FR3131501A1

FR3131501A1 - Dispositif lumineux pour un véhicule automobile

Info

Publication number: FR3131501A1
Application number: FR2114525A
Authority: FR
Inventors: Sebastian KRICK; Hafid EL-IDRISSI
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2021-12-26
Filing date: 2021-12-26
Publication date: 2023-06-30
Also published as: WO2023118613A1; CN118451786A

Abstract

L’invention propose un dispositif lumineux impliquant un convertisseur destiné à alimenter une source lumineuse pixellisée pilotée en courant électrique. Le dispositif proposé permet de réduire les pertes de puissance et à réduire le risque de sur-échauffement des sources lumineuses élémentaires de la source lumineuse pixélisée. En utilisant une boucle d’asservissement et des moyens de mesure qui permettent de mesurer de manière directe ou indirecte un valeur indicative de la chute de tension aux bornes d’au moins une source de courant de la source lumineuse pixélisée, il devient possible d’adapter de manière dynamique la tension fournie par le circuit convertisseur. (Fig. 1)

Description

Dispositif lumineux pour un véhicule automobile

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 pixélisées pilotées en courant électrique.

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 de manière proportionnelle avec l’intensité moyenne du courant électrique d’alimentation. 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. Lors d’un pilotage en courant électrique, l’intensité du courant électrique qui traverse une source élémentaire donnée est réglée par une source de courant qui lui est associé : ainsi l’intensité lumineuse émise par chacun des pixels peut être adaptée pour projeter des données d’images.

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. Les images, ou photométries, correspondantes peuvent présenter des degrés de luminosités et d’homogénéité lumineuse très différents. Lorsque toute la matrice émet de la lumière, l’appel de courant électrique de la source pixélisée est très important, alors que pour une fonction feux de croisement (LB, « Low Beam ») par exemple, environ la moitié des pixels reste sombre, donc l’appel de courant électrique est divisé par deux.

De manière connue, un circuit convertisseur qui intervient dans l’alimentation électriques de telles sources lumineuse pixélisées pilotées en courant est configuré de manière statique pour fournir une tension électrique d’une valeur constante, qui permet à la source lumineuse pixélisée de fonctionner à un courant électrique d’appel (i.e., combiné pour toutes les source élémentaires) maximal. Le niveau de cette tension électrique doit également être suffisamment élevé pour que la tension fournie à la source lumineuse pixélisée soit à un niveau adéquat même après avoir souffert une chute de tension due à l’impédance que représente un harnais de connexion de longueur maximale entre le convertisseur et la source lumineuse pixélisée. Ceci engendre le problème que dans tous les cas qui nécessitent un appel de courant moindre, par exemple lors d’un fonctionnement LB, ou dans tous les cas ou un harnais de connexion ayant une longueur plus petite et donc une impédance moindre, impliquant une chute de tension moins importante, la tension électrique constante fournie par le circuit convertisseur sera surdimensionnée et trop élevée par rapport aux besoins réels du système. Ceci mène à une perte de puissance électrique au niveau des sources de courant, qui dissipent la puissance superflue sous forme de chaleur. Pourtant, les sources élémentaires semi-conductrices de dimensions très fines et très proches des sources de courant en question sont très sensibles à un sur-réchauffement, et peuvent être irrévocablement endommagées en cas de chaleur excessive.

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 lumineux impliquant un convertisseur destiné à alimenter une source lumineuse pixellisée pilotée en courant électrique, qui permet de réduire les pertes de puissance et à réduire le risque de sur-échauffement des sources lumineuses élémentaires de la source lumineuse pixélisée.

Selon un premier aspect de l’invention, un dispositif lumineux pour un véhicule automobile est proposé. Le dispositif comprend une source lumineuse pixélisée destinée à être pilotée en courant, la source lumineuse pixélisée comprenant une pluralité d’éléments semi-conducteurs électroluminescents et une pluralité de sources de courant électrique, chaque source de courant électrique étant associée à un des éléments semi-conducteurs électroluminescents. Le dispositif comprend également un circuit convertisseur asservi, relié à la source lumineuse pixélisée pour l’alimenter en électricité. Le dispositif comprend en outre des moyens d’asservissement qui relient la source lumineuse pixélisée à une entrée d’asservissement du circuit convertisseur, configurés pour fournir un signal d’asservissement représentatif d’une chute de tension électrique aux bornes d’au moins une des sources de courant électrique.

De préférence, le circuit convertisseur peut être configuré pour fournir, à partir dudit signal d’asservissement, une tension électrique dont la valeur est telle qu’après soustraction de chutes de tensions dues aux connections entre le circuit convertisseur et la source lumineuse pixélisée, et après soustraction de la tension directe de l’au moins un élément semi-conducteur électroluminescent associé à l’au moins une source de courant électrique impliquée dans les moyens d’asservissement, la chute de tension électrique aux bornes de celle-ci se situe dans une plage de valeurs prédéterminée.

Les moyens d’asservissement peuvent de préférence comprendre des moyens de mesure.

Les moyens de mesure peuvent préférentiellement comprendre un élément comparateur configuré pour mesurer une chute tension aux bornes d’au moins une des sources de courant électrique.

De manière préférée, les moyens de mesure peuvent comprendre un élément comparateur configuré pour mesurer la tension électrique fournie à la source lumineuse pixélisée, et au moins un capteur de température associé à une pluralité d’éléments semi-conducteurs électroluminescents, ainsi qu’un élément de mémoire comprenant des données qui établissent une relation entre une température et un courant mesurés d’une part et une tension directe d’autre part.

De préférence, les moyens d’asservissement peuvent comprendre un circuit configuré pour générer le signal d’asservissement représentatif de la chute de tension aux bornes d’au moins une des sources de courant électriques à partir des grandeurs mesurées par les moyens de mesure.

Les moyens d’asservissement peuvent de préférence être reliés au circuit convertisseur moyennant un bus de données du véhicule automobile. Il peut de préférence s’agir d’un bus de données de type CAN (« Car Area Network »).

De manière préférée, les moyens d’asservissement peuvent être configurés pour fournir de manière séquentielle un signal d’asservissement représentatif d’une chute de tension électrique aux bornes de différentes sources de courant électrique.

La plage de valeurs prédéterminée peut de préférence présenter une étendue d’au plus 0.5 V et comprend une borne inférieure sensiblement égale à une valeur de marge de fonctionnement de l’au moins une source de courant électrique

De préférence, la source lumineuse pixellisée peut comprendre une matrice de pixels monolithique, chaque pixel correspondant à un élément semi-conducteur électroluminescent

Les liaisons électriques qui relient le circuit convertisseur à la source lumineuse pixellisée peuvent de préférence comprendre des éléments résistifs induisant des chutes de tensions non-négligeables entre le circuit convertisseur et la source lumineuse pixellisée.

De préférence, le circuit convertisseur peut comprendre un circuit abaisseur de tension, un circuit élévateur de tension, ou une combinaison de ces deux types de circuits.

En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer un dispositif lumineux impliquant un convertisseur destiné à alimenter une source lumineuse pixellisée pilotée en courant électrique, qui permet de réduire les pertes de puissance et à réduire le risque de sur-échauffement des sources lumineuses élémentaires de la source lumineuse pixélisée. En utilisant une boucle d’asservissement et des moyens de mesure qui permettent de mesurer de manière directe ou indirecte une valeur indicative de la chute de tension aux bornes d’au moins une source de courant de la source lumineuse pixélisée, il devient possible d’adapter de manière dynamique la tension fournie par le circuit convertisseur. La régulation est telle qu’une tension de marge de fonctionnement (en anglais « headroom ») aux bornes de la source de courant électrique soit maintenue, sans que celle-ci ne devienne trop élevée, ce qui impliquerait une perte de puissance et un échauffement de la source lumineuse. La régulation est indépendante des longueurs et impédances de connexion entre le circuit convertisseur et la source lumineuse pixélisée, et s’adapte à des appels de courants qui varient en fonction des photométries projetées par le dispositif lumineux.

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 une illustration schématisée d’un dispositif lumineux en accord avec 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.

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.

La description se concentre sur les éléments d’un dispositif lumineux pour un véhicule automobile, qui sont nécessaires à la compréhension de l’invention. D’autres éléments, qui font de manière connue partie de tels dispositifs, 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 dispositif.

La montre un dispositif lumineux 100 pour un véhicule automobile en accord avec un premier mode de réalisation. Le dispositif comprend circuit convertisseur 120. Des circuits convertisseurs abaisseurs de tension, par exemple de type « buck », et des circuits convertisseurs élévateurs de tension, par exemple de type « boost » sont en soi connus dans l’art et leur fonctionnement ne sera pas décrit en détails dans le cadre de la présente invention. L’invention ne se limite pas à une architecture spécifique de convertisseur. Un circuit convertisseur 120 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 inférieure 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. Le convertisseur comprend notamment une entrée supplémentaire 122 destinée à recevoir une valeur de tension d’asservissement, de manière à pouvoir réguler la tension fournie entre ses les bornes de sortie d’alimentation. Une des bornes de sortie correspond typiquement au potentiel de masse. Le dispositif comprend également une source lumineuse pixélisée 110 comprenant par exemple un élément matriciel monolithique. La source lumineuse 110 est pilotée en courant électrique et elle est reliée par des connexions électriques au circuit convertisseur. Comme ces connexions électriques représentent une impédance qui dépend notamment de leur longueur et leur surface de section, la tension Vled fournie à la source lumineuse 110 est inférieure à la tension de sortie Vout du circuit convertisseur.

La source lumineuse pixélisée 110 comprend une pluralité généralement importante d’éléments semi-conducteurs électroluminescent, de type diode électroluminescentes 112. A chacun de ces éléments 112 est associé une source de courant 114 dédiée. Une consigne de photométrie (non-illustrée) fournie à la source lumineuse pixélisée 110 amène cette dernière à appliquer un courant électrique d’une intensité appropriée à chaque pixel réalisé par un élément 112 et une source de courant électrique 114. Ainsi chaque pixel émet un degré de de luminosité conforme à la consigne photométrique. Pour un courant d’appel donné, la tension directe Vf aux bornes de la diode électroluminescente correspond à une valeur donnée, qui est une propriété intrinsèque de la diode. La tension directe est en général dépendante de la température de la jonction semi-conductrice. Afin de pouvoir fonctionner correctement, la source de courant 114 nécessite entre ses bornes une tension de marge de fonctionnement constante Vh d’une valeur prédéterminée, typiquement d’environ 0.5 V ou . Si Vled est beaucoup plus élevé que Vf, la différence de potentiel Vh résiduelle est élevée et engendre des pertes thermiques.

Dans l’exemple de la , une boucle d’asservissement, réalisée par exemple par une connexion de données, relie des moyens de mesure aptes à mesurer une valeur indicative de cette différence de potentiel Vh au circuit convertisseur. En utilisant les moyens d’asservissement 130, il devient donc possible pour le circuit convertisseur d’abaisser Vout lorsque la valeur asservie indique une valeur Vh qui est plus élevée que la tension de marge de fonctionnement requise par la source de courant électrique 114. Lorsque Vh se rapproche de sa valeur limite inférieure, Vout peut être augmenté. Ceci permet d’éviter des pertes de puissance tout en assurant le pilotage en courant électrique de chaque source lumineuse élémentaire 112. Le maximum de plusieurs chutes de tensions mesurées aux bornes de plusieurs des sources de courant 114 associées à plusieurs éléments semi-conducteurs 112 peut également servir de valeur d’asservissement, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. De manière indirecte, cette architecture permet également de prendre en compte les chutes de tension entre le circuit convertisseur 120 et la source lumineuse 110.

La montre une illustration d’une source lumineuse pixélisée 210 et de moyens d’asservissement 230 selon un deuxième mode de réalisation préféré. La partie du circuit convertisseur reste inchangée par rapport au mode de réalisation précédent et elle n’est pas montrée. Une pluralité de couples formés par des montages en série d’une source lumineuse électroluminescente 212 avec sa source de courant électrique associée 214 sont montés en parallèle. Les moyens de mesure 232 comprennent un circuit convertisseur analogique-numérique (ADC, « analog-to-digital converter ») référencé au potentiel de masse, qui permet de fournir de manière directe la valeur 234 de la chute de tension aux bornes d’au moins une des sources de courant électrique 214 en direction de l’entrée d’asservissement du circuit convertisseur.

La montre une illustration d’une source lumineuse pixélisée 310 et de moyens d’asservissement 330 selon un troisième mode de réalisation préféré. La partie du circuit convertisseur reste inchangée par rapport aux modes de réalisation précédents et elle n’est pas montrée. Une pluralité de couples formés par des montages en série d’une source lumineuse électroluminescente 312 avec sa source de courant électrique associée 314 sont montés en parallèle. Des groupes 316 de tels couples sont thermiquement couplés à cause de leur proximité physique. Les moyens de mesure comprennent au moins pour chaque groupe 316 au moins un capteur de température 332 qui permet de fournir une indication de la température de jonction des sources lumineuse 312 du groupe en question. Le capteur peut par exemple être réalisé par un thermistor, sans limiter l’invention à cet exemple. En connaissance de la température et du courant d’appel d’une diode électroluminescente 312 donnée, il est possible d’en déduire la tension directe Vf aux bornes de la diode électroluminescente. A cet effet, des données de calibration des diodes électroluminescentes sont pré-fournies dans un élément de mémoire 336, par exemple sous forme tabulaire. En mesurant la tension Vled fournie, par exemple moyennant le circuit convertisseur analogique-numérique 332’, un circuit de traitement non-illustré a donc accès à une estimation des tensions électriques Vled et Vf, ce qui lui permet de déduire de manière indirecte la chute de tension Vh aux bornes de la source de courant électrique 314. Cette estimation de Vh est relayée comme signal d’asservissement en direction de l’entrée d’asservissement du circuit convertisseur. Alternativement, le signal d’asservissement peut comprendre les estimations de température, de la tension Vled et/ou l’estimation de Vf. Le traitement de ces grandeurs au niveau du circuit convertisseur, moyennant un circuit processeur correspondant, permet alors de récupérer l’estimation de la chute de tension Vh. Une fois que l’estimation de Vh a été acquise, la régulation décrite dans les modes de réalisation précédents peut être réalisée.

Dans un mode de réalisation alternatif non-illustré, la source lumineuse pixélisée comprend un circuit diagnostique qui lui permet de diagnostiquer individuellement la valeur de tension directe Vf pour chaque source lumineuse élémentaires de manière cyclique ou séquentielle. Lorsque Vf est proche de 0V, le pixel correspondant est diagnostiqué comme étant en court-circuit. Lorsque Vf est proche de Vled, le pixel est ouvert. Lorsque la tension directe Vf mesurée est comprise dans une plage de valeur acceptable et fonctionnelle, cette mesure peut être utilisée comme dans le mode de réalisation précédent pour en déduire la chute de tension aux bornes de la source de courant électrique associée au pixel diagnostiqué, en utilisant la relation Vh=Vled-Vf. Cet agencement permet d’évaluer Vh pour toutes les sources lumineuses élémentaires de manière séquentielle.

Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne limitent pas l’étendue de la protection de l’invention. Notamment, des procédés de mesure plus complexes et plus exacts, impliquant par exemple un nombre plus important de capteurs de température et/ou de tension peuvent être mis en œuvre pour réaliser le moyens de mesure qui viennent d’être décrits, sans pour autant sortir du cadre de la présente 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

Dispositif lumineux (100, 200, 300)pour un véhicule automobile comprenant
une source lumineuse pixélisée (110, 210, 310) destinée à être pilotée en courant, la source lumineuse pixélisée comprenant une pluralité d’éléments semi-conducteurs électroluminescents (112, 212, 312) et une pluralité de sources de courant électrique (114, 214, 314), chaque source de courant électrique étant associée à un des éléments semi-conducteurs électroluminescents;
un circuit convertisseur asservi (120), relié à la source lumineuse pixélisée pour l’alimenter en électricité ;
des moyens d’asservissement (130, 230, 330) qui relient la source lumineuse pixélisée à une entrée d’asservissement (122) du circuit convertisseur, configurés pour fournir un signal d’asservissement (134, 234) représentatif d’une chute de tension électrique aux bornes d’au moins une des sources de courant électrique (114, 214, 314).
Dispositif lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit convertisseur (120) est configuré pour fournir, à partir dudit signal d’asservissement (134, 234), une tension électrique Vout dont la valeur est telle qu’après soustraction de chutes de tensions dues aux connections entre le circuit convertisseur et la source lumineuse pixélisée, et après soustraction de la tension directe Vf de l’au moins un élément semi-conducteur électroluminescent (112, 212, 312) associé à l’au moins une source de courant électrique (114, 214, 314) impliquée dans les moyens d’asservissement (130, 230, 330), la chute de tension électrique aux bornes de celle-ci se situe dans une plage de valeurs prédéterminée.
Dispositif lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d’asservissement (130, 230, 330) comprennent des moyens de mesure (132, 232, 332).
Dispositif lumineux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de mesure (232) comprennent un élément convertisseur analogique-numérique configuré pour mesurer une chute de tension aux bornes d’au moins une des sources de courant électrique (214).
Dispositif lumineux selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent un élément convertisseur analogique-numérique(332’) configuré pour mesurer la tension électrique Vled fournie à la source lumineuse pixélisée (310), et au moins un capteur de température (332) associé à une pluralité d’éléments semi-conducteurs électroluminescents (312), ainsi qu’un élément de mémoire comprenant des données (336) qui établissent une relation entre une température et un courant mesurés d’une part et une tension directe Vf d’autre part.
Dispositif lumineux selon une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que les moyens d’asservissement (130, 230, 330) comprennent un circuit configuré pour générer le signal d’asservissement représentatif de la chute de tension aux bornes d’au moins une des sources de courant électriques à partir des grandeurs mesurées par les moyens de mesure (132, 232, 332, 332’).
Dispositif lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d’asservissement (130, 230, 330) sont reliés au circuit convertisseur (120) moyennant un bus de données du véhicule automobile.
Dispositif lumineux selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d’asservissement sont configurés pour fournir de manière séquentielle un signal d’asservissement représentatif d’une chute de tension électrique aux bornes de différentes sources de courant électrique.
Dispositif lumineux selon la revendication 2, ou l'une des revendications 3 à 8 lorsqu'elles dépendent de la revendication 2, caractérisé en ce que la plage de valeurs prédéterminée présente une étendue d’au plus 0.5 V et comprend une borne inférieure sensiblement égale à une valeur de marge de fonctionnement Vh de l’au moins une source de courant électrique (114, 214, 314).
Dispositif lumineux selon une des revendication précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse pixellisée (110, 210 310) comprend une matrice de pixels monolithique, chaque pixel correspondant à un élément semi-conducteur électroluminescent (112, 212, 312).