lighting device of the aforementioned type in which all switched semiconductor light sources are powered by a common power source with energy, wherein a predetermined total operating current is provided by the power source corresponding to the number of semiconductor light sources turned on.
- the circuit complexity is reduced by supplying a plurality of semiconductor light sources, for example all semiconductor light sources of an LED array, with energy by a single current source.
- the semiconductor light sources individually assigned power sources are no longer necessary.
- the necessary sum operating current for operating all switched semiconductor light sources can be determined in a control and / or regulating device and then the current source can be switched so that each semiconductor light source can be operated properly with a suitable constant current.
- the control and / or regulating device provides a sum operating current for all semiconductor light sources or for all paths connected in parallel with one another.
- the sum operating current generated by the current source can therefore be predetermined by signals of the control and / or regulating device, depending on the number of semiconductor light sources that are switched on.
- the total operating current can thus be controlled or regulated with a reduced number of components and a much greater sampling rate than previously required.
- in the invention can be dispensed with an integrator for averaging.
- the lower drive frequency also increases the energy efficiency of the components used.
- the sum operating current is divided automatically into the semiconductor light sources or paths with semiconductor light sources, which are preferably connected in parallel with one another.
- the electrical properties of the semiconductor light sources or of the paths in which the semiconductor light sources are arranged can be set in different ways.
- the individual operating current resulting in the semiconductor light sources or the paths is automatically adjusted.
- the invention is based on the idea to replace the hitherto customary complicated control of the individual operating currents in the individual semiconductor light sources or paths by a single, common for all semiconductor light sources and paths total current control.
- only one common current source is required for all paths or all semiconductor light sources whose operating current is controlled and / or regulated, and an integrator can be dispensed with.
- a clear cost and space reduction and improved efficiency are achieved.
- all switched semiconductor light sources are operated with an identical operating current. If the semiconductor light sources are arranged in a plurality of parallel paths, the individual operating currents in the individual paths are the same.
- the illumination device may preferably be designed such that in each case an equal number of semiconductor light sources, preferably all of the same type, is arranged in a plurality of parallel paths of the illumination device.
- Semiconductor light sources of the same type preferably have the same electrical properties. Thus, the paths have the same electrical properties.
- As an electrical property in particular the ohmic resistance of the path or the semiconductor light sources arranged therein is considered here. This ensures that the sum of the operating current generated by the power source evenly divided on all paths. Due to the identical operating current intensity for the paths or the semiconductor light sources, it can be achieved that all switched semiconductor light sources radiate with the same brightness, which leads to a particularly homogeneous light distribution and color of the light generated by the illumination device.
- At least one of the semiconductor light sources or at least one of the paths connected in parallel to one another is assigned a switch, by means of which the current flow through the semiconductor light source can be switched on and off.
- all semiconductor light sources or all paths associated with a separate switch are preferably designed as electrically controllable switches, in particular as transistors or thyristors.
- the switches are preferably controlled by means of an electrical drive signal of an electrical control and / or regulating device of the illumination device.
- the switches are preferably arranged in series with the at least one semiconductor light source arranged in the path.
- the control and / or regulating device can switch on as many semiconductor light sources or paths of the illumination device as semiconductor light sources are necessary or desired for realizing a desired light distribution or light function of the illumination device.
- the control and regulating device is thus aware of the Number of activated paths or the switched semiconductor light sources and can adjust the total operating current by means of control or simplified control in a particularly simple manner.
- the total operating current of the current source is determined and set by the control and / or regulating device in such a way that it is ensured that an operating current flows through each semiconductor light source or through all the semiconductor light sources arranged in a path, which for proper operation of the semiconductor light source (s). in the required or desired manner, ie for generating the desired light distribution and the desired light color, etc., is necessary.
- the operating current intensity for operating at least one of the semiconductor light sources or the semiconductor light sources of at least one of the paths is adjusted by means of an ohmic resistor arranged in series with the at least one semiconductor light source.
- an ohmic resistor arranged in series with the at least one semiconductor light source.
- different types of semiconductor light sources with different electrical properties can also be used in the illumination device.
- the different electrical properties of the semiconductor light sources can also result due to manufacturing tolerances.
- the different electrical properties of the semiconductor light sources can be taken into account by selecting and arranging a suitable resistor, preferably an ohmic resistor, in series with the semiconductor light sources or in a path of the semiconductor light sources and compensating their effects.
- a different number of semiconductor light sources in the individual paths can be taken into account by the arrangement of suitable resistors. At least one of the ohmic resistor arranged in series with the at least one semiconductor light source.
- Resistors may also be temperature-dependent changeable, for example, to take into account a change in resistance of the semiconductor light source (s) in a path which increases during operation of the semiconductor light source and the associated heating.
- the ohmic resistance may be greater and smaller by heating, so that the sum of ohmic resistance and resistance of the semiconductor light sources and thus the current in the path or by the semiconductor light source (s) of the path from the beginning over the total operating time remains approximately constant.
- the ohmic resistors are preferably selected in series with the semiconductor light sources or in the paths such that equal operating currents are established in the individual paths of the illumination device.
- the semiconductor light sources are tolerated so that the total operating current strength is automatically and substantially evenly distributed over the individual paths within a tolerable value range.
- the operating current intensity for operating at least one of the semiconductor light sources of a path is adjusted by means of path-wise pulse width modulation.
- a switching element is arranged in each of the parallel paths. These are, for example, a switching element which can be activated by means of a control signal of the control or regulating device and which can preferably switch at a relatively high frequency.
- the switching element is designed as a transistor or as a thyristor or as a network with a plurality of such switching elements.
- the current is determined in each path and in the control and / or Control device evaluated.
- the determination of the current intensity in a path can be easily determined on the basis of the number and arrangement of the activated or deactivated semiconductor light sources, which are known to the control or regulating device, without requiring a constant current measurement with a high sampling rate.
- the switching element arranged in the path is correspondingly activated so that the current is alternately switched on or off and the desired individual operating current in the path is established by averaging the on or off periods.
- a pulse width modulation of the sum of the operating current of the current source is also conceivable, then a common switching element is provided for all paths, which is controlled by means of a corresponding drive signal from the control or regulating device in dependence on the number and arrangement of the activated or deactivated semiconductor light sources.
- a light request of the illumination device for the individual semiconductor light sources can be taken into account.
- an operating current in the paths is pulse width modulated as a function of the light requirement by a control algorithm by means of the switching elements arranged in the paths. If the total operating current is also controlled by pulse width modulation, the two duty cycles (the total operating current control and the individual operating current control of the individual paths) can be superimposed.
- individual paths and the semiconductor light sources arranged therein can be selectively switched on or off depending on the desired light function.
- FIG. 1 shows a lighting device according to the invention in section and in a simplified representation.
- the lighting device is designated in its entirety by the reference numeral 10.
- the lighting device 10 may be designed as a headlight or as a lamp, preferably for use in a motor vehicle. In the example of FIG. 1 the lighting device 10 is designed as a headlight.
- the lighting device 10 comprises a housing 12 which is preferably made of plastic.
- the housing 12 In a light exit direction 14, the housing 12 has a light exit opening, which is closed by a translucent cover 16.
- the cover 16 may be formed as a clear disc without optically active elements or at least partially with optically active elements (not shown) as a diffuser.
- the cover 16 is made of plastic or glass.
- a light module 18 is arranged inside the housing 12.
- the light module 18 serves to generate a desired light distribution which has a certain horizontal and vertical extent and a certain illuminance value distribution in the illuminated area.
- the illumination device 10 could serve in the front region of a vehicle, for example for generating a position light, flashing light or daytime running light or in the rear region of a vehicle. For generating a brake light, flashing light or a tail light.
- the light module 18 has a printed circuit board 20, which in the illustrated example is equipped with three semiconductor light sources 22.
- the semiconductor light sources 22 are preferably designed as light-emitting diodes (LEDs). They are preferably of the same type, that is they have almost the same electrical and optical properties.
- the electrical properties relate to, for example, the operating current, the operating voltage or the ohmic resistance and / or its temperature dependence.
- the optical properties relate, for example, the illuminance (lux), the light intensity (candela), the luminous flux (candela-sr, lumens) and / or the light color (color temperature in Kelvin).
- the selected number of semiconductor light sources 22 and their arrangement on the circuit board 20 are exemplary and may be provided as desired differently.
- the semiconductor light sources 22 can form a so-called array in one or more rows and / or columns, preferably a so-called 1x3 array (1 column, 3 rows or 3 columns, 1 row), wherein the semiconductor light sources 22 of the 1x3- Arrays can preferably be switched individually and controlled. Any other number and arrangement of the LEDs 22 is also conceivable.
- the light module 18 also includes an optical array 24 having a plurality of primary optics for converging the light beams emitted from the semiconductor light sources 22.
- the primary optics are formed, for example, as attachment optics 26.
- the attachment optics 26 may be connected to each other so that the primary optics 24 forms a unit, or they may be formed separately and separately from each other, so that the primary optics 24 is formed in several parts.
- the attachment optics 26 are preferably solid and consist of a transparent material, in particular plastic or glass.
- each semiconductor light source 22 is assigned its own optical attachment 26. A majority of the light emitted by one of the semiconductor light sources 22 is coupled into the corresponding optical attachment 26 via a light input surface. A portion of the injected light passes directly to the light output surface and is decoupled via this from the optical attachment 26.
- the optical array 24 generates the desired light distribution of the light module 18 either alone or in cooperation with other optical elements, for example a projection lens (not shown) be associated with multiple reflectors or be assigned a differently configured optical array 24.
- a heat sink 28 for Heat dissipation On a semiconductor light sources 22 opposite side of the circuit board 20 is a heat sink 28 for Heat dissipation arranged. This is preferably formed substantially more massive than the circuit board 20.
- the heat sink 28 preferably comprises cooling fins or cooling pins 28a for surface enlargement.
- an active cooling element for example in the form of a fan, may be provided in order to improve the cooling effect achievable by the heat sink 28.
- the heat sink 28 dissipates the heat generated during operation of the LEDs 22 from the LEDs 22 in order to avoid overheating.
- the light module 18 is operated by a control and / or regulating device 30.
- the control and / or regulating device 30 is assigned a current source 32. This can be an integral part of the control and / or regulating device 30 (cf. FIG. 1 ), but it may also be a separate device outside the control and / or regulating device 30 inside or outside the housing 12 of the illumination device 10.
- the current source 32 is ideally characterized by the fact that it always tries, regardless of a connected electrical load, to provide the same amperage available.
- an electrical supply line 34 is disposed, between the control and / or regulating device 30 and the circuit board 20, a signal line 36 is additionally arranged, via the drive signals for the light module 18 and the LEDs 22 and other components the LED circuitry can be transmitted.
- the lines 34 and 36 serve to operate the semiconductor light sources 22 according to the inventive method. But it is also conceivable that the lines 34 and 36 are formed as a common line, via which both the drive signals and the supply energy are transmitted.
- FIG. 2 shows a circuit arrangement for operating the semiconductor light sources 22 of the illumination device 10 FIG. 1 in a first embodiment. Exemplary are in FIG. 2 three semiconductor light sources 22 shown.
- the semiconductor light sources 22 are each connected individually in a separate path 38 in parallel with each other and are electrically supplied by the power source 32 via the supply line 34.
- Each path 38 could also include more than one semiconductor light source 22 in series with, or in parallel with, the LED 22 shown.
- Each path 38 may comprise an arbitrarily configured electrical network of a plurality of parallel and / or serially connected LEDs 22.
- a switching element 40 in each case is arranged in series with the at least one semiconductor light source 22.
- the switching elements 40 are preferably designed as electrically controllable switching elements, particularly preferably semiconductor switching elements, in particular transistors or thyristors or as networks of such switching elements.
- the switching elements 40 are preferably arranged on the printed circuit board 20. Each switching element 40 can be controlled and switched separately via its own signal line 36 by the control and / or regulating device 30 in order to switch on or off a predetermined number of semiconductor light sources 22 in the light module 18.
- control unit 30 can control the switch 40 in one of the paths 38 in such a way that the switch 40 opens, the current flow through the corresponding path 38 is interrupted and the LED 22 arranged therein is disabled.
- the number of LEDs 22 to be activated may be, for example, due to requirements for a to be achieved Light distribution of the light module 18 or due to the operation of the lighting device 10 in a particular country, with different legal requirements apply to a light distribution in different countries.
- the semiconductor light sources 22 have almost identical electrical properties, so that the sum operating current provided by the current source 32 is divided equally into the paths 38. Thus, in each of the switched paths 38, the same current flows. Also, the optical properties of the semiconductor light sources 22 are preferably almost equal, so that the semiconductor light sources 22 all shine with a largely equal intensity and the same light color. For this reason, in this first embodiment a symmetrization of the paths 38, for example via resistors 42 (cf. FIGS. 3 and 4 ), not necessary.
- the control and / or regulating device 30 must the sum operating current corresponding to the number of active LEDs Set 22 or paths 38.
- the total operating current is controlled or regulated to a current that is needed for the LEDs 22 switched on. Actuation of the switches 40 in the paths 38 can thus also have effects on the sum operating current.
- the control and / or regulating device 30 controls the individual switches 40 and at the same time predefines the current source 32 as to which current intensity is to be made available as a sum operating current. By this procedure, a path-wise adjustment of the respective operating current by means of pulse width modulation can be achieved by the switches 40 be used for the realization of a pulse width modulation, that is, with a certain duty cycle on and off.
- the total operating current flowing via the operating line 34 must be adjustable depending on the number of currently switched semiconductor light sources 22.
- the sum operating current can be controlled or regulated according to the number of semiconductor light sources 22 to be operated.
- the current source 32 can be controlled by the control and / or regulating device 30 in such a way that it provides the respectively required total operating current. Due to the activation of the switching elements 40, the control and / or regulating device 30 has information regarding the currently active semiconductor light sources 22 and can accordingly set the required magnitude of the total operating current.
- the sum operating current is regulated, such a control can be realized substantially simply due to the knowledge of the number of active LEDs 22 and the resulting total operating current required.
- the operating frequency of the control can be significantly reduced because the scheme still works sufficiently quickly and reliably with a much higher sampling rate than in known controls.
- a desired value for the control can be newly specified as soon as an LED 22 is switched on or off.
- a pulse width modulation device (not shown) may be arranged, which may vary the sum operating current by means of pulse width modulation.
- the duty cycle of the pulse width modulation is adjusted so that sets a desired total operating current over the time average. This preferably corresponds to the number of active semiconductor light sources 22.
- FIG. 3 shows a circuit arrangement for operating the semiconductor light sources 22 in a second embodiment. Unlike the first embodiment ( FIG. 2 ) is in each path 38 in addition to the at least one semiconductor light source 22 and the switching element 40 in addition an ohmic resistor 42 is arranged.
- the resistors 42 serve to electrically balance the paths 38 so that the ohmic resistance of a path 38, which results from the aggregation of the individual resistances of the components arranged in the path 38, assumes a specific value.
- the ohmic resistance of a path 38 corresponds to the ohmic resistance of the remaining paths 38.
- the ohmic resistors 42 are chosen so that a desired individual operating current in the individual paths 38 sets.
- the resistance values of the resistors 42 are selected such that the same operating current is established in all paths 38.
- the electrical resistors 42 may also have a temperature-dependent ohmic resistance value and be designed as NTC or PTC resistors. As a result, heating of the semiconductor light sources 22 and an associated change in the resistance of the semiconductor light sources 22 can be compensated for, for example, during operation of the illumination device 10, so that regardless of the current operating temperature, the desired individual current strength always flows through the respective path 38, that is, the current regardless of the operating temperature of the LEDs 22 is kept constant.
- FIG. 4 shows a circuit arrangement for operating the semiconductor light sources 22 in a third embodiment.
- each of the switching elements 40 serves in addition to the switching on and off of the corresponding path 38 and the LEDs 22 arranged therein as a switching device for a path-wise pulse width modulation.
- an individual pulse width modulation can be realized in order to set the operating current per path 38 individually and to be able to divide the total operating current provided by the current source 32 in the desired manner onto the individual paths 38.
- the duty cycle of the pulse width modulation in each path 38 is set such that the desired current intensity in the path 38 is set over the time average.
- the pulse width modulation can be controlled or regulated.
- the current in each path 38 must be detected separately and fed to a path-individual control.
- a measuring line 44th provided via which the control and / or regulating device 30 determines the respective current in the respective path 38 and supplies the determined current to the control algorithm.
- the sampling rate for detecting the current current can be selected to be significantly larger (the current value is detected less frequently) than in the prior art.
- the control and / or regulating device 30 has additional knowledge with regard to the number of active LEDs 22 and the resulting sum operating current resulting therefrom.
- brightness requirements on the individual semiconductor light sources 22 can be met by the duty cycle of the pulse width modulation in the individual paths 38 being set individually. It is also possible that the duty cycle of the pulse width modulation in the paths 38 superimposed on the duty cycle of the pulse width modulation for setting the total operating current.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei mehrere Halbleiterlichtquellen der Beleuchtungseinrichtung parallel zueinander geschaltet sind und eingeschaltete Halbleiterlichtquellen durch mindestens eine Stromquelle mit Energie versorgt werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The present invention relates to a method for operating a lighting device of a motor vehicle, wherein a plurality of semiconductor light sources of the lighting device are connected in parallel to each other and switched semiconductor light sources are powered by at least one power source with energy. Moreover, the invention relates to an electrical control and / or regulating device for operating a lighting device of a motor vehicle according to the preamble of claim 9 and a lighting device of a motor vehicle according to the preamble of claim 11.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenartige Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt. So unterscheidet man zwischen Scheinwerfern und Leuchten. Scheinwerfer sind im Frontbereich eines Fahrzeugs angeordnet. Sie dienen neben der Verkehrssicherheit durch eine Sichtbarmachung des Fahrzeugs für andere Verkehrsteilnehmer insbesondere der Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug, insbesondere in Form von Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht oder einer beliebig anderen, bspw. adaptiven Lichtverteilung, um die Sicht für den Fahrer des Fahrzeugs zu verbessern.Various lighting devices for motor vehicles are known from the prior art. How to distinguish between headlights and lights. Headlamps are in the front of a vehicle arranged. They serve in addition to road safety by visualizing the vehicle for other road users in particular the illumination of the road ahead of the vehicle, especially in the form of low beam, high beam, fog light or any other, eg. Adaptive light distribution to the view for the driver of the vehicle improve.
Leuchten dienen überwiegend der Verkehrssicherheit durch Sichtbarmachung des Fahrzeugs für andere Verkehrsteilnehmer. So werden Bugleuchten im Frontbereich des Fahrzeugs beispielsweise als Positionslicht, Blinklicht oder Tagfahrlicht und Heckleuchten im Heckbereich des Fahrzeugs beispielsweise als Bremslicht, Rückleuchte oder Blinklicht eingesetzt. Die Bugleuchten können dabei in einem Scheinwerfer integriert sein, sie können aber auch als separate Leuchten ausgebildet und im Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet sein. Eine Leuchte kann eine oder mehrere Leuchtenfunktionen erfüllen. In einer Heckleuchte sind üblicherweise mehrere Leuchtenfunktionen integriert.Lights are mainly used for traffic safety by visualizing the vehicle for other road users. Thus, front lights in the front of the vehicle, for example, as a position light, flashing or daytime running lights and tail lights in the rear of the vehicle, for example, as a brake light, tail light or flashing light used. The front lights can be integrated in a headlight, but they can also be designed as separate lights and arranged in the front of the vehicle. A luminaire can fulfill one or more luminaire functions. In a tail light usually several lighting functions are integrated.
Scheinwerfer können als Lichtquelle bspw. mindestens eine Glühlampe, Halogenlampe oder Gasentladungslampe aufweisen; Leuchten können als Lichtquelle z.B. Glühlampen aufweisen. Scheinwerfer und Leuchten werden aber auch mehr und mehr mit Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (LEDs), als Lichtquelle betrieben. Zur Erzeugung einer Lichtverteilung einer gewünschten Breite und Lichtstärke können dabei auch mehrere Halbleiterlichtquellen matrixartig zu einem Array zusammengefasst und betrieben werden. Dabei ist es möglich, dass temporär nur ein Teil der in dem Array angeordneten Halbleiterlichtquellen gleichzeitig betrieben wird.Headlamps may have at least one incandescent lamp, halogen lamp or gas discharge lamp as a light source, for example; Luminaires can be used as light source e.g. Have light bulbs. But headlights and lights are also more and more with semiconductor light sources, in particular light emitting diodes (LEDs), operated as a light source. To generate a light distribution of a desired width and light intensity, a plurality of semiconductor light sources can also be combined into an array and operated in a matrix-like manner. It is possible that temporarily only a part of the semiconductor light sources arranged in the array is operated simultaneously.
Ein sog. Halbleiterchip umfasst eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen. Die Halbleiterlichtquellen bzw. die Halbleiterchips werden im Stand der Technik bevorzugt in mehreren parallel zueinander geschalteten Pfaden betrieben, wobei jeder Pfad mindestens eine Halbleiterlichtquelle umfasst. Zur elektrischen Energieversorgung werden die Halbleiterlichtquellen entweder durch eine Stromquelle pro Halbleiterchip (umfassend eine oder mehrere Leuchtdioden) bzw. pro Pfad oder durch eine für alle Pfade gemeinsame Spannungsquelle betrieben, wobei im letzteren Fall in den Pfaden Schaltelemente angeordnet sind und der Betriebsstrom je Pfad durch Öffnen bzw. Schließen der Schaltelemente geregelt wird, wobei sich der Betriebsstrom durch einen Mittelwertbildung ergibt. Dazu ist in der Regelungsschaltung eine hohe Abtastrate zur Ermittlung der aktuellen Stromwerte sowie einen Integrator zur Mittelwertbildung erforderlich.A so-called semiconductor chip comprises one or more Semiconductor light sources. The semiconductor light sources or the semiconductor chips are preferably operated in the prior art in a plurality of paths connected in parallel with each path comprising at least one semiconductor light source. For electrical power supply, the semiconductor light sources are operated either by a current source per semiconductor chip (comprising one or more light-emitting diodes) or per path or by a common voltage source for all paths, in the latter case switching elements are arranged in the paths and the operating current per path by opening or closing the switching elements is regulated, wherein the operating current results by averaging. For this purpose, a high sampling rate for determining the current current values and an integrator for averaging is required in the control circuit.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass sie besonders effizient betrieben werden kann. Dabei sollten der Schaltungsaufwand und der erforderliche Bauraum möglichst gering sein.The object of the invention is to design a lighting device of the type mentioned in such a way and to further develop that it can be operated very efficiently. The circuit complexity and the required installation space should be as low as possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, in dem sämtliche eingeschalteten Halbleiterlichtquellen durch eine gemeinsame Stromquelle mit Energie versorgt werden, wobei durch die Stromquelle entsprechend der Anzahl der eingeschalteten Halbleiterlichtquellen ein vorgebbarer Summenbetriebsstrom zur Verfügung gestellt wird.To solve this problem, a method for operating a lighting device of the aforementioned type is proposed, in which all switched semiconductor light sources are powered by a common power source with energy, wherein a predetermined total operating current is provided by the power source corresponding to the number of semiconductor light sources turned on.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird einerseits der Schaltungsaufwand reduziert, indem mehrere Halbleiterlichtquellen, bspw. alle Halbleiterlichtquellen eines LED-Arrays, durch eine einzige Stromquelle mit Energie versorgt werden. Den Halbleiterlichtquellen individuell zugeordnete Stromquellen sind nicht mehr nötig. Andererseits kann der nötige Summenbetriebsstrom zum Betreiben aller eingeschalteten Halbleiterlichtquellen in einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung ermittelt werden und anschließend die Stromquelle derart geschaltet werden, dass jede Halbleiterlichtquelle ordnungsgemäß mit einer passenden konstante Stromstärke betrieben werden kann. Dabei stellt die Steuer- und/oder Regeleinrichtung einen Summenbetriebsstrom für alle Halbleiterlichtquellen bzw. für alle parallel zueinander geschalteten Pfade zur Verfügung. Der durch die Stromquelle erzeugte Summenbetriebsstrom ist also durch Signale der Steuer- und/oder Regeleinrichtung je nach der Anzahl der eingeschalteten Halbleiterlichtquellen vorgebbar. Der Summenbetriebsstrom kann somit gesteuert oder mit einer verringerten Anzahl an Bauteilen und einer deutlich größeren Abtastrate als bisher erforderlich geregelt werden. Insbesondere kann bei der Erfindung auf einen Integrator zur Mittelwertbildung verzichtet werden. Durch die geringere Ansteuerfrequenz steigt zudem die Energieeffizienz der verwendeten Komponenten.By the method according to the invention, on the one hand, the circuit complexity is reduced by supplying a plurality of semiconductor light sources, for example all semiconductor light sources of an LED array, with energy by a single current source. The semiconductor light sources individually assigned power sources are no longer necessary. On the other hand, the necessary sum operating current for operating all switched semiconductor light sources can be determined in a control and / or regulating device and then the current source can be switched so that each semiconductor light source can be operated properly with a suitable constant current. In this case, the control and / or regulating device provides a sum operating current for all semiconductor light sources or for all paths connected in parallel with one another. The sum operating current generated by the current source can therefore be predetermined by signals of the control and / or regulating device, depending on the number of semiconductor light sources that are switched on. The total operating current can thus be controlled or regulated with a reduced number of components and a much greater sampling rate than previously required. In particular, in the invention can be dispensed with an integrator for averaging. The lower drive frequency also increases the energy efficiency of the components used.
Der Summenbetriebsstrom teilt sich dabei automatisch auf die bevorzugt parallel zueinander geschalteten Halbleiterlichtquellen bzw. Pfade mit Halbleiterlichtquellen entsprechend auf. Die elektrischen Eigenschaften der Halbleiterlichtquellen bzw. der Pfade, in denen die Halbleiterlichtquellen angeordnet sind, können auf unterschiedliche Weise eingestellt werden. Dadurch wird der sich in den Halbleiterlichtquellen bzw. den Pfaden ergebende individuelle Betriebsstrom automatisch eingestellt. Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, die bisher übliche aufwendige Regelung der individuellen Betriebsströme in den einzelnen Halbleiterlichtquellen bzw. Pfaden durch eine einzige, für sämtliche Halbleiterlichtquellen und Pfade gemeinsame Summenstromregelung zu ersetzen. Dabei ist nur noch eine gemeinsame Stromquelle für alle Pfade bzw. alle Halbleiterlichtquellen erforderlich, deren Betriebsstrom gesteuert und/oder geregelt wird, und auf einen Integrator kann verzichtet werden. Durch den dadurch reduzierten Schaltungsaufwand werden eine deutliche Kosten- und Bauraumreduzierung und eine verbesserte Effizienz erreicht.In this case, the sum operating current is divided automatically into the semiconductor light sources or paths with semiconductor light sources, which are preferably connected in parallel with one another. The electrical properties of the semiconductor light sources or of the paths in which the semiconductor light sources are arranged can be set in different ways. As a result, the individual operating current resulting in the semiconductor light sources or the paths is automatically adjusted. The invention is based on the idea to replace the hitherto customary complicated control of the individual operating currents in the individual semiconductor light sources or paths by a single, common for all semiconductor light sources and paths total current control. In this case, only one common current source is required for all paths or all semiconductor light sources whose operating current is controlled and / or regulated, and an integrator can be dispensed with. As a result of the reduced circuit complexity, a clear cost and space reduction and improved efficiency are achieved.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sämtliche eingeschaltete Halbleiterlichtquellen mit einer identischen Betriebsstromstärke betrieben werden. Wenn die Halbleiterlichtquellen in mehreren parallel zueinander geschalteten Pfaden angeordnet sind, sind die individuellen Betriebsstromstärken in den einzelnen Pfaden gleich groß. Dazu kann die Beleuchtungseinrichtung bevorzugt derart ausgebildet sein, dass jeweils eine gleiche Anzahl von Halbleiterlichtquellen, vorzugsweise alle des gleichen Typs, in mehreren parallel zueinander geschalteten Pfaden der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist. Halbleiterlichtquellen des gleichen Typs haben vorzugsweise die gleichen elektrischen Eigenschaften. Damit haben auch die Pfade die gleichen elektrischen Eigenschaften. Als elektrische Eigenschaft wird hier insbesondere der ohmsche Widerstand des Pfads bzw. der darin angeordneten Halbleiterlichtquellen betrachtet. Dadurch wird erreicht, dass sich der von der Stromquelle erzeugte Summenbetriebsstrom gleichmäßig auf alle Pfade aufteilt. Durch die identische Betriebsstromstärke für die Pfade bzw. die Halbleiterlichtquellen kann erreicht werden, dass alle eingeschalteten Halbleiterlichtquellen mit der gleichen Helligkeit strahlen, was zu einer besonders homogenen Lichtverteilung und Farbe des von der Beleuchtungseinrichtung erzeugten Lichts führt.In a preferred embodiment, it is provided that all switched semiconductor light sources are operated with an identical operating current. If the semiconductor light sources are arranged in a plurality of parallel paths, the individual operating currents in the individual paths are the same. For this purpose, the illumination device may preferably be designed such that in each case an equal number of semiconductor light sources, preferably all of the same type, is arranged in a plurality of parallel paths of the illumination device. Semiconductor light sources of the same type preferably have the same electrical properties. Thus, the paths have the same electrical properties. As an electrical property, in particular the ohmic resistance of the path or the semiconductor light sources arranged therein is considered here. This ensures that the sum of the operating current generated by the power source evenly divided on all paths. Due to the identical operating current intensity for the paths or the semiconductor light sources, it can be achieved that all switched semiconductor light sources radiate with the same brightness, which leads to a particularly homogeneous light distribution and color of the light generated by the illumination device.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass mindestens einer der Halbleiterlichtquellen bzw. mindestens einem der zueinander parallel geschalteten Pfade ein Schalter zugeordnet ist, durch den der Stromfluss durch die Halbleiterlichtquelle ein- und ausgeschaltet werden kann. Vorzugsweise ist allen Halbleiterlichtquellen bzw. allen Pfaden ein eigener Schalter zugeordnet. Die Schalter sind dabei bevorzugt als elektrisch ansteuerbare Schalter, insbesondere als Transistoren oder Thyristoren ausgebildet. Die Schalter werden vorzugsweise mittels eines elektrischen Ansteuersignals einer elektrischen Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Beleuchtungseinrichtung angesteuert. In einem Pfad sind die Schalter bevorzugt in Reihe mit der in dem Pfad angeordneten mindestens einen Halbleiterlichtquelle angeordnet. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann dabei so viele Halbleiterlichtquellen bzw. Pfade der Beleuchtungseinrichtung einschalten, wie Halbleiterlichtquellen zur Realisierung einer gewünschten Lichtverteilung bzw. Lichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung nötig bzw. gewünscht sind. Die Steuer- und Regeleinrichtung hat also Kenntnis über die Anzahl der aktivierten Pfade bzw. der eingeschalteten Halbleiterlichtquellen und kann auf besonders einfache Weise den Summenbetriebsstrom mittels Steuerung oder vereinfachter Regelung einstellen. Der Summenbetriebsstrom der Stromquelle wird dabei durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung derart ermittelt und eingestellt, dass sichergestellt wird, dass durch jede Halbleiterlichtquelle bzw. durch alle in einem Pfad angeordnete Halbleiterlichtquellen ein Betriebsstrom fließt, der für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Halbleiterlichtquelle(n) in der erforderlichen bzw. gewünschten Weise, d.h. zur Erzeugung der gewünschten Lichtverteilung und der gewünschten Lichtfarbe etc., nötig ist.According to the invention, it is further provided that at least one of the semiconductor light sources or at least one of the paths connected in parallel to one another is assigned a switch, by means of which the current flow through the semiconductor light source can be switched on and off. Preferably, all semiconductor light sources or all paths associated with a separate switch. The switches are preferably designed as electrically controllable switches, in particular as transistors or thyristors. The switches are preferably controlled by means of an electrical drive signal of an electrical control and / or regulating device of the illumination device. In one path, the switches are preferably arranged in series with the at least one semiconductor light source arranged in the path. The control and / or regulating device can switch on as many semiconductor light sources or paths of the illumination device as semiconductor light sources are necessary or desired for realizing a desired light distribution or light function of the illumination device. The control and regulating device is thus aware of the Number of activated paths or the switched semiconductor light sources and can adjust the total operating current by means of control or simplified control in a particularly simple manner. The total operating current of the current source is determined and set by the control and / or regulating device in such a way that it is ensured that an operating current flows through each semiconductor light source or through all the semiconductor light sources arranged in a path, which for proper operation of the semiconductor light source (s). in the required or desired manner, ie for generating the desired light distribution and the desired light color, etc., is necessary.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Betriebsstromstärke zum Betreiben mindestens einer der Halbleiterlichtquellen bzw. der Halbleiterlichtquellen mindestens eines der Pfade mittels eines in Reihe zu der mindestens einen Halbleiterlichtquelle angeordneten ohmschen Widerstands eingestellt wird. Dabei können in der Beleuchtungseinrichtung auch unterschiedliche Typen von Halbleiterlichtquellen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften verwendet werden. Die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der Halbleiterlichtquellen können sich auch aufgrund von Fertigungstoleranzen ergeben. Die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der Halbleiterlichtquellen können durch die Wahl und das Anordnen eines geeigneten Widerstands, vorzugsweise eines ohmschen Widerstands, in Reihe zu den Halbleiterlichtquellen bzw. in einem Pfad der Halbleiterlichtquellen berücksichtigt und deren Auswirkungen kompensiert werden. Auch eine unterschiedliche Anzahl von Halbleiterlichtquellen in den einzelnen Pfaden kann durch die Anordnung geeigneter Widerstände berücksichtigt werden. Mindestens einer der ohmschenFurthermore, it is provided that the operating current intensity for operating at least one of the semiconductor light sources or the semiconductor light sources of at least one of the paths is adjusted by means of an ohmic resistor arranged in series with the at least one semiconductor light source. In this case, different types of semiconductor light sources with different electrical properties can also be used in the illumination device. The different electrical properties of the semiconductor light sources can also result due to manufacturing tolerances. The different electrical properties of the semiconductor light sources can be taken into account by selecting and arranging a suitable resistor, preferably an ohmic resistor, in series with the semiconductor light sources or in a path of the semiconductor light sources and compensating their effects. Also, a different number of semiconductor light sources in the individual paths can be taken into account by the arrangement of suitable resistors. At least one of the ohmic
Widerstände kann zudem temperaturabhängig veränderbar sein, um bspw. einem veränderten Widerstand der Halbleiterlichtquelle(n) in einem Pfad Rechnung zu tragen, der sich während des Betriebs der Halbleiterlichtquelle und die damit verbundene Erwärmung erhöht. Zu Beginn des Betriebs kann der ohmsche Widerstand größer sein und durch Erwärmen kleiner werden, so dass die Summe aus ohmschem Widerstand und Widerstand der Halbleiterlichtquellen und damit auch die Stromstärke in dem Pfad bzw. durch die Halbleiterlichtquelle(n) des Pfads von Beginn an über die gesamte Betriebsdauer in etwa konstant bleibt. Vorzugsweise sind die ohmschen Widerstände in Reihe zu den Halbleiterlichtquellen bzw. in den Pfaden so gewählt, dass sich in den einzelnen Pfaden der Beleuchtungseinrichtung gleich große Betriebsströme einstellen.Resistors may also be temperature-dependent changeable, for example, to take into account a change in resistance of the semiconductor light source (s) in a path which increases during operation of the semiconductor light source and the associated heating. At the beginning of operation, the ohmic resistance may be greater and smaller by heating, so that the sum of ohmic resistance and resistance of the semiconductor light sources and thus the current in the path or by the semiconductor light source (s) of the path from the beginning over the total operating time remains approximately constant. The ohmic resistors are preferably selected in series with the semiconductor light sources or in the paths such that equal operating currents are established in the individual paths of the illumination device.
Denkbar ist allerdings auch, dass die Halbleiterlichtquellen so toleriert sind, dass sich die Summenbetriebsstromstärke innerhalb eines tolerierbaren Wertebereichs automatisch und im Wesentlichen gleichmäßig auf die einzelnen Pfade aufteilt.However, it is also conceivable that the semiconductor light sources are tolerated so that the total operating current strength is automatically and substantially evenly distributed over the individual paths within a tolerable value range.
Ferner ist vorgesehen, dass die Betriebsstromstärke zum Betreiben mindestens einer der Halbleiterlichtquellen eines Pfads mittels pfadweiser Pulsweitenmodulation eingestellt wird. Dazu ist in jedem der parallel zueinander geschalteten Pfade ein Schaltelement angeordnet. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein mittels eines Ansteuersignals der Steuer- oder Regeleinrichtung ansteuerbares Schaltelement, das vorzugsweise mit einer relativ hohen Frequenz schalten kann. Insbesondere ist das Schaltelement als ein Transistor oder als Thyristor oder als ein Netzwerk mit mehreren solcher Schaltelemente ausgebildet. Vorzugsweise wird in jeden Pfad die aktuelle Stromstärke ermittelt und in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ausgewertet. Die Ermittlung der aktuellen Stromstärke in einem Pfad kann anhand der Anzahl und Anordnung der aktivierten bzw. deaktivierten Halbleiterlichtquellen, die der Steuer- oder Regeleinrichtung bekannt sind, auf einfache Weise ermittelt werden, ohne dass es einer ständigen Strommessung mit hoher Abtastrate bedarf. Anschließend wird das in dem Pfad angeordnete Schaltelement entsprechend angesteuert, so dass der Strom wechselweise ein- bzw. ausgeschaltet wird und sich über Mittelwertbildung der ein- bzw. ausgeschalteten Zeiträume der gewünschte individuelle Betriebsstrom in dem Pfad einstellt. Eine Pulsweitenmodulation des Summenbetriebsstroms der Stromquelle ist ebenfalls denkbar, wobei dann ein gemeinsames Schaltelement für alle Pfade vorgesehen ist, das mittels eines entsprechenden Ansteuersignals von der Steuer- oder Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Anzahl und Anordnung der aktivierten bzw. deaktivierten Halbleiterlichtquellen angesteuert wird.It is further provided that the operating current intensity for operating at least one of the semiconductor light sources of a path is adjusted by means of path-wise pulse width modulation. For this purpose, a switching element is arranged in each of the parallel paths. These are, for example, a switching element which can be activated by means of a control signal of the control or regulating device and which can preferably switch at a relatively high frequency. In particular, the switching element is designed as a transistor or as a thyristor or as a network with a plurality of such switching elements. Preferably, the current is determined in each path and in the control and / or Control device evaluated. The determination of the current intensity in a path can be easily determined on the basis of the number and arrangement of the activated or deactivated semiconductor light sources, which are known to the control or regulating device, without requiring a constant current measurement with a high sampling rate. Subsequently, the switching element arranged in the path is correspondingly activated so that the current is alternately switched on or off and the desired individual operating current in the path is established by averaging the on or off periods. A pulse width modulation of the sum of the operating current of the current source is also conceivable, then a common switching element is provided for all paths, which is controlled by means of a corresponding drive signal from the control or regulating device in dependence on the number and arrangement of the activated or deactivated semiconductor light sources.
Beim Einstellen des Tastgrades der Pulsweitenmodulation in den einzelnen Pfaden kann eine Lichtanforderung der Beleuchtungseinrichtung für die einzelnen Halbleiterlichtquellen berücksichtigt werden. Dabei wird z.B. ein Betriebsstrom in den Pfaden in Abhängigkeit von der Lichtanforderung durch einen Regelalgorithmus mittels der in den Pfaden angeordneten Schaltelemente pulsweitenmoduliert. Wenn auch der Summenbetriebsstrom über eine Pulsweitenmodulation geregelt wird, können sich die beiden Tastgrade (der Summenbetriebsstromregelung und der Individualbetriebsstromregelung der einzelnen Pfade) überlagern. Ferner ist es denkbar, dass einzelnen Pfade und die darin angeordneten Halbleiterlichtquellen in Abhängigkeit von der gewünschten Lichtfunktion gezielt ein- bzw. ausgeschaltet werden.When setting the duty cycle of the pulse width modulation in the individual paths, a light request of the illumination device for the individual semiconductor light sources can be taken into account. In this case, for example, an operating current in the paths is pulse width modulated as a function of the light requirement by a control algorithm by means of the switching elements arranged in the paths. If the total operating current is also controlled by pulse width modulation, the two duty cycles (the total operating current control and the individual operating current control of the individual paths) can be superimposed. Furthermore, it is conceivable that individual paths and the semiconductor light sources arranged therein can be selectively switched on or off depending on the desired light function.
Wichtige Aspekte der Erfindung sind also die folgenden:
- Eine gemeinsame Stromquelle für alle parallel geschalteten Pfade und die darin angeordneten aktivierten Halbleiterlichtquellen.
- Keine aufwendige Regelung des Summenbetriebsstroms mit hoher Abtastrate erforderlich; der Summenbetriebsstrom wird in Abhängigkeit von der Anzahl der aktivierten Halbleiterlichtquellen gesteuert oder mit geringerer Ansteuerfrequenz geregelt.
- Zusätzlich zur Einstellung des Summenbetriebsstroms Einstellen des individuellen Betriebsstroms pro Pfad für die darin angeordneten Halbleiterlichtquelle(n).
- Einstellen des individuellen Betriebsstroms mittels pfadweiser Pulsweitenmodulation.
- Als Alternative Einstellen des individuellen Betriebsstroms pro Pfad mittels pfadweiser Anpassung der elektrischen Eigenschaften, insbesondere des ohmschen Widerstands, des Pfads durch Anordnen eines geeigneten Widerstands in dem Pfad.
- A common power source for all parallel paths and the activated semiconductor light sources arranged therein.
- No complex control of the summation operating current with a high sampling rate required; the total operating current is controlled as a function of the number of activated semiconductor light sources or regulated with a lower driving frequency.
- In addition to adjusting the sum operating current, adjusting the individual operating current per path for the semiconductor light source (s) disposed therein.
- Setting the individual operating current by means of path-wise pulse width modulation.
- Alternatively, adjusting the individual operating current per path by adapting the electrical properties, in particular the ohmic resistance, of the path by placing a suitable resistance in the path.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den nachfolgend beschriebenen Figuren dargestellt. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einer Seitenansicht;
- Figur 2
- eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mehrerer Halbleiterlichtquellen der Beleuchtungseinrichtung aus
Figur 1 in einer ersten Ausführungsform; - Figur 3
- eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mehrerer Halbleiterlichtquellen der Beleuchtungseinrichtung aus
Figur 1 in einer zweiten Ausführungsform; und - Figur 4
- eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mehrerer Halbleiterlichtquellen der Beleuchtungseinrichtung aus
Figur 1 in einer dritten Ausführungsform.
- FIG. 1
- a schematic representation of a lighting device according to the invention in a side view;
- FIG. 2
- a circuit arrangement for operating a plurality of semiconductor light sources of the illumination device
FIG. 1 in a first embodiment; - FIG. 3
- a circuit arrangement for operating a plurality of semiconductor light sources of Lighting device off
FIG. 1 in a second embodiment; and - FIG. 4
- a circuit arrangement for operating a plurality of semiconductor light sources of the illumination device
FIG. 1 in a third embodiment.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 12 das vorzugsweise aus Kunststoff besteht. In einer Lichtaustrittsrichtung 14 weist das Gehäuse 12 eine Lichtaustrittsöffnung auf, die mit einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe 16 verschlossen ist. Die Abdeckscheibe 16 kann als eine klare Scheibe ohne optisch wirksame Elemente oder zumindest bereichsweise mit optisch wirksamen Elementen (nicht dargestellt) als Streuscheibe ausgebildet sein. Die Abdeckscheibe 16 besteht aus Kunststoff oder Glas.The
Im Inneren des Gehäuses 12 ist ein Lichtmodul 18 angeordnet. Das Lichtmodul 18 dient zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung, die eine bestimmte horizontale und vertikale Erstreckung und eine bestimmte Beleuchtungsstärkewerteverteilung in dem ausgeleuchteten Bereich aufweist. Bei dem dargestellten Beispiel eines Scheinwerfers 10 erzeugt dieser bspw. ein Abblendlicht, Fernlicht oder Nebellicht. Im Falle einer Leuchte könnte die Beleuchtungseinrichtung 10 im Frontbereich eines Fahrzeugs bspw. zur Erzeugung eines Positionslichts, Blinklichts oder Tagfahrlichts oder im Heckbereich eines Fahrzeugs bspw. zur Erzeugung eines Bremslichts, Blinklichts oder eines Rücklichts dienen.Inside the
Das Lichtmodul 18 weist eine Leiterplatte 20 auf, die in dem dargestellten Beispiel mit drei Halbleiterlichtquellen 22 bestückt ist. Die Halbleiterlichtquellen 22 sind vorzugsweise als Leuchtdioden (LEDs) ausgebildet. Sie sind bevorzugt vom gleichen Typ, das heißt sie haben nahezu gleiche elektrische und optische Eigenschaften. Die elektrischen Eigenschaften betreffen bspw. den Betriebsstrom, die Betriebsspannung oder den ohmschen Widerstand und/oder dessen Temperaturabhängigkeit. Die optischen Eigenschaften betreffen bspw. die Beleuchtungsstärke (lux), die Lichtstärke (candela), den Lichtstrom (candela-sr, lumen) und/oder die Lichtfarbe (Farbtemperatur in Kelvin). Die gewählte Anzahl der Halbleiterlichtquellen 22 sowie deren Anordnung auf der Leiterplatte 20 sind beispielhaft und können nach Bedarf beliebig anders vorgesehen sein. Die Halbleiterlichtquellen 22 können dabei ein sog. Array in einer oder mehreren Zeilen und/oder Spalten, vorzugsweise ein sog. 1x3-Array (1 Spalte, 3 Zeilen bzw. 3 Spalten, 1 Zeile), bilden, wobei die Halbleiterlichtquellen 22 des 1x3-Arrays vorzugsweise einzeln geschaltet und angesteuert werden können. Jede andere Anzahl und Anordnung der LEDs 22 ist ebenfalls denkbar.The
Das Lichtmodul 18 weist außerdem ein Optikarray 24 mit mehreren Primäroptiken zum Bündeln der von den Halbleiterlichtquellen 22 ausgesandten Lichtstrahlen auf.The
Die Primäroptiken sind bspw. als Vorsatzoptiken 26 ausgebildet. Die Vorsatzoptiken 26 können miteinander verbunden sein, so dass die Primäroptik 24 eine Einheit bildet, oder sie können separat und getrennt voneinander ausgebildet sein, so dass die Primäroptik 24 mehrteilig ausgebildet ist. Die Vorsatzoptiken 26 sind vorzugsweise massiv und bestehen aus einem transparenten Material, insbesondere Kunststoff oder Glas. Vorzugsweise ist jeder Halbleiterlichtquelle 22 eine eigene Vorsatzoptik 26 zugeordnet. Ein Großteil des von einer der Halbleiterlichtquellen 22 ausgesandten Lichts wird über eine Lichteinkoppelfläche in die entsprechende Vorsatzoptik 26 eingekoppelt. Ein Teil des eingekoppelten Lichts gelangt unmittelbar zu der Lichtauskoppelfläche und wird über diese aus der Vorsatzoptik 26 ausgekoppelt. Ein anderer Teil des eingekoppelten Lichts gelangt auf seitliche Grenzflächen der Vorsatzoptik 26 und wird an diesen totalreflektiert, um anschließend auf die Lichtauskoppelfläche zu treffen und über diese ausgekoppelt zu werden. Durch die Totalreflexion an den Grenzflächen der Vorsatzoptiken 26 sowie durch Brechung an den Lichteintrittsflächen und/oder Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptiken 26 werden die von den Halbleiterlichtquellen 22 ausgesandten und in die Vorsatzoptiken 26 eingekoppelten Lichtstrahlen gebündelt. Das Optikarray 24 erzeugt entweder alleine oder im Zusammenwirken mit anderen optischen Elementen, bspw. einer Projektionslinse (nicht dargestellt), die gewünschte Lichtverteilung des Lichtmoduls 18. Zum Bündeln des von den LEDs 22 ausgesandten Lichts, könnten diesen statt der totalreflektierenden Vorsatzoptiken 26 auch einer oder mehrere Reflektoren zugeordnet sein oder ein andersartig ausgestaltetes Optikarray 24 zugeordnet sein.The primary optics are formed, for example, as
Auf einer den Halbleiterlichtquellen 22 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 20 ist ein Kühlkörper 28 zur Wärmeableitung angeordnet. Dieser ist vorzugsweise wesentlich massiver ausgebildet als die Leiterplatte 20. Der Kühlkörper 28 umfasst vorzugsweise Kühlrippen oder Kühlstifte 28a zur Oberflächenvergrößerung. Zusätzlich kann ein aktives Kühlelement, bspw. in Form eines Lüfters, vorgesehen sein, um die durch den Kühlkörper 28 erzielbare Kühlwirkung zu verbessern. Der Kühlkörper 28 leitet die beim Betrieb der LEDs 22 entstehende Abwärme von den LEDs 22 weg, um deren Überhitzung zu vermeiden.On a
Das Lichtmodul 18 wird durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 betrieben. Der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 ist eine Stromquelle 32 zugeordnet. Diese kann integraler Bestandteil der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 sein (vgl.
In den Pfaden 38 ist jeweils ein Schaltelement 40 in Reihe mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 22 angeordnet. Die Schaltelemente 40 sind vorzugsweise als elektrisch ansteuerbare Schaltelemente, besonders bevorzugt Halbleiterschaltelemente, insbesondere Transistoren oder Thyristoren oder als Netzwerke solcher Schaltelemente ausgebildet. Die Schaltelemente 40 sind bevorzugt auf der Leiterplatte 20 angeordnet. Jedes Schaltelement 40 kann separat über eine eigene Signalleitung 36 von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 angesteuert und geschaltet werden, um eine vorgegebene Anzahl an Halbleiterlichtquellen 22 im Lichtmodul 18 ein- bzw. auszuschalten. Falls zur Realisierung einer vorgegebenen Lichtfunktion nur zwei der drei LEDs 22 benötigt werden, kann das Steuergerät 30 den Schalter 40 in einem der Pfade 38 derart ansteuern, dass der Schalter 40 öffnet, der Stromfluss durch den entsprechenden Pfad 38 unterbrochen und die darin angeordnete LED 22 deaktiviert ist.In the
Die Anzahl der zu aktivierenden LEDs 22 kann sich bspw. aufgrund von Anforderungen an eine zu erzielende Lichtverteilung des Lichtmoduls 18 oder aufgrund des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 10 in einem bestimmten Land, wobei in verschiedenen Ländern unterschiedliche gesetzliche Anforderungen an eine Lichtverteilung gelten.The number of
In der in
Damit die Beleuchtungseinrichtung 10 bzw. das Lichtmodul 18 unabhängig von der Anzahl der aktiven LEDs 22 bzw. Pfade 38 stets gleich hell und/oder mit der gleichen Farbe leuchtet, muss die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 den Summenbetriebsstrom entsprechend der Anzahl der aktiven LEDs 22 bzw. Pfade 38 einstellen. Der Summenbetriebsstrom wird dabei auf eine Stromstärke gesteuert bzw. geregelt, der für die eingeschalteten LEDs 22 benötigt wird. Ein Betätigen der Schalter 40 in den Pfaden 38 kann somit auch Auswirkungen auf den Summenbetriebsstrom haben. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 steuert die einzelnen Schalter 40 an und gibt gleichzeitig der Stromquelle 32 vor, welche Stromstärke als Summenbetriebsstrom zur Verfügung gestellt werden soll. Durch diese Vorgehensweise kann auch eine pfadweise Einstellung des jeweiligen Betriebsstroms mittels Pulsweitenmodulation erreicht werden, indem die Schalter 40 zur Realisierung einer Pulsweitenmodulation genutzt werden, das heißt mit einem bestimmten Tastgrad ein- und ausgeschaltet werden.Thus, the
Um also unabhängig von einer Anzahl der aktuell eingeschalteten Halbleiterlichtquellen 22 alle eingeschalteten Halbleiterlichtquellen 22 immer mit der gleichen Stromstärke betreiben zu können, muss der über die Betriebsleitung 34 fließende Summenbetriebsstrom je nach der Anzahl der aktuell eingeschalteten Halbleiterlichtquellen 22 einstellbar sein. In der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 10 kann also der Summenbetriebsstrom je nach der Anzahl der zu betreibenden Halbleiterlichtquellen 22 gesteuert bzw. geregelt werden. Dazu kann die Stromquelle 32 durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 angesteuert werden, dass sie den jeweils benötigten Summenbetriebsstrom zur Verfügung stellt. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 verfügt aufgrund der Ansteuerung der Schaltelemente 40 über Informationen bezüglich der aktuell aktiven Halbleiterlichtquellen 22 und kann die erforderliche Größe des Summenbetriebsstroms entsprechend einstellen. Falls der Summenbetriebsstrom geregelt wird, kann eine solche Regelung aufgrund des Wissens über die Anzahl der aktiven LEDs 22 und den daraus resultierenden benötigten Summenbetriebsstrom wesentlich einfach realisiert werden. Insbesondere kann die Arbeitsfrequenz der Regelung deutlich verringert werden, da die Regelung auch mit einer deutlich größeren Abtastrate als bei bekannten Regelungen noch ausreichend schnell und zuverlässig funktioniert. Außerdem kann auf einen Integrator zur Mittelwertbildung verzichtet werden. So ist es bspw. denkbar, dass über das in der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung vorhandene Wissen über den benötigten Summenbetriebsstrom ein Sollwert für die Regelung neu vorgegeben werden kann, sobald eine LED 22 hinzugeschaltet oder abgeschaltet wird.In order therefore to be able to operate all the
Zur Steuerung bzw. Regelung des Summenbetriebsstroms kann bspw. in der Betriebsleitung 34 eine Pulsweitenmodulationseinrichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein, welche den Summenbetriebsstrom mittels Pulsweitenmodulation variieren kann. Dabei wird der Tastgrad der Pulsweitenmodulation so eingestellt, dass sich über das zeitliche Mittel ein gewünschter Summenbetriebsstrom einstellt. Dieser entspricht vorzugsweise der Anzahl der aktiven Halbleiterlichtquellen 22.For controlling or controlling the sum operating current, for example, in the operating
Die elektrischen Widerstände 42 können auch einen temperaturabhängigen ohmschen Widerstandswert aufweisen und als NTC- oder PTC-Widerstände ausgebildet sein. Dadurch kann bspw. während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 10 ein Erhitzen der Halbleiterlichtquellen 22 und eine damit verbundene Veränderung des Widerstands der Halbleiterlichtquellen 22 kompensiert werden, sodass unabhängig von der aktuellen Betriebstemperatur stets die gewünschte individuelle Stromstärke durch den jeweiligen Pfad 38 fließt, dass der Strom also unabhängig von der Betriebstemperatur der LEDs 22 konstant gehalten wird.The
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