EP3758451A1 - Schaltungsanordnung einer beleuchtungseinrichtung und beleuchtungseinrichtung mit einer solchen schaltungsanordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung einer beleuchtungseinrichtung und beleuchtungseinrichtung mit einer solchen schaltungsanordnung Download PDF

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Publication number
EP3758451A1
EP3758451A1 EP20182283.0A EP20182283A EP3758451A1 EP 3758451 A1 EP3758451 A1 EP 3758451A1 EP 20182283 A EP20182283 A EP 20182283A EP 3758451 A1 EP3758451 A1 EP 3758451A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
semiconductor light
current
circuit
light sources
circuit arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20182283.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Blum
Benedikt Bez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Original Assignee
Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH filed Critical Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Publication of EP3758451A1 publication Critical patent/EP3758451A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement of a lighting device, preferably of a motor vehicle, with at least two semiconductor light sources connected in series and connected to a common power source.
  • a bypass circuit through which the semiconductor light source can be bypassed is connected in parallel with at least one semiconductor light source of the semiconductor light sources.
  • the invention also relates to a lighting device of a motor vehicle with a housing and a light exit opening formed in the housing and closed by a cover plate, and with semiconductor light sources arranged in the housing for emitting light.
  • the lighting device is designed in such a way that the light emitted by the semiconductor light sources, optionally with the assistance of optical elements of the lighting device, passes through the cover panel to generate at least one light function of the lighting device.
  • the semiconductor light sources are usually designed as light emitting diodes (LEDs).
  • LEDs light emitting diodes
  • a headlight function e.g. low beam, high beam, fog light, partial high beam, city light, country road light, motorway light, cornering light
  • they are preferably designed as high-power LEDs that emit white light.
  • White light can be generated, for example, by superimposing blue light from an LED chip and yellow light from a fluorescent layer (e.g. phosphor) on which part of the blue light hits and is converted into yellow light.
  • a fluorescent layer e.g. phosphor
  • RGB LEDs can also be used, which generate red, green and blue light, which is superimposed to generate white or differently colored light, so that there is an additive mixture of colors.
  • For light functions e.g.
  • the semiconductor light sources are preferably designed as LEDs that emit white, yellow (orange) or red light. Colored light can be generated, for example, by certain LEDs with or without a fluorescent layer. The generation of colored light by means of one or more RGB LEDs would also be conceivable. It would also be conceivable, for example, to design the semiconductor light sources as laser diodes or OLEDs.
  • a series connection of several semiconductor light sources has the advantage that only one power source is required for the semiconductor light sources.
  • Motor vehicle headlights with several LEDs arranged like a matrix in several rows and / or columns include a buck converter that generates the current for the LEDs, and semiconductor switches that are arranged in the bypass circuits parallel to the LEDs, to bridge this.
  • the buck converter has a smoothing capacitor to reduce the LED current overshoots (so-called current ripple).
  • current overshoots must not exceed a certain level.
  • the maximum permissible value of the LED operating current should never be exceeded. This can be caused by the discharge of the smoothing capacitor when switching the semiconductor switch or the LEDs.
  • a lighting device with a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning is, for example EP 1 322 139 A1 known. It is proposed there to arrange a passively controlling bypass circuit with a controllable semiconductor switch arranged therein parallel to each semiconductor light source of a series circuit.
  • the electrical wiring and control of the semiconductor switch ensures that if an electrical connection via one of the semiconductor light sources is interrupted (e.g. due to a defect in the semiconductor light source), the semiconductor switch in the corresponding bypass circuit is controlled so that the electrical connection via the bypass -Circuit is closed. This ensures that in the event of a defect in a semiconductor light source in the series circuit, the remaining semiconductor light sources in the series circuit continue to be supplied with current.
  • active control of the semiconductor switches for the targeted control of the current flowing via the corresponding bypass circuit or the corresponding semiconductor light source is not possible.
  • a lighting device with a circuit arrangement of the type mentioned is also from DE 10 2006 031 679 A1 known. It is proposed there to arrange an actively controllable bypass circuit parallel to each semiconductor light source of a series circuit.
  • An actively controllable semiconductor switch (for example a field effect transistor), by means of which the corresponding semiconductor light source can be bridged at least temporarily, is arranged in each of the bypass circuits.
  • the semiconductor switches of the bypass circuits are each activated by means of a PWM signal, so that the activated semiconductor switch, depending on the level of the PWM signal, either enables a current flow via the corresponding bypass circuit (semiconductor switch closed) or interrupts it (semiconductor switch open).
  • duty cycle proportion of the high level of a PWM signal per period in relation to the duration of the period
  • the current flowing through the LED can be changed via the switch-on duration (the so-called duty cycle: proportion of the high level of a PWM signal per period in relation to the duration of the period) of the control signal. If a 1 A current is to be reduced to 0.1 A, this can be done, for example, by a duty cycle of 10%.
  • the present invention is based on the object of designing and developing a circuit arrangement of the type mentioned at the outset such that longer-term, dimmed operation of at least one semiconductor light source of a series connection of several semiconductor light sources is possible without the need for a permanent control signal.
  • circuit arrangement having the features of claim 1 is proposed.
  • the circuit arrangement have a configurable current sink which is arranged in the bypass circuit and designed to absorb a portion of a current generated by the current source, so that the semiconductor light source to which the Bypass circuit is connected in parallel, an operating current flows which is less than the current generated by the power source.
  • the circuit arrangement according to the invention is optimized for the operating case of a constant dimming value of one or more semiconductor light sources in a series circuit.
  • the dimming values of individual semiconductor light sources in the series connection can differ from one another. It is particularly advantageous that the circuit arrangement no longer requires a control signal to control a semiconductor switch arranged in the bypass circuit, since the circuit regulates itself.
  • the semiconductor light sources, which have a bypass circuit are dimmed analog and no longer digital. This advantageously leads to an extension of the service life of the semiconductor light sources. Since there is no PWM control, there are no current overshoots. Additional electrical components for current smoothing, e.g. in the form of a smoothing capacitor can be dispensed with.
  • the circuit arrangement according to the invention can be implemented more favorably overall and offers advantages in terms of EMC compatibility.
  • small currents e.g. in the range ⁇ 100 mA
  • RGB LEDs the analog dimming of individual or all semiconductor light sources of the series circuit proposed according to the invention can be advantageous.
  • a dimmed semiconductor light source shines less brightly and / or in a different color.
  • the current flowing through the bypass circuit into the current sink is preferably converted into heat.
  • the current sink can be configured by equipping the bypass circuit with corresponding electrical and / or electronic components.
  • the portion of the current flowing via the current sink and thus also the current flowing via the corresponding semiconductor light source is permanently set without a control signal being required or without a control signal having to be constantly applied.
  • the current sink comprises a series connection of a voltage regulator and an ohmic resistor.
  • the voltage regulator preferably comprises an input connection, an output connection and a voltage regulator connection (Adjust).
  • the input is connected to the anode of the semiconductor light source and the output is connected to a first contact of the ohmic resistor.
  • the second contact of the ohmic resistor rests on the cathode of the semiconductor light source.
  • the voltage regulator connection is also connected to the cathode.
  • the voltage regulator is designed to regulate a voltage between the output and the voltage regulator connection to a predeterminable value, for example 1.25 V.
  • the ohmic resistance is preferably a reference resistance through which the current sink can be set.
  • the regulated voltage of the voltage regulator is applied to the ohmic resistor.
  • This current component therefore does not flow via the semiconductor light source and leads to a corresponding dimming.
  • the degree of dimming is fixed by the choice of electrical or electronic components, in particular the voltage regulator and the reference resistor. With a given voltage regulator, the degree of dimming is defined in particular by the reference resistor and is maintained over a longer period of time even without a control signal, since the current sink 30 in the bypass circuit 18 regulates itself.
  • the current sink comprises an adjustable transistor, preferably in the form of a power transistor.
  • the transistor is preferably of the npn type.
  • the collector connection of the transistor is preferably connected to the anode of the semiconductor light source and the emitter connection of the transistor is connected to the cathode of the semiconductor light source.
  • the current sink is a first ohmic one Resistance in a collector-emitter path of the transistor, in particular between the emitter connection of the transistor and the cathode of the semiconductor light source, comprises.
  • the first ohmic resistor is preferably a reference resistor, through which the current sink can be configured, ie through which the collector-emitter current flowing through the bypass circuit can be set.
  • a corresponding resistor could also be arranged between the collector connection of the transistor and the anode of the semiconductor light source.
  • the current sink has an element for specifying, in particular for regulating, a static reference voltage applied to the first ohmic resistor, by means of which the current flowing through the collector-emitter path of the transistor can be statically set.
  • the element for specifying the reference voltage preferably comprises an adjustable shunt regulator (so-called adjustable shunt regulator).
  • the current sink can comprise a series connection of the shunt regulator and a second ohmic resistor.
  • a base connection of the transistor is preferably connected between a cathode connection of the shunt regulator and a first connection contact of the second ohmic resistor, a collector connection of the transistor is connected to a second connection contact of the second ohmic resistor, and an emitter connection of the transistor is connected a reference connection of the shunt regulator and a first connection contact of the first ohmic resistor and an anode connection of the shunt regulator to a second connection contact of the first ohmic resistor.
  • the collector connection of the transistor is connected to the anode of the semiconductor light source, and the anode connection of the shunt regulator is connected to the cathode of the semiconductor light source.
  • the adjustable shunt regulator provides a regulated reference voltage, eg any value between 2.5 V and 36 V, with high accuracy and keeps it constant.
  • the reference voltage is applied to the first resistor, which serves as a reference resistor, and sets a defined resulting collector-emitter current I BP in the bypass circuit.
  • This Current component I BP therefore does not flow through the semiconductor light source and dims it accordingly.
  • the degree of dimming is fixed by the choice of electrical or electronic components. With a given shunt regulator or with a reference voltage given by it, the degree of dimming is defined in particular by the reference resistor and is maintained over a longer period of time even without a control signal.
  • the current sink have a circuit for setting the collector-emitter current through the bypass circuit, through which the current flowing through the collector-emitter path of the transistor can be set.
  • the setting of the collector-emitter current flowing through the bypass circuit and thus also the dimming of the corresponding semiconductor light source takes place for a longer period of time even without a continuously applied control signal.
  • the circuit for setting the collector-emitter current is designed to set the current flowing through the collector-emitter path of the transistor between 0% and 100% of the current supplied by the current source of the series circuit. This means that the collector-emitter current and thus also the current flowing through the corresponding semiconductor light source can be set to a desired value through the circuit.
  • a first group of semiconductor light sources for a white daytime running light and a second group of semiconductor light sources for a yellow or orange flashing light are arranged in a series connection
  • the semiconductor light sources of the two groups have to be operated with different currents, although they are arranged in a common series circuit.
  • the current supplied by the current source corresponds to the current required by the semiconductor light sources with the higher operating current, and a part of the current supplied by the current source for the semiconductor light sources with the lower operating current through the corresponding, the bypass circuits assigned to the semiconductor light sources flows into the current sink, so that a lower operating current flows through these semiconductor light sources.
  • the daytime running lights can be dimmed or switched off completely in situations in which the turn signal is activated. This can be achieved in that part of the current supplied by the current source in the case of the semiconductor light sources for the daytime running lights flows through the corresponding bypass circuits assigned to the semiconductor light sources into the current sink, so that less or no operating current flows through these semiconductor light sources for the daytime running lights.
  • the temporary dimming of the semiconductor light sources for the daytime running lights can be achieved by activating the transistor arranged in the bypass circuit by the circuit for setting the collector-emitter current.
  • the degree of dimming is configured by equipping the current sink with corresponding electrical and / or electronic components, for example by a specified reference voltage that is applied to a reference resistor and sets a corresponding current flow in the bypass circuit.
  • the circuit for setting the collector-emitter current advantageously comprises an operational amplifier whose output voltage or a voltage proportional to it is applied to a base terminal of the transistor, an input voltage of the operational amplifier being a difference between an externally adjustable reference voltage and a voltage of a digital signal , which represents switching through (low level of the digital signal) or blocking (high level of the digital signal) of the bypass circuit.
  • the digital signal can also be dispensed with, in which case the second input of the operational amplifier should then be permanently on the low level.
  • the current flowing through the bypass circuit can be adjusted in an analog manner by means of the reference voltage. Whether the set current then actually flows through the bypass circuit or not is determined by the level applied to the second input or the digital signal. Via the reference voltage at the input of the operational amplifier, the output voltage of the operational amplifier and thus ultimately the collector-emitter current in the bypass circuit can be set in the long term.
  • a continuously applied control signal in particular a PWM signal, is not required for this.
  • the operational amplifier preferably generates the control signal at its output, which causes the transistor to turn on so that a collector-emitter current can flow through the bypass circuit.
  • the control signal During a high level of the digital signal, no control signal would be present at the output of the operational amplifier or this would not lead to the transistor being switched through.
  • the series connection of the semiconductor light sources comprises a red light emitting first semiconductor light source, a green light emitting second semiconductor light source and a blue light emitting third semiconductor light source, with at least two of the semiconductor light sources each through one parallel to the corresponding semiconductor light source switched bypass circuit with a current sink arranged therein can be bridged.
  • the red, green and blue semiconductor light sources can be part of an RGB light emitting diode (LED).
  • the light emitted by the individual semiconductor light sources is superimposed on the light of a certain color emitted by the RGB LED. The color of the light is determined by the brightness of the individual semiconductor light sources.
  • One or more RGB LEDs can in turn be part of a motor vehicle light that emits light of a specific color to implement a specific lighting function.
  • a specific color of the light emitted by the RGB-LED can be set.
  • the series connection of the semiconductor light sources comprises a first group of semiconductor light sources for generating a first light function and a second group of semiconductor light sources for generating a second light function, at least the semiconductor light sources of one of the groups each through a bypass circuit connected in parallel to the corresponding semiconductor light source with a current sink arranged therein can be bridged.
  • the first group of semiconductor light sources is used, for example, to generate a white daytime running light
  • the second group of semiconductor light sources is used, for example, to generate a yellow / orange flashing light.
  • the semiconductor light sources of one of the groups can have a lower operating current than the semiconductor light sources of the other group.
  • the semiconductor light sources for generating the turn signal can have a lower operating current than the semiconductor light sources for generating the daytime running lights.
  • the current supplied by the current source preferably corresponds to the higher operating current of the semiconductor light sources for generating the daytime running lights.
  • the semiconductor light sources for generating the flashing light are each assigned a bypass circuit via which part of the current supplied by the current source can flow so that the lower operating current flows through the corresponding semiconductor light sources.
  • the present invention also relates to a lighting device of a motor vehicle having the features of claim 14.
  • the lighting device of the type mentioned at the beginning has a circuit arrangement according to the invention.
  • a lighting device is shown in the form of a motor vehicle headlight. It would also be conceivable to realize the lighting device as any motor vehicle light, for example a rear light or a side light.
  • the motor vehicle light can be arranged in a separate housing or in the same housing as a motor vehicle headlight.
  • the motor vehicle headlight is designated in its entirety with the reference number 101.
  • the headlight 101 comprises a housing 102, which is preferably made of plastic.
  • the headlight housing 102 In a light exit direction 103, the headlight housing 102 has a light exit opening which is closed by a transparent cover plate 104.
  • the cover plate 104 is made of colorless plastic or glass.
  • the pane 104 can be designed as a so-called clear pane without optically effective profiles.
  • the disk 104 can be provided with optically effective profiles (for example cylindrical lenses or prisms) at least in certain areas, which cause the light passing through to be scattered, preferably in the horizontal direction.
  • the headlight 101 is provided for installation on an attachment side of a motor vehicle.
  • Headlights 101 which are arranged on different attachment sides of the motor vehicle, form a motor vehicle lighting arrangement.
  • the headlights 101 installed on different attachment sides are preferably designed to be mirror-symmetrical to one another with regard to their general geometrical external appearance.
  • two light modules 105, 106 are arranged inside the headlight housing 102.
  • the light modules 105, 106 are arranged in a fixed or movable manner relative to the housing 102.
  • a dynamic cornering light function can be implemented.
  • the light modules 105, 106 move about a horizontal axis, that is to say in a vertical direction, a headlight range control can be implemented.
  • more or fewer than the two light modules 105, 106 shown can also be provided in the headlight housing 102.
  • One or more of the light modules 105, 106 can be designed to generate different light distributions, for example a low beam, a high beam and a partial high beam or parts thereof (e.g. a low beam base light, a low beam spot, a high beam base light, a high beam spot, etc.). It is conceivable that the light distributions of the light modules 105, 106 of headlights 101 arranged on different attachment sides of the motor vehicle complement each other to form the resulting light distribution of the lighting arrangement.
  • a control unit 107 can be arranged in a control unit housing 108 on the outside of the headlight housing 102.
  • the control unit 107 can also be arranged at any other point on the headlight 101.
  • a separate control device can be provided for each of the light modules 105, 106, wherein the control devices can be an integral part of the light modules 105, 106.
  • the control unit 107 can also be arranged remotely from the headlight 101, for example in the engine compartment of the motor vehicle.
  • the control device 107 is used to control and / or regulate the light modules 105, 106 or subcomponents of the light modules 105, 106, such as light and / or radiation sources of the light modules 105, 106 or Actuators (eg electromagnets, electric motors, piezo actuators) for realizing a movement of the light modules 105, 106 relative to the housing 102.
  • the control of the light modules 105, 106 or the subcomponents by the control unit 107 takes place via connecting lines 110, which are shown in Figure 1 are shown only symbolically by a dashed line.
  • the light modules 105, 106 can also be supplied with electrical energy via the lines 110.
  • the lines 110 are routed from the interior of the headlight 101 through an opening in the headlight housing 102 into the control device housing 108 and are connected there to the circuit of the control device 107. If control devices are provided as an integral part of the light modules 105, 106, the lines 110 and the opening in the headlight housing 102 can be omitted.
  • the control device 107 comprises a plug element 109 for connecting a connection cable to a higher-level control unit (for example in the form of a so-called body controller unit) and / or an energy source (for example in the form of the vehicle battery).
  • one or more lamp modules 111 for generating one or more lamp functions are also arranged in the housing 102.
  • the light functions can be, for example, daytime running lights, indicators, position lights, parking lights, parking lights or the like be.
  • the light functions can also be a rear light, a brake light, a reversing light, a rear fog light or the like.
  • the light function is, for example, a side marker light.
  • One or more of the light modules 105, 106 and / or the lamp module 111 can be semiconductor light sources 16 (cf. Figure 2 or Figure 3 ) for emitting the light for the light distribution of the headlight 101 or for the lighting function.
  • the emitted light passes through the cover plate 104 - possibly with the assistance of optical elements (not shown) of the lighting device 101 - to generate at least one light function of the lighting device 101.
  • the optical elements can include, for example, light guides, auxiliary optics, bundling optics, lenses, reflectors and / or beam diaphragms.
  • the semiconductor light sources 16 are preferably designed as light emitting diodes (LEDs). However, a different configuration of the semiconductor light sources 16, for example as laser diodes and / or as OLEDs, would also be conceivable.
  • a plurality of semiconductor light sources 16 are preferably arranged in a circuit arrangement 10 according to the invention in a common series circuit 12 and have a common current source 14 for generating a constant current.
  • the current source 14 includes, for example, a buck converter (so-called buck converter).
  • the semiconductor light sources 16 of the series circuit 12 may be necessary to operate with a lower current than other semiconductor light sources 16 of the series circuit 12. Therefore, in the prior art (cf. Figure 8 ) at least one of the semiconductor light sources 16 of the circuit arrangement 10 has a bypass circuit 18 with a controllable semiconductor switch 20 arranged therein.
  • the series circuit 12 comprises three semiconductor light sources 16.1, 16.2 and 16.m.
  • the series circuit 12 can also include any other number (between two and very many) of semiconductor light sources 16.
  • the decisive factor for the maximum number of semiconductor light sources 16 in the series circuit 12 is that the current source 14 (in Figure 8 not shown) generates a sufficiently large current I to supply all semiconductor light sources 16.
  • each semiconductor light source 16 has a corresponding bypass circuit 18 so that individual dimming of each semiconductor light source 16 is possible.
  • the bypass circuits 18 are arranged parallel to the corresponding semiconductor light sources 16 and can bypass them.
  • the semiconductor switches 20 can, for example, be designed as transistors, in particular as power transistors.
  • the semiconductor switches 20 can be controlled by a digital control signal 22, so that they either switch through the corresponding bypass circuit 18 (ie bypass the corresponding semiconductor light source 16 so that the entire current supplied by the current source 14 flows through the bypass circuit 18) or the Interrupt the bypass circuit 18, so that the entire current supplied by the current source 14 flows through the semiconductor light source 16.
  • the digital control signal 22 for a semiconductor switch 20 is generated from a switching signal 26, for example by means of a level converter 24 (so-called level shifter).
  • the switching signal 26 is, for example, a pulse-width-modulated (PWM) signal, the switch-on duration (so-called duty cycle) of which determines the degree of dimming of the corresponding semiconductor light source 16.
  • PWM pulse-width-modulated
  • a switching signal 26 must therefore be constantly present. This is particularly problematic in the case of long-term dimmed operation of the semiconductor light sources 16.
  • the digital control of the semiconductor switch 20 due to current overshoots (so-called current ripples) gives rise to problems with regard to the electromagnetic compatibility (EMC) of the circuit arrangement 10.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the circuit arrangement 10 has advantages over the prior art, in particular in the case of long-term dimming of semiconductor light sources 16, since the current sink 30 in the bypass circuit 18 is fixedly configured or self-regulating. This means that a permanently applied control signal 22, in particular no PWM signal, is required. Dispensing with a PWM control signal leads to a reduction in current overshoots and an improvement in the EMC properties of the circuit arrangement 10.
  • the analog dimming of the semiconductor light sources 16 reduces the maximum current I LED in a semiconductor light source 16, which increases the service life of the semiconductor light sources 16 extended. Analog dimming can be particularly advantageous for small currents ( ⁇ 100 mA) and RGB LEDs.
  • the proposed circuit arrangement 10 can be implemented particularly favorably.
  • FIG 2 a simplified schematic representation of the circuit arrangement 10 according to the invention is shown.
  • This comprises the series connection 12 of a plurality of semiconductor light sources 16 and bypass circuits 18 connected in parallel to each semiconductor light source 16, in each of which a current sink 30 is arranged.
  • a common current source 14, which preferably comprises a Buck converter, is provided for the series circuit 12.
  • part I BP of the current I supplied by the current source 14 flows through the bypass circuit 18 into the current sink 30, where it is preferably converted into heat and the heat is released to the environment. Only the remaining part I LED of the total current I flows through the semiconductor light source 16.
  • the current sinks 30 can be configured differently, so that operating currents I LED of different sizes flow through the individual semiconductor light sources 16.
  • a series circuit 12 of a plurality of semiconductor light sources 16 is shown by way of example, some of which are provided with parallel current sinks 30.
  • the series circuit 12 has a common current source 14.
  • the example from Figure 3 shows an RGB-LED with three individual semiconductor light sources 16 in the form of LED chips for emitting red, green and blue light. The color of the light emitted by the RGB-LED results from an overlay or optical color mixture of the red, green and blue light emitted by the individual LED chips 16.
  • the present invention is based on the idea of using a configurable current sink 30 instead of a parallel semiconductor switch 20 to be controlled by means of a PWM signal in order to be able to dispense with a control signal 22 or a control signal 26.
  • a configurable current sink 30 instead of a parallel semiconductor switch 20 to be controlled by means of a PWM signal in order to be able to dispense with a control signal 22 or a control signal 26.
  • this saves the control circuit for generating a control signal, in particular a PWM signal.
  • Various circuits known per se or novel circuits can be used to implement the current sink 30.
  • the aim of the invention is to provide a plurality of semiconductor light sources 16 in series (fed from a common current source 14) with a constant, however, from one another to operate different current I LED without a constantly applied control signal, in particular a PWM signal, is required.
  • Figure 4 shows a simplified schematic representation of a semiconductor light source 16 of a circuit arrangement 10 according to the invention with a bypass circuit 18 connected in parallel to the semiconductor light source 16 and a current sink 30 arranged therein.
  • the current sink 30 is, for example, by equipping the bypass circuit 18 with corresponding electrical and / or configurable electronic components.
  • the portion I BP of the total current I flowing in the bypass circuit 18 and thus also the current I LED flowing through the corresponding semiconductor light source 16 is permanently set without the need for a control signal or without a control signal having to be constantly applied.
  • the bypass circuit 18 comprises a series connection of a voltage regulator 32 and an ohmic resistor 34.
  • the voltage regulator 32 preferably has an input terminal V in , an output terminal V out and a voltage regulator terminal Adj.
  • the input V in is at the anode A of the semiconductor light source 16, and the output V out is applied to a first contact of the ohmic resistor 34.
  • the second contact of the ohmic resistor 34 rests on the cathode K of the semiconductor light source 16.
  • the voltage regulator connection Adj is also connected to the cathode K.
  • the voltage regulator 32 is designed to regulate a voltage U between the output V out and the voltage regulator connection Adj to a predefinable value, for example 1.25 V.
  • the ohmic resistor 34 serves as a reference resistor by means of which the current sink 30 can be configured.
  • the regulated voltage U of the voltage regulator 32 is applied to the reference resistor 34.
  • the degree of dimming is determined by the choice of electrical or electronic components, in particular the voltage regulator 32 and the reference resistor 34, permanently configured. With a given reference voltage U, it is defined in particular by the reference resistor 34 and is maintained over a longer period of time even without a control signal, since the circuit of the current sink 30 is self-regulating.
  • the voltage regulator 32 may, for example, be of the LM317 type from National Semiconductor Corp. that is suitable for currents up to 1.5 A. For higher currents, a voltage regulator of the type LM150 (up to 3 A) or LM338 (up to 5 A) can be used. Of course, other voltage regulators 32 can also be used.
  • the current sink 30 comprises an adjustable transistor 36, preferably in the form of a power transistor, which is arranged with a collector connection C and an emitter connection E in the bypass circuit 18.
  • the transistor 36 is preferably of the npn type.
  • the collector connection C of the transistor 36 is preferably connected to the anode A of the semiconductor light source 16 and the emitter connection E of the transistor 36 is at least indirectly connected to the cathode K of the semiconductor light source 16.
  • the current sink 30 comprises a first ohmic resistor 38 in the bypass circuit 18, in particular between the emitter connection E of the transistor 36 and the cathode K of the semiconductor light source 16.
  • the first ohmic resistor 38 preferably serves as a reference resistor, by means of which the current sink 30 can be configured, ie by means of which the collector-emitter current I BP can be set through the bypass circuit 18.
  • a corresponding resistor could also be arranged between the collector connection C of the transistor 36 and the anode A of the semiconductor light source 16.
  • the current sink 30 can have an element 40 for specifying a static reference voltage V ref which is applied to the first ohmic resistor 38 and by which the collector-emitter current I BP of the transistor 36 can be set by the bypass circuit 18.
  • the element 40 preferably comprises for specifying the static reference voltage V ref an adjustable shunt regulator (so-called adjustable shunt regulator).
  • a second ohmic resistor 42 can be arranged, which is connected on the one hand to a cathode terminal K of the regulator 40 and on the other hand to the anode A of the semiconductor light source 16 or the collector terminal C of the transistor 36.
  • a base connection B of the transistor 36 is then preferably connected between the cathode connection K of the shunt regulator 40 and a first connection contact of the second ohmic resistor 42, and a collector connection C of the transistor 36 is connected to a second connection contact of the second ohmic resistor 42 an emitter connection E of the transistor 36 to the reference connection V ref of the shunt regulator 40 and to a first connection contact of the first ohmic resistor 38 and an anode connection A of the shunt regulator 40 to a second connection contact of the first ohmic resistor 38 at.
  • the shunt regulator 40 specifies a regulated reference voltage V ref , for example any value between 2.5 V and 36 V, with high accuracy and keeps it constant.
  • the voltage V ref is applied to the first resistor 38, which serves as a reference resistor, and sets a defined resulting collector-emitter current I BP in the bypass circuit 18.
  • This current component I BP therefore does not flow through the semiconductor light source 16 and causes the semiconductor light source 16 to be dimmed accordingly.
  • the degree of dimming is determined by the selection of the electrical or electronic components, in particular by the shunt regulator 40 or the reference voltage V specified by it ref and the reference resistor 38, fixedly predetermined.
  • the degree of dimming is defined in particular by the resistance value of the reference resistor 38 and is maintained over a longer period of time even without a control signal, since the circuit of the current sink 30 is self-regulating.
  • the adjustable shunt regulator 40 can be of the type TL431 or TL432 from Texas Instruments Inc. or one of the many variants (for example TLVH431, LMV431). Another adjustable shunt regulator can also be used by another Manufacturers are used (e.g. LT1004 from Analog Devices Inc., TS431 from Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd., TL431 from NXP Semiconductors NV, now nexperia BV).
  • the shunt regulator 40 of the type TL431 from Texas Instruments is ideally suited as a current sink 30.
  • the second resistor 42 is to be dimensioned such that sufficient current I B is available for the base connection B of the transistor 36 and for the shunt regulator 40.
  • the current I B for transistor 36 can be estimated as I B / ⁇ , where ⁇ is a current gain factor of transistor 36.
  • the shunt regulator 40 works in principle like an adjustable Zener or Z diode. With a voltage divider at the reference input, the output voltage V ref can be continuously adjusted between approx. 2.5 V and 36 V.
  • the current sink 30 or the current I BP flowing through the bypass circuit 18 can be set not only via the built-in electrical and / or electronic components, but also via the specification of a corresponding control signal, in particular an externally adjustable reference voltage REF in .
  • the current sink 30 has a circuit for setting the collector-emitter current I BP .
  • the circuit can control the transistor 36 so that it turns on or off, and can use a variable reference voltage to set the collector-emitter current I BP that flows through the bypass circuit 18 when the transistor 36 turns on.
  • Emitter current I BP and thus also the dimming of the corresponding semiconductor light source 16 takes place here for a longer period of time even without a continuously applied control signal, in particular without a PWM signal.
  • the circuit for setting the collector-emitter current I BP is designed to set the collector-emitter current I BP between 0% and 100% of the total current I supplied by the current source 14.
  • the circuit for setting the collector-emitter current I BP comprises, for example.
  • An operational amplifier 44 whose Output V out applied output voltage or a voltage proportional thereto is applied to the base connection B of the transistor 36.
  • An input voltage of the operational amplifier 44 is given by a difference between the reference voltage REF in and a voltage HI_LO of a digital signal which represents switching through (low level of the digital signal) or blocking (high level of the digital signal) of the transistor 36.
  • the reference voltage is preferably applied to the non-inverting input “+” of the operational amplifier 44 and the voltage of the digital signal HI_LO is applied to the inverting input “-” of the operational amplifier 44.
  • An operating voltage is applied to terminals + Ub and -Ub of operational amplifier 44.
  • the digital signal HI_LO can also be dispensed with, the inverting input '-' of the operational amplifier 44 then having to be permanently at the low level so that the transistor 36 turns on and the current I BP flowing through the bypass circuit 18 through the applied reference voltage REF can be set in analog.
  • the reference voltage REF in is preferably proportional to the collector-emitter current I BP in the bypass circuit 18. Whether or not the set current I BP then actually flows through the bypass circuit 18 is determined by the input at the inverting input '- 'of the operational amplifier 44 determined level.
  • the output voltage V out of the operational amplifier 44 and thus ultimately the collector-emitter current I BP in the bypass circuit 18 can be set on a long-term basis via the reference voltage REF in .
  • the size of the set current I BP can also be dependent on further electrical components of the circuit for setting the collector-emitter current I BP .
  • These further components include, for example, a first resistor 46 (for level adjustment) between the output V out of the operational amplifier 44 and the base connection B of the transistor 36, a second resistor 48 between the emitter connection E of the transistor 36 and the inverting input ' - 'of the operational amplifier 44 and / or a capacitor 50 between the output V out and the inverting input' - 'of the operational amplifier 44.
  • the circuit for setting the collector-emitter current I BP works like a linear current regulator with an operational amplifier. A control signal that is constantly present, in particular a PWM signal, is not required.
  • the series circuit 12 of the semiconductor light sources 16 comprises a red light emitting first semiconductor light source 16.1, a green light emitting second semiconductor light source 16.2 and a blue light emitting third semiconductor light source 16.3, two of the semiconductor light sources 16 each through one to the corresponding semiconductor light source 16 bypass circuit 18 connected in parallel with current sink 30 arranged therein can be bridged.
  • the red, green and blue semiconductor light sources 16.1, 16.2, 16.3 can be part of an RGB light-emitting diode (LED). The light emitted by the individual semiconductor light sources 16.1, 16.2, 16.3 is superimposed on the light of a specific color emitted by the RGB-LED.
  • the color of the light is determined by the brightness of the individual semiconductor light sources 16.1, 16.2, 16.3.
  • One or more RGB LEDs can in turn be part of a motor vehicle light that emits light of a specific color in a specific light function (e.g. daytime running lights, reversing lights, flashing lights, side marker lights, rear lights, brake lights, rear fog lights).
  • a specific light function e.g. daytime running lights, reversing lights, flashing lights, side marker lights, rear lights, brake lights, rear fog lights.
  • a bypass circuit 18 with a current sink 30 arranged therein is connected in parallel to the green semiconductor light source 16.2 and to the blue semiconductor light source 16.3.
  • the aim of the invention is to operate several semiconductor light sources 16 in series (fed from a common current source 14) with a constant but different current I LED (or in this example I red , I green and I blue ) so that the RGB -LED emits light of a desired color.
  • the setting of the current I BP1 or I BP2 flowing through the bypass circuits 18 takes place through the design of the respective current sink 30 according to one of the examples described above or through another suitable design of the current sink 30.
  • the series connection 12 of the semiconductor light sources 16 have a first group of semiconductor light sources 16 for generating a first light function (e.g. the semiconductor light sources 16.1 and 16.2) and a second group of semiconductor light sources 16 for generating a second light function (e.g. the semiconductor light source (s) 16. m), wherein at least the semiconductor light sources 16 of one of the groups each by a bypass circuit 18 connected in parallel to the corresponding semiconductor light source 16 current sink 30 arranged therein can be bridged.
  • the groups can each include one or more semiconductor light sources 16.
  • the semiconductor light sources 16 of both groups are each bridged with a parallel-connected bypass circuit 18 with a current sink 30 arranged therein.
  • the first group of semiconductor light sources 16.1, 16.2 is used, for example, to generate a white daytime running light
  • the second group of semiconductor light sources 16.m is used, for example, to generate a yellow / orange flashing light.
  • the semiconductor light sources 16.m of one of the groups have a lower operating current than the semiconductor light sources 16.1, 16.2 of the other group.
  • the semiconductor light sources 16.m for generating the flashing light can have a lower operating current than the semiconductor light sources 16.1, 16.2 for generating the daytime running lights.
  • the current I supplied by the current source 14 and flowing through the series circuit 12 preferably corresponds to the higher operating current of the semiconductor light sources 16.1, 16.2 for generating the daytime running lights, so that these semiconductor light sources 16.1, 16.2 do not have a bypass circuit 18 with a current sink 30 arranged therein could.
  • all the semiconductor light sources 16 of the series circuit 12 each have a parallel-connected bypass circuit 18 with a current sink 30 arranged therein. This is useful, for example, when the current source 14 supplies a current I that is greater than the operating current I LED of all semiconductor light sources 16.
  • the current sinks 30 are set in such a way that a current I BP flows via the bypass circuits 18, so that a current corresponding to the operating current I LED is established and flows through the semiconductor light sources 16.
  • the operating current I LED1 , I LED2 of the semiconductor light sources 16.1, 16.2 of the first group is greater than the operating current I LEDm of the semiconductor light source (s) 16.m of the second group.
  • the current sinks 30 are set in such a way that the current I BP1 , I BP2 flowing through the bypass circuits 18 of the first group of semiconductor light sources 16.1, 16.2 is greater as the current I BPm flowing through the bypass circuit (s) 18 of the second group of semiconductor light source (s) 16.m.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) einer Beleuchtungseinrichtung (101), vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei in Reihe geschalteten und an eine gemeinsame Stromquelle (14) angeschlossenen Halbleiterlichtquellen (16), wobei parallel zu mindestens einer Halbleiterlichtquelle (16) der Halbleiterlichtquellen (16) eine Bypass-Schaltung (18) geschaltet ist, durch welche die Halbleiterlichtquelle (16) überbrückbar ist. Um einen längerfristigen gedimmten Betrieb der Halbleiterlichtquelle (16) ohne ständig anliegendes Ansteuersignal (22) zu ermöglichen und um EMV-Eigenschaften der Schaltungsanordnung (10) zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung (10) eine konfigurierbare Stromsenke (30) aufweist, die in der Bypass-Schaltung (18) angeordnet und ausgebildet ist, einen Anteil (I<sub>BP</sub>) eines von der Stromquelle (14) erzeugten Stroms (I) aufzunehmen, so dass durch die Halbleiterlichtquelle (16), zu der die Bypass-Schaltung (18) parallel geschaltet ist, ein Betriebsstrom (I<sub>LED</sub>) fließt, der geringer als der von der Stromquelle (14) erzeugte Strom (I) ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung einer Beleuchtungseinrichtung, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei in Reihe geschalteten und an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossenen Halbleiterlichtquellen. Parallel zu mindestens einer Halbleiterlichtquelle der Halbleiterlichtquellen ist eine Bypass-Schaltung geschaltet, durch welche die Halbleiterlichtquelle überbrückbar ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse ausgebildeten und durch eine Abdeckscheibe verschlossenen Lichtaustrittsöffnung, und mit in dem Gehäuse angeordneten Halbleiterlichtquellen zum Emittieren von Licht. Die Beleuchtungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass das von den Halbleiterlichtquellen emittierte Licht, gegebenenfalls unter Mitwirkung von optischen Elementen der Beleuchtungseinrichtung, zur Erzeugung mindestens einer Lichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung durch die Abdeckscheibe hindurchtritt.
  • Die Halbleiterlichtquellen sind üblicherweise als Leuchtdioden (LEDs) ausgebildet. Für eine Scheinwerferfunktion (z.B. Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht, Teilfernlicht, Stadtlicht, Landstraßenlicht, Autobahnlicht, Kurvenlicht) sind sie vorzugsweise als Hochleistungs-LEDs ausgebildet, die weißes Licht aussenden. Weißes Licht kann bspw. durch Überlagern von blauem Licht eines LED-Chips und gelbem Licht einer Fluoreszenzschicht (z.B. Phosphor) erzeugt werden, auf die ein Teil des blauen Lichts trifft und in gelbes Licht umgewandelt wird. Alternativ können auch sog. RGB-LEDs eingesetzt werden, die rotes, grünes und blaues Licht erzeugen, das zur Erzeugung von weißem oder anders farbigem Licht überlagert wird, so dass es zu einer additiven Farbmischung kommt. Für Leuchtenfunktionen (z.B. Tagfahrlicht, Rückfahrscheinwerferlicht, Blinklicht, Seitenmarkierungslicht, Rücklicht, Bremslicht, Nebelrücklicht) sind die Halbleiterlichtquellen vorzugsweise als LEDs ausgebildet, die weißes, gelbes (oranges) oder rotes Licht aussenden. Farbiges Licht kann bspw. durch bestimmte LEDs mit oder ohne Fluoreszenzschicht erzeugt werden. Denkbar wäre auch die Erzeugung von farbigem Licht mittels einer oder mehrerer RGB-LEDs. Denkbar wäre bspw. auch eine Ausgestaltung der Halbleiterlichtquellen als Laserdioden oder OLEDs.
  • Eine Reihenschaltung mehrerer Halbleiterlichtquellen hat den Vorteil, dass nur eine Stromquelle für die Halbleiterlichtquellen erforderlich ist. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit mehreren matrixartig in mehreren Reihen und/oder Spalten angeordneten LEDs (sog. LED-Pixelsysteme) umfassen einen Buck-Converter, der den Strom für die LEDs erzeugt, und Halbleiterschalter, die in den Bypass-Schaltungen parallel zu den LEDs angeordnet sind, um diese zu überbrücken. Der Buck-Converter besitzt zur Reduzierung der LED-Stromüberschwinger (sog. Stromrippel) einen Glättungskondensator. Stromüberschwinger dürfen aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ein bestimmtes Maß nicht überschreiten. Ferner sollte der maximal zulässige Wert des LED-Betriebsstroms keinesfalls überschritten werden. Dies kann u.U. beim Schalten der Halbleiterschalter bzw. der LEDs durch Entladen des Glättungskondensators verursacht werden.
  • Eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist bspw. aus der EP 1 322 139 A1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, parallel zu jeder Halbleiterlichtquelle einer Reihenschaltung eine passiv steuernde Bypass-Schaltung mit einem darin angeordneten ansteuerbaren Halbleiterschalter anzuordnen. Die elektrische Beschaltung und Ansteuerung des Halbleiterschalters sorgt dafür, dass falls eine elektrische Verbindung über eine der Halbleiterlichtquellen unterbrochen wird (bspw. aufgrund eines Defekts der Halbleiterlichtquelle), der Halbleiterschalter in der entsprechenden Bypass-Schaltung angesteuert wird, so dass die elektrische Verbindung über die Bypass-Schaltung geschlossen wird. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Defekt einer Halbleiterlichtquelle der Reihenschaltung die übrigen Halbleiterlichtquellen der Reihenschaltung weiterhin mit Strom versorgt werden. Eine aktive Ansteuerung der Halbleiterschalter zur gezielten Steuerung des über die entsprechende Bypass-Schaltung bzw. die entsprechende Halbleiterlichtquelle fließenden Stroms ist dabei jedoch nicht möglich.
  • Eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist ferner aus der DE 10 2006 031 679 A1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, parallel zu jeder Halbleiterlichtquelle einer Reihenschaltung eine aktiv steuerbare Bypass-Schaltung anzuordnen. In den Bypass-Schaltungen ist jeweils ein aktiv ansteuerbarer Halbleiterschalter (z.B. ein Feldeffekttransistor) angeordnet, durch den die entsprechende Halbleiterlichtquelle zumindest zeitweise überbrückt werden kann. Die Halbleiterschalter der Bypass-Schaltungen werden jeweils mittels eines PWM-Signals angesteuert, so dass der angesteuerte Halbleiterschalter in Abhängigkeit von dem Pegel des PWM-Signals einen Stromfluss über die entsprechende Bypass-Schaltung entweder ermöglicht (Halbleiterschalter geschlossen) oder unterbricht (Halbleiterschalter geöffnet). Die über die Zeit gemittelte Einschaltdauer (sog. Duty Cycle: Anteil des high-Pegels eines PWM-Signals pro Periode im Verhältnis zu der Dauer der Periode) des PWM-Signals bestimmt dabei die Größe des über die Bypass-Schaltung abfließenden Stroms und damit den Grad der Dimmung der entsprechenden Halbleiterlichtquelle.
  • Schließlich ist aus der DE 10 2016 120 100 A1 eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der in den Bypass-Schaltungen angeordnete Halbleiterschalter ebenfalls aktiv angesteuert werden können. Dabei erfolgt die Ansteuerung über Signalwandler, wobei jedem Halbleiterschalter ein eigener Signalwandler zugeordnet ist. Ein Signalwandler generiert aus einem Ansteuersignal ein entsprechendes Bypass-Steuersignal und legt dieses an einen Steuereingang des entsprechenden Halbleiterschalters an. Anders als bei einem PWM-Signal, können die Signalwandler die Flanken-Steilheit der Bypass-Steuersignale verringern und dadurch Stromspitzen des durch die Halbleiterlichtquellen fließenden Stroms reduzieren bzw. sogar vermeiden. Auch hier bewirkt die über die Zeit gemittelte Einschaltdauer des Bypass-Steuersignals die Größe des über die Bypass-Schaltung abfließenden Stroms und damit den Grad der Dimmung der entsprechenden Halbleiterlichtquelle.
  • Problematisch bei dem beschriebenen Stand der Technik gemäß der DE 10 2006 031 679 A1 und der DE 10 2016 120 100 A1 ist es, dass eine analoge Steuerung oder Regelung der Halbleiterschalter ohne zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand nicht möglich ist. Daher werden die Halbleiterschalter digital betrieben, d.h. sie werden ständig zwischen leitend und nicht-leitend hin und her geschaltet. Ein individuelles Dimmen der LEDs ist nur durch ein ständig anliegendes Ansteuersignal möglich. Dabei ist es besonders nachteilig, dass bei einem längerfristigen Betrieb einer der LEDs in einem gedimmten Zustand dauerhaft ein Ansteuersignal zur kontinuierlichen Ansteuerung des der gedimmten LED entsprechenden Halbleiterschalters erforderlich ist. Über die Einschaltdauer (den sog. Duty Cycle: Anteil des high-Pegels eines PWM-Signals pro Periode im Verhältnis zu der Dauer der Periode) des Ansteuersignals kann der durch die LED fließende Strom verändert werden. Wenn ein 1 A-Strom auf 0,1 A verringert werden soll, kann dies bspw. durch eine Einschaltdauer von 10% erfolgen.
  • Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass ein längerfristiger gedimmter Betrieb mindestens einer Halbleiterlichtquelle einer Reihenschaltung mehrerer Halbleiterlichtquellen möglich ist, ohne dass es eines dauerhaften Ansteuersignals bedarf.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird ausgehend von der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine konfigurierbare Stromsenke aufweist, die in der Bypass-Schaltung angeordnet und ausgebildet ist, einen Anteil eines von der Stromquelle erzeugten Stroms aufzunehmen, so dass durch die Halbleiterlichtquelle, zu der die Bypass-Schaltung parallel geschaltet ist, ein Betriebsstrom fließt, der geringer als der von der Stromquelle erzeugte Strom ist.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist für den Betriebsfall eines konstanten Dimmwerts einer oder mehrerer Halbleiterlichtquellen einer Reihenschaltung optimiert. Die Dimmwerte einzelner Halbleiterlichtquellen in der Reihenschaltung können sich voneinander unterscheiden. Von besonderem Vorteil ist es, dass bei der Schaltungsanordnung kein Ansteuersignal mehr benötigt wird, um einen in der Bypass-Schaltung angeordneten Halbleiterschalter anzusteuern, da sich die Schaltung selbst regelt. Die Halbleiterlichtquellen, die über eine Bypass-Schaltung verfügen, werden analog gedimmt und nicht mehr digital. Das führt in vorteilhafter Weise zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Halbleiterlichtquellen. Da auf eine PWM-Steuerung verzichtet wird, treten auch keine Stromüberschwinger auf. Auf zusätzliche elektrische Bauteile zur Stromglättung, z.B. in Form eines Glättungskondensators, kann verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann insgesamt günstiger realisiert werden und bietet Vorteile bezüglich der EMV-Verträglichkeit. Insbesondere bei kleinen Strömen (z.B. im Bereich < 100 mA) und bei RGB-LEDs kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene analoge Dimmen einzelner oder aller Halbleiterlichtquellen der Reihenschaltung von Vorteil sein. Eine gedimmte Halbleiterlichtquelle leuchtet weniger hell und/oder in einer anderen Farbe. Der durch die Bypass-Schaltung in die Stromsenke fließende Strom wird vorzugsweise in Wärme umgewandelt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Stromsenke durch eine Bestückung der Bypass-Schaltung mit entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen konfigurierbar ist. Je nach gewählten und verbauten Bauteilen der Schaltungsanordnung für die Stromsenke in der Bypass-Schaltung wird der über die Stromsenke fließende Anteil des Stroms und damit auch der über die entsprechende Halbleiterlichtquelle fließende Strom dauerhaft eingestellt, ohne dass es eines Ansteuersignals bedarf bzw. ohne dass ein Ansteuersignal ständig anliegen muss.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Stromsenke eine Reihenschaltung eines Spannungsreglers und eines ohmschen Widerstands umfasst. Der Spannungsregler umfasst vorzugsweise einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Spannungsregleranschluss (Adjust). Der Eingang liegt an der Anode der Halbleiterlichtquelle und der Ausgang an einem ersten Kontakt des ohmschen Widerstands an. Der zweite Kontakt des ohmschen Widerstands liegt an der Kathode der Halbleiterlichtquelle an. Der Spannungsregleranschluss liegt ebenfalls an der Kathode an. Der Spannungsregler ist ausgebildet, eine Spannung zwischen dem Ausgang und dem Spannungsregleranschluss auf einen vorgebbaren Wert, bspw. 1,25 V, zu regeln. Der ohmsche Widerstand ist vorzugsweise ein Referenzwiderstand, durch den die Stromsenke einstellbar ist. Die geregelte Spannung des Spannungsreglers liegt an dem ohmschen Widerstand an. Über den ohmschen Widerstand und damit durch die Bypass-Schaltung fließt somit ein Strom IBP = geregelte Spannung U / Widerstandswert Rref, z.B. I = 1,25 V / Rref [Ω]. Dieser Stromanteil fließt also nicht über die Halbleiterlichtquelle und führt zu einer dementsprechenden Dimmung. Der Grad der Dimmung ist durch die Wahl der elektrischen bzw. elektronischen Bauteile, insbesondere des Spannungsreglers und des Referenzwiderstands, fest vorgegeben. Bei vorgegebenem Spannungsregler wird der Grad der Dimmung insbesondere durch den Referenzwiderstand definiert und bleibt selbst ohne Ansteuersignal über einen längeren Zeitraum erhalten, da sich die Stromsenke 30 in der Bypass-Schaltung 18 selbst regelt.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Stromsenke einen einstellbaren Transistor, vorzugsweise in Form eines Leistungstransistors, umfasst. Der Transistor ist bevorzugt vom npn-Typ. Bevorzugt ist der Kollektor-Anschluss des Transistors an der Anode der Halbleiterlichtquelle angeschlossen und der Emitter-Anschluss des Transistors an der Kathode der Halbleiterlichtquelle. Es ist denkbar, dass die Stromsenke einen ersten ohmschen Widerstand in einem Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors, insbesondere zwischen dem Emitter-Anschluss des Transistors und der Kathode der Halbleiterlichtquelle, umfasst. Bevorzugt ist der erste ohmsche Widerstand ein Referenzwiderstand, durch den die Stromsenke konfigurierbar ist, d.h. durch den der durch die Bypass-Schaltung fließende Kollektor-Emitter-Strom eingestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich könnte ein entsprechender Widerstand auch zwischen dem Kollektor-Anschluss des Transistors und der Anode der Halbleiterlichtquelle angeordnet sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Stromsenke ein Element zur Vorgabe, insbesondere zur Regelung, einer an dem ersten ohmschen Widerstand anliegenden statischen Referenzspannung aufweist, durch welche der durch den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors fließende Strom statisch einstellbar ist. Vorzugsweise umfasst das Element zur Vorgabe der Referenzspannung einen einstellbaren Shunt-Regler (sog. adjustable shunt regulator).
  • Die Stromsenke kann eine Reihenschaltung des Shunt-Reglers und eines zweiten ohmschen Widerstands umfassen. Bevorzugt liegt ein Basis-Anschluss des Transistors zwischen einem Kathoden-Anschluss des Shunt-Reglers und einem ersten Anschlusskontakt des zweiten ohmschen Widerstands an, ein Kollektor-Anschluss des Transistors an einem zweiten Anschlusskontakt des zweiten ohmschen Widerstands an, ein Emitter-Anschluss des Transistors an einem Referenzanschluss des Shunt-Reglers und an einem ersten Anschlusskontakt des ersten ohmschen Widerstands an und ein Anoden-Anschluss des Shunt-Reglers an einem zweiten Anschlusskontakt des ersten ohmschen Widerstands an. Der Kollektor-Anschluss des Transistors liegt an der Anode der Halbleiterlichtquelle an, und der Anoden-Anschluss des Shunt-Reglers liegt an der Kathode der Hableiterlichtquelle an.
  • Der einstellbare Shunt-Regler gibt eine geregelte Referenzspannung, z.B. einen beliebigen Wert zwischen 2,5 V und 36 V, mit hoher Genauigkeit vor und hält diese konstant. Die Referenzspannung liegt an dem ersten Widerstand an, der als Referenzwiderstand dient, und stellt einen definierten resultierenden Kollektor-Emitter-Strom IBP in der Bypass-Schaltung ein. Der Strom IBP ergibt sich aus geregelter Spannung Vref / Widerstandswert Rref, z.B. IBP = 2,5 V / Rref [Ω]. Dieser Stromanteil IBP fließt also nicht über die Halbleiterlichtquelle und dimmt diese dementsprechend. Der Grad der Dimmung ist durch die Wahl der elektrischen bzw. elektronischen Bauteile fest vorgegeben. Bei vorgegebenem Shunt-Regler bzw. bei durch diesen vorgegebener Referenzspannung wird der Grad der Dimmung insbesondere durch den Referenzwiderstand definiert und bleibt selbst ohne Ansteuersignal über einen längeren Zeitraum erhalten.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Stromsenke eine Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms durch die Bypass-Schaltung aufweist, durch welche der durch den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors fließende Strom einstellbar ist. Dabei erfolgt auch hier die Einstellung des durch die Bypass-Schaltung fließenden Kollektor-Emitter-Stroms und damit auch die Dimmung der entsprechenden Halbleiterlichtquelle für einen längeren Zeitraum selbst ohne ein ständig anliegendes Ansteuersignal.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms ausgebildet ist, den durch den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors fließenden Strom zwischen 0% und 100% des von der Stromquelle der Reihenschaltung gelieferten Stroms einzustellen. Das bedeutet, dass der Kollektor-Emitter-Strom und damit auch der durch die entsprechende Halbleiterlichtquelle fließende Strom durch die Schaltung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.
  • Wenn bspw. in einer Reihenschaltung eine erste Gruppe von Halbleiterleiterlichtquellen für ein weißes Tagfahrlicht und eine zweite Gruppe von Halbleiterlichtquellen für ein gelbes bzw. oranges Blinklicht angeordnet sind, ist es denkbar, dass die Halbleiterlichtquellen der beiden Gruppen mit unterschiedlichen Strömen betrieben werden müssen, obwohl sie in einer gemeinsamen Reihenschaltung angeordnet sind. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der von der Stromquelle gelieferte Strom dem Strom entspricht, den die Halbleiterlichtquellen mit dem höheren Betriebsstrom benötigen, und ein Teil des von der Stromquelle gelieferte Stroms bei den Halbleiterlichtquellen mit dem niedrigeren Betriebsstrom durch die entsprechenden, den Halbleiterlichtquellen zugeordneten Bypass-Schaltungen in die Stromsenke fließt, sodass durch diese Halbleiterlichtquellen ein geringerer Betriebsstrom fließt.
  • Ferner kann in den Situationen, in denen das Blinklicht betätigt wird, das Tagfahrlicht gedimmt oder ganz ausgeschaltet werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein Teil des von der Stromquelle gelieferte Stroms bei den Halbleiterlichtquellen für das Tagfahrlicht durch die entsprechenden, den Halbleiterlichtquellen zugeordneten Bypass-Schaltungen in die Stromsenke fließt, sodass durch diese Halbleiterlichtquellen für das Tagfahrlicht ein geringerer oder kein Betriebsstrom fließt. Das zeitweise Dimmen der Halbleiterlichtquellen für das Tagfahrlicht kann durch die von der Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms bewirkte Ansteuerung des in der Bypass-Schaltung angeordneten Transistors erreicht werden. Dabei ist der Grad der Dimmung durch die Bestückung der Stromsenke mit entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen konfiguriert, bspw. durch eine vorgegebene Referenzspannung, die an einem Referenzwiderstand anliegt und einen entsprechenden Stromfluss in der Bypass-Schaltung einstellt.
  • Vorteilhaftweise umfasst die Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms einen Operationsverstärker, dessen Ausgangsspannung oder eine dazu proportionale Spannung an einem Basis-Anschluss des Transistors anliegt, wobei eine Eingangsspannung des Operationsverstärkers eine Differenz zwischen einer extern einstellbaren Referenzspannung und einer Spannung eines digitalen Signals ist, das ein Durchschalten (low-Pegel des digitalen Signals) oder Sperren (high-Pegel des digitalen Signals) der Bypass-Schaltung repräsentiert. Auf das digitale Signal kann auch verzichtet werden, wobei der zweite Eingang des Operationsverstärkers dann dauerhaft auf dem low-Pegel liegen sollte. Durch die Referenzspannung kann der durch die Bypass-Schaltung fließende Strom analog eingestellt werden. Ob dann tatsächlich der eingestellte Strom durch die Bypass-Schaltung fließt oder nicht wird durch den an dem zweiten Eingang anliegenden Pegel bzw. das digitale Signal bestimmt. Über die Referenzspannung am Eingang des Operationsverstärkers können die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers und damit letztlich der Kollektor-Emitter-Strom in der Bypass-Schaltung langfristig eingestellt werden. Ein ständig anliegendes Ansteuersignal, insbesondere ein PWM-Signal, ist dazu nicht erforderlich.
  • Vorzugsweise erzeugt der Operationsverstärker während des low-Pegels des digitalen Signals an seinem Ausgang das Ansteuersignal, welches den Transistor veranlasst durchzuschalten, sodass ein Kollektor-Emitter-Strom durch die Bypass-Schaltung fließen kann. Während eines high-Pegels des digitalen Signals würde dann am Ausgang des Operationsverstärkers kein Ansteuersignal anliegen bzw. dieses würde nicht zu einem Durchschalten des Transistors führen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Reihenschaltung der Halbleiterlichtquellen eine rotes Licht emittierende erste Halbleiterlichtquelle, eine grünes Licht emittierende zweite Halbleiterlichtquelle und eine blaues Licht emittierende dritte Halbleiterlichtquelle umfasst, wobei mindestens zwei der Halbleiterlichtquellen jeweils durch eine zu der entsprechenden Halbleiterlichtquelle parallel geschaltete Bypass-Schaltung mit darin angeordneter Stromsenke überbrückbar sind. Die roten, grünen und blauen Halbleiterlichtquellen können Teil einer RGB-Leuchtdiode (LED) sein. Dabei überlagert sich das von den einzelnen Halbleiterlichtquellen emittierte Licht zu dem von der RGB-LED ausgesandten Licht einer bestimmten Farbe. Die Farbe des Lichts wird durch die Helligkeit der einzelnen Halbleiterlichtquellen bestimmt. Eine oder mehrere RGB-LEDs können wiederum Bestandteil einer Kraftfahrzeugleuchte sein, die zur Realisierung einer bestimmten Leuchtenfunktion Licht einer bestimmten Farbe aussendet. Durch einen Betrieb der einzelnen roten, grünen und blauen Halbleiterlichtquellen mit vorgegebenen (möglicherweise unterschiedlichen) Betriebsströmen können unterschiedliche Helligkeiten der Halbleiterlichtquellen und somit eine bestimmte Farbe des von der RGB-LED ausgesandten Lichts eingestellt werden.
  • Gemäß einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Reihenschaltung der Halbleiterlichtquellen eine erste Gruppe an Halbleiterlichtquellen zur Erzeugung einer ersten Lichtfunktion und eine zweite Gruppe an Halbleiterlichtquellen zur Erzeugung einer zweiten Lichtfunktion umfasst, wobei mindestens die Halbleiterlichtquellen einer der Gruppen jeweils durch eine zu der entsprechenden Halbleiterlichtquelle parallel geschaltete Bypass-Schaltung mit darin angeordneter Stromsenke überbrückbar sind. Die erste Gruppe von Halbleiterlichtquellen dient bspw. zur Erzeugung eines weißen Tagfahrlichts, und die zweite Gruppe von Halbleiterlichtquellen dient bspw. zur Erzeugung eines gelben/ orangen Blinklichts. Die Halbleiterlichtquellen einer der Gruppen können einen geringeren Betriebsstrom aufweisen als die Halbleiterlichtquellen der anderen Gruppe. Bspw. können die Halbleiterlichtquellen zur Erzeugung des Blinklichts einen geringeren Betriebsstrom aufweisen als die Halbleiterlichtquellen zur Erzeugung des Tagfahrlichts. Der von der Stromquelle gelieferte Strom entspricht vorzugsweise dem höheren Betriebsstrom der Halbleiterlichtquellen zur Erzeugung des Tagfahrlichts. Den Halbleiterlichtquellen zur Erzeugung des Blinklichts ist jeweils eine Bypass-Schaltung zugeordnet, über die ein Teil des von der Stromquelle gelieferten Stroms fließen kann, sodass durch die entsprechenden Halbleiterlichtquellen der niedrigere Betriebsstrom fließt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung aufweist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
    Figur 2
    eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
    Figur 3
    eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
    Figur 4
    eine Halbleiterlichtquelle mit Bypass-Schaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Figur 2 oder Figur 3;
    Figur 5
    ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bypass-Schaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Figur 2 oder Figur 3;
    Figur 6
    ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bypass-Schaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Figur 2 oder Figur 3;
    Figur 7
    ein drittes Ausführungsbeispiel einer Bypass-Schaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Figur 2 oder Figur 3; und
    Figur 8
    eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung.
  • In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung in der Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfers gezeigt. Denkbar wäre auch die Realisierung der Beleuchtungseinrichtung als eine beliebige Kraftfahrzeugleuchte, bspw. eine Rückleuchte oder eine Seitenleuchte. Die Kraftfahrzeugleuchte kann in einem separaten Gehäuse oder aber in dem gleichen Gehäuse wie ein Kraftfahrzeugscheinwerfer angeordnet sein.
  • In Figur 1 ist der Kraftfahrzeugscheinwerfer in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 101 bezeichnet. Der Scheinwerfer 101 umfasst ein Gehäuse 102, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. In einer Lichtaustrittsrichtung 103 weist das Scheinwerfergehäuse 102 eine Lichtaustrittsöffnung auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe 104 verschlossen ist. Die Abdeckscheibe 104 ist aus farblosem Kunststoff oder Glas gefertigt. Die Scheibe 104 kann ohne optisch wirksame Profile als sogenannte klare Scheibe ausgebildet sein. Alternativ kann die Scheibe 104 zumindest bereichsweise mit optisch wirksamen Profilen (z.B. Zylinderlinsen oder Prismen) versehen sein, die eine Streuung des hindurchtretenden Lichts, vorzugsweise in horizontaler Richtung, bewirken. Der Scheinwerfer 101 ist zum Einbau an einer Anbauseite eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Zwei der gezeigten Scheinwerfer 101, die an verschiedenen Anbauseiten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, bilden eine Kraftfahrzeugbeleuchtungsanordnung. Dabei sind die an unterschiedlichen Anbauseiten eingebauten Scheinwerfer 101 bezüglich ihres allgemeinen geometrischen äußeren Erscheinungsbildes vorzugsweise spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet.
  • Im Inneren des Scheinwerfergehäuses 102 sind in dem dargestellten Beispiel zwei Lichtmodule 105, 106 angeordnet. Die Lichtmodule 105, 106 sind fest oder relativ zu dem Gehäuse 102 bewegbar angeordnet. Durch eine Relativbewegung der Lichtmodule 105, 106 zum Gehäuse 102 in horizontaler Richtung kann eine dynamische Kurvenlichtfunktion realisiert werden. Bei einer Bewegung der Lichtmodule 105, 106 um eine horizontale Achse, also in vertikaler Richtung, kann eine Leuchtweitenregelung realisiert werden. Selbstverständlich können in dem Scheinwerfergehäuse 102 auch mehr oder weniger als die dargestellten zwei Lichtmodule 105, 106 vorgesehen sein. Eines oder mehrere der Lichtmodule 105, 106 können zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen ausgebildet sein, bspw. eines Abblendlichts, eines Fernlichts und eines Teilfernlichts oder von Teilen davon (z.B. eines Abblendlichtgrundlichts, eines Abblendlichtspots, eines Fernlichtgrundlichts, eines Fernlichtspots etc.). Es ist denkbar, dass sich die Lichtverteilungen der Lichtmodule 105, 106 von an verschiedenen Anbauseiten des Kraftfahrzeugs angeordneten Scheinwerfern 101 zu der resultierenden Lichtverteilung der Beleuchtungsanordnung ergänzen.
  • An der Außenseite des Scheinwerfergehäuses 102 kann ein Steuergerät 107 in einem Steuergerätegehäuse 108 angeordnet sein. Selbstverständlich kann das Steuergerät 107 auch an einer beliebig anderen Stelle des Scheinwerfers 101 angeordnet sein. Insbesondere kann für jedes der Lichtmodule 105, 106 ein eigenes Steuergerät vorgesehen sein, wobei die Steuergeräte integraler Bestandteil der Lichtmodule 105, 106 sein können. Selbstverständlich kann das Steuergerät 107 auch entfernt von dem Scheinwerfer 101, bspw. im Motorraum des Kraftfahrzeugs, angeordnet sein. Das Steuergerät 107 dient zur Steuerung und/oder Regelung der Lichtmodule 105, 106 bzw. von Teilkomponenten der Lichtmodule 105, 106, wie beispielsweise von Licht- und/oder Strahlungsquellen der Lichtmodule 105, 106 oder Aktuatoren (z.B. Elektromagnete, Elektromotoren, Piezoaktuatoren) zur Realisierung einer Bewegung der Lichtmodule 105, 106 relativ zu dem Gehäuse 102. Die Ansteuerung der Lichtmodule 105, 106 bzw. der Teilkomponenten durch das Steuergerät 107 erfolgt über Verbindungsleitungen 110, die in Figur 1 durch eine gestrichelte Linie lediglich symbolisch dargestellt sind. Über die Leitungen 110 kann auch eine Versorgung der Lichtmodule 105, 106 mit elektrischer Energie erfolgen. Die Leitungen 110 sind aus dem Inneren des Scheinwerfers 101 durch eine Öffnung im Scheinwerfergehäuse 102 in das Steuergerätegehäuse 108 geführt und dort an die Schaltung des Steuergerätes 107 angeschlossen. Falls Steuergeräte als integraler Bestandteil der Lichtmodule 105, 106 vorgesehen sind, können die Leitungen 110 und kann die Öffnung in dem Scheinwerfergehäuse 102 entfallen. Das Steuergerät 107 umfasst ein Steckerelement 109 zum Anschluss eines Verbindungskabels zu einer übergeordneten Steuereinheit (z.B. in Form einer sog. Body Controller Unit) und/oder einer Energiequelle (z.B. in Form der Fahrzeugbatterie).
  • Schließlich ist es denkbar, dass in dem Gehäuse 102 auch eines oder mehrere Leuchtenmodule 111 zur Erzeugung einer oder mehrerer Leuchtenfunktionen angeordnet sind. Im Falle einer vorne an einem Kraftfahrzeug montierten Leuchte können die Leuchtenfunktionen bspw. Tagfahrlicht, Blinklicht, Positionslicht, Standlicht, Parklicht o.ä. sein. Im Falle einer Rückleuchte können die Leuchtenfunktionen auch ein Rücklicht, ein Bremslicht, ein Rückfahrlicht, ein Nebelrücklicht o.ä. umfassen. Im Falle einer seitlich am Fahrzeug montierten Leuchte ist die Leuchtenfunktion bspw. ein Seitenmarkierungslicht.
  • Eines oder mehrere der Lichtmodule 105, 106 und/oder das Leuchtenmodul 111 können Halbleiterlichtquellen 16 (vgl. Figur 2 oder Figur 3) zum Emittieren des Lichts für die Lichtverteilung des Scheinwerfers 101 oder für die Leuchtenfunktion aufweisen. Das emittierte Licht tritt - gegebenenfalls unter Mitwirkung von optischen Elementen (nicht dargestellt) der Beleuchtungseinrichtung 101 - zur Erzeugung mindestens einer Lichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung 101 durch die Abdeckscheibe 104 hindurch. Die optischen Elemente können bspw. Lichtleiter, Vorsatzoptiken, Bündelungsoptiken, Linsen, Reflektoren und/oder Strahlenblenden umfassen.
  • Die Halbleiterlichtquellen 16 sind vorzugsweise als Leuchtdioden (LEDs) ausgebildet. Denkbar wäre jedoch auch eine anderweitige Ausgestaltung der Halbleiterlichtquellen 16, bspw. als Laserdioden und/oder als OLEDs. Mehrere Halbleiterlichtquellen 16 sind vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 10 in einer gemeinsamen Reihenschaltung 12 angeordnet und haben eine gemeinsame Stromquelle 14 zur Erzeugung eines konstanten Stroms. Die Stromquelle 14 umfasst bspw. einen Buck-Wandler (sog. Buck-Converter).
  • Aus verschiedenen Gründen kann es erforderlich sein, einzelne oder mehrere der Halbleiterlichtquellen 16 der Reihenschaltung 12 mit einem geringeren Strom zu betreiben als andere Halbleiterlichtquellen 16 der Reihenschaltung 12. Deshalb weist im Stand der Technik (vgl. Figur 8) mindestens eine der Halbleiterlichtquellen 16 der Schaltungsanordnung 10 eine Bypass-Schaltung 18 mit einem darin angeordneten ansteuerbaren Halbleiterschalter 20 auf. In dem gezeigten Beispiel der Figur 8 umfasst die Reihenschaltung 12 drei Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2 und 16.m. Selbstverständlich kann die Reihenschaltung 12 auch eine beliebig andere Anzahl (zwischen zwei und sehr vielen) an Halbleiterlichtquellen 16 umfassen. Entscheidend für die maximale Anzahl an Halbleiterlichtquellen 16 in der Reihenschaltung 12 ist, dass die Stromquelle 14 (in Figur 8 nicht gezeigt) einen ausreichend großen Strom I zur Versorgung aller Halbleiterlichtquellen 16 erzeugt.
  • In Figur 8 verfügt jede Halbleiterlichtquelle 16 über eine entsprechende Bypass-Schaltung 18, so dass ein individuelles Dimmen jeder Halbleiterlichtquelle 16 möglich ist. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, dass nur eine oder einige der Halbleiterlichtquellen 16 eine Bypass-Schaltung 18 aufweisen. Die Bypass-Schaltungen 18 sind parallel zu den entsprechenden Halbleiterlichtquellen 16 angeordnet und können diese überbrücken. Die Halbleiterschalter 20 können bspw. als Transistoren, insbesondere als Leistungstransistoren, ausgebildet sein. Die Halbleiterschalter 20 sind durch ein digitales Ansteuersignal 22 ansteuerbar, so dass sie entweder die entsprechende Bypass-Schaltung 18 durchschalten (d.h. die entsprechende Halbleiterlichtquelle 16 überbrücken, so dass der gesamte von der Stromquelle 14 gelieferte Strom über die Bypass-Schaltung 18 fließt) oder die Bypass-Schaltung 18 unterbrechen, so dass der gesamte von der Stromquelle 14 gelieferte Strom durch die Halbleiterlichtquelle 16 fließt. Wenn eine Bypass-Schaltung 18 durchgeschaltet ist, fließt im zeitlichen Mittel zumindest ein Teil IBP des von der Stromquelle 14 gelieferten Stroms I über die Bypass-Schaltung 18 anstatt durch die entsprechende Halbleiterlichtquelle 16, so dass der über die Halbleiterlichtquelle 16 fließende Strom ILED kleiner ist als der Gesamtstrom I der Stromquelle 14. Auf diese Weise ist es möglich, einzelne oder mehrere Halbleiterlichtquellen 16 gezielt zu dimmen oder ganz auszuschalten.
  • Im Stand der Technik wird das digitale Ansteuersignal 22 für einen Halbleiterschalter 20 bspw. mittels eines Pegelwandlers 24 (sog. Level Shifter) aus einem Schaltsignal 26 erzeugt. Das Schaltsignal 26 ist bspw. ein pulsweitenmoduliertes (PWM)-Signal, dessen Einschaltdauer (sog. Duty Cycle) den Grad der Dimmung der entsprechenden Halbleiterlichtquelle 16 bestimmt. Während eines gedimmten Betriebs einer der Halbleiterlichtquellen 16 muss somit ständig ein Schaltsignal 26 anliegen. Dies ist insbesondere bei einem längerfristigen gedimmten Betrieb der Halbleiterlichtquellen 16 problematisch. Zudem ergeben sich durch die digitale Ansteuerung des Halbleiterschalters 20 aufgrund von Stromüberschwingern (sog. Stromrippel) Probleme bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) der Schaltungsanordnung 10.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 hat insbesondere bei einer langfristigen Dimmung von Halbleiterlichtquellen 16 Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, da die Stromsenke 30 in der Bypass-Schaltung 18 fest konfiguriert bzw. selbstregelnd ist. Damit ist kein dauerhaft anliegendes Ansteuersignal 22, insbesondere kein PWM-Signal, erforderlich. Der Verzicht auf ein PWM-Steuersignal führt zu einer Verringerung von Stromüberschwingern und einer Verbesserung der EMV-Eigenschaften der Schaltungsanordnung 10. Zudem wird durch das analoge Dimmen der Halbleiterlichtquellen 16 die maximale Stromstärke ILED in einer Halbleiterlichtquelle 16 reduziert, was die Lebensdauer der Halbleiterlichtquellen 16 verlängert. Das analoge Dimmen kann insbesondere bei kleinen Strömen (< 100 mA) und RGB-LEDs von Vorteil sein. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung 10 kann besonders günstig realisiert werden.
  • In Figur 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 10 gezeigt. Diese umfasst die Reihenschaltung 12 mehrerer Halbleiterlichtquellen 16 und parallel zu jeder Halbleiterlichtquelle 16 geschaltete Bypass-Schaltungen 18, in denen jeweils eine Stromsenke 30 angeordnet ist. Für die Reihenschaltung 12 ist eine gemeinsame Stromquelle 14 vorgesehen, die vorzugsweise einen Buck-Wandler umfasst. Je nach Konfiguration der Stromsenke 30 fließt ein Teil IBP des von der Stromquelle 14 gelieferten Stroms I durch die Bypass-Schaltung 18 in die Stromsenke 30, wo er vorzugsweise in Wärme umgewandelt und die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Nur der restliche Teil ILED des Gesamtstroms I fließt durch die Halbleiterlichtquelle 16. Dabei können die Stromsenken 30 unterschiedlich konfiguriert sein, so dass unterschiedlich große Betriebsströme ILED durch die einzelnen Halbleiterlichtquellen 16 fließen.
  • In Figur 3 ist beispielhaft eine Reihenschaltung 12 aus mehreren Halbleiterlichtquellen 16 dargestellt, von denen einige mit parallelen Stromsenken 30 versehen sind. Die Reihenschaltung 12 verfügt über eine gemeinsame Stromquelle 14. Das Beispiel aus Figur 3 zeigt eine RGB-LED mit drei individuellen Halbleiterlichtquellen 16 in der Form von LED-Chips zum Aussenden von rotem, grünem und blauem Licht. Die Farbe des von der RGB-LED ausgesandten Lichts ergibt sich aus einer Überlagerung bzw. optischen Farbmischung des von den einzelnen LED-Chips 16 emittierten roten, grünen und blauen Lichts.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, statt eines mittels eines PWM-Signals anzusteuernden parallelen Halbleiterschalters 20 eine konfigurierbare Stromsenke 30 zu verwenden, um so auf ein Ansteuersignal 22 bzw. ein Steuersignal 26 verzichten zu können. Dies spart im Fall einer fest konfigurierten Einstellung der Stromsenken 30 die Ansteuerschaltung zur Erzeugung eines Ansteuersignals, insbesondere eines PWM-Signals. Für die Ausführung der Stromsenke 30 können verschiedene an sich bekannte oder neuartige Schaltungen zum Einsatz kommen. Ziel der Erfindung ist es, mehrere Halbleiterlichtquellen 16 in Reihe (aus einer gemeinsamen Stromquelle 14 gespeist) mit einem konstanten, jedoch voneinander abweichenden Strom ILED zu betreiben, ohne dass ein ständig anliegendes Ansteuersignal, insbesondere ein PWM-Signal, erforderlich ist.
  • Figur 4 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Halbleiterlichtquelle 16 einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 10 mit parallel zu der Halbleiterlichtquelle 16 geschalteter Bypass-Schaltung 18 und einer darin angeordneten Stromsenke 30. Die Stromsenke 30 ist bspw. durch eine Bestückung der Bypass-Schaltung 18 mit entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen konfigurierbar. Je nach gewählten und verbauten Bauteilen der Schaltungsanordnung 10 für die Stromsenke 30 wird der in der Bypass-Schaltung 18 fließende Anteil IBP des Gesamtstroms I und damit auch der über die entsprechende Halbleiterlichtquelle 16 fließende Strom ILED dauerhaft eingestellt, ohne dass es eines Ansteuersignals bedarf bzw. ohne dass ein Ansteuersignal ständig anliegen muss.
  • In Figur 5 ist ein Beispiel für eine konkrete Realisierung der Reihenschaltung 12 bzw. der Stromsenke 30 gezeigt. Die Bypass-Schaltung 18 umfasst eine Reihenschaltung eines Spannungsreglers 32 und eines ohmschen Widerstands 34. Der Spannungsregler 32 hat vorzugsweise einen Eingangsanschluss Vin, einen Ausgangsanschluss Vout und einen Spannungsregleranschluss Adj. Der Eingang Vin liegt an der Anode A der Halbleiterlichtquelle 16, und der Ausgang Vout liegt an einem ersten Kontakt des ohmschen Widerstands 34 an. Der zweite Kontakt des ohmschen Widerstands 34 liegt an der Kathode K der Halbleiterlichtquelle 16 an. Der Spannungsregleranschluss Adj liegt ebenfalls an der Kathode K an. Der Spannungsregler 32 ist ausgebildet, eine Spannung U zwischen dem Ausgang Vout und dem Spannungsregleranschluss Adj auf einen vorgebbaren Wert, bspw. 1,25 V, zu regeln. Der ohmsche Widerstand 34 dient als Referenzwiderstand, durch den die Stromsenke 30 konfigurierbar ist. Die geregelte Spannung U des Spannungsreglers 32 liegt an dem Referenzwiderstand 34 an. Durch den Referenzwiderstand 34 und damit durch die Bypass-Schaltung 18 fließt somit ein Strom IBP = geregelte Spannung U / Widerstandswert Rref, z.B. IBP = 1,25 V / Rref [Ω]. Dieser Stromanteil IBP fließt also nicht über die Halbleiterlichtquelle 16 und führt zu einer dementsprechenden Dimmung der Halbleiterlichtquelle 16. Der Grad der Dimmung ist durch die Wahl der elektrischen bzw. elektronischen Bauteile, insbesondere den Spannungsregler 32 und den Referenzwiderstand 34, fest konfiguriert. Bei vorgegebener Referenzspannung U wird er insbesondere durch den Referenzwiderstand 34 definiert und bleibt selbst ohne Ansteuersignal über einen längeren Zeitraum erhalten, da die Schaltung der Stromsenke 30 selbstregelnd ist.
  • Der Spannungsregler 32 kann bspw. vom Typ LM317 von National Semiconductor Corp. sein, der für Ströme bis zu 1,5 A geeignet ist. Für höhere Ströme kann bspw. ein Spannungsregler vom Typ LM150 (bis zu 3 A) oder LM338 (bis zu 5 A) eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch andere Spannungsregler 32 eingesetzt werden.
  • Gemäß dem Beispiel aus Figur 6 umfasst die Stromsenke 30 einen einstellbaren Transistor 36, vorzugsweise in Form eines Leistungstransistors, der mit Kollektor-Anschluss C und Emitter-Anschluss E in der Bypass-Schaltung 18 angeordnet ist. Der Transistor 36 ist bevorzugt vom npn-Typ. Vorzugsweise ist der Kollektor-Anschluss C des Transistors 36 an die Anode A der Halbleiterlichtquelle 16 angeschlossen und der Emitter-Anschluss E des Transistors 36 zumindest mittelbar an die Kathode K der Halbleiterlichtquelle 16.
  • Es ist denkbar, dass die Stromsenke 30 einen ersten ohmschen Widerstand 38 in der Bypass-Schaltung 18, insbesondere zwischen dem Emitter-Anschluss E des Transistors 36 und der Kathode K der Halbleiterlichtquelle 16, umfasst. Bevorzugt dient der erste ohmsche Widerstand 38 als Referenzwiderstand, durch den die Stromsenke 30 konfigurierbar ist, d.h. durch den der Kollektor-Emitter-Strom IBP durch die Bypass-Schaltung 18 eingestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich könnte ein entsprechender Widerstand auch zwischen dem Kollektor-Anschluss C des Transistors 36 und der Anode A der Halbleiterlichtquelle 16 angeordnet sein.
  • Die Stromsenke 30 kann ein Element 40 zur Vorgabe einer an dem ersten ohmschen Widerstand 38 anliegenden statischen Referenzspannung Vref aufweisen, durch welche der Kollektor-Emitter-Strom IBP des Transistors 36 durch die Bypass-Schaltung 18 einstellbar ist. Vorzugsweise umfasst das Element 40 zur Vorgabe der statischen Referenzspannung Vref einen einstellbaren Shunt-Regler (sog. adjustable shunt regulator).
  • In Reihe mit dem Shunt-Regler 40 kann ein zweiter ohmscher Widerstand 42 angeordnet sein, der einerseits an einen Kathoden-Anschluss K des Reglers 40 und andererseits an die Anode A der Halbleiterlichtquelle 16 bzw. den Kollektor-Anschluss C des Transistors 36 angeschlossen ist. Bevorzugt liegt dann ein Basis-Anschluss B des Transistors 36 zwischen dem Kathoden-Anschluss K des Shunt-Reglers 40 und einem ersten Anschlusskontakt des zweiten ohmschen Widerstands 42 an, ein Kollektor-Anschluss C des Transistors 36 an einem zweiten Anschlusskontakt des zweiten ohmschen Widerstands 42 an, ein Emitter-Anschluss E des Transistors 36 an dem Referenzanschluss Vref des Shunt-Reglers 40 und an einem ersten Anschlusskontakt des ersten ohmschen Widerstands 38 an und ein Anoden-Anschluss A des Shunt-Reglers 40 an einem zweiten Anschlusskontakt des ersten ohmschen Widerstands 38 an. Der Shunt-Regler 40 gibt eine geregelte Referenzspannung Vref, z.B. einen beliebigen Wert zwischen 2,5 V und 36 V, mit hoher Genauigkeit vor und hält diese konstant. Die Spannung Vref liegt an dem ersten Widerstand 38, der als Referenzwiderstand dient, und stellt einen definierten resultierenden Kollektor-Emitter-Strom IBP in der Bypass-Schaltung 18 ein. Der Strom IBP ergibt sich aus geregelter Spannung Vref / Widerstandswert Rref, z.B. ICE = 2,5 V / Rref [Ω]. Dieser Stromanteil IBP fließt also nicht über die Halbleiterlichtquelle 16 und bewirkt eine dementsprechende Dimmung der Halbleiterlichtquelle 16. Der Grad der Dimmung ist durch die Wahl der elektrischen bzw. elektronischen Bauteile, insbesondere durch den Shunt-Regler 40 bzw. die von diesem vorgegebene Referenzspannung Vref und den Referenzwiderstand 38, fest vorgegeben. Bei vorgegebenem Shunt-Regler 40 bzw. bei durch diesen vorgegebener Referenzspannung Vref wird der Grad der Dimmung insbesondere durch den Widerstandswert des Referenzwiderstands 38 definiert und bleibt selbst ohne Ansteuersignal über einen längeren Zeitraum erhalten, da die Schaltung der Stromsenke 30 selbstregelnd ist.
  • Der einstellbare Shunt-Regler 40 kann bspw. vom Typ TL431 oder TL432 von Texas Instruments Inc. oder eine der vielen Varianten (z.B. TLVH431, LMV431) sein. Ebenso kann auch ein anderer einstellbarer Shunt-Regler von einem anderen Hersteller verwendet werden (z.B. LT1004 von Analog Devices Inc., TS431 von Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd., TL431 von NXP Semiconductors N.V., nunmehr nexperia B.V.).
  • Der Shunt-Regler 40 vom Typ TL431 von Texas Instruments eignet sich hervorragend als Stromsenke 30. Für die Berechnung des Widerstandswerts Rref des Referenzwiderstands 38 für einen gewünschten Strom IBP gilt: Rref = Vref / IBP. Da die Spannung Vref = 2,5 V beträgt, gilt: Rref = 2.5 / IBP. Der zweite Widerstand 42 ist so zu dimensionieren, dass genügend Strom IB für den Basis-Anschluss B des Transistors 36 und für den Shunt-Regler 40 zur Verfügung steht. Der Strom IB für den Transistor 36 kann abgeschätzt werden als IB / β, wobei β ein Stromverstärkungsfaktor des Transistors 36 ist. Der Shunt-Regler 40 arbeitet im Prinzip wie eine einstellbare Zener- oder Z-Diode. Mit einem Spannungsteiler am Referenzeingang lässt sich die Ausgangsspannung Vref zwischen ca. 2,5 V und 36 V stufenlos einstellen.
  • Gemäß dem Beispiel der Figur 7 kann die Stromsenke 30 bzw. der durch die Bypass-Schaltung 18 fließende Strom IBP nicht nur über die verbauten elektrischen und/oder elektronischen Bauteile eingestellt werden, sondern auch über die Vorgabe eines entsprechenden Ansteuersignals, insbesondere einer extern einstellbaren Referenzspannung REFin. Dazu weist die Stromsenke 30 eine Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms IBP auf. Die Schaltung kann den Transistor 36 ansteuern, so dass dieser durchschaltet oder sperrt, und kann mittels einer veränderbaren Referenzspannung den Kollektor-Emitter-Strom IBP einstellen, der durch die Bypass-Schaltung 18 fließt, wenn der Transistor 36 durchschaltet Die Einstellung des Kollektor-Emitter-Stroms IBP und damit auch die Dimmung der entsprechenden Halbleiterlichtquelle 16 erfolgt auch hier für einen längeren Zeitraum selbst ohne ein ständig anliegendes Ansteuersignal, insbesondere ohne ein PWM-Signal.
  • Die Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms IBP ist ausgebildet, den Kollektor-Emitter-Strom IBP zwischen 0% und 100% des von der Stromquelle 14 gelieferten Gesamtstroms I einzustellen. Die Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms IBP umfasst bspw. einen Operationsverstärker 44, dessen an seinem Ausgang Vout anliegende Ausgangsspannung oder eine dazu proportionale Spannung an dem Basis-Anschluss B des Transistors 36 anliegt. Eine Eingangsspannung des Operationsverstärkers 44 ist durch eine Differenz zwischen der Referenzspannung REFin und einer Spannung HI_LO eines digitalen Signals gegeben, das ein Durchschalten (low-Pegel des digitalen Signals) oder Sperren (high-Pegel des digitalen Signals) des Transistors 36 repräsentiert. Die Referenzspannung liegt vorzugsweise an dem nicht-invertierenden Eingang ,+' des Operationsverstärkers 44 und die Spannung des digitalen Signals HI_LO an dem invertierenden Eingang '-' des Operationsverstärkers 44 an. Eine Betriebsspannung liegt an Anschlüssen +Ub und -Ub des Operationsverstärkers 44 an.
  • Auf das digitale Signal HI_LO kann auch verzichtet werden, wobei der invertierende Eingang '-' des Operationsverstärkers 44 dann dauerhaft auf dem low-Pegel liegen muss, so dass der Transistor 36 durchschaltet und der durch die Bypass-Schaltung 18 fließende Strom IBP durch die anliegende Referenzspannung REFin analog eingestellt werden kann. Die Referenzspannung REFin ist vorzugsweise proportional zu dem Kollektor-Emitter-Strom IBP in der Bypass-Schaltung 18. Ob dann tatsächlich der eingestellte Strom IBP durch die Bypass-Schaltung 18 fließt oder nicht, wird durch den an dem invertierenden Eingang '-' des Operationsverstärkers 44 anliegenden Pegel bestimmt. Über die Referenzspannung REFin können die Ausgangsspannung Vout des Operationsverstärkers 44 und damit letztlich der Kollektor-Emitter-Strom IBP in der Bypass-Schaltung 18 langfristig eingestellt werden. Die Größe des eingestellten Stroms IBP kann auch von weiteren elektrischen Bauteilen der Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms IBP abhängig sein. Diese weiteren Bauteile umfassen bspw. einen ersten Widerstand 46 (zur Pegelanpassung) zwischen dem Ausgang Vout des Operationsverstärkers 44 und dem Basis-Anschluss B des Transistors 36, einen zweiten Widerstand 48 zwischen dem Emitter-Anschluss E des Transistors 36 und dem invertierenden Eingang '-' des Operationsverstärkers 44 und/oder einen Kondensator 50 zwischen dem Ausgang Vout und dem invertierenden Eingang '-' des Operationsverstärkers 44. Die Schaltung zum Einstellen des Kollektor-Emitter-Stroms IBP arbeitet wie ein linearer Stromregler mit Operationsverstärker. Ein ständig anliegendes Ansteuersignal, insbesondere ein PWM-Signal, ist nicht erforderlich.
  • Zurückkommend auf die in Figur 3 gezeigte Aufführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 10, umfasst die Reihenschaltung 12 der Halbleiterlichtquellen 16 eine rotes Licht emittierende erste Halbleiterlichtquelle 16.1, eine grünes Licht emittierende zweite Halbleiterlichtquelle 16.2 und eine blaues Licht emittierende dritte Halbleiterlichtquelle 16.3, wobei zwei der Halbleiterlichtquellen 16 jeweils durch eine zu der entsprechenden Halbleiterlichtquelle 16 parallel geschaltete Bypass-Schaltung 18 mit darin angeordneter Stromsenke 30 überbrückbar sind. Die roten, grünen und blauen Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2, 16.3 können Teil einer RGB-Leuchtdiode (LED) sein. Dabei überlagert sich das von den einzelnen Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2, 16.3 emittierte Licht zu dem von der RGB-LED ausgesandten Licht einer bestimmten Farbe. Die Farbe des Lichts wird durch die Helligkeit der einzelnen Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2, 16.3 bestimmt. Eine oder mehrere RGB-LEDs können wiederum Bestandteil einer Kraftfahrzeugleuchte sein, die in einer bestimmten Leuchtenfunktion (z.B. Tagfahrlicht, Rückfahrscheinwerferlicht, Blinklicht, Seitenmarkierungslicht, Rücklicht, Bremslicht, Nebelrücklicht) Licht einer bestimmten Farbe aussendet. Durch einen Betrieb der einzelnen roten, grünen und blauen Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2, 16.3 mit vorgegebenen (möglicherweise unterschiedlichen) Betriebsströmen können unterschiedliche Helligkeiten der Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2, 16.3 und somit eine bestimmte Farbe des von der RGB-LED ausgesandten Lichts eingestellt werden.
  • In dem Beispiel der Figur 3 ist parallel zu der grünen Halbleiterlichtquelle 16.2 und zu der blauen Halbleiterlichtquelle 16.3 jeweils eine Bypass-Schaltung 18 mit einer darin angeordneten Stromsenke 30 geschaltet. Ziel der Erfindung ist es, mehrere Halbleiterlichtquellen 16 in Reihe (aus einer gemeinsamen Stromquelle 14 gespeist) mit einem konstanten, jedoch voneinander abweichenden Strom ILED (bzw. in diesem Beispiel Ired, Igreen und Iblue) zu betreiben, damit die RGB-LED Licht einer gewünschten Farbe aussendet. Die Stromquelle 14 muss daher mindestens den maximalen Strom einer Halbleiterlichtquelle 16 liefern (hier I ≥ Ired). Wenn die Stromquelle 14 den maximalen Strom I = Ired der roten Halbleiterlichtquelle 16 liefert, kann bei der roten Halbleiterlichtquelle 16.1 auf eine Bypass-Schaltung 18 verzichtet werden (vgl. Figur 3). Falls die Stromquelle 14 jedoch einen Strom I liefert, der größer als der Betriebsstrom Ired der roten Halbleiterlichtquelle 16.1 ist (I > Ired), muss eine Bypass-Schaltung 18 mit einer darin angeordneten Stromsenke 30 auch bei der roten Halbleiterlichtquelle 16.1 vorgesehen sein.
  • Bei den grünen und blauen Halbleiterlichtquellen 16.2, 16.3 mit einem geringeren Betriebsstrom (Igreen < I und Iblue < I) im Vergleich zu dem Strom I der Stromquelle 14, muss über die parallele Stromsenke 30 der Strom ILED durch die Halbleiterlichtquellen 16 auf den jeweiligen Betriebsstrom Igreen, Iblue reduziert werden. Zu diesem Zweck sind die Stromsenken 30 derart eingestellt, dass ein Stromanteil IBP1 bzw. IBP2 des Gesamtstroms I über die Bypass-Schaltung 18 in die Stromsenke 30 fließt. Dabei ergibt sich folgendes:
    • Ired = I,
    • Igreen = I - IBP1, und
    • Iblue = I - IBP2.
    Anhand eines Zahlenbeispiels ergibt sich folgendes:
    • Ired = I = 30 mA,
    • Igreen = I - IBP1 = 30 mA - 20 mA = 10 mA, und
    • Iblue = I - IBP2 = 30 mA - 12 mA = 18 mA.
  • Die Stromsenken 30, die parallel zu den grünen bzw. blauen Halbleiterlichtquellen 16.2, 16.3 geschaltet sind, müssen somit derart eingestellt sein, dass sie 20 mA bzw. 12 mA aufnehmen. Die Einstellung des durch die Bypass-Schaltungen 18 fließenden Stroms IBP1 bzw. IBP2 erfolgt durch die Ausgestaltung der jeweiligen Stromsenke 30 gemäß einem der zuvor beschriebenen Beispiele oder durch eine anderweitig geeignete Ausgestaltung der Stromsenke 30.
  • Zurückkommend auf das Beispiel der Figur 2 wird vorgeschlagen, dass die Reihenschaltung 12 der Halbleiterlichtquellen 16 eine erste Gruppe an Halbleiterlichtquellen 16 zur Erzeugung einer ersten Lichtfunktion (z.B. die Halbleiterlichtquellen 16.1 und 16.2) und eine zweite Gruppe an Halbleiterlichtquellen 16 zur Erzeugung einer zweiten Lichtfunktion (z.B. die Halbleiterlichtquelle(n) 16.m) umfasst, wobei mindestens die Halbleiterlichtquellen 16 einer der Gruppen jeweils durch eine zu der entsprechenden Halbleiterlichtquelle 16 parallel geschaltete Bypass-Schaltung 18 mit darin angeordneter Stromsenke 30 überbrückbar sind. Die Gruppen können jeweils eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen 16 umfassen. In dem Beispiel der Figur 2 sind die Halbleiterlichtquellen 16 beider Gruppen jeweils mit einer parallel geschalteten Bypass-Schaltung 18 mit darin angeordneter Stromsenke 30 überbrückt. Es wäre jedoch denkbar, nur die Halbleiterlichtquellen 16 einer der Gruppen zu überbrücken.
  • Die erste Gruppe von Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2 dient bspw. zur Erzeugung eines weißen Tagfahrlichts, und die zweite Gruppe von Halbleiterlichtquellen 16.m dient bspw. zur Erzeugung eines gelben/ orangen Blinklichts. Die Halbleiterlichtquellen 16.m einer der Gruppen weisen einen geringeren Betriebsstrom auf als die Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2 der anderen Gruppe. Bspw. können die Halbleiterlichtquellen 16.m zur Erzeugung des Blinklichts einen geringeren Betriebsstrom aufweisen als die Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2 zur Erzeugung des Tagfahrlichts. Der von der Stromquelle 14 gelieferte und durch die Reihenschaltung 12 fließende Strom I entspricht vorzugsweise dem höheren Betriebsstrom der Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2 zur Erzeugung des Tagfahrlichts, so dass bei diesen Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2 auf eine Bypass-Schaltung 18 mit darin angeordneter Stromsenke 30 verzichtet werden könnte. Im dem gezeigten Beispiel weisen alle Halbleiterlichtquellen 16 der Reihenschaltung 12 jeweils eine parallel geschaltete Bypass-Schaltung 18 mit darin angeordneter Stromsenke 30 auf. Dies ist bspw. sinnvoll, wenn die Stromquelle 14 einen Strom I liefert, der größer als der Betriebsstrom ILED aller Halbleiterlichtquellen 16 ist.
  • Während des Betriebs der Halbleiterlichtquellen 16 aus Figur 2 sind die Stromsenken 30 derart eingestellt, dass über die Bypass-Schaltungen 18 ein Strom IBP fließt, sodass sich ein dem Betriebsstrom ILED entsprechender Strom einstellt, der durch die Halbleiterlichtquellen 16 fließt. Dabei ist der Betriebsstrom ILED1, ILED2 der Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2 der ersten Gruppe größer als der Betriebsstrom ILEDm der Halbleiterlichtquelle(n) 16.m der zweiten Gruppe. Das bedeutet, dass die Stromsenken 30 derart eingestellt sind, dass der durch die Bypass-Schaltungen 18 der ersten Gruppe an Halbleiterlichtquellen 16.1, 16.2 fließende Strom IBP1, IBP2 größer ist als der durch die Bypass-Schaltung(en) 18 der zweiten Gruppe an Halbleiterlichtquelle(n) 16.m fließende Strom IBPm.

Claims (14)

  1. Schaltungsanordnung (10) einer Beleuchtungseinrichtung (101), vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei in Reihe geschalteten und an eine gemeinsame Stromquelle (14) angeschlossenen Halbleiterlichtquellen (16), wobei parallel zu mindestens einer Halbleiterlichtquelle (16) der Halbleiterlichtquellen (16) eine Bypass-Schaltung (18) geschaltet ist, durch welche die Halbleiterlichtquelle (16) überbrückbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaltungsanordnung (10) eine konfigurierbare Stromsenke (30) aufweist, die in der Bypass-Schaltung (18) angeordnet und ausgebildet ist, einen Anteil eines von der Stromquelle (14) erzeugten Stroms (I) aufzunehmen, so dass durch die Halbleiterlichtquelle (16), zu der die Bypass-Schaltung (18) parallel geschaltet ist, ein Betriebsstrom (ILED) fließt, der geringer als der von der Stromquelle (14) erzeugte Strom (I) ist.
  2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (30) durch eine Bestückung der Bypass-Schaltung (18) mit entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (32, 34; 36, 38, 40, 42; 36; 44, 46, 48, 50) konfigurierbar ist.
  3. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (30) eine Reihenschaltung eines Spannungsreglers (32) und eines ohmschen Widerstands (34) umfasst.
  4. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (34) ein Referenzwiderstand ist, durch den die Stromsenke (30) konfigurierbar ist.
  5. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (30) einen ansteuerbaren Transistor (36) umfasst.
  6. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (30) einen ersten ohmschen Widerstand (38) in einem Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors (36) umfasst, wobei der erste ohmsche Widerstand (38) ein Referenzwiderstand ist, durch den die Stromsenke (30) konfigurierbar ist.
  7. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (30) ein Element (40) zur Vorgabe einer an dem ersten ohmschen Widerstand (38) anliegenden statischen Referenzspannung (Vref) aufweist, durch welche der durch den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors (36) fließende Strom (IBP) einstellbar ist.
  8. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (40) zur Vorgabe der statischen Referenzspannung (Vref) einen Shunt-Regler umfasst und dass die Stromsenke (30) eine Reihenschaltung des Shunt-Reglers (40) und eines zweiten ohmschen Widerstands (42) umfasst, wobei ein Basis-Anschluss (B) des Transistors (36) zwischen einem Kathoden-Anschluss (K) des Shunt-Reglers (40) und einem ersten Anschlusskontakt des zweiten ohmschen Widerstands (42) anliegt, ein Kollektor-Anschluss (C) des Transistors (36) an einem zweiten Anschlusskontakt des zweiten ohmschen Widerstands (42) anliegt, ein Emitter-Anschluss (E) des Transistors (36) an einem Referenzanschluss (Vref) des Shunt-Reglers (40) und an einem ersten Anschluss des ersten ohmschen Widerstands (38) anliegt und ein Anoden-Anschluss (A) des Shunt-Reglers (40) an einem zweiten Anschluss des ersten ohmschen Widerstands (38) anliegt.
  9. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (30) eine ansteuerbare Schaltung (44, 46, 48, 50) aufweist, durch welche der durch den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors (36) fließende Strom (IBP) einstellbar ist.
  10. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ansteuerbare Schaltung (44, 46, 48, 50) ausgebildet ist, den durch den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors (36) fließenden Strom (IBP) auf einen Wert zwischen 0% und 100% des durch die Stromquelle (14) erzeugten Stroms (I) einzustellen.
  11. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ansteuerbare Schaltung (44, 46, 48, 50) einen Operationsverstärker (44) aufweist, dessen Ausgangsspannung (Vout) oder eine dazu proportionale Spannung an einem Basis-Anschluss (B) des Transistors (36) anliegt, wobei eine Eingangsspannung des Operationsverstärkers (44) eine Differenz zwischen einer Referenzspannung (REF_IN) und einer Spannung (HI_LO) eines digitalen Signals ist.
  12. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung (12) der Halbleiterlichtquellen (16) eine rotes Licht emittierende erste Halbleiterlichtquelle (16.1), eine grünes Licht emittierende zweite Halbleiterlichtquelle (16.2) und eine blaues Licht emittierende dritte Halbleiterlichtquelle (16.3) umfasst, wobei mindestens zwei der Halbleiterlichtquellen (16) jeweils durch eine zu der entsprechenden Halbleiterlichtquelle (16.2, 16.3) parallel geschaltete Bypass-Schaltung (18) mit darin angeordneter Stromsenke (30) überbrückbar sind.
  13. Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung (12) der Halbleiterlichtquellen (16) eine erste Gruppe an Halbleiterlichtquellen (16.1, 16.2) zur Erzeugung einer ersten Lichtfunktion und eine zweite Gruppe an Halbleiterlichtquellen (16.m) zur Erzeugung einer zweiten Lichtfunktion umfasst, wobei mindestens die Halbleiterlichtquellen (16.1, 16.2; 16.m) einer der Gruppen jeweils durch eine zu der entsprechenden Halbleiterlichtquelle (16.1; 16.2; 16.m) parallel geschaltete Bypass-Schaltung (18) mit darin angeordneter Stromsenke (30) überbrückbar sind.
  14. Beleuchtungseinrichtung (101) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse (102) und einer in dem Gehäuse (102) ausgebildeten und durch eine Abdeckscheibe (104) verschlossenen Lichtaustrittsöffnung, und mit in dem Gehäuse (102) angeordneten Halbleiterlichtquellen (16) zum Emittieren von Licht, wobei die Beleuchtungseinrichtung (101) derart ausgebildet ist, dass das emittierte Licht gegebenenfalls unter Mitwirkung von optischen Elementen der Beleuchtungseinrichtung (101) zur Erzeugung mindestens einer Lichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung (101) durch die Abdeckscheibe (104) hindurchtritt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beleuchtungseinrichtung (101) eine Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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