EP3525552B1 - Schaltungsanordnung zum wechselseitigen ein- und ausschalten zumindest zweier elektrisch parallel geschalteter leuchtstränge für einen fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Schaltungsanordnung zum wechselseitigen ein- und ausschalten zumindest zweier elektrisch parallel geschalteter leuchtstränge für einen fahrzeugscheinwerfer Download PDF

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EP3525552B1
EP3525552B1 EP18155962.6A EP18155962A EP3525552B1 EP 3525552 B1 EP3525552 B1 EP 3525552B1 EP 18155962 A EP18155962 A EP 18155962A EP 3525552 B1 EP3525552 B1 EP 3525552B1
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string
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    • 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
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for alternately switching on and off at least two lighting strands connected electrically in parallel for a vehicle headlight, comprising a parallel circuit, having at least two lighting strands connected electrically in parallel, each lighting strand consisting of a number of light sources electrically connected in series with one another, at least one energy source for supplying the parallel circuit, wherein a first of the at least two electrically parallel-connected lighting strands has a working area with a lower voltage limit and an upper voltage limit for operating the first lighting strand, and wherein a second of the at least two electrically parallel-connected lighting strands has a working area with a lower voltage limit and an upper voltage limit Operation of the second lighting strand, the upper voltage limit of the first lighting strand being below the lower voltage limit of the second lighting strand, the first lighting strand being connected in series with a switching element.
  • Circuit arrangements for switching lighting strands on and off alternately are from the documents EP 3 193 564 A1 as well as US 2018/014368 A1
  • the invention further relates to a lighting device with a circuit arrangement according to the invention and a vehicle headlight with a lighting device according to the invention.
  • An object of the invention is therefore to create a reliable and cost-effective circuit arrangement which makes it possible to effect a change in the operation of at least two strands based on the presence of only a single switching signal.
  • a number of means a number which can be, for example, one, two, three, four or more, in particular six, eight, ten, twelve or more than twelve.
  • the person skilled in the art is able to select the number of respective light sources in accordance with the intended use of the circuit arrangement.
  • all light sources of the LED lighting strands are identical in construction and in particular are equipped with a fixed forward voltage.
  • the number of LEDs connected in series in the lighting strands differs from one another, and in particular it can be provided that the LEDs of all lighting strands are identical in construction. In this way, lighting strands can be created in a very efficient and simple manner that have different working areas in terms of their operating voltage.
  • the number of LEDs connected in series in the at least two lighting strands is the same, with the forward voltages of the LEDs of the two lighting strands differing from one another, in such a way that the upper voltage limit of the first lighting strand is below the lower voltage limit of the second light strand.
  • the energy source is a constant current source.
  • the strings can have the same rated current, and the output current of the constant current source can be rated current, so that only one string can be supplied at a time.
  • the switching element is a relay or a transistor, in particular a MOSFET or a bipolar transistor.
  • the switching voltage of the switching element is between 5 V and 24 V.
  • the voltage provided by the energy source in the parallel connection is between 2 and 60 V, in particular between 5 and 24 V. This operating range is particularly advantageous for use in the automotive sector.
  • the invention further relates to a lighting device, comprising at least one circuit arrangement according to the invention, and to a vehicle headlight, in particular a motor vehicle headlight, comprising a lighting device according to the invention.
  • Figure 1 a schematic representation of a circuit arrangement according to the invention.
  • Figure 1 shows a circuit arrangement 1 according to the invention.
  • the circuit arrangement 1 is set up and includes for the alternating switching on and off of at least two lighting strands 2 and 3 connected electrically in parallel for a vehicle headlight a parallel circuit 4, having at least two lighting strands electrically connected in parallel, namely a first lighting strand 2 and a second lighting strand 3, and at least one energy source 5 for supplying the parallel circuit 4.
  • the first lighting strand 2 has a working area with a lower voltage limit and an upper voltage limit for operating the first lighting strand, which are given by the sums of the lower voltage limits or upper voltage limits of the light sources 7 connected in series in the strand, which can in particular be designed as LEDs.
  • the second lighting strand 3 has an increased number of light sources compared to the first lighting strand 2 and thus the lower and upper voltage limits for operating the second lighting strand 3 are correspondingly higher than in the first lighting strand 2.
  • the number and voltage values of the lamps are selected so that the lower voltage limit of the second lighting strand 3 is above the upper voltage limit of the first lighting strand 2.
  • the first lighting strand 2 is connected in series with a switching element 6, which is designed to be switched between an electrically conductive and an electrically blocking state via an external switching signal S ext .
  • the parallel circuit 4 is connected to the energy source 5 in such a way and/or the energy source 5 is designed in such a way that when the switching element 6 is in a conductive state, the voltage U p applied to the parallel circuit 4 lies within the working range of the first lighting strand 2 and thereby the first lighting strand 2 is switched on and the second lighting strand 3 is switched off, and that in a non-conducting state of the switching element 6, the voltage Up applied to the parallel circuit 4 is raised towards the working range of the second lighting strand 3 and thus the first lighting strand 2 is switched off and the second lighting strand 3 is switched on .
  • the total forward voltage i.e.
  • the working range of the first lighting strand 2 can be between 13.5 V and 17.5 V (the lower voltage limit here is therefore 13.5 V and the upper voltage limit is therefore 17, 5 V) and when using ten LED light sources in the second lighting strand 3, the working range of the second lighting strand is between 27 V and 35V (the lower voltage limit here is therefore 27 V and the upper voltage limit is therefore 35 V).
  • switching the switching element 6 through causes the voltage of the constant current source to adjust in such a way that the rated current flows into the first strand 2.
  • the voltage will therefore be between 13.5 V and 17.5 V and will not exceed this value since the nominal current I N is already flowing. Only when the switching element 6 is switched off will it interrupt the connection to the first lighting strand 2, whereby the voltage Up is increased until the rated current I N flows through the second strand 3.
  • the voltage Up is now within the working range of the second lighting strand 3.

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  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum wechselseitigen Ein- und Ausschalten zumindest zweier elektrisch parallel geschalteter Leuchtstränge für einen Fahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Parallelschaltung, aufweisend zumindest zwei elektrisch parallel geschaltete Leuchtstränge, wobei jeder Leuchtstrang aus einer Anzahl miteinander elektrisch in Serie geschalteten Lichtquellen besteht, zumindest eine Energiequelle zur Versorgung der Parallelschaltung, wobei ein erster der zumindest zwei elektrisch parallel geschalteten Leuchtstränge einen Arbeitsbereich mit einer Spannungsuntergrenze und einer Spannungsobergrenze zum Betrieb des ersten Leuchtstranges aufweist, und wobei ein zweiter der zumindest zwei elektrisch parallel geschalteten Leuchtstränge einen Arbeitsbereich mit einer Spannungsuntergrenze und einer Spannungsobergrenze zum Betrieb des zweiten Leuchtstranges aufweist, wobei die Spannungsobergrenze des ersten Leuchtstranges unterhalb der Spannungsuntergrenze des zweiten Leuchtstranges liegt, wobei der erste Leuchtstrang mit einem Schaltelement in Serie geschaltet ist. Schaltungsanordnungen zum wechselseitigen Ein- und Ausschalten von Leuchtsträngen sind aus den Dokumenten EP 3 193 564 A1 sowie US 2018/014368 A1 bekannt geworden.
  • Weiters betrifft die Erfindung eine Leuchtvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sowie einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik sind Schaltungsanordnungen bekannt geworden, bei denen jedem Lichtquellenstrang ein Schaltelement zum Ein- und Ausschalten desselben zugeordnet ist. Um einen Lichtwechsel von einem Strang auf einen anderen Strang zu bewerkstelligen, war es bisher erforderlich, dass zwei Signale übertragen werden müssen, nämlich ein erstes Schaltsignal zum Deaktivieren des Schaltelements eines ersten Stranges und ein zweites Schaltsignal zum Aktivieren des Schaltelements eines zweiten Stranges. Alternative Bauweisen, die z.B. durch Wechselschalter umfassen könnten, sind entweder für Fahrzeugscheinwerferanwendungen ungeeignet, oder kostenintensiv.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine zuverlässige und kostengünstige Schaltungsanordnung zu schaffen, die es ermöglicht anhand des Vorliegens lediglich eines einzigen Schaltsignals einen Wechsel des Betriebs zumindest zweier Stränge zu bewirken.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Dadurch kann auf das Vorsehen eines zweiten Schaltelements verzichtet werden, indem ermöglicht wird, bereits durch ein einziges Schaltelement, das lediglich zwischen den Zuständen "leitend" und "nicht leitend" geschaltet werden kann, das wechselweise Schalten zwischen zumindest zwei Strängen zu ermöglichen, wobei zur Ansteuerung lediglich eine einzige Signalleitung, die sich auf ein Bezugspotential bezieht (z.B. Massepotential in einem Fahrzeug) ausreicht.
  • Unter dem Ausdruck "eine Anzahl von" wird im Rahmen dieser Offenbarung - sofern nicht anders angegeben - eine Anzahl verstanden, die beispielsweise eins, zwei, drei, vier oder mehr, insbesondere sechs, acht, zehn, zwölf oder mehr als zwölf betragen kann. Der Fachmann ist in der Lage, die Anzahl der jeweiligen Lichtquellen angepasst an den Einsatzweck der Schaltungsanordnung entsprechend zu wählen.
  • Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass sämtliche Lichtquellen der Leuchtstränge LEDs baugleich und insbesondere mit festgelegter Durchlassspannung ausgestattet sind.
  • Zudem kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der in den Leuchtsträngen in Serie geschalteten LEDs voneinander abweicht, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die LEDs sämtlicher Leuchtstränge baugleich sind. Auf diese Weise können auf sehr effiziente und einfache Weise Leuchtstränge geschaffen werden, die unterschiedliche Arbeitsbereiche hinsichtlich ihrer Betriebsspannung aufweisen.
  • Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der in den zumindest zwei Leuchtsträngen in Serie geschalteten LEDs gleich ist, wobei die Durchlassspannungen der LEDs der zwei Leuchtstränge voneinander abweichen, und zwar auf eine Weise, dass die wobei die Spannungsobergrenze des ersten Leuchtstranges unterhalb der Spannungsuntergrenze des zweiten Leuchtstranges liegt.
  • Zudem kann vorgesehen sein, dass Energiequelle eine Konstantstromquelle ist. Auf diese Weise kann z.B. eine Anordnung besonders einfach realisiert werden, in der im Falle eines Einschaltens des ersten Stranges der gesamte durch die Energiequelle gelieferte Strom durch den ersten Strang aufgenommen wird und dementsprechend die an der Parallelschaltung anliegende Spannung im Arbeitsbereich des ersten Stranges liegt. Beispielsweise können die Stränge gleichen Nennstrom aufweisen, und der Ausgangsstrom der Konstantstromquelle kann Nennstrom betragen, sodass immer nur ein Strang zur selben Zeit versorgt werden kann.
  • Günstigerweise kann vorgesehen sein, dass das Schaltelement ein Relais oder ein Transistor, insbesondere ein MOSFET- oder ein Bipolar-Transistor, ist.
  • Zudem kann vorgesehen sein, dass die Schaltspannung des Schaltelements zwischen 5 V und 24V beträgt.
  • Zudem kann vorgesehen sein, dass die durch die Energiequelle zur Verfügung gestellte an der Parallelschaltung anliegende Spannung zwischen 2 und 60 V, insbesondere zwischen 5 und 24V, beträgt. Dieser Betriebsbereich ist insbesondere für die Anwendung im Automobilbereich vorteilhaft.
  • Die Erfindung betrifft ferner Leuchtvorrichtung, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, sowie einen Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung.
  • Die Erfindung ist im Folgenden anhand einer beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsform näher erläutert, die in der Figur veranschaulicht ist. Darin zeigt
    Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
  • Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 gemäß der Erfindung. Die Schaltungsanordnung 1 ist zum wechselseitigen Ein- und Ausschalten zumindest zweier elektrisch parallel geschalteter Leuchtstränge 2 und 3 für einen Fahrzeugscheinwerfer eingerichtet und umfasst eine Parallelschaltung 4, aufweisend zumindest zwei elektrisch parallel geschaltete Leuchtstränge, nämlich eines ersten Leuchtstranges 2 und eines zweiten Leuchtstranges 3, und zumindest eine Energiequelle 5 zur Versorgung der Parallelschaltung 4. Der erste Leuchtstrang 2 weist einen Arbeitsbereich mit einer Spannungsuntergrenze und einer Spannungsobergrenze zum Betrieb des ersten Leuchtstranges auf, die durch die Summen der Spannungsuntergrenzen bzw. Spannungsobergrenzen der in dem Strang in Serie geschalteten Lichtquellen 7, die insbesondere als LEDs ausgeführt sein können, gegeben sind.
  • Gleiches trifft in analoger Weise auf den zweiten Leuchtstrang 3 zu, wobei der zweite Leuchtstrang eine gegenüber dem ersten Leuchtstrang 2 erhöhte Anzahl von Lichtquellen aufweist und damit die Spannungsuntergrenze und Spannungsobergrenze zum Betrieb des zweiten Leuchtstrangs 3 entsprechend höher als bei dem ersten Leuchtstrang 2 ist. Konkret sind Anzahl und Spannungswerte der Leuchtmittel so gewählt, dass die Spannungsuntergrenze des zweiten Leuchtstranges 3 oberhalb der Spannungsobergrenze des ersten Leuchtstranges 2 liegt.
  • Der erste Leuchtstrang 2 ist mit einem Schaltelement 6 in Serie geschaltet, das dazu eingerichtet ist, über ein externes Schaltsignal Sext zwischen einen elektrisch leitendenden und einen elektrisch sperrenden Zustand geschaltet zu werden.
  • Die Parallelschaltung 4 ist mit der Energiequelle 5 dergestalt verbunden und/oder die Energiequelle 5 ist dergestalt ausgelegt, dass in einem leitenden Zustand des Schaltelements 6 die an der Parallelschaltung 4 anliegende Spannung Up innerhalb des Arbeitsbereichs des ersten Leuchtstranges 2 liegt und dadurch der erste Leuchtstrang 2 eingeschaltet und der zweite Leuchtstrang 3 ausgeschaltet ist, und dass in einem nichtleitenden Zustand des Schaltelements 6 die an der Parallelschaltung 4 anliegende Spannung Up hin zu den Arbeitsbereich des zweiten Leuchtstranges 3 angehoben und damit der erste Leuchtstrang 2 ausgeschaltet und der zweite Leuchtstrang 3 eingeschaltet ist. Beispielsweise kann bei Verwendung von fünf LED Lichtquellen im ersten Leuchtstrang 2 die Summenvorwärtsspannung, also der Arbeitsbereich des ersten Leuchtstranges 2, zwischen 13,5 V und 17,5 V (die Spannungsuntergrenze beträgt hier demnach 13,5 V und die Spannungsobergrenze beträgt demnach 17,5 V) betragen und bei Verwendung von zehn LED Lichtquellen im zweiten Leuchtstrang 3 der Arbeitsbereich des zweiten Leuchtstranges entsprechend zwischen 27 V und 35V (die Spannungsuntergrenze beträgt hier demnach 27 V und die Spannungsobergrenze beträgt demnach 35 V) liegen. Werden solche Stränge z.B. über eine Konstantstromquelle versorgt, dessen Ausgangsstrom gleich dem Nennstrom eines Stranges ist, so bewirkt ein Durchschalten des Schaltelements 6, dass sich die Spannung der Konstantstromquelle derart einstellt, dass der Nennstrom in den ersten Strang 2 fließt. Die Spannung wird daher zwischen 13,5 V und 17,5 V betragen und diesen Wert nicht übersteigen, da bereits der Nennstrom IN fließt. Erst im Falle eines Ausschaltens des Schaltelements 6 wird dieses die Verbindung mit dem ersten Leuchtstrang 2 unterbrechen, wodurch die Spannung Up erhöht wird, bis der Nennstrom IN durch den zweiten Strang 3 fließt. Die Spannung Up liegt nun innerhalb des Arbeitsbereichs des zweiten Leuchtstranges 3.
  • In Anbetracht dieser Lehre ist der Fachmann in der Lage, ohne erfinderisches Zutun zu anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. Die Erfindung ist daher nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Auch können einzelne Aspekte der Erfindung bzw. der Ausführungsform aufgegriffen und miteinander kombiniert werden.
  • Etwaige Bezugszeichen in den Ansprüchen sind beispielhaft und dienen nur der einfacheren Lesbarkeit der Ansprüche, ohne diese einzuschränken.

Claims (11)

  1. Schaltungsanordnung (1) zum wechselseitigen Ein- und Ausschalten zumindest zweier elektrisch parallel geschalteter Leuchtstränge für einen Fahrzeugscheinwerfer, umfassend
    - eine Parallelschaltung, aufweisend zumindest zwei elektrisch parallel geschaltete Leuchtstränge, wobei jeder Leuchtstrang aus einer Anzahl miteinander elektrisch in Serie geschalteter Lichtquellen (7) besteht,
    - zumindest eine Energiequelle (5) zur Versorgung der Parallelschaltung (4),
    wobei ein erster (2) der zumindest zwei elektrisch parallel geschalteten Leuchtstränge (2, 3) einen Arbeitsbereich mit einer Spannungsuntergrenze und einer Spannungsobergrenze zum Betrieb des ersten Leuchtstranges (2) aufweist,
    und wobei ein zweiter (3) der zumindest zwei elektrisch parallel geschalteten Leuchtstränge (2, 3) einen Arbeitsbereich mit einer Spannungsuntergrenze und einer Spannungsobergrenze zum Betrieb des zweiten Leuchtstranges (3) aufweist,
    wobei die Spannungsobergrenze des ersten Leuchtstranges (2) unterhalb der Spannungsuntergrenze des zweiten Leuchtstranges (3) liegt, wobei der erste Leuchtstrang mit einem Schaltelement (6) in Serie geschaltet ist,
    wobei die Schaltungsanordnung (1) dazu eingerichtet ist, anhand des Vorliegens lediglich eines einzigen externen Schaltsignals (Sext) einen Wechsel des Betriebs zumindest zweier Stränge (2, 3) zu bewirken, indem die Parallelschaltung (4) mit der Energiequelle (5) dergestalt verbunden ist und/ oder die Energiequelle (5) dergestalt ausgelegt ist,
    - dass in einem leitenden Zustand des Schaltelements (6) die an der Parallelschaltung (4) anliegende Spannung innerhalb des Arbeitsbereichs des ersten Leuchtstranges (2) liegt und dadurch der erste Leuchtstrang (2) eingeschaltet und der zweite Leuchtstrang (3) ausgeschaltet ist, und
    - dass in einem nichtleitenden Zustand des Schaltelements (6) die an der Parallelschaltung (4) anliegende Spannung hin zu den Arbeitsbereich des zweiten Leuchtstranges (3) angehoben und damit der erste Leuchtstrang (2) ausgeschaltet und der zweite Leuchtstrang (3) eingeschaltet ist.
  2. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei sämtliche Lichtquellen (7) der Leuchtstränge LEDs sind.
  3. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 2, wobei die LEDs sämtlicher Leuchtstränge (2, 3) baugleich sind.
  4. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Anzahl der in den Leuchtsträngen (2, 3) in Serie geschalteten LEDs voneinander abweicht.
  5. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 2, wobei die Anzahl der in den zumindest zwei Leuchtsträngen (2, 3) in Serie geschalteten LEDs gleich ist, wobei die Durchlassspannungen der LEDs der zwei Leuchtstränge (2, 3) voneinander abweichen.
  6. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiequelle (5) eine Konstantstromquelle ist.
  7. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (6) ein Relais oder ein Transistor, insbesondere ein MOSFET- oder ein Bipolar-Transistor, ist.
  8. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltspannung (6) des Schaltelements zwischen 5 V und 24V beträgt.
  9. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die durch die Energiequelle (5) zur Verfügung gestellte, an der Parallelschaltung (4) anliegende Spannung zwischen 2V und 60V beträgt.
  10. Leuchtvorrichtung, umfassend zumindest eine Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  11. Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10.
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