FR3116986A1

FR3116986A1 - Procédé de pilotage en tension pour une source lumineuse pixélisée

Info

Publication number: FR3116986A1
Application number: FR2012562A
Authority: FR
Inventors: Rabih TALEB; Sid Ahmed BEDDAR; Hafid El Idrissi
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2040-12-02
Also published as: WO2022117775A1; FR3116986B1

Abstract

L’invention propose un procédé de pilotage d’une source lumineuse pixélisée pour un véhicule automobile qui est pilotée en tension. Le procédé permet d’éviter des risques d’emballement thermique des pixels élémentaires de la source. En baissant la tension d’alimentation électrique lorsqu’une température seuil, correspondant de préférence à une intensité de courant seuil maximale, est dépassée, le procédé de pilotage permet la protection des jonctions semi-conductrices des pixels de la source lumineuse pixélisée, pour en augmenter la durée de vie et pour éviter des défauts visibles au niveau d’un faisceau projeté sur la route suite à un emballement thermique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé de pilotage en tension pour une source lumineuse pixélisée

Cette invention est liée au domaine des systèmes d'éclairage de véhicules automobiles, et en particulier elle concerne de tels systèmes utilisant des sources lumineuses pilotées en tension.

Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique semi-conducteur capable d’émettre de la lumière d’une longueur d’onde prédéterminée lorsqu’une tension électrique au moins égale à une valeur seuil est appliquée à ses terminaux. Au-delà de cette valeur seuil appelée tension directe, l’intensité du flux lumineux émis par une LED augmente en général avec l’intensité moyenne du courant électrique d’alimentation. Avec l’échauffement de la jonction semi-conductrice, l’intensité du courant électrique à tendance à augmenter à tension appliquée constante. Leur petite taille et leur faible consommation en électricité rendent les composants LED intéressants dans le domaine des modules lumineux pour véhicules automobiles. Des sources lumineuses de type LED peuvent par exemple être utilisées pour réaliser des signatures optiques distinctives en plaçant les composants le long de contours prédéterminés. En utilisant des composants LED, la réalisation de feux à fonctions lumineuses multiples est également facilitée.

Il est également connu d’utiliser des sources lumineuses pixélisées de différents types de technologies pour projeter ces faisceaux lumineux à partir de données d’image. Il s’agit par exemple de la technologie monolithique, suivant laquelle une pluralité importante de sources élémentaires de type diode électroluminescente, LED, équivalentes à des pixels, sont gravées dans un substrat semi-conducteur commun. Le substrat peut en outre comprendre des composants électroniques embarqués, tels que des circuits interrupteurs ou autres. Des connexions électriques intégrées permettent d'activer les pixels indépendamment les uns des autres. Il a notamment été proposé de piloter de telles sources lumineuse pixélisées en tension : en appliquant une tension électrique constante à une source lumineuse pixélisée, les pixels individuels peuvent être commandées par le biais d’un interrupteur par pixel, commandée par un signal binaire. Le signal de commande visant un pixel peut par exemple être un signal à modulation de largeur d’impulsion, PWM (« Pulse Width Modulation »), dont le rapport cyclique aura un impact direct sur l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse le pixel, et donc sur son degré de luminosité.

Des sources lumineuses pixélisées peuvent être utilisées pour réaliser des fonctions « feux de route » (HB, « High Beam »), ou des fonctions complexes telles que l’ADB (« Adaptive Driving Beam ») ou autres. Pour des sources lumineuses pilotées en tension, il est généralement prévu de fournir une tension électrique d’alimentation ayant une valeur constante. Cependant, à tension constante, l’intensité du courant électrique qui traverse une jonction semi-conductrice, comme par exemple la jonction d’un pixel électroluminescent, augmente linéairement avec la température. La température de jonction augmente lorsqu’un courant électrique la traverse. Pour des pixels sollicités pendant une durée importante, il existe donc un risque d’emballement thermique : plus la jonction semi-conductrice est chauffée par le courant électrique qui la traverse, plus l’intensité du courant électrique augmente, jusqu’à ce que la jonction devienne défaillante ou est détruite de manière irréversible. Ce risque est plus prononcé pour des pixels d’une zone centrale de la source lumineuse pixélisée qui participent à une pluralité de fonctions lumineuses d’un véhicule, et qui sont donc sollicités plus régulièrement. Des défaillances dans cette zone peuvent mener à des défaillances visibles dans le faisceau lumineux projeté sur la route.

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 procédé de pilotage d’une source lumineuse pixélisée piloté en tension, qui permet d’éviter des risques d’emballement thermique des pixels élémentaires de la source.

Selon un premier aspect de l’invention, un procédé de pilotage de l’alimentation électrique d’une source lumineuse pixélisée pour un véhicule automobile est proposé. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes de :

i) fournir, moyennant un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique, un premier niveau de tension électrique à une source lumineuse pixélisée destinée à être pilotée en tension ;

ii) obtenir, moyennant au moins un capteur de température, une indication représentative de la température de fonctionnement d’au moins un pixel de la source lumineuse pixélisée ;

iii) fournir, moyennant le dispositif de pilotage de l’alimentation électrique, un deuxième niveau de tension électrique, moins élevé que le premier niveau de tension électrique, à la source lumineuse pixélisée si l’indication obtenue est supérieure à une valeur de température seuil prédéterminée.

De préférence, l’étape iii peut comprend une étape préliminaire de comparaison de ladite indication à ladite valeur de température seuil prédéterminée, la valeur de température seuil prédéterminée étant dépendante du premier niveau de tension électrique fourni.

Le deuxième niveau de tension électrique peut de préférence être déterminé de manière à ce que l’intensité du courant électrique traversant ledit au moins un pixel de la source lumineuse pixélisée ne dépasse pas une intensité seuil prédéterminée lorsque le deuxième niveau de tension électrique alimente la source lumineuse pixélisée.

De manière préférée, le procédé peut comprendre une étape préliminaire de mise à disposition, dans un élément de mémoire, de données de référence relatives à la source lumineuse pixélisée, qui mettent en relation, pour une rangée de températures de fonctionnement de la source lumineuse pixélisée, des valeurs de tension de pilotage avec des intensités de courant d’alimentation correspondantes, et en ce que l’étape iii comprend le choix du deuxième niveau de tension électrique en dépendance de ladite indication, afin de respecter une intensité de courant électrique seuil prédéterminée. Ladite rangée de températures de fonctionnement peut de préférence comprendre des valeurs comprises entre -40 et 150 °C.

Selon un autre aspect de l’invention, un module lumineux pour un véhicule automobile est proposé. Le module comprend une source lumineuse pixélisée destinée à être commandée en tension, au moins un capteur de température destiné à fournir une indication représentative de la température de fonctionnement d’au moins un pixel de la source lumineuse pixélisée, et une unité de pilotage de l’alimentation électrique de la source lumineuse commandée par une unité de commande. Le module est remarquable en ce que l’unité de commande est configurée pour déterminer le niveau de tension électrique fourni à ladite source lumineuse en fonction de ladite indication.

De préférence, l’unité de commande peut être configurée pour baisser le niveau de tension électrique fourni à la source lumineuse pixélisée d’un premier niveau à un deuxième niveau, si ladite indication est supérieure à une valeur de température seuil prédéterminée. De préférence, la valeur de température seuil peut dépendre du premier niveau de tension électrique. De préférence, la valeur de température seuil peut correspondre à une température de jonction semi-conductrice, à laquelle un courant électrique d’une intensité seuil maximale parcourt les pixels de la source lumineuse pixélisée, lorsque le premier niveau de tension électrique l’alimente.

De préférence, le module peut comprendre un élément de mémoire fonctionnellement relié à l’unité de commande et comprenant des données de référence préstockées relatives à la source lumineuse pixélisée.

L’unité de commande peut de préférence comprendre un élément microcontrôleur. De préférence, le dispositif d’alimentation électrique peut comprendre un circuit convertisseur destiné à fournir une tension continue d’une valeur prédéterminée à la source lumineuse pixélisée.

Les données de référence peuvent préférentiellement mettre en relation, pour une rangée de températures de fonctionnement de la source lumineuse pixélisée, des valeurs de tension de pilotage avec des intensités de courant d’alimentation correspondantes. De préférence, les données de référence peuvent en outre comprendre une valeur seuil maximale d’intensité de courant électrique.

De manière préférée, la source lumineuse pixélisée peut comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent.

La source lumineuse pixélisée peut préférentiellement comprendre au moins un capteur de température apte à fournir ladite indication à l’unité de commande.

En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer un procédé de pilotage d’une source lumineuse pixélisée pour un véhicule automobile qui est pilotée en tension, qui permet d’éviter des risques d’emballement thermique des pixels élémentaires de la source. En baissant la tension d’alimentation électrique lorsqu’une température seuil, correspondant de préférence à une intensité de courant seuil maximale est dépassée, le procédé de pilotage protège les jonctions semi-conductrices des pixels de la source lumineuse pixélisée, pour augmenter leur durée de vie et pour éviter des défauts visibles au niveau d’un faisceau projeté sur la route. Un module lumineux implémentant le procédé de pilotage et de régulation thermique proposé incarne donc une solution plus durable et plus économique par rapport à des produits connus dans l’état de l’art.

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 :

- est un diagramme montrant les étapes principales d’un procédé selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;

- est une illustration schématisée d’un dispositif lumineux en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention ;

- est une illustration de données de référence d’une source lumineuse pixélisée telles qu’elles interviennent dans un procédé en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention.

Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détails 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.

La description se concentre sur les éléments d’un procédé de pilotage et d’un module lumineux pour un véhicule automobile, qui sont nécessaires à la compréhension de l’invention. D’autres éléments, qui font par exemple de manière connue partie de tels modules, ne seront pas mentionnés ni décrits en détails. Par exemple, la présence d’un support ou d’éléments de dissipation thermique sont implicites pour le fonctionnement d’un tel module.

Un module lumineux pour un véhicule automobile tel qu’il intervient dans la mise en œuvre d’un procédé de pilotage en accord avec un premier mode de réalisation selon l’invention permet de projeter des fonctions d’éclairage à partir de données d’image. Le module comprend une source lumineuse apte à projeter un faisceau lumineux pixellisé. Une image comprend généralement une matrice de valeurs de pixels, chaque valeur correspondant à un degré de luminosité à réaliser par une source lumineuse élémentaire correspondante du module d’éclairage. De manière générale, la source lumineuse pixellisée est alimentée en tension électrique : la même tension électrique est appliquée aux bornes chaque pixel, qui équivaut à un source élémentaires réalisée par un élément semi-conducteur électroluminescent miniaturisé. Le degré de luminosité à émettre par chaque pixel est commandé par le rapport cyclique d’un signal de commande à modulation de largeur d’impulsion PWM (« pulse width modulation ») qui branche et débranche le pixel de manière sélective et périodique. Pour un rapport cyclique de 100%, l’intensité du courant électrique moyen qui traverse un pixel est égale à son intensité maximale ou peak, ce qui engendre une luminosité maximale. Pours des degrés d’intensité inférieurs, un rapport cyclique inférieur engendre une valeur moyenne plus basse de l’intensité moyenne du courant électrique qui traverse le pixel.

La montre les étapes principales d’un procédé de pilotage selon un premier mode de réalisation de l’invention. A une première étape i, un premier niveau de tension électrique est fourni à une source lumineuse pixélisée destinée à être pilotée en tension. Ensuite, lors d’une deuxième étape ii, une indication représentative de la température de fonctionnement d’au moins un pixel de la source lumineuse pixélisée est obtenue. Il peut s’agir d’une température absolue ou relative à une valeur prédéterminée. Il peut notamment s’agir d’une température moyenne pour tous les pixels, ou avantageusement d’une température maximale sur tous les pixels de la source lumineuse pixélisée. En dépendance de l’indication de la température de fonctionnement, le dispositif de pilotage de l’alimentation électrique est commandé à fournir un deuxième niveau de tension électrique, moins élevé que le premier niveau de tension électrique, à la source lumineuse pixélisée. Ceci est notamment le cas si l’indication de la température obtenue à l’étape précédente obtenue est supérieure à une valeur de température seuil prédéterminée. Ces éléments permettent d’empêcher une surchauffe linéaire des jonctions semi-conductrices de la source lumineuse pixélisée, en évitant que leur température n’augmente au-delà de la valeur seuil.

La montre un module lumineux 100 pour un véhicule automobile en accord avec un premier mode de réalisation. Le dispositif comprend un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique 130 d’une source lumineuse pixélisée 110, par exemple de type monolithique. De manière connue, de tels dispositifs de pilotage peuvent comprendre des circuits convertisseurs abaisseurs de tension, par exemple de type « buck », et des circuits convertisseurs élévateurs de tension, par exemple de type « boost ». Ces circuits sont en soi connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. Un circuit convertisseur permet notamment de convertir une tension électrique fournie à son entrée (non-illustrée) en une tension de sortie Vout ayant une valeur différente de la tension d’entrée. Selon l’architecture choisie, la tension de sortie peut être supérieure ou inférieur à la tension d’entrée. De tels circuits sont communément utilisés dans le cadre de l’alimentation électrique de sources lumineuses à éléments semi-conducteurs électroluminescents, par exemple de type diode électroluminescente, LED. En effet, de telles sources lumineuses doivent être alimentées avec un niveau de tension au moins égal à la valeur de leur tension directe, qui peut être différente de la tension disponible, par exemple fournie par une batterie d’un véhicule automobile. La source lumineuse pixélisée 110 est alimentée en tension électrique et peut comprendre des centaines ou des milliers de pixels. Les intensité lumineuses émises par les pixels individuels sont commandées par des signaux on/off périodiques non-illustrés, comme décrit précédemment. De préférence, la source lumineuse pixélisée 110 comprend au moins un capteur de température 120 physiquement rapproché des jonctions semi-conductrices. Il peut par exemple s’agir d’un élément thermistor ou d’autres capteurs de température en soi connus dans l’art. Le proximité à la matrice de sources lumineuse élémentaires permet au capteur de fournir une indication réaliste de la température de fonctionnement des pixels de la source lumineuse pixélisée, lorsque cette dernière est alimentée en électricité. Selon un mode de réalisation préféré, une pluralité de capteurs de température peuvent être intégrés dans le substrat de la source lumineuse, et une pluralité d’indications de température, correspondant à une pluralité de zones ou à une pluralité de pixels, peuvent être fourni par le biais d’un signal électrique T à une unité de commande 140 du dispositif de pilotage 130.

L’unité de commande 140 est configurée pour déterminer, à partir du premier niveau de tension d’alimentation fourni, et à partir de la température correspondante T de la source lumineuse pixélisée (ou, le cas échéant des zones ou pixels individuels), s’il y a un besoin d’abaisser la tension électrique Vout. Si la température T dépasse une valeur seuil prédéterminée, le premier niveau de tension est ainsi abaissé à un deuxième niveau de tension plus bas. Ceci engendre que l’intensité du courant électrique maximale, ou peak, qui traverse les pixels de la source lumineuse pixélisée 110 décroit, évitant ainsi une surchauffe des jonctions semi-conductrices correspondantes.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’unité de commande 140 comprend, ou à un accès en écriture à, un élément de mémoire 142 dans lequel des données de référence relatives à la source lumineuse pixélisée 110 sont enregistrées. Ces données peuvent par exemple être fournies au moment de la production ou du montage du module lumineux.

La montre un exemple non-limitatif de données de référence qui peuvent être utilisées par l’unité de commande afin de réaliser l’étape iii du procédé de pilotage en accord avec un mode de réalisation préféré de l’invention. Il s’agit de données qui caractérisent le comportement électro-thermique des pixels de la source lumineuse pixélisée.

Dans l’exemple montré, un dépassement d’une intensité seuil de courant électrique fixée à 35mA risque d’engendrer une défaillance permanente des pixels de la source lumineuse pixélisée. L’unité de commande veille donc à ce que ce seuil ne soit pas dépassé pendant une durée prolongée. Les données de référence fournissent, pour une plage de température de fonctionnement allant par exemple de -40°c à 150°C, des courbes associant la tension de pilotage (en Volt) à l’intensité du courant électrique résultant (en Ampères). Il devient apparent que la température seuil à laquelle l’indication de température T est comparée par l’unité de commande, peut dépendre de la valeur de la première tension électrique, initialement fournie à la source lumineuse pixélisée, et qui est à l’origine de la température T fournie. Par exemple, à une tension de 3.2 V, l’intensité de courant maximale est atteinte à une température T1, comme indiqué par l’intersection de la courbe T1 et du plafond de courant seuil I. Si l’indication de température T obtenue par le procédé est supérieure à T1 alors que le premier niveau de tension électrique de pilotage fourni est supérieur à 3.2 V, l’unité de commande ordonne la fourniture d’un deuxième niveau de tension de pilotage, inférieur à 3.2, au dispositif de pilotage. A l’inverse, à une tension initialement fournie de 3V, la température de fonctionnement T peut augmenter jusqu’à 150°C avant qu’une baisse de tension de pilotage ne soit ordonnée par l’unité de commande. L’application continue de ce procédé permet de réguler la température de manière dynamique sans risquer un effet d’emballement thermique. La valeur de seuil à laquelle l’indication de température fournie T est comparée dépend donc du premier niveau de tension électrique fourni. Le deuxième niveau de tension électrique est choisi de manière à ce que le courant électrique maximal traversant les pixels de la source lumineuse pixélisée ne dépasse pas une intensité seuil maximale prédéterminée, par exemple de 35 mA.

Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne limitent pas l’étendue de la protection de l’invention. En faisant recours à la description qui vient d’être donnée, d’autres modes de réalisation sont envisageables sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

L’étendue de la protection est déterminée par les revendications.

Claims

Procédé de pilotage de l’alimentation électrique d’une source lumineuse pixélisée (110) pour un véhicule automobile, comprenant les étapes de :
fournir, moyennant un dispositif de pilotage de l’alimentation électrique (130), un premier niveau de tension électrique à une source lumineuse pixélisée (110) destinée à être pilotée en tension ;

obtenir, moyennant au moins un capteur de température (120), une indication représentative de la température (T) de fonctionnement d’au moins un pixel de la source lumineuse pixélisée ;

fournir, moyennant le dispositif de pilotage de l’alimentation électrique (130), un deuxième niveau de tension électrique, moins élevé que le premier niveau de tension électrique, à la source lumineuse pixélisée (110) si l’indication obtenue est supérieure à une valeur de température seuil prédéterminée.
Procédé de pilotage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape iii comprend une étape préliminaire de comparaison de ladite indication (T) à ladite valeur de température seuil prédéterminée, la valeur de température seuil prédéterminée étant dépendante du premier niveau de tension électrique fourni.
Procédé de pilotage selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième niveau de tension électrique est déterminé de manière à ce que l’intensité du courant électrique traversant ledit au moins un pixel de la source lumineuse pixélisée (110) ne dépasse pas une intensité seuil prédéterminée.
Procédé de pilotage selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape préliminaire de mise à disposition, dans un élément de mémoire (142), de données de référence relatives à la source lumineuse pixélisée (110), qui mettent en relation, pour une rangée de températures de fonctionnement de la source lumineuse pixélisée, des valeurs de tension de pilotage avec des intensités de courant d’alimentation correspondantes, et en ce que l’étape iii comprend le choix du deuxième niveau de tension électrique en dépendance de ladite indication, afin de respecter une intensité de courant électrique seuil prédéterminée.
Module lumineux (100) pour un véhicule automobile, comprenant une source lumineuse pixélisée (110) destinée à être commandée en tension, au moins un capteur de température (120) destiné à fournir une indication (T) représentative de la température de fonctionnement d’au moins un pixel de la source lumineuse pixélisée, et une unité de pilotage de l’alimentation électrique (130) de la source lumineuse (110) commandée par une unité de commande (140), caractérisé en ce que l’unité de commande est configurée pour déterminer le niveau de tension électrique fourni à ladite source lumineuse en fonction de ladite indication.
Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’unité de commande (140) est configurée pour baisser le niveau de tension électrique fourni à la source lumineuse pixélisée (110) d’un premier niveau à un deuxième niveau, si ladite indication (T) est supérieure à une valeur de température seuil prédéterminée.
Module lumineux selon une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le module comprend un élément de mémoire (142) fonctionnellement relié à l’unité de commande (140) et comprenant des données de référence préstockées relatives à la source lumineuse pixélisée (110).
Module lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les données de référence mettent en relation, pour une rangée de températures de fonctionnement de la source lumineuse pixélisée, des valeurs de tension de pilotage avec des intensités de courant d’alimentation correspondantes.
Module lumineux selon une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la source lumineuse pixélisée (110) comprend une pluralité de sources lumineuses élémentaires à élément semi-conducteur électroluminescent.
Module lumineux selon une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la source lumineuse (110) pixélisée comprend au moins un capteur de température (120) apte à fournir ladite indication (T) à l’unité de commande (140).