EP4454418A1 - Verfahren zur erkennung eines kurzschlusses zumindest einer led eines led-stranges eines lichtmoduls - Google Patents

Verfahren zur erkennung eines kurzschlusses zumindest einer led eines led-stranges eines lichtmoduls

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EP4454418A1
EP4454418A1 EP22830806.0A EP22830806A EP4454418A1 EP 4454418 A1 EP4454418 A1 EP 4454418A1 EP 22830806 A EP22830806 A EP 22830806A EP 4454418 A1 EP4454418 A1 EP 4454418A1
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EP
European Patent Office
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led
short
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operating
led string
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EP22830806.0A
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EP4454418B1 (de
Inventor
Thomas Graf
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ZKW Group GmbH
Original Assignee
ZKW Group GmbH
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Publication date
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Publication of EP4454418B1 publication Critical patent/EP4454418B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/54—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a series array of LEDs

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a short circuit in at least one LED of an LED string of a light module, the LED string comprising at least two LEDs connected in series with one another.
  • a further technical task area therefore deals with the question of the optimal handling of errors.
  • it In order to be able to react to the presence of an error, it must first be recognized.
  • monitoring has become known from the prior art, in which each individual LED forward voltage of each LED in the LED string is measured and compared with a target value. If a short circuit occurs in an LED, the forward voltage at this LED collapses, which means that the short circuit error can be detected by measurement.
  • monitoring is associated with a great deal of effort.
  • Another error detection method lies in measuring the LED forward voltages of the entire LED string and using an additional temperature sensor, which is used for temperature-dependent adjustment of an expected value of the LED forward voltage. The comparison of the measured LED forward voltage of the entire string can then be made with the reference value.
  • this method makes it more difficult to exchange spare parts, as it reacts very sensitively to the individual LED forward voltages, which can vary greatly depending on the production batch, for example.
  • the influence of temperature can only be predicted to a limited extent, which is why this method is only suitable for monitoring a small number of LEDs in an LED string.
  • This object is achieved with a method of the type mentioned at the beginning, which according to the invention comprises the following steps: a) providing a reference value which correlates with a differential operating AC current setpoint resistance of the LED string and storing the reference value on a data memory, b) Commissioning of the LED string with an operating DC voltage, so that the LED string emits light, c) impressing an alternating current superimposed on the operating DC voltage in the LED string, the frequency of the alternating current being at least 60 Hz, d) measuring through the alternating current according to Step c) caused AC voltage drop on the LED string, e) deriving a comparative actual value of the LED string correlating with a differential operating AC current actual resistance value with the help of the AC voltage drop measured according to step d) all, f
  • the method according to the invention provides a cost-effective and at the same time reliable solution with which short circuits in LEDs in an LED cluster can be detected. If this method is used, for example, in commercially available motor vehicle headlights, then no additional hardware is required for implementation, since modern LED control devices already have suitable hardware for executing the method. If there is already a voltage measurement of the entire LED chain in a light module anyway, an adaptation for the implementation of the method according to the invention can be carried out therein by software adaptation of the LED operating direct current with an LED AC is applied and so according to the inventive method, the number of working LEDs can be determined. In principle, the number of LEDs in a string can be freely selected and can be, for example, at least four, at least ten, between four and forty, or any other desired number.
  • the advantages of the invention come into play particularly when there is a large number of LEDs in one strand.
  • a frequency of over 60 Hz in connection with the alternating current used it is avoided that any small fluctuations in the light intensity become visible as unpleasant flickering.
  • the frequency for this can be at least 100 Hz.
  • the alternating current impressed according to step c) is free of a direct component. This largely minimizes a change in the emitted light output of the LEDs over time and the additional energy consumption is kept low.
  • the impressed alternating current has the time profile of a square-wave signal, a triangular signal or a sinusoidal signal.
  • the alternating current impressed according to step c) is selected such that its amplitude is at least 20%, preferably between 20% and 60% of the absolute value of the nominal value of an operating direct current of the LED strand caused by the operating direct voltage.
  • This suitably large selected current amplitude simplifies the measurement, since the voltage amplitude to be measured is also correspondingly large. Any measurement inaccuracies then have less of an effect on the comparison result according to step f), since the actual comparison value to be calculated, which correlates with the actual differential operating alternating current resistance value, fluctuates less.
  • the reference value provided according to step a) is the differential operating AC current target resistance
  • the comparison actual value derived according to step e) is a differential operating AC current resistance actual value is obtained by forming a quotient from the measured AC voltage drop according to step d) and the applied alternating current according to step c).
  • This differential operating AC current resistance actual value therefore corresponds to the slope of a current-voltage curve of the LED strand at the respective operating point.
  • the comparison in accordance with step f) is a limit value comparison, with the existence of an LED short circuit being inferred if a predefinable maximum differential amount, formed by the difference between the reference value and the comparison actual value, is exceeded with the maximum difference amounting to a maximum of 10% of the reference value.
  • the error routine includes the output of an error signal and/or the change in the operating state of the LED string.
  • the change in the operating state can, for example, reduce the operating voltage of the LED string, switch off the LED string, increase the transmission power of the remaining functioning LEDs of the LED string (e.g. by increasing the switch-on time or the duty cycle in the case of clocked operation) and/or switching on a replacement line.
  • the recorded comparative actual value replaces the present reference value and is stored on the data memory in order to be used as an updated reference value in a subsequent iteration of steps a) to f). serve. In this way, aging effects can be compensated. This makes the process self-calibrating and self-learning.
  • the invention also relates to a short-circuit fault detection light system for carrying out a method according to the invention, the short-circuit fault detection light system comprising the following for this purpose: A light module with at least one LED string, the at least one LED string having a number of at least two LEDs connected in series with one another , And a short-circuit detection system, wherein the short-circuit detection system at least for the electrical supply of at least one LED strand is set up, wherein the short-circuit detection system is set up to carry out steps a) to f) of the method according to the invention.
  • the short-circuit detection system is set up so that the amplitude of the superimposed alternating current is independent of the absolute value of the nominal value of the operating direct current of the LED string. If the superimposed alternating current is independent of the operating point, then the evaluation of the voltage measurement should be continuously adjusted (e.g. due to the non-linear current-voltage characteristic of the LEDs or temperature influences) in order to achieve correct short-circuit detection with different operating direct currents.
  • the advantage of this variant is that the effort required for correct short-circuit detection can be shifted from the driver side to the measurement side.
  • the short-circuit detection system is set up so that the amplitude of the superimposed alternating current is dependent on the absolute value of the nominal value of the operating direct current of the LED string.
  • a dependent alternating current means that the adjustment to the above-mentioned influences is shifted to the driver side.
  • This embodiment is considered to be particularly advantageous, for example, in the case of temperature-dependent derating of the LEDs or in the case of transition effects from one light function to another. Provision can be made for the amplitude of the impressed alternating current to be a percentage, for example between 20% and 50%, in particular exactly 30%, of the absolute value of the nominal value of the operating direct current of the LED strand depending on the respective operating state.
  • the invention relates to a motor vehicle headlight, comprising a light system according to the invention that detects short-circuit faults.
  • the invention relates to a motor vehicle, comprising a light system according to the invention that detects short-circuit faults and/or a motor vehicle headlight according to the invention.
  • the dynamic resistance of an LED only changes over temperature very little and can therefore be used to detect shorts in a string of LEDs.
  • the alternating voltage at the LED chain can be determined through the dynamic resistance or, conversely, the dynamic resistance can be determined by detecting current and voltage.
  • the number of LEDs and the dynamic resistance in a defined operating state are known to the LED driver or LED control unit when it is first commissioned (e.g. by providing a reference value R ref according to step a)) in order to be able to use the generated with alternating current in regular operation to compare data.
  • alternating current component can be selected in such a way that it has no noticeable effect on either the intensity or the thermal load.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a short-circuit error-detecting light system for carrying out a method according to the invention
  • FIG. 2 an exemplary LED strand of a lighting system
  • FIG. 3 three exemplary operating DC voltages for different temperatures and an associated current flow through the LED string
  • FIG. 4 shows an exemplary characteristic of an LED 31 of an LED strand 3 at a temperature of 25° C.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a driver circuit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a short-circuit error-detecting light system 7 for carrying out a method according to the invention. This method for detecting a short circuit in at least one LED 31 of an LED string 3 (see Fig.
  • Step 2 2) of a light module 8, the LED string 3 comprising a number of at least two LEDs 31 connected in series with one another, the method comprising the following Steps includes: a) providing a reference value R ref , which correlates with a differential operating AC current target resistance of the LED string and storing the reference value R ref on a data memory 6, b) putting the LED string 3 into operation with a DC operating voltage (This can vary or be adjusted depending on the temperature of the strand, for example, in order to achieve a certain operating current; Fig.
  • alternating current Iwi or I W2 superimposed on the operating DC voltage UBTI, UBT2 or UBTS in the LED Phase 3, the frequency of the alternating current Iwi or Iw2 being at least 60 Hz (Iwi is a square-wave waveform of the alternating current over time and Iw2 relates to a sinusoidal waveform of an alternating current - the alternating current component is superimposed on the direct current component; in principle, any (advantageously periodic) alternating signal curves can be used), d) measuring the AC voltage drop Uwi, U 2 caused by the alternating current Iwi or Iw2 according to step c) at the LED string 3, e) deriving a differential operation - AC current actual resistance value correlating
  • the short-circuit error-detecting light system 7 for carrying out the method according to the invention comprises a light module 8 with at least one LED string 3, the at least one LED string 3 having a number of at least two LEDs 31 connected in series with one another, and a short-circuit detection system 9, wherein the Short-circuit detection system 9 is set up at least for the electrical supply of the at least one LED strand 3, wherein the short-circuit detection system 9 is set up to carry out steps a) to f) of the method.
  • FIG. 3 which shows the phase current I(t) and phase voltage U(t) over time
  • the alternating current Iwi or Iw2 impressed according to step c) is free of a direct component.
  • the LED forward voltage or the operating DC voltage of the entire chain changes much more with temperature than the AC voltage resulting from the superimposed alternating current in connection with the almost constant dynamic resistance or the differential operating AC current -Resistance.
  • the resulting AC voltage is almost independent of temperature.
  • the reference value R ref provided according to step a) is the differential operating AC current setpoint resistance
  • the comparison actual value Ract derived according to step e) is a differential operating AC current resistance actual value is obtained by forming a quotient from the measured AC voltage drop Uwv U 2 according to step d) and the impressed alternating current Iwi, Iw2 according to step c). This value correlates with the gradient of the characteristic curve of the respective LED strand 3 at the operating point.
  • FIG. 4 shows an exemplary current-voltage characteristic of an LED 31 of an LED strand 3 at a temperature of 25°C.
  • the differential alternating current resistance is also shown therein as an example in an operating range, with this resistance corresponding to the reciprocal of the gradient k.
  • the impressed alternating current Iw2 causes the correspondingly correlating voltage drop U W2 .
  • the comparison according to step f) is a limit value comparison, with the presence of an LED being formed by the difference between reference value Rref and comparison actual value Rist when a predefinable maximum differential amount is exceeded - Short-circuit is inferred, the maximum difference being a maximum of 10% of the reference value R re f.
  • an error routine is triggered when an LED short circuit is detected.
  • the error routine can, for example, include the output of an error signal s1 (see FIG. 1) and/or the change in the operating state of the LED cluster 3.
  • a signal s2 can be output to confirm freedom from errors.
  • the recorded comparison actual value Ract can replace the present reference value Rref and be stored on the data memory 6 in order to serve as an updated reference value in a subsequent iteration of steps a to f.
  • the short-circuit detection system 9 can be set up so that the amplitude of the superimposed alternating current Iwi, Iw2 is independent of the absolute value of the nominal value of the operating direct current IB of the LED string 3 .
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight, comprising a light system 7 that detects short-circuit faults according to the invention.
  • the LED string 3 or the lighting system 7 can be supplied by a battery 1 or an energy store.
  • the operating direct current IB can be supplied by a driver 2.
  • This driver 2 can be designed, for example, as a switching converter or as a linear regulator. If the driver 2 is designed as a switching converter, it has, as is known, an electronic switch (not shown) in order to control a required output variable. Depending on the requirements, the driver 2 can be designed as a combination of several switching converters. For example, a combination of step-up converters 21 and step-down converters 22, 22a can be used (see FIG. 5). If several LED strands are to be supplied, a step-down converter 22, 22a can be provided for each LED strand.
  • the output variable of the switching converter is preferably regulated.
  • the output variable can correspond to the required operating direct current IB.
  • the operating direct current IB can be regulated by modulating the duty cycle of the electronic switch.
  • switching converters have also become known, which regulate the output variable, in the present case the operating direct current IB, via modulation of a switching frequency of the electronic switch. With both control types, switching frequencies in the upper kHz range down to a few MHz are common.
  • This step-down converter has an electronic switch (not shown), the switching cycles of which depend on the required operating direct current IB. The switching cycles thus correspond to a manipulated variable which can be changed by the duty cycle and/or by the switching frequency.
  • an alternating current Iwi or Iw2 can be superimposed by changing the switching cycles of the electronic switch.
  • the frequency f w of the superimposed alternating current is preferably less than a thousandth of the switching frequency of the electronic switch in the current-controlled buck converter, the frequency f w of the superimposed alternating current being at least 60 Hz.
  • the operating direct current IB can be linearly controlled or limited.
  • an electronic switch (not shown) can be connected in series with the LEDs 31 of the LED string 3 .
  • this electronic switch acts like a controlled resistor and thus makes it possible to change the operating direct current IB of the LED string 3 .
  • the manipulated variable that determines the operating current IB in this variant is therefore the variable that influences the value of the controlled resistance.
  • the switching converter LED string 3 are supplied with an alternating current Iwi or I 2 superimposed on the operating direct current IB.
  • the manipulated variable for the driver 2 and thus the frequency fw of the superimposed alternating current Iwi or I 2 are specified by a microcontroller 4.
  • the superimposed alternating current Iwi or Iw2 leads to a corresponding change in the LED string voltage U(t) of the LED string 3 around the operating DC voltage point. If one only considers the small-signal behavior of the LEDs 31 in the LED string 3, then one can speak of an AC voltage drop Uwi or Uw2 at the LED string 31 resulting from the superimposed alternating current Iwi or Iw2. This can be used to draw conclusions about a short circuit.
  • the AC voltage drop Uwi or Uw2 caused by the alternating current Iwi or Iw2 can be measured at the LED string 3 .
  • the resulting AC voltage drop Uwi or Uw2 can be measured separately from the operating DC voltage UB(TI,T2,T3).
  • the AC voltage drop of all Uwi or Uw2 can be measured by measuring the amplitude value or a peak-to-peak value measurement of the resulting AC voltage Uwi or Uw2 on the LED cluster 31 .
  • an effective value of the resulting AC voltage at the LED string 31 can be calculated from the measured AC voltage drop Uwi or Uw2.
  • a continuous measurement of the AC voltage drop Uwi or Uw2 on the LED string 31 can be provided, which continuously measures the LED string voltage U(t) or the AC voltage drop Uwi or Uw2.
  • a continuous measurement is preferably carried out at discrete time intervals of at least 1/(2*f w ), particularly preferably at least 1/(5*f w ).
  • the individual measurements can be filtered according to maximum and minimum values, with which the calculation of the peak-to-peak value is based on the difference between maximum and peak values minimum value becomes possible.
  • This peak-to-peak value corresponds to a comparative actual value Ract correlating with the differential operating alternating current actual resistance value.
  • the peak-to-peak value increases according to the flattening curve of the representative differential resistance with an increasing number of LEDs 31 in LED string 3. If an LED 31 short-circuits, the peak-to-peak value of LED string 3 drops.
  • the comparison actual value Ractual can also correspond to the amplitude value or the effective value of the AC voltage drop Uwi or U 2 of the LED string 3 .
  • the maximum and minimum values are each averaged over at least three measurements before the peak-to-peak value is calculated.
  • the comparison actual value Ractual corresponds to a specific rate of change over time.
  • This rate of change over time can correspond to the change over time of a peak-to-peak value or an amplitude value or an effective value within a defined period of time. This means that short-circuit detection is less dependent on slow changes caused by environmental influences.
  • the reference value advantageously corresponds to ⁇ x*0.1 of the comparison actual value per millisecond, where x corresponds to the number of LEDs 31 in the LED cluster 3 .
  • a microcontroller 4 can be provided, which is set up to carry out the comparison of the reference value Rref with the comparison actual value Rist.
  • This microcontroller 4 can have a voltage measuring unit 5, with which the LED string voltage U(t) or the AC voltage drop Uwi or Uw2 is measured.
  • the microcontroller 4 is particularly preferably set up both to determine the comparison actual value Rist and to compare it with the reference value R ref and to make the above-mentioned manipulated variable available to the driver 2 .
  • the impressed alternating current I i or Iw2 can be selected in such a way that its amplitude is configured independently of the absolute value of the nominal value of the operating direct current IB of the LED string 3 .

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses zumindest einer LED (31) eines LED-Stranges (3) eines Lichtmoduls (8), wobei der LED-Strang (3) eine Anzahl von zumindest zwei an miteinander in Serie geschalteten LEDs (31) umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Referenzwertes (Rref), welcher mit einem differentiellen Betriebswechselstrom-Soll-Widerstands des LED-Stranges (3) korreliert und Hinterlegen des Referenzwertes (Rref) auf einem Datenspeicher (6), b) Inbetriebnahme des LED-Stranges (3) mit einer Betriebsgleichspannung (UBT1, UBT2, UBT3), sodass der LED-Strang (3) Licht abstrahlt, c) Einprägen eines zu der Betriebsgleichspannung (UBT1, UBT2, UBT3) überlagerten Wechselstromes (IW1, IW2) in den LED-Strang (3), wobei die Frequenz des Wechselstromes (IW1, IW2) zumindest 60 Hz beträgt, d) Messen des durch den Wechselstrom (IW1, IW2) gemäß Schritt c) verursachten Wechselspannungsabfalles (UW1, UW2) an dem LED-Strang, e) Ableiten eines mit einem differentiellen Betriebs-Wechselstrom-Ist-Widerstandswert korrelierenden Vergleichs-Ist-Wertes (Rist) des LED-Strangs unter Zuhilfenahme des gemäß Schritt d) gemessenen Wechselspannungsabf alles (UW1, UW2), f) Abrufen des auf dem Datenspeicher (6) gemäß Schritt a) zur Verfügung gestellten Referenzwertes (Rref) und Vergleich mit dem Vergleichs-Ist-Wert (Rist), wobei ergebnisabhängig von dem Vergleich auf das Vorliegen eines LED-Kurzschlusses rückgeschlossen wird.

Description

VERFAHREN ZUR ERKENNUNG EINES KURZSCHLUSSES ZUMINDEST EINER LED EINES LED- STRANGES EINES LICHTMODULS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses zumindest einer LED eines LED-Stranges eines Lichtmoduls, wobei der LED-Strang eine Anzahl von zumindest zwei an miteinander in Serie geschalteten LEDs umfasst.
Viele technische Anwendungen von Lichtmodulen setzen eine hohe technische Zuverlässigkeit derselben voraus. Hierzu ist es in der Industrie üblich, durch Auswahl hochwertiger Komponenten und durch Vornahme eines geeigneten Lichtmoduldesigns möglichst hohe Zuverlässigkeit zu garantieren. Dennoch kann das Auftreten von Fehlern in der Regel nicht gänzlich ausgeschlossen werden.
Ein weiteres technisches Aufgabengebiet beschäftigt sich daher mit der Frage des optimalen Umgangs mit Fehlern. Um auf das Vorliegen eines Fehlers reagieren zu können, muss dieser zuerst erkannt werden. Bei Lichtmodulen mit einem LED-Strang ist aus dem Stand der Technik eine Überwachung bekannt geworden, bei der jede einzelnen LED- Vorwärtsspannung jeder LED des LED-Stranges gemessen und mit einem Sollwert verglichen wird. Tritt ein Kurzschluss in einer LED auf, so bricht die Vorwärtsspannung an dieser LED ein, wodurch der Kurzschlussfehler messtechnisch erfasst werden kann. Eine solche Überwachung ist aber mit einem hohen Aufwand verbunden.
Eine weitere Fehlerer kennungsmethode liegt in einer Messung der LED-Vorwärtsspannungen des gesamten LED-Strangs und der Verwendung eines zusätzlichen Temperatur sensor, der zur temperaturabhängigen Anpassung eines Erwartungswertes der LED-Vorwärtsspannung eingesetzt wird. Der Vergleich der gemessenen LED-Vorwärtsspannung des gesamten Strangs kann dann mit dem Referenzwert erfolgen. Diese Methode erschwert aber einen Ersatzteiltausch, da sie sehr von sensibel auf die einzelnen LED-Vorwärtsspannungen reagiert, die z.B. je nach Produktionscharge stark variieren kann. Außerdem lässt sich der Temperatureinfluss nur bedingt voraussagen, weshalb diese Methode nur für die Überwachung einer geringen Anzahl an LEDs in einem LED-Strang geeignet ist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin ein Verfahren zu schaffen, welches eine kostengünstige und zuverlässige Detektion von Kurzschlussfehlern einer LED in einem LED- Strang erkennt, wobei die Anzahl der LEDs in dem LED-Strang frei gewählt werden kann, ohne dass das Verfahren dabei versagt. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannt Art gelöst, welches erfindungsgemäß die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Referenzwertes, welcher mit einem differentiellen Betriebswechselstrom- Soll-Wider stands des LED-Stranges korreliert und Hinterlegen des Referenzwertes auf einem Datenspeicher, b) Inbetriebnahme des LED-Stranges mit einer Betriebsgleichspannung, sodass der LED- Strang Licht abstrahlt, c) Einprägen eines zu der Betriebsgleichspannung überlagerten Wechselstromes in den LED- Strang, wobei die Frequenz des Wechselstromes zumindest 60 Hz beträgt, d) Messen des durch den Wechselstrom gemäß Schritt c) verursachten Wechselspannungsabfalles an dem LED-Strang, e) Ableiten eines mit einem differentiellen Betriebs-Wechselstrom-Ist-Widerstandswert korrelierenden Vergleichs-Ist-Wertes des LED-Strangs unter Zuhilfenahme des gemäß Schritt d) gemessenen Wechselspannungsabf alles, f) Abrufen des auf dem Datenspeicher gemäß Schritt a) zur Verfügung gestellten Referenzwertes und Vergleich mit dem Vergleichs-Ist-Wert, wobei ergebnisabhängig von dem Vergleich auf das Vorliegen eines LED-Kurzschlusses rückgeschlossen wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine kostengünstige und gleichzeitig zuverlässige Lösung geschaffen, mit der Kurzschlüsse von LEDs in einem LED-Strang erkannt werden können. Wird dieses Verfahren beispielsweise bei handelsüblichen Kraftfahrzeugscheinwerfern eingesetzt, so wird keine zusätzliche Hardware bei der Implementierung vorausgesetzt, da moderne LED-Steuergeräte bereits ohnehin über geeignete Hardware zur Ausführung des Verfahrens verfügen. Wenn bereits eine Spannungsmessung der gesamten LED-Kette in einem Lichtmodul ohnehin vorhanden ist, kann eine Anpassung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darin erfolgen, indem durch Softwareanpassung der LED Betriebsgleichstrom mit einem LED- Wechselstrom beaufschlagt wird und so entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren die Anzahl der funktionierenden LEDs ermittelbar ist. Die Anzahl der LEDs in einem Strang ist grundsätzlich frei wählbar und kann beispielsweise zumindest vier, zumindest zehn, zwischen vier und vierzig oder auch eine beliebige andere Anzahl betragen. Die Vorteile der Erfindung kommen besonders bei einer hohen Anzahl an LEDs in einem Strang zu tragen. Durch Verwendung einer Frequenz von über 60 Hz im Zusammenhang mit dem eingesetzten Wechselstrom wird vermieden, dass etwaige geringe Schwankungen in der Lichtintensität als unangenehmes Flackern sichtbar werden. Insbesondere kann die Frequenz hierzu mindestens 100 Hz betragen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der gemäß Schritt c) eingeprägte Wechselstrom frei von einem Gleichanteil ist. Dadurch wird eine zeitliche Änderung der abgestrahlten Lichtleistung der LEDs weitgehend minimiert und der zusätzliche Energieverbrauch gering gehalten.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der eingeprägte Wechselstrom den zeitlichen Verlauf eines Rechtecksignals, eines Dreiecksignals oder eines Sinussignals aufweist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der gemäß Schritt c) eingeprägte Wechselstrom so gewählt ist, dass seine Amplitude mindestens 20%, vorzugsweise zwischen 20% und 60% des Absolutbetrages des Nennwertes eines durch die Betriebsgleichspannung veranlassten Betriebsgleichstromes des LED-Stranges beträgt. Durch diese geeignet groß gewählte Stromamplitude wird die Messung vereinfacht, da die zu messende Spannungsamplitude somit auch entsprechend groß ausfällt. Etwaige Messungenauigkeiten wirken sich dann also weniger stark auf das Vergleichsergebnis gemäß Schritt f) aus, da der zu berechnende mit dem differentiellen Betriebs-Wechselstrom-Ist-Widerstandswert korrelierenden Vergleichs-Ist- Wertes weniger stark schwankt.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der gemäß Schritt a) zur Verfügung gestellte Referenzwert der differentielle Betriebswechselstrom-Soll- Wider stand ist, und wobei der gemäß Schritt e) abgeleitete Vergleichs-Ist-Wert ein differentieller Betriebswechselstrom-Widerstands-Ist-Wert ist, der erhalten wird, indem ein Quotient aus dem gemessenen Wechselspannungsabfall gemäß Schritt d) und dem eingeprägten Wechselstroms gemäß Schritt c) gebildet wird. Dieser differentielle Betriebswechselstrom-Widerstands-Ist-Wert entspricht daher der Steigung einer Strom-Spannungs-Kurve des LED-Stranges im jeweiligen Betriebspunkt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Vergleich gemäß Schritt f) um einen Grenzwertvergleich handelt, wobei bei Überschreiten eines vorgebbaren maximalen Differenzbetrags, gebildet durch die Differenz aus Referenzwert und dem Vergleichs-Ist-Wert, auf das Vorliegen eines LED-Kurzschlusses rückgeschlossen wird, wobei der maximale Differenzbetrag maximal 10% des Referenzwertes beträgt.
Weiters kann vorgesehen sein, dass bei Feststellen eines LED-Kurzschlusses eine Fehlerroutine ausgelöst wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Fehlerroutine die Ausgabe eines Fehlersignals und/oder die Veränderung des Betriebszustandes des LED- Stranges umfasst. Die Veränderung des Betriebszustandes kann z.B. Senkung der Betriebsspannung des LED-Stranges, Ausschaltung des LED-Stranges, Erhöhen der Sendeleistung der verbleibenden funktionierenden LEDs des LED-Stranges (z.B. durch Erhöhung der Einschaltzeitdauer bzw. des Tastgrades im Falle eines getakteten Betriebs) und/ oder Einschaltung eines Ersatzstranges erfolgen.
Weiters kann vorgesehen sein, dass bei Nichtvorliegen eines LED-Kurzschlusses ein Signal zur Bestätigung der Fehlerfreiheit ausgegeben wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im Falle des Feststellens von Kurzschlussfehlerfreiheit in Schritt e) der erfasste Vergleichs-Ist-Wert den vorliegenden Referenzwert ersetzt und auf dem Datenspeicher abgespeichert wird, um in einer nachfolgenden Iteration der Schritte a) bis f) als aktualisierter Referenzwert zu dienen. Damit können Alterungseffekte ausgeglichen werden. Das Verfahren wird dadurch selbstkalibrierend und selbstlernend.
Weiters betrifft die Erfindung ein kurzschlussfehlerer kennendes Lichtsystem zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das kurzschlussfehlererkennende Lichtsystem hierzu Folgendes umfasst: Ein Lichtmodul mit zumindest einem LED-Strang, wobei der zumindest eine LED-Strang eine Anzahl von zumindest zwei an miteinander in Serie geschalteten LEDs aufweist, sowie ein Kurzschlusserkennungssystem, wobei das Kurzschlusserkennungssystem zumindest zur elektrischen Versorgung des zumindest einen LED-Stranges eingerichtet ist, wobei das Kurzschlusserkennungssystem dazu eingerichtet ist, die Schritte a) bis f) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kurzschlusserkennungssystem dazu eingerichtet ist, dass die Amplitude des überlagerten Wechselstromes unabhängig vom Absolutbetrag des Nennwertes des Betriebsgleichstromes des LED-Stranges ist. Wenn der überlagerte Wechselstrom unabhängig vom Arbeitspunkt ist, dann sollte die Auswertung der Spannungsmessung laufend angepasst werden (z.B. wegen der nichtlinearen Strom- Spannungs-Kennlinie der LEDs oder Temperatureinflüsse), um eine korrekte Kurzschlusserkennung bei verschiedenen Betriebsgleichströmen zu erreichen. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass der Aufwand für eine korrekte Kurzschlusserkennung von der Treiberseite zur Messseite verschoben werden kann.
Weiters kann vorgesehen sein, dass das Kurzschlusserkennungssystem dazu eingerichtet ist, dass die Amplitude des überlagerten Wechselstromes abhängig vom Absolutbetrag des Nennwertes des Betriebsgleichstromes des LED-Stranges ist. Im Gegensatz zu der zuvor genannten Variante führt ein abhängiger Wechselstrom dazu, dass die Anpassung an o.g. Einflüsse auf die Treiberseite verschoben werden. Als besonders vorteilhaft wird diese Ausgestaltung zum Beispiel im Falle von temperaturabhängigen Derating der LEDs oder bei Übergangseffekten von einer Lichtfunktion in eine andere angesehen. Es kann vorgesehen sein, dass die Amplitude des eingeprägten Wechselstroms einen Prozentsatz, zum Beispiel zwischen 20% und 50%, insbesondere genau 30% des Absolutbetrages des Nennwerts des Betriebsgleichstromes des LED-Stranges in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand beträgt.
Weiters betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend ein erfindungsgemäßes kurzschlussfehlererkennendes Lichtsystem.
Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes kurzschlussfehlererkennendes Lichtsystem und/oder einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Anders ausgedrückt können die Überlegungen zur Erfindung wie folgt beschrieben werden: Der dynamische Widerstand einer LED (Halbleiter) verändert sich über die Temperatur nur sehr wenig und kann daher zur Erkennung von Kurzschlüssen in einer Kete von LEDs verwendet werden. Durch die Überlagerung eines Wechselstroms auf den LED-(Gleich-)- Strom (d.h. den Betriebsstrom) kann durch den dynamischen Widerstand die Wechselspannung an der LED-Kette ermittelt bzw. umgekehrt durch Erfassung von Strom und Spannung der dynamische Widerstand ermittelt werden. Dem LED-Treiber oder LED- Steuergerät ist bei der erstmaligen Inbetriebnahme die Anzahl der LEDs und der dynamische Widerstand in einem definierten Betriebszustand bekannt (z.B. indem der eines Referenzwertes Rref gemäß Schritt a) bereitgestellt wird) um im regulären Betrieb die mit Wechselstrom generierten Daten zu vergleichen.
Dadurch ist ein Kurzschluss einer oder mehrere LEDs aus einer LED-Kette unbestimmter Anzahl größer 1 ermittelbar. Der Wechselstrom Anteil kann so gewählt werden, dass sich dies weder auf die Intensität noch auf die thermische Belastung merklich auswirkt.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand einer beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsform näher erläutert, die in den Figuren veranschaulicht ist. Darin zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung eines kurzschlussfehlererkennenden Lichtsystems zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 einen beispielhaften LED-Strang eines Lichtsystems,
Figur 3 drei beispielhafte Betriebsgleichspannungen für unterschiedliche Temperaturen sowie einen zugehörigen Stromverlauf durch den LED-Strang,
Figur 4 eine beispielhafte Kennlinie einer LED 31 eines LED-Stranges 3 bei einer Temperatur von 25°C, und
Figur 5 eine beispielhafte Ausführung einer Treiber Schaltung.
In den folgenden Figuren bezeichnen - sofern nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines kurzschlussfehlererkennenden Lichtsystems 7 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses zumindest einer LED 31 eines LED-Stranges 3 (siehe Fig. 2) eines Lichtmoduls 8, wobei der LED-Strang 3 eine Anzahl von zumindest zwei an miteinander in Serie geschalteten LEDs 31 umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Referenzwertes Rref, welcher mit einem differentiellen Betriebswechselstrom-Soll-Wider stands des LED-Stranges korreliert und Hinterlegen des Referenzwertes Rref auf einem Datenspeicher 6, b) Inbetriebnahme des LED-Stranges 3 mit einer Betriebsgleichspannung (diese kann z.B. in Abhängigkeit von der Temperatur des Stranges variieren bzw. angepasst werden, um einen gewissen Betriebsstrom zu erreichen; Fig. 3 zeigt drei beispielhafte Betriebsgleichspannungen für unterschiedliche Temperaturen, nämlich UBTI für eine Temperatur von -40°C, UBT2 für eine Temperatur von -25°C und UBTS für eine Temperatur von -105°C), sodass der LED-Strang 3 Licht abstrahlt, c) Einprägen eines zu der Betriebsgleichspannung UBTI, UBT2 bzw. UBTS überlagerten Wechselstromes Iwi bzw. IW2 in den LED-Strang 3, wobei die Frequenz des Wechselstromes Iwi bzw. Iw2 zumindest 60 Hz beträgt (bei Iwi handelt es sich um einen rechteckförmigen zeitlichen Verlauf des Wechselstromes und Iw2 betrifft einen sinusförmigen Verlauf eines Wechselstromes - die Wechselstromkomponente wird dabei der Gleichstromkomponente überlagert; es können grundsätzlich beliebige (vorteilhafterweise periodische) Wechselsignal Verläufe verwendet werden), d) Messen des durch den Wechselstrom Iwi bzw. Iw2 gemäß Schritt c) verursachten Wechselspannungsabfalles Uwi, U 2 an dem LED-Strang 3, e) Ableiten eines mit einem differentiellen Betriebs-Wechselstrom-Ist-Widerstandswert korrelierenden Vergleichs-Ist-Wertes Rist des LED-Strangs 3 unter Zuhilfenahme des gemäß Schritt d) gemessenen Wechselspannungsabfalles Uwibzw. Uw2 (je nachdem, ob eben z.B. der Strom Iwi oder Iw2 vorlag), f) Abrufen des auf dem Datenspeicher 6 gemäß Schritt a) zur Verfügung gestellten Referenzwertes Rref und Vergleich mit dem Vergleichs-Ist-Wert Rist/ wobei ergebnisabhängig von dem Vergleich auf das Vorliegen eines LED-Kurzschlusses rückgeschlossen wird.
Das kurzschlussfehlererkennende Lichtsystem 7 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Lichtmodul 8 mit zumindest einem LED-Strang 3, wobei der zumindest eine LED-Strang 3 eine Anzahl von zumindest zwei an miteinander in Serie geschalteten LEDs 31 aufweist, sowie ein Kurzschlusserkennungssystem 9, wobei das Kurzschlusserkennungssystem 9 zumindest zur elektrischen Versorgung des zumindest einen LED-Stranges 3 eingerichtet ist, wobei das Kurzschlusserkennungssystem 9 dazu eingerichtet ist, die Schritte a) bis f) des Verfahrens durchzuführen.
Wie anhand Fig. 3 erkennbar ist, die einen zeitlichen Verlauf des Strangstromes I(t) sowie der Strangspannung U(t) zeigt, kann vorgesehen sein, dass der gemäß Schritt c) eingeprägte Wechselstrom Iwi bzw. Iw2 frei von einem Gleichanteil ist. Wie in Fig. 3 gut erkennbar ist, verändert sich die LED-Vorwärtsspannung bzw. die Betriebsgleichspannung der gesamten Kette mit der Temperatur viel stärker als die, aus dem überlagerten Wechselstrom, resultierende Wechselspannung in Verbindung mit dem beinahe konstanten dynamischen Widerstand bzw. dem differentiellen Betriebswechselstrom-Widerstand. Die entstehende Wechselspannung ist nahezu temperaturunabhängig.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der gemäß Schritt a) zur Verfügung gestellte Referenzwert Rref der differentielle Betriebs wechselstrom-Soll-Wider stand ist, und wobei der gemäß Schritt e) abgeleitete Vergleichs-Ist-Wert Rist ein differentieller Betriebswechselstrom- Widerstands-Ist-Wert ist, der erhalten wird, indem ein Quotient aus dem gemessenen Wechselspannungsabfall Uwv U 2 gemäß Schritt d) und dem eingeprägten Wechselstrom Iwi, Iw2 gemäß Schritt c) gebildet wird. Dieser Wert korreliert mit der Steigung der Kennlinie des jeweiligen LED-Stranges 3 im Betriebspunkt. Figur 4 zeigt eine beispielhafte Strom- Spannungs-Kennlinie einer LED 31 eines LED-Stranges 3 bei einer Temperatur von 25°C. Beispielhaft ist darin auch der differentielle Wechselstr omwider stand in einem Betriebsbereich dargestellt, wobei dieser Widerstand dem Kehrwert der Steigung k entspricht. Der eingeprägte Wechselstrom Iw2 verursacht in diesem Betriebsbereich den entsprechend korrelierenden Spannungsabfall UW2. Bei einem LED-Strang umfassend beispielsweise vier LEDs ergäbe das bei diesen LEDs eine Betriebsvorwärtsspannung zwischen ca. 12V und 13V. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Vergleich gemäß Schritt f) um einen Grenzwertvergleich handelt, wobei bei Überschreiten eines vorgebbaren maximalen Differenzbetrags gebildet durch die Differenz aus Refer enzwert Rref und dem Vergleichs-Ist- Wert Rist auf das Vorliegen eines LED- Kurzschlusses rückgeschlossen wird, wobei der maximale Differenzbetrag maximal 10% des Referenzwertes Rref beträgt.
Weiters kann z.B. vorgesehen sein, dass bei Feststellen eines LED-Kurzschlusses eine Fehlerroutine ausgelöst wird. Die Fehlerroutine kann beispielsweise die Ausgabe eines Fehlersignals sl (siehe Fig. 1) und/oder die Veränderung des Betriebszustandes des LED- Stranges 3 umfassen. Bei Nichtvorliegen eines LED-Kurzschlusses kann hingegen ein Signal s2 zur Bestätigung der Fehlerfreiheit ausgegeben werden.
Im Falle des Feststellens von Kurzschlussfehlerfreiheit kann der erfasste Vergleichs-Ist-Wert Rist den vorliegenden Referenzwert Rref ersetzen und auf dem Datenspeicher 6 abgespeichert werden, um in einer nachfolgenden Iteration der Schritte a bis f als aktualisierter Referenzwert zu dienen.
Mit Blick auf Fig. 1 sei erwähnt, dass das Kurzschlusserkennungssystem 9 dazu eingerichtet sein kann, dass die Amplitude des überlagerten Wechselstromes Iwi, Iw2 unabhängig vom Absolutbetrag des Nennwertes des Betriebsgleichstromes IB des LED-Stranges 3 ist.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Kurzschlusserkennungssystem dazu eingerichtet ist, dass die Amplitude des überlagerten Wechselstromes Iwi, Iw2 abhängig vom Absolutbetrag des Nennwertes des Betriebsgleichstromes IB des LED-Stranges 3 ist.
Weiters betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend ein erfindungs gemäßes kurzschlussfehlererkennendes Lichtsystem 7. Weiters betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes kurzschlussfehlererkennendes Lichtsystem 7 und/oder einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Fig. 1 zeigt noch einige weitere Merkmale, die erwähnenswert sind: Die Versorgung des LED- Strangs 3 bzw. des Lichtsystems 7 kann von einer Batterie 1 bzw. einem Energiespeicher bereitgestellt werden. Der Betriebsgleichstrom IB kann von einem Treiber 2 geliefert werden. Dieser Treiber 2 kann beispielsweise als Schaltwandler oder als Linearregler ausgeführt sein. Ist der Treiber 2 als Schaltwandler ausgeführt, so weist dieser, bekanntermaßen, einen elektronischen Schalter (nicht gezeigt) auf, um eine geforderte Ausgangsgröße zu steuern. Je nach Anforderungen kann der Treiber 2 als eine Kombination aus mehreren Schaltwandlern ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine Kombination aus Hochsetzstellern 21 und Tiefsetzstellern 22, 22a eingesetzt werden (siehe Fig. 5). Sind mehrere LED-Stränge zu versorgen, so kann für jeden LED-Strang ein Tiefsetzsteller 22, 22a vorgesehen sein. Bevorzugt wird die Ausgangsgröße des Schaltwandlers geregelt. Die Ausgangsgröße kann dabei dem geforderten Betriebsgleichstrom IB entsprechen. Die Regelung des Betriebsgleichstromes IB kann über eine Modulation der Einschaltdauer des elektronischen Schalters realisiert werden. Alternativ dazu sind auch Schaltwandler bekannt geworden, welche über Modulation einer Schaltfrequenz des elektronischen Schalters die Ausgangsgröße, im vorliegenden Fall, den Betriebsgleichstrom IB, regeln. Bei beiden Regelungsarten sind Schaltfrequenzen im oberen kHz-Bereich bis hin zu wenigen MHz üblich.
Es kann vorgesehen sein, dass der Betriebsgleichstrom IB des LED-Stranges 3 von einem stromgeregelten Tiefsetzsteller 22, 22a bereitgestellt wird. Dieser Tiefsetzsteller weist einen elektronischen Schalter (nicht gezeigt) auf, dessen Schaltzyklen vom geforderten Betriebsgleichstrom IB abhängen. Die Schaltzyklen entsprechen somit einer Stellgröße welche durch die Einschaltdauer und/ oder durch die Schaltfrequenz änderbar ist. Wird nun der LED- Strang 3 mittels einer Betriebsgleichspannung, beispielsweise über die Verbindung zu einer Strom- bzw. Spannungsquell, beispielsweise einer Batterie 1, in Betrieb genommen, so kann ein Wechselstrom Iwi oder Iw2 durch eine Änderung der Schaltzyklen des elektronischen Schalters überlagert werden. Die Frequenz fw des überlagerten Wechselstromes beträgt dabei bevorzugt weniger als ein Tausendstel der Schaltfrequenz des elektronischen Schalters im stromgeregelten Tiefsetzsteller, wobei die Frequenz fw des überlagerten Wechselstromes zumindest 60Hz beträgt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Betriebsgleichstrom IB linear geregelt bzw. begrenzt werden. Dazu kann ein elektronischer Schalter (nicht gezeigt) in Serie mit den LEDs 31 des LED-Stranges 3 geschaltet sein. Dieser elektronische Schalter wirkt dabei wie ein gesteuerter Widerstand und erlaubt es so, den Betriebsgleichstrom IB des LED-Stranges 3 zu ändern. Die Stellgröße, die in dieser Variante den Betriebsstrom IB bestimmt ist somit jene Größe, die den Wert des gesteuerten Widerstandes beeinflusst. Dadurch kann wie beim Schaltwandler der LED-Strang 3, mit einem dem Betriebsgleichstrom IB überlagerten Wechselstrom Iwi bzw. I 2, versorgt werden.
Sowohl in der Variante, in der der Betriebsgleichstrom IB über einen Schaltwandler bereitgestellt wird, als auch in der Variante, in welcher der Betriebsgleichstrom IB linear geregelt wird, kann die Stellgröße für den Treiber 2 und somit die Frequenz fw des überlagerten Wechselstromes Iwi bzw. I 2 von einem Microcontroller 4 vorgegeben werden.
Der überlagerte Wechselstrom Iwi bzw. Iw2 führt zu einer entsprechenden Änderung der LED- Strangspannung U(t) des LED-Stranges 3 um den Betriebsgleichspannungspunkt. Betrachtet man nun lediglich das Kleinsignalverhalten der LEDs 31 im LED-Strang 3, so kann man von einem, durch den überlagerten Wechselstrom Iwi bzw. Iw2 resultierenden, Wechselspannungsabfall Uwi bzw. Uw2 am LED-Strang 31 sprechen. Dieser kann mm herangezogen werden, um auf einen Kurzschluss rückzuschließen.
Dazu kann der durch den Wechselstrom Iwi bzw. Iw2 verursachte Wechselspannungsabfall Uwi bzw. Uw2 am LED-Strang 3 gemessen werden. Durch eine Filterung der LED- Strangspannung U(t), beispielsweise durch einen elektronischen Hochpass, kann der resultierende Wechselspannungsabfall Uwi bzw. Uw2 von der Betriebsgleichspannung UB(TI,T2,T3) getrennt gemessen werden. Die Messung des Wechselspannungsabf alles Uwi bzw. Uw2 kann durch eine Messung des Amplitudenwertes oder eine Peak to Peak Wertmessung der resultierenden Wechselspannung Uwi bzw. Uw2 am LED-Strang 31 realisiert werden. Weiters kann durch den gemessenen Wechselspannungsabfall Uwi bzw. Uw2 ein Effektivwert der resultierenden Wechselspannung am LED-Strang 31 berechnet werden.
Insbesondere kann eine kontinuierliche Messung des Wechselspannungsabfalls Uwi bzw. Uw2 am LED-Strang 31 vorgesehen sein, welche die LED-Strangspannung U(t) bzw. den Wechselspannungsabfall Uwi bzw. Uw2 laufend misst. In der Praxis wird eine derartige laufende Messung bevorzugter Weise in diskreten Zeitabständen von mindestens l/(2*fw), besonders bevorzugt von mindestens 1 / (5*fw), durchgeführt.
Ist eine Wechselspannungsmessung in Form einer Peak-to-Peak-Wertmessung vorgesehen, so können die einzelnen Messungen nach Maximal- und Minimalwerten gefiltert werden, womit die Berechnung des Peak-to-Peak-Wertes über die Differenzbildung von Maximal- und Minimalwert möglich wird. Dieser Peak-to-Peak-Wert entspricht einem, mit dem differentiellen Betriebs-Wechselstrom-Ist-Widerstandswert korrelierenden, Vergleichs-Ist- Wert Rist. Der Peak-to-Peak-Wert steigt entsprechend der abflachenden Kurve des repräsentativen differenziellen Widerstandes mit zunehmender Anzahl an LEDs 31 im LED- Strang 3. Bei einem Kurzschluss einer LED 31 sinkt der Peak-to-Peak-Wert LED-Strang 3. Analog dazu kann der Vergleichs-Ist-Wert Rist auch dem Amplitudenwert oder dem Effektivwert des Wechselspannungsabfalles Uwi bzw. U 2 des LED-Stranges 3 entsprechen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Maximal- und Minimalwerte jeweils über mindestens drei Messungen gemittelt werden, bevor der Peak-to-Peak-Wert berechnet wird.
In einer bevorzugten Ausführung entspricht der Vergleichs-Ist-Wert Rist einer bestimmten zeitlichen Änderungsrate. Diese zeitliche Änderungsrate kann der zeitlichen Änderung eines Peak-to-Peak-Wertes oder eines Amplitudenwertes oder eines Effektivwertes innerhalb einer definierten Zeitdauer entsprechend. Damit wird die Kurzschlusserkennung unabhängiger von langsamen Änderungen durch Umwelteinflüsse. Vorteilhafterweise entspricht der Referenzwert in diesem Fall -x*0.1 des Vergleichs-Ist-Wertes pro Millisekunde, wobei x der Anzahl der LEDs 31 im LED-Strang 3 entspricht.
Insbesondere kann ein Microcontroller 4 vorgesehen sein, welcher dazu eingerichtet ist, den Vergleich des Referenzwertes Rref mit dem Vergleichs-Ist-Wert Rist durchzuführen. Dieser Microcontroller 4 kann eine Spanmmgsmesseinheit 5 aufweisen, mit welcher die LED- Strangspannung U(t) bzw. der Wechselspannungsabfall Uwi bzw. Uw2 gemessen wird.
Besonders bevorzugt ist der Microcontroller 4 dazu eingerichtet, sowohl den Vergleichs-Ist- Wert Rist zu ermitteln und diesen mit dem Referenzwert Rref zu vergleichen, als auch die oben genannte Stellgröße für den Treiber 2 zur Verfügung zu stellen. In einer weiteren Ausführungsform kann der eingeprägte Wechselstrom I i bzw. Iw2 dergestalt gewählt sein, dass seine Amplitude unabhängig vom Absolutbetrag des Nennwertes des Betriebsgleichstromes IB des LED-Stranges 3 ausgestaltet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern durch den gesamten Schutzumfang der Ansprüche definiert. Auch können einzelne Aspekte der Erfindung bzw. der Ausführungsformen aufgegriffen und miteinander kombiniert werden. Etwaige Bezugszeichen in den Ansprüchen sind beispielhaft und dienen nur der einfacheren Lesbarkeit der Ansprüche, ohne diese einzuschränken.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses zumindest einer LED (31) eines LED- Stranges (3) eines Lichtmoduls (8), wobei der LED-Strang (3) eine Anzahl von zumindest zwei an miteinander in Serie geschalteten LEDs (31) umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Referenzwertes (Rref)/ welcher mit einem differentiellen Betriebswechselstrom-Soll-Widerstands des LED-Stranges (3) korreliert und Hinterlegen des Referenzwertes (Rref) auf einem Datenspeicher (6), b) Inbetriebnahme des LED-Stranges (3) mit einer Betriebsgleichspannung (UBTI, UBT2, UBTS), sodass der LED-Strang (3) Licht abstrahlt, c) Einprägen eines zu der Betriebsgleichspannung (UBTI, UBT2, UBTS) überlagerten Wechselstromes (Iwi, Iw2) in den LED-Strang (3), wobei die Frequenz des Wechselstromes (Iwi, Iw2) zumindest 60 Hz beträgt, d) Messen des durch den Wechselstrom (Iwi, Iw2) gemäß Schritt c) verursachten Wechselspannungsabfalles (Uwi, U 2) an dem LED-Strang, e) Ableiten eines mit einem differentiellen Betriebs-Wechselstrom-Ist-Widerstandswert korrelierenden Vergleichs-Ist-Wertes (Rist) des LED-Strangs unter Zuhilfenahme des gemäß Schritt d) gemessenen Wechselspannungsabf alles (Uwi, Uw2), f) Abrufen des auf dem Datenspeicher (6) gemäß Schritt a) zur Verfügung gestellten Referenzwertes (Rref) und Vergleich mit dem Vergleichs-Ist-Wert (Rist), wobei ergebnisabhängig von dem Vergleich auf das Vorliegen eines LED-Kurzschlusses rückgeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gemäß Schritt c) eingeprägte Wechselstrom (Iwi, Iw2) frei von einem Gleichanteil ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der eingeprägte Wechselstrom (Iwi, Iw2) den zeitlichen Verlauf eines Rechtecksignals, eines Dreiecksignals oder eines Sinussignals aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gemäß Schritt c) eingeprägte Wechselstrom (Iwi, Iw2) so gewählt ist, dass seine Amplitude mindestens 20%, vorzugsweise zwischen 20% und 60% des Absolutbetrages des Nennwertes eines durch die Betriebsgleichspannung (UBTI, UBT2, UBTS) veranlassten Betriebsgleichstromes (IB) des LED- Stranges (3) beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gemäß Schritt a) zur Verfügung gestellte Referenzwert (Rref) der differentielle Betriebswechselstrom-Soll- Widerstand ist, und wobei der gemäß Schritt e) abgeleitete Vergleichs-Ist-Wert (Rist) ein differentieller Betriebswechselstrom-Widerstands-Ist-Wert ist, der erhalten wird, indem ein Quotient aus dem gemessenen Wechselspannungsabfall (Uwi, Uw2) gemäß Schritt d) und dem eingeprägten Wechselstroms (Iwi, Iw2) gemäß Schritt c) gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Vergleich gemäß Schritt f) um einen Grenzwertvergleich handelt, wobei bei Überschreiten eines vorgebbaren maximalen Differenzbetrags gebildet durch die Differenz aus Referenzwert (Rref) und dem Vergleichs-Ist-Wert (Rist) auf das Vorliegen eines LED-Kurzschlusses rückgeschlossen wird, wobei der maximale Differenzbetrag maximal 10% des Referenzwertes (Rref) beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Feststellen eines LED- Kurzschlusses eine Fehlerroutine ausgelöst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Fehlerroutine die Ausgabe eines Fehlersignal (sl) und/ oder die Veränderung des Betriebszustandes des LED-Stranges (3) umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Nichtvorliegen eines LED- Kurzschlusses ein Signal (s2) zur Bestätigung der Fehlerfreiheit ausgegeben wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle des Feststellens von Kurzschlussfehlerfreiheit in Schritt e) der erfasste Vergleichs-Ist-Wert (Rist) den vorliegenden Referenzwert (Rref) ersetzt und auf dem Datenspeicher (6) abgespeichert wird, um in einer nachfolgenden Iteration der Schritte a) bis f) als aktualisierter Referenzwert zu dienen. 16
11. Kurzschlussfehlerer kennendes Lichtsystem (7) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
- ein Lichtmodul (8) mit zumindest einem LED-Strang (3), wobei der zumindest eine LED- Strang (3) eine Anzahl von zumindest zwei an miteinander in Serie geschalteten LEDs (31) aufweist,
- sowie ein Kurzschlusserkennungssystem (9), wobei das Kurzschlusserkennungssystem (9) zumindest zur elektrischen Versorgung des zumindest einen LED-Stranges (3) eingerichtet ist, wobei das Kurzschlusserkennungssystem (9) dazu eingerichtet ist, die Schritte a) bis f) des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
12. Kurzschlussfehlererkennendes Lichtsystem (7) nach Anspruch 11, wobei das Kurzschlusserkennungssystem (9) dazu eingerichtet ist, dass die Amplitude des überlagerten Wechselstromes (Iwi, Iw2) unabhängig vom Absolutbetrag des Nennwertes des Betriebsgleichstromes (IB) des LED-Stranges (3) ist.
13. Kurzschlussfehlererkennendes Lichtsystem (7) nach Anspruch 11, wobei das Kurzschlusserkennungssystem dazu eingerichtet ist, dass die Amplitude des überlagerten Wechselstromes (Iwi, Iw2) abhängig vom Absolutbetrag des Nennwertes des Betriebsgleichstromes (IB) des LED-Stranges (3) ist.
14. Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend ein kurzschlussfehlererkennendes Lichtsystem (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Kraftfahrzeug, umfassend ein kurzschlussfehlererkennendes Lichtsystem (7) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 und/ oder einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 14.
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