FR3105704A1

FR3105704A1 - Systeme de pilotage de l’alimentation electrique de sources lumineuses

Info

Publication number: FR3105704A1
Application number: FR1914811A
Authority: FR
Inventors: Sebastian KRICK; Hassiba TAGGUEB; Sebastien Neveu
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: FR3105704B1

Abstract

L’invention concerne un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique d’une pluralité de sources lumineuses à élément semi-conducteur électroluminescent. Le dispositif comprend un convertisseur à boucle d’asservissement. La boucle est agencée de manière à ce que la tension fournie par le convertisseur s’adapte de manière dynamique aux besoins de tensions des sources lumineuses, sans ayant recours à des valeurs de mesures externes, telles que par exemple des mesures de température. (Fig. 1)

Description

SYSTEME DE PILOTAGE DE L’ALIMENTATION ELECTRIQUE DE SOURCES LUMINEUSES

L’invention se rapporte au domaine de l’alimentation électrique d’une pluralité de sources lumineuses. En particulier, l’invention se rapporte à un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique de diodes électroluminescentes, LED, ou diodes électroluminescentes organiques, OLED, regroupées de préférence sous forme d’une matrice de pixels. L’invention concerne également un dispositif pour un véhicule automobile.

Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. L’intensité lumineuse émise par une LED est en général dépendante de l’intensité du courant électrique qui la traverse. Entre autres, une LED est caractérisée par une valeur seuil d’intensité de courant. De même, lorsqu’une LED émet de la lumière, on observe à ses bornes une chute de tension égale à sa tension directe (« forward voltage »). Ces caractéristiques électriques de sources lumineuses à éléments semi-conducteurs électroluminescents dépendent de leur température de jonction, qui est également influencée par la température ambiante. Ceci est d’autant plus marqué pour des composants de type OLED, diode électroluminescente organique. Dans le domaine automobile, on a de plus en plus recours à la technologie LED ou OLED pour diverses solutions de signalisation lumineuse. Les LEDs et OLEDs sont utilisées afin d’assurer des fonctions lumineuses telles que les feux diurnes, les feux de signalisation, mais également pour des applications lumineuses à l’intérieur de l’habitacle d’un véhicule automobile. Elles sont exposées à des températures de fonctionnement importantes.

L’utilité de matrices de LEDs, ou sources lumineuses pixellisées, comprenant un nombre important de sources lumineuses électroluminescentes élémentaires est intéressant dans de nombreux domaines d’application, et notamment dans le domaine d’éclairage et de la signalisation des véhicules automobiles. Une matrice de LEDs peut par exemple être utilisée pour créer des formes de faisceaux lumineux intéressantes pour des fonctions lumineuses telles que les feux de route ou les feux diurnes. En plus, plusieurs fonctions lumineuses différentes peuvent être réalisées à l’aide d’une matrice unique, réduisant ainsi l’encombrement physique dans l’espace restreint d’un feu de véhicule automobile. Une telle matrice comprend un montage de plusieurs branches parallèles, et chaque branche comprend un nombre important de sources lumineuses électroluminescentes branchées en série. Une telle source lumineuse pixellisée est typiquement alimentée en électricité par une source de tension, et chaque source élémentaire est associée à une source de courant linéaire afin de garantir une luminosité homogène. Comme un nombre important de sources lumineuses élémentaires est regroupé sur une surface très restreinte, le problème thermique qui va de pair avec une perte de puissance est d’autant plus important et il devient important de contrôler la source de tension de manière précise et dynamique.

Il est connu d’utiliser un circuit de pilotage pour piloter l’alimentation d’un ensemble ou groupe de LEDs. Un tel circuit fait recours à un convertisseur DC/DC pour convertir une tension continue fournie par exemple par une batterie de voiture en une tension continue de charge, dépendante du nombre de LEDs alimentées. Cependant, pour des convertisseurs DC/DC à valeur de tension de sortie cible fixe, qui sont peu onéreux et par conséquent utilisés dans beaucoup d’application, la gestion thermique des LEDs et OLEDs est problématique. Il a été proposé d’avoir recours à une boucle d’asservissement d’un tel convertisseur afin de prendre en compte la température des sources lumineuses élémentaires. Les solutions connues impliquent une mesure d’une indication de la température des sources lumineuses, et un élément microcontrôleur qui adapte une valeur d’asservissement en fonction de la température mesurée. Ces solutions impliquent donc l’utilisation de composants supplémentaires et onéreux.

L’invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique d’une pluralité de sources lumineuses ayant un besoin en tension d’alimentation variable.

Selon un premier aspect de l’invention, un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique d’au moins une source lumineuse à élément semi-conducteur électroluminescent est proposé. Le dispositif comprend :

- un convertisseur destiné à convertir une tension électrique d’entrée en une tension électrique de charge à fournir à au moins une branche de charge comprenant au moins une source lumineuse ;

- des moyens d’asservissement du convertisseur.

Le dispositif est remarquable en ce que les moyens d’asservissement sont agencés de manière à avoir en entrée une valeur représentative de la chute de tension aux bornes d’une source de courant linéaire montée en série avec la ou les sources lumineuse d’une branche de charge.

De préférence, les moyens d’asservissement peuvent comprendre un élément semi-conducteur, notamment une diode, y reliant chaque branche de charge.

Les moyens d’asservissement peuvent préférentiellement comprendre un montage diviseur de tension, agencé pour ajuster la chute de tension aux bornes de ladite source de courant linéaire par rapport à une valeur de tension de référence interne au convertisseur. Le montage diviseur de tension peut de préférence comprendre un pont diviseur impliquant au moins deux résistances.

De manière préférée, les moyens d’asservissement peuvent comprendre un circuit de comparaison, agencé pour mesurer une différence de tension aux bornes de ladite source courant linéaire, le résultat de la comparaison servant de valeur d’asservissement du convertisseur. Le circuit de comparaison peut de préférence comprendre un élément amplificateur différentiel.

De préférence, le convertisseur peut comprendre un circuit abaisseur de tension (« buck »), un circuit élévateur de tension (« boost ») ou un circuit de type SEPIC (« single ended primary inductor converter »).

Selon un autre aspect de l’invention, un module lumineux pour un véhicule automobile est proposé. Le module lumineux comprend au moins une source lumineuse à élément semi-conducteur électroluminescent et un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique de la ou des sources lumineuses. Le module lumineux est remarquable en ce que le dispositif de pilotage de l’alimentation électrique est conforme à un des aspects de l’invention.

De préférence, la ou les sources lumineuses peuvent comprendre au moins une diode électroluminescente, LED, au moins une diode électroluminescente organique, OLED, ou une diode électroluminescente organique segmentée.

Le module peut de préférence comprendre une pluralité de sources lumineuse électroluminescentes regroupées sous forme d’au moins une source lumineuse pixellisée formant un montage en parallèle d’une pluralité de branches de charge.

Chaque branche de charge peut préférentiellement comprendre une source de courant linéaire et une diode reliant la branche aux moyens d’asservissement. De préférence, l’anode de chaque diode est connectée sur la branche de charge, à la sortie de la source de courant linéaire, alors que sa cathode est branchée sur une des entrées d’une circuit comparateur, intégré au convertisseur ou distinct de ce dernier.

Au moins une source de courant linéaire peut de préférence être intégrée au substrat de ladite source lumineuse pixellisée.

En utilisant les mesures proposées par les modes de réalisation de la présente invention, il devient possible de proposer un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique d’une pluralité de sources lumineuses ayant un besoin en tension d’alimentation variable. Les aspects de l’invention permettent de contrôler de manière précise et dynamique le niveau de tension de sortie d’un convertisseur à boucle d’asservissement, afin de l’adapter de manière dynamique aux besoins requis par une pluralité de sources lumineuses. Ces besoins peuvent dépendre de plusieurs facteurs, dont la température ambiante, la température de jonction, ou encore le nombre total de LEDs ou OLEDs montées en série en charge du convertisseur. Le procédé d’asservissement analogique et le dispositif proposés par les aspects de l’invention permettent d’adapter le comportement d’un circuit convertisseur de manière dynamique et automatique aux besoins des sources montées en charge, sans avoir recours aux données explicités se rapportant à la température ou au nombre de sources lumineuses de la branche de charge. Ceci est réalisé en commandant la chute de tension aux bornes de la source de courant qui sert à alimenter une branche de charge, sans avoir recours à des composants dédiés tels que des éléments de mesure ou des éléments microcontrôleurs. Même si le nombre de sources d’une branche de charge est modifié, le système s’adapte automatiquement sans nécessiter une reprogrammation ou un recalibrage.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description des exemples et des dessins parmi lesquels :

- la Fig. 1 montre une vue schématisée d’un dispositif de pilotage selon un mode réalisation préféré de l’invention ;

- la Fig. 2 montre une vue schématisée d’un dispositif de pilotage selon un mode réalisation préféré de l’invention ;

- la Fig. 3 montre une vue schématisée d’un détail d’un dispositif de pilotage selon un mode réalisation préféré de l’invention.

Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d’autres modes de réalisation décrits à titre d’exemples et de manière non limitative. Des numéros de référence similaires seront utilisés pour décrire des concepts semblables à travers différents modes de réalisation de l’invention. Par exemple, les références 100, 200 et 300 désignent trois modes de réalisation d’un dispositif de pilotage conforme à l’invention.

La description se concentre sur des aspects et concepts qui sont importants pour la compréhension de l’invention, alors que d’autres aspects et concepts, en soi connus dans l’art, ne sont pas décrits dans l’art, bien que leur présence et leur fonctionnement soient implicites dans le contexte de l’invention. Par exemple, un module lumineux pour un véhicule automobile comprend de manière connue un élément de dissipation de chaleur, des moyens optiques, et des supports mécaniques pour la tenue en place des différents composants. Ces composants peuvent également faire partie d’un module conforme avec l’invention, même s’ils ne sont pas mentionnés de manière explicite.

L’illustration de la figure 1 montre de manière schématique un dispositif 100 de pilotage de l’alimentation électrique selon un mode de réalisation de l’invention. Le dispositif fait partie d’un module lumineux 1000 pour un véhicule automobile. Le convertisseur 110, qui peut être un convertisseur de type abaisseur de tension (« buck »), élévateur de tension (« boost »), ou une combinaison de convertisseurs buck et boost, notamment un convertisseur à découpage de type SEPIC (« single ended primary inductor converter), est capable de convertir une tension continue d’entrée Vbat, fournie par une source non-illustrée, en une tension continue de sortie Vout. La tension de sortie alimente au moins une source lumineuse à élément semi-conducteur électroluminescent 20, faisant partie d’une branche de charge. Dans l’exemple montré, il s’agit d’une diode électroluminescente unique. La branche de charge peut à même titre, et sans pour autant sortir du cadre de la présente invention, comprendre une pluralité de tels diodes électroluminescentes, LED, montées en série sur la même branche de charge, une ou plusieurs sources lumineuses organiques OLED, possiblement plusieurs segments, ou encore plusieurs de telles branches de charges montées en parallèle. Le montage en charge du convertisseur 110 peut notamment comprendre une source lumineuse pixélisée ou matricielle, comprenant un nombre important de branches montées en parallèle, chacune des branches comprenant un nombre important de diodes électroluminescentes montées en série. Il est connu d’asservir un convertisseur 110 en tension, de façon à adapter le niveau de tension fourni aux besoins du circuit monté en charge. La branche de charge comprend notamment un circuit qui réalise une source de courant linéaire 10, montée en série avec la source lumineuse 20. De tels circuits sont en soi connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le contexte de la présente invention. Leur pilotage permet notamment de faire traverser la ou les sources lumineuses 20 par un courant d’intensité égale, même si la tension directe VLED aux bornes de la ou des sources lumineuses 20 change. La tension de charge Vout peut notamment être assimilée à la somme de la tension aux bornes de la source de courant linéaire Vsource, et de la tension directe VLED. A tension fournie Vout égale, lorsque la tension directe VLED diminue - par exemple à cause d’une fluctuation de la température - la tension Vsource augmente, et inversement. Ce comportement peut engendrer une perte de puissance importante au niveau de la source de courant. Comme la perte se manifeste principalement par effet calorifique, la variation de température peut encore s’accentuer. Selon le mode de l’invention illustré, la différence de potentiel Vsource, variable en fonction de VLED et mesurée aux bornes de la source de courant linéaire 10 par une unité de comparaison faisant partie de moyens d’asservissement 120, est utilisée comme valeur d’asservissement du convertisseur 110. Ainsi, la marge de tension disponible à la source de courant linéaire 10 est réglée de manière dynamique en fonction de la tension VLED, et donc de manière indirecte et automatique en fonction du nombre de sources lumineuses 20 montées en série sur la branche de charge, et/ou en fonction de la température de celles-ci.

L’illustration de la figure 2 montre de manière schématique un dispositif 200 de pilotage de l’alimentation électrique selon un autre mode de réalisation de l’invention. Le dispositif fait partie d’un module lumineux 2000 pour un véhicule automobile. Le fonctionnement suit le principe du mode de réalisation précédent et uniquement les différences seront expliquées. Le convertisseur 210, qui peut être un convertisseur de type abaisseur de tension (« buck »), élévateur de tension (« boost »), ou une combinaison de convertisseurs buck et boost, notamment un convertisseur à découpage de type SEPIC (« single ended primary inductor converter), est capable de convertir une tension continue d’entrée Vbat, fournie par une source non-illustrée, en une tension continue de sortie Vout. La tension de sortie alimente dans l’exemple montré une pluralité de branches de charges montées en parallèle, chaque branche comprenant une source de courant linéaire 10, 10’ montée en série avec au moins une diode électroluminescente organique 20. Le convertisseur 210 illustré comprend deux entrées d’asservissement. Il est configuré de manière à commander la tension de sortie Vout de manière à ce que la différence asservie entre les bornes d’asservissement FBH, FBL reste sensiblement égale à une tension de référence interne au convertisseur Vref. A tension fournie Vout égale, lorsque la tension directe VLED d’une branche de charge 10, 20 diminue - par exemple à cause d’une fluctuation de la température - la tension Vsource aux bornes de la source de courant en question 10 augmente, et inversement. Ce comportement peut engendrer une perte de puissance potentiellement importante au niveau de la source de courant. Les moyens d’asservissement 220 comprennent dans cet exemple une diode 222, 222’ par branche de charge, dont la cathode est reliée à l’entrée d’asservissement, alors que l’anode est branchée sur la sortie de la source de courant linéraire 10, 10’ de la branche. Cet agencement permet d’asservir à tout instant la valeur Vsource de telle branche du montage qui comprend les sources lumineuses 20, 20’ ayant la tension directe VLED la plus élevée. Dans ce mode de réalisation préféré, le montage d’un transistor Q1 tel qu’il est montré sur la figure 2 assure que les courants électriques traversant les diodes D1,..., Dn, (222, 222’) restent très faibles par rapport au courant électrique qui traverse les sources lumineuses de type OLED. La tension entre base et émetteur permet de compenser la tension directe de la diode de la branche sélectionnée. La différence de potentiel Vsource peut être déterminée en choisissant des valeurs de résistances R1, R2 appropriées du pont diviseur de tension qui fait partie de moyens d’asservissement 220: Vsource=Vref(R1+R2)/R1.

L’illustration de la figure 3 montre de manière schématique un dispositif 300 de pilotage de l’alimentation électrique selon un autre mode de réalisation de l’invention. Le dispositif fait partie d’un module lumineux 3000 pour un véhicule automobile. Le fonctionnement est essentiellement semblable à celui du mode de réalisation précédent. Dans cet exemple de réalisation non-limitatif, le convertisseur 310, qui peut être un convertisseur de type abaisseur de tension (« buck »), élévateur de tension (« boost »), ou une combinaison de convertisseurs buck et boost, notamment un convertisseur à découpage de type SEPIC (« single ended primary inductor converter), est capable de convertir une tension continue d’entrée Vbat, fournie par une source non-illustrée, en une tension continue de sortie Vout. La tension de sortie alimente dans l’exemple montré une pluralité de branches de charges montées en parallèle, chaque branche comprenant une source de courant linéaire 10, 10’ montée en série avec au moins une diode électroluminescente organique 20. Le convertisseur 310 illustré comprend une seule entrée d’asservissement FB. Il est configuré de manière à commander la tension de sortie Vout de manière à ce que la valeur asservie sur la borne d’entrée FB reste sensiblement égale à une tension de référence interne Vref. Les moyens d’asservissement 320 comprennent dans cet exemple une diode 322, 322’ par branche de charge. Cet agencement permet d’asservir la valeur Vsource de telle branche du montage qui comprend les sources lumineuses 20, 20’ ayant la tension directe VLED la plus importante. Dans cet exemple, la différence de potentiel entre les bornes de la source de courant linéaire 10, 10’ ainsi sélectionnée est déterminée moyennant un circuit comparateur 321. Le circuit comparateur 321 peut de manière connue et non-limitative être réalisé moyennant un amplificateur opérationnel qui produit à sa sortie une valeur de tension représentative de la différence de potentiel fournie entre ses deux bornes d’entrées.

L’étendue de la protection est définie par les revendications suivantes..

Claims

Dispositif de pilotage de l’alimentation électrique (100, 200, 300) d’au moins une source lumineuse à élément semi-conducteur électroluminescent (20, 20’) comprenant :
un convertisseur (110, 210, 310) destiné à convertir une tension électrique d’entrée en une tension électrique de charge à fournir à au moins une branche de charge comprenant l’au moins une source lumineuse (20, 20’) ;
des moyens d’asservissement (120, 220, 320) du convertisseur, caractérisé en ce que les moyens d’asservissement sont agencés de manière à avoir en entrée une valeur représentative de la chute de tension aux bornes d’une source de courant (10, 10’) linéaire montée en série avec la ou les sources lumineuse d’une branche de charge.
Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d’asservissement (220, 320) comprennent un élément semi-conducteur, notamment une diode (222,222’, 322, 322’), y reliant chaque branche de charge.
Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d’asservissement (220) comprennent un montage diviseur de tension, agencé pour ajuster la chute de tension aux bornes de ladite source de courant linéaire par rapport à une valeur de tension de référence interne au convertisseur (210).
Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d’asservissement (320) comprennent un circuit de comparaison (321) agencé pour mesurer une différence de tension aux bornes de ladite source courant linéaire (10, 10’), le résultat de la comparaison servant de valeur d’asservissement du convertisseur (310).
Dispositif selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que le convertisseur comprend (110, 210, 310) un circuit abaisseur de tension (« buck »), un circuit élévateur de tension (« boost ») ou un circuit de type SEPIC (« single ended primary inductor converter »).
Module lumineux (1000, 2000, 3000) pour un véhicule automobile comprenant au moins une source lumineuse à élément semi-conducteur électroluminescent (20, 20’) et un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique (100, 200, 300) de la ou des sources lumineuses, caractérisé en ce que le dispositif de pilotage de l’alimentation électrique est conforme à une des revendications précédentes.
Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la ou les sources lumineuses comprennent au moins une diode électroluminescente, LED, au moins une diode électroluminescente organique, OLED, ou une diode électroluminescente organique segmentée.
Module lumineuse selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de sources lumineuse électroluminescentes regroupées sous forme d’au moins une source lumineuse pixellisée formant un montage en parallèle d’une pluralité de branches de charge.
Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce chaque branche de charge comprend une source de courant linéaire (10, 10’) et une diode (222,222’ ; 322, 322’) reliant la branche aux moyens d’asservissement.
Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que au moins une source de courant linéaire est intégrée au substrat de ladite source lumineuse pixellisée.