JP2022551980A - マルチフェーズインタリーブパワーコンバータを備える照明システム - Google Patents

マルチフェーズインタリーブパワーコンバータを備える照明システム Download PDF

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Abstract

本発明は、光源(2)と、選択的に作動可能な複数の基本コンバータ(31a、31b、31c、31n)を含むマルチフェーズインタリーブパワーコンバータ(3)であって、各基本コンバータが、固有の位相を有する電気信号(Ia、Ib、Ic、In)を生成するように構成されており、パワーコンバータが、光源に電力(Ps)を供給するように構成されている、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータ(3)と、パワーコンバータの基本コンバータのそれぞれを選択的に制御するように設計されたコントローラ(4)と、を備える自動車照明システム(1)に関する。コントローラは、光源により所望の光線を放射するための命令(Im)を受信すると共に、パワーコンバータが所望の光線を放射するのに必要とされる電力(Pn)を光源に供給するようにパワーコンバータの厳密に必要な数(N)の基本コンバータを作動させるように設計されていることを特徴とする。

Description

本発明は、自動車照明の分野に関する。より正確には、本発明は、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータを組み込んだ照明システム、およびそのような照明システムを制御するための方法に関する。
自動車照明の分野では、画素化光機能を行うことを可能にするために選択的に制御可能な十分な数の基本光源を備える照明システムが知られており、そのようなシステムは、例えば、少なくとも500画素、さらには10000を超える画素を含み、各画素は、基本光源のうちの1つによって放射される基本光線によって形成される。このタイプの照明システムは、自動車が例えば防眩ハイビーム照明機能を行うことを可能にし、この機能では、ハイビームのいくつかの画素が、追従されるまたは追い越される車両などの、眩惑されるべきではない対象物体の周りに暗領域を形成するために、オフにされるかまたは薄暗くされる。
これに関連して、このタイプの照明システムは、求められている照明機能が高光度を必要とし得る限りにおいて、高電力を必要とし、また、高電流を必要とする。具体的には、各画素が1つの基本光源によって作り出されるので、各基本光源は、それ自体の電流を必要とする。したがって、このタイプの照明システムに用いられる基本光源の数に起因して、必要とされる全体電流は、非常に高い。
したがって、選択的に作動可能な複数の基本コンバータを備えるマルチフェーズインタリーブパワーコンバータを用いることが知られている。基本コンバータのそれぞれは、それ自体の固有の位相を有する電気信号を生成し、したがって、生成された電気信号は、全て相互に位相を異にする。したがって、非常に高い全体電流を生成することが可能である。さらに、このタイプのパワーコンバータは、コンバータのコントローラへのMOSトランジスタの統合を可能にする利点と、コンバータの設計および製造を容易にする標準構成要素を用いる利点と、より大きな面積にわたってコンバータの発熱を分散させる利点と、を有する。
しかし、基本コンバータの効率、したがってパワーコンバータの効率は、低出力電流において低下する。しかし、当該の照明システムのミッションプロファイルは、いくつかの事例において、例えばロービームもしくは防眩ハイビーム照明機能のために、またはそれどころか文字表示を地面上に出現させる照明機能のために、多数の基本光源が作動停止されることを必要とする。これに関連して、照明システムの電流に対する要求は減少され、パワーコンバータの効率は、もはや理想的なものではない。言い換えれば、パワーコンバータの入力電力と出力電力の比率は、もはや最適なものではなく、これは、自動車の電力消費量の最適化との関連で問題となる。
本発明は、この文脈の範囲に入り、したがって、低電流の場合を含めて、自動車照明システムのマルチフェーズインタリーブパワーコンバータの効率を最適化することを目的とする。
この目的のために、本発明の1つの主題は、
a.光源と、
b.選択的に作動可能な複数の基本コンバータを含むマルチフェーズインタリーブパワーコンバータであって、各基本コンバータが、固有の位相を有する電気信号を生成するように構成されており、パワーコンバータが、上記光源に電力を送達するように構成されている、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータと、
c.上記パワーコンバータの基本コンバータのそれぞれを選択的に制御するように構成されたコントローラと、
を備える、自動車用の照明システムである。
本発明は、コントローラが、光源により所望の光線を放射するための命令を受信すると共に、上記所望の光線を放射するのに必要とされる電力をパワーコンバータが光源に送達するようにパワーコンバータの厳密に必要な数の基本コンバータを作動させるように構成されることを、特徴とする。
本発明は、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータの基本コンバータが選択的に作動または作動停止され得るという事実を利用する。具体的には、出力電流の観点では、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータの効率の変曲点は、作動される基本コンバータの数に依存する。作動される基本コンバータが少なくなるほど、パワーコンバータの効率において変曲が認められる出力電流限界は低くなる。当然ながら、パワーコンバータによって送達される全体電力は減少されるが、この減少は、当該の照明機能の電力の面での必要性と相いれないものではない。したがって、厳密に必要な数の基本コンバータの作動により、送達される電力とパワーコンバータの効率との間の妥協点が達せられる。
本発明によれば、基本コンバータは、場合により、DC/DCコンバータ、例えばステップダウンコンバータ(降圧コンバータとも呼ばれる)である。例えば、各基本コンバータは、場合により、周期的な電気信号、例えばPWM電気信号(PWMは、パルス幅変調の頭文字である)を生成するように構成される。適切な場合、基本コンバータは、それらが生成する電気信号が相互に位相を異にするように構成される。好適には、基本コンバータのそれぞれは、コンバータの作動または作動停止を制御する制御信号を受信するための作動入力を有し、コントローラは、上記厳密に必要な数の基本コンバータを作動させるために、基本コンバータのそれぞれの作動入力に制御信号を送信するように構成される。
本発明の一実施形態では、コントローラは、上記所望の光線を放射するための命令の受信に応じて、上記所望の光線を放射するために光源に送達される必要がある上記電力の量を判定すると共に、上記必要がある電力の量を送達するために作動されるべき基本コンバータの厳密に必要な数を判定するように構成される。
好適には、コントローラは、上記所望の光線のデジタル像の形態で所望の光線を放射するための命令を受信すると共に、上記デジタル像に基づいて上記必要がある電力の量を判定するように構成され得る。放射命令は、例えば、カメラ、レーダ、もしくはナビゲーションシステムなどの自動車の1つまたは複数のセンサに由来する情報に応じて、自動車のコンピュータによって生成され得る。適切な場合、受信されたデジタル像の各画素は、空間内の一点における所望の光線の光度を表し得る。それは、例えば、ロービームのスクリーン上に投影を表示するデジタル像の問題、または、眩惑されるべきではない物体の周りでビーム内に暗領域が形成される防眩ハイビームの問題、さらには文字表示を地面上に出現させる照明ビームであって、この照明ビームにおいて絵文字がロービーム内に形成される、照明ビームの問題になる可能性がある。
例えば、コントローラは、グレースケールの形態のデジタル像を受信すると共に、上記受信されたデジタル像のグレースケールレベルの和に応じて上記必要がある電力の量を判定するように、構成され得る。適切な場合、各画素のグレースケールレベルは、空間内の一点における所望の光線の光度を表し得る。好ましくは、コントローラは、グレースケールレベルの和、パワーコンバータによって送達される出力電圧、および光源を流れかつ基本コンバータの電圧によって生成される電流のピーク振幅に応じて、上記必要がある電力の量を判定し得る。
好適には、全ての基本コンバータが、それらが生成する電気信号が同じ電力を送達するように構成される。例えば、全ての基本コンバータが、それらが生成する電気信号が同じピーク振幅および同じデューティサイクルを有する周期的な電気信号であるように構成され得る。
好適には、マスターコンバータと呼ばれる、パワーコンバータの単一の基本コンバータが、電圧制御される。適切な場合、マスターコンバータは、それが生成する電気信号の振幅に関する情報をスレーブコンバータと呼ばれる他の基本コンバータに送信するように構成され、スレーブコンバータは、それぞれ、マスターコンバータから受信した情報に準拠した振幅の電気信号を生成するように構成される。例えば、マスターコンバータだけがフィードバックループを備え、スレーブコンバータは、それらの出力とそれらの入力との間にフィードバックループを有さない。適切な場合、コントローラは、判定された必要とされる電力に関わらずマスターコンバータを作動させ続けるように構成され得る。
好適には、光源は、複数の基本光源を含み、基本光源のそれぞれは、1つの発光画素を放射するように構成され、コントローラによって受信される放射命令は、所望の画素化光線を放射するための命令であり、また、コントローラは、上記所望の画素化光線が放射されるように基本光源のそれぞれを選択的に制御するように構成される。適切な場合、コントローラは、光源に制御命令を送信するように構成されてよく、制御命令は、コントローラによって受信されたデジタル像を含む。例えば、所望の画素化光線は、複数の行および列、例えば20行および25列にわたって分散される、複数の画素、例えば0.05°から0.2°の間に含まれる寸法の500個の画素を含む光線であってよい。
基本光線を放射するように選択的に作動されかつ制御されることが可能な(場合により、電気光学素子と関連する)任意の光源であることを意図される基本光源により、基本光線の光度は、制御可能である。それは、具体的には、発光半導体チップの問題、モノリシック画素化発光ダイオードの発光素子の問題、光源によって励起可能な光変換素子のセグメントの問題、または、液晶もしくはマイクロミラーに関連する光源の問題ですらあり得る。
本発明の別の主題は、光源と、選択的に作動可能な複数の基本コンバータを含むマルチフェーズインタリーブパワーコンバータであって、各基本コンバータが、固有の位相を有する電気信号を生成するように構成されており、パワーコンバータが、上記光源に電力を送達するように構成されている、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータと、上記パワーコンバータの基本コンバータのそれぞれを選択的に制御するように構成されたコントローラと、を備える自動車照明システムを制御するための方法であって、
a.コントローラによる、光源により所望の光線を放射するための命令の受信ステップと、
b.コントローラによる、放射されるべき上記所望の光線のためにパワーコンバータにより光源に送達される必要がある電力の量の判定ステップと、
c.コントローラによる、上記必要がある電力の量を送達するために作動されるべき基本コンバータの厳密に必要な数の判定ステップと、
d.コントローラによる、放射されるべき上記所望の光線に必要とされる上記電力の量を光源に送達するための上記判定された数の基本コンバータの作動ステップと、
を含む、方法である。
適切な場合、制御方法は、本発明による照明システムによって実施され得る。
好適には、コントローラは、放射命令を連続的に受信し得る。適切な場合、新たな放射命令の受信に応じて、コントローラは、この新たな放射命令の受信を受けて判定された作動される基本コンバータの数が達せられるように、以前に受信された制御命令を受けて、作動停止された基本コントローラのうちの1つもしくは複数を作動させるか、または作動された基本コントローラのうちの1つもしくは複数を作動停止させ得る。基本コントローラは、例えば、マスターコントローラから追加的に作動または作動停止され得る。
好適には、所望の光線を放射するための命令は、上記所望の光線のデジタル像の形態でコントローラによって受信され、必要がある電力の量は、上記デジタル像に基づいてコントローラによって判定される。コントローラによって受信されるデジタル像は、グレースケール像であり、コントローラによって判定される必要がある電力の量は、上記受信されたデジタル像のグレースケールレベルの和の関数であることが、好ましい。
本発明の別の主題は、コンピュータによって実行されたときに本発明による方法を実施するように設計されたプログラムコードを含む、コンピュータプログラムである。
本発明の別の主題は、本発明によるコンピュータプログラムが記憶されているデータ媒体である。
次に、本発明は、単に説明に役立つものでありまた決して本発明の範囲を限定するものではない例として、添付の図を参照しながら、説明される。
本発明の一実施形態に係る自動車照明システムを概略的にかつ部分的に示す図である。 図1の照明システムを制御するための方法を示す図である。 図1の照明システムのパワーコンバータの効率曲線を示す図である。 図1の照明システムのためのロービームを放射するための命令を示す図である。 図1の照明システムのための防眩ハイビームを放射するための命令を示す図である。
以下の説明では、構造の観点からまたは機能の観点から同一である要素、および種々の図に現れる要素は、そうでないことが示されていない限り、同じ参照記号で指定されている。
図1は、本発明の一実施形態に係る自動車の照明システム1を示す。
この照明システム1は、画素化光線を放射することができる画素化光源2を備える。説明される例では、画素化光源2は、画素化発光ダイオード、例えばモノリシック画素化発光ダイオードであり、その発光素子のそれぞれが、その光度が制御可能である基本光線を放射するように選択的に作動されかつ制御されることが可能である1つの基本光源を形成し、したがって、1つの基本光源は、画素化光線の1つの画素を形成する。画素化光源2は、照明システムの発光モジュールの一部を形成することができ、したがって、その点で基本光線が形成されることを可能にする光学素子と関連付けられる。照明システム2は、他の発光モジュールまたは光源を、画素化されているかどうかを問わず、さらに備え得る。
画素化光線が放射されることを可能にするために、照明システム1は、バッテリなどの自動車のエネルギー源から受け取られる電力Peから画素化光源2へ電力Psを送達するように構成されたパワーコンバータ3を備える。さらに、画素化光線の強度および分布を制御するために、照明システム1は、一方では画素化光源2を、より具体的にはこの光源2の基本光源のそれぞれを、また他方ではパワーコンバータ3を制御するように構成されたコントローラ4を、さらに備える。
パワーコンバータ3は、複数の基本コンバータ31aから31nを含むマルチフェーズインタリーブコンバータである。説明される例では、各コンバータ31aから31nは、所与のピーク振幅と所与の位相と所与のデューティサイクルとを有するPWM電気信号を電力Peから生成するように構成されたDC/DC降圧コンバータである。コンバータ31aから31nは、コンバータ31bに対して示されているような、実質的に同一の構造を有し、したがって、それらが生成する電気信号は、同じピーク振幅および同じデューティサイクルを有する。対照的に、それらの位相は異なり、したがって、それらの信号は、相互に位相を異にする。したがって、電気信号の全てが、画素化光源2へ送達される電力Psを一緒に形成し、この電力Psは、光源2が含む基本光源の数を考慮すれば光源2に満足に給電するのに十分に高い電流によって特徴付けられる。
コンバータ31aから31nの構造は、実質的に同一であるが、マスターコンバータと呼ばれる第1の基本コンバータ31aだけは、電圧制御される。この目的のために、このコンバータ31aは、このコンバータ31aによって出力される電流Iを所与の定点値に準拠させるためのフィードバックループFbを備える。さらに、他のコンバータ31bから31nは、パワーコンバータ3の出力からのフィードバックループがないスレーブコンバータである。マスターコンバータ31aは、それが生成する電気信号Iのピーク振幅を、制御線を介して他のスレーブコンバータ31bから31nに伝達する。これらのスレーブコンバータは、それぞれ、このピーク振幅Iに実質的に等しいピーク振幅の電気信号I~Iを生成するように構成される。
スレーブコンバータ31bから31nのそれぞれは、例えばこのコンバータの供給線を切り替えることによりこのコンバータの作動または作動停止を制御する制御信号をコントローラ4から受信するための作動入力Eを有する。
次に、図2を参照しながら、コントローラ4により照明システム1を制御するための方法が説明される。
第1のステップE1では、コントローラ4は、画素化光源2により所望の画素化光線を放射するための命令Imを受信する。この放射命令Imは、カメラ、レーダ、もしくはナビゲーションシステムなどの自動車の1つまたは複数のセンサに由来する情報に応じて、自動車(図示せず)のコンピュータによって生成される。説明される例では、放射命令は、上記所望の画素化光線の投影をグレースケールで表すデジタル像Imの形態で受信される。言い換えれば、受信されるデジタル像Imの各画素は、グレースケール値を介して、空間内の一点における所望の光線の光度を表す。
第2のステップE2では、コントローラ4は、上記所望の光線が放射されるためにパワーコンバータ3により光源2に送達される必要がある電力Pnの量を判定する。例えば、コントローラは、以下の等式を使用して、この必要とされる電力Pnを判定することができる。
Figure 2022551980000002
ここで、Vは、パワーコンバータ3によって出力される電圧であり、Ipeakは、画素化光源2を流れ、かつ、基本コンバータ31aから31nによって送達される電圧によって生成される電流のピーク振幅であり、Σiiは、像Imの各画素のグレースケール値の和である。
第3のステップE3では、コントローラ4は、上記必要がある電力Pnの量を送達するために作動する基本コンバータ31bから31nの厳密に必要な数Nを判定し、マスターコンバータ31aは、いかなる場合でも作動されたままである。
作動するコンバータ31bから31nの厳密に必要な数Nは、一方では、パワーコンバータ3によって出力される電流の振幅が、放射命令Imの画素化光線を作り出すために作動されなければならない画素化光源の基本光源の数に関して十分であることを確実とするように、また他方では、パワーコンバータ3から最適な効率を得るように、コントローラ4によって判定され得る。
図3は、2個、3個、および4個の基本コンバータがそれぞれ作動されたときのパワーコンバータ3の効率(すなわち、コンバータ3の入力電力Peで割られた、コンバータ3によって送達された電力Ps)の変動をこのパワーコンバータ3によって送達された電流の振幅の関数として示す曲線R2、R3、およびR4を示す。
効率が実質的に最適(おおよそ93%)かつ一定になる変曲点は、より少数の基本コンバータが作動されたときにより低いことが分かる。これにより、図4に示されるようなロービームの場合のように、必要とされる画素化光線が少数のオンにされた画素を含む場合、光源2の少数の基本光源が作動されることを必要とする。したがって、パワーコンバータ3が電流、つまり電力を送達する必要性は低く、よって、このコンバータ3の効率は、2つの基本コンバータ31aおよび31bのみを作動させることにより、最大化され得る。対照的に、図5に示されるような防眩ハイビームの場合のように、必要とされる画素化光線が多くのオンにされた画素を含む場合、電流の必要性は高まる。したがって、コンバータ3の効率は、さらなる基本コンバータ31cおよび31dを作動させることによりこの必要性を満たしているときに、最大化される。
したがって、ステップE4では、コントローラ3が連続的な放射命令を受信し、これにより、以前の命令に応答して送達される電力を新たな命令Imに必要とされる新たな電力Pnに適合させるように、以前に判定されたコンバータの数Nに達するまで、パワーコンバータ3の基本コントローラ31bから31cを、それらの作動入力Eを介して追加的に作動または作動停止させる。それと同時に、コントローラ3は、デジタル像Imに対応する画素化光線を放射することを目的として基本光源のそれぞれの作動または作動停止を制御するために、光源2にこのデジタル像Imを伝達する。
上記の説明は、本発明が具体的にはマルチフェーズインタリーブパワーコンバータを用いる照明システムと、システムによって受信される放射命令に応じてパワーコンバータの厳密に必要な数の基本コンバータを作動させるこの照明システムを制御するための方法とを提供することにより、説明に提示された目的が達成されることを可能にする方法を、明瞭に述べた。したがって、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータの使用が、特に光源が画素化されている場合に光源の電流に対する大きな必要性が満たされることを可能にすること、および、厳密に必要な数の基本コンバータの作動が、受信された放射命令を実行するのに必要とされる電力に応じてパワーコンバータの効率が最適化されることを可能にすることが、理解されるであろう。
いずれにしても、本発明は、本明細書において明確に説明された実施形態に限定されると見なされるべきではなく、具体的には、任意の等価な手段、およびそれらの手段の技術的に有効な任意の組み合わせに及ぶものである。具体的には、所与の放射命令を実行するのに必要とされる電力が説明されたもの以外の方法で計算されることに対して、または、厳密に必要な数の基本コンバータが説明されたもの以外の方法で選択されることに対して、それどころか、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータが説明されたもの以外の構造を有することに対して、用意がなされる可能性がある。

Claims (10)

  1. 自動車用の照明システム(1)であって、
    a.光源(2)と、
    b.選択的に作動可能な複数の基本コンバータ(31a、31b、31c、31n)を含むマルチフェーズインタリーブパワーコンバータ(3)であって、各基本コンバータが、固有の位相を有する電気信号(Ia、Ib、Ic、In)を生成するように構成されており、前記パワーコンバータが、前記光源に電力(Ps)を送達するように構成されている、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータ(3)と、
    c.前記パワーコンバータの前記基本コンバータのそれぞれを選択的に制御するように構成されたコントローラ(4)と、
    を備えた照明システム(1)において、
    前記コントローラが、前記光源により所望の光線を放射するための命令(Im)を受信すると共に、前記パワーコンバータが前記所望の光線を放射するのに必要とされる電力(Pn)を前記光源に送達するように前記パワーコンバータの厳密に必要な数(N)の基本コンバータを作動させるように構成されることを特徴とする、照明システム(1)。
  2. 前記コントローラ(4)が、前記所望の光線を放射するための前記命令(Im)の受信に応じて、前記所望の光線を放射するために前記光源に送達される必要がある前記電力(Pn)の量を判定すると共に、前記必要がある電力の量を送達するために作動されるべき基本コンバータ(31a、31b、31c、31n)の厳密に必要な数(N)を判定するように構成される、請求項1に記載の照明システム(1)。
  3. 前記コントローラ(4)が、前記所望の光線のデジタル像の形態で前記所望の光線を放射するための前記命令(Im)を受信すると共に、前記デジタル像に基づいて前記必要がある電力(Pn)の量を判定するように構成される、請求項2に記載の照明システム(1)。
  4. 全ての前記基本コンバータ(31a、31b、31c、31n)が、それらが生成する前記電気信号(Ia、Ib、Ic、In)が同じ電力を有するように構成される、請求項1から3までのいずれか一項に記載の照明システム(1)。
  5. マスターコンバータと呼ばれる前記パワーコンバータ(3)の単一の基本コンバータ(31a)が、電圧制御され、かつ、前記単一の基本コンバータ(31a)が生成する前記電気信号(Ia)の振幅に関する情報をスレーブコンバータと呼ばれる他の基本コンバータ(31b、31c、31)に送信するように構成され、前記スレーブコンバータが、それぞれ、前記マスターコンバータから受信した前記情報に準拠した振幅の電気信号(Ib、Ic、In)を生成するように構成される、請求項4に記載の照明システム(1)。
  6. 前記光源(2)が、複数の基本光源を含み、前記基本光源のそれぞれが、1つの発光画素を放射するように構成され、前記コントローラ(4)によって受信される前記放射命令(Im)が、所望の画素化光線を放射するための命令であり、前記コントローラが、前記所望の画素化光線が放射されるように前記基本光源のそれぞれを選択的に制御するように構成される、請求項1から5までのいずれか一項に記載の照明システム(1)。
  7. 光源(2)と、選択的に作動可能な複数の基本コンバータ(31、31b、31c、31n)を含むマルチフェーズインタリーブパワーコンバータ(3)であって、各基本コンバータが、固有の位相を有する電気信号(Ia、Ib、Ic、Id)を生成するように構成されており、前記パワーコンバータが、前記光源に電力(Ps)を送達するように構成されている、マルチフェーズインタリーブパワーコンバータ(3)と、前記パワーコンバータの前記基本コンバータのそれぞれを選択的に制御するように構成されたコントローラ(4)と、を備える自動車照明システム(1)を制御するための方法であって、
    a.前記コントローラによる、前記光源により所望の光線を放射するための命令(Im)の受信ステップ(E1)と、
    b.コントローラによる、放射されるべき前記所望の光線のために前記パワーコンバータにより前記光源に送達される必要がある電力(Pn)の量の判定ステップ(E2)と、
    c.前記コントローラによる、前記必要がある電力の量を送達するために作動されるべき基本コンバータの厳密に必要な数(N)の判定ステップ(E3)と、
    d.前記コントローラによる、放射されるべき前記所望の光線に必要とされる前記電力の量を前記光源に送達するための前記判定された数の基本コンバータの作動ステップ(E4)と、
    を含む、方法。
  8. 前記所望の光線を放射するための前記命令(Im)が、前記所望の光線のデジタル像の形態で前記コントローラ(4)によって受信され、前記必要がある電力(Pn)の量が、前記デジタル像に基づいて前記コントローラによって判定される、請求項7に記載の制御方法。
  9. コンピュータによって実行されたときに請求項7または8に記載の方法を実施するように設計されたプログラムコードを備える、コンピュータプログラム。
  10. 請求項9に記載のコンピュータプログラムが記憶されている、データ媒体。
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