WO2009056618A2 - Verfahren zum dimmen einer leuchtdiodenanordnung eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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    • 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]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light

Definitions

  • the invention relates to a method for dimming a light-emitting diode arrangement according to claim 1.
  • Light-emitting diode arrangements are increasingly used in motor vehicles for various functions. In some cases, it is necessary to dim the light intensity of the light-emitting diode arrangement in order to adapt it to the conditions.
  • the individual light levels should be infinitely adjustable without visible jumps. For this, the jump of the light intensity may amount to a maximum of 2%, based on the current light intensity. This is critical especially in lower ranges of light intensity.
  • a turn signal circuit is known in which at least one of the flashing lights is replaced by light emitting diodes.
  • a light bulb current must be simulated for the LEDs. This is achieved in that a current flow is set by the control of an electrical load, wherein a pulse width of a periodic signal is modulated in time according to a current characteristic of the replaced flashing lamp.
  • DE 10 2004 028 987 A1 describes a method for controlling a lighting unit comprising at least one light-emitting diode, in which a supplied current is controlled as a function of the outside temperature. For this purpose, a current or a duty cycle of a pulse width modulation is changed according to the outside temperature.
  • microcontrollers In order to be able to steer continuously without visible jumps in the light intensity when using light-emitting diodes as light sources, microcontrollers with a resolution of min. at least 10 bits corresponding to 1023 light intensity levels. This is especially true for a lower range of light intensity, where each jump represents a relatively large percentage change. These microcontrollers require a corresponding relatively high effort.
  • the object of the invention is to provide a method for dimming a light emitting diode array, which allows the use of simple and inexpensive electronic elements.
  • the pulse width signal is modulated as a function of a setpoint specification with a variable duty cycle and a simultaneously variable period duration. This means that with each change in the setpoint value of the pulse width modulation, both the switch-on duration and the period duration are changed. This causes a reduction of the change jumps, so that even with the use of a cheaper 8-bit microcontroller, a pulse width modulation can be done that ensures satisfactorily small and therefore imperceptible jumps in light intensity in the lower range.
  • FIG. 1 is a diagram of the duty cycle, the period and a resulting pulse width modulation and Fig. 2 shows a resulting frequency of a pulse width modulated signal.
  • a motor vehicle e.g. integrated in the headlights LED arrangements.
  • These light-emitting diode arrangements are intended to ensure on the one hand a daytime running light with 100% light intensity and on the other hand a substantially fainter light position light.
  • This position light should be in a range of 4 to 10% of the daylight driving light intensity and adapted to changing outside light conditions. These adjustments should be imperceptible to the human eye.
  • the light intensity of the light emitting diode arrangements is controlled by means of a pulse width modulation (PWM), which is generated by an 8 bit microcontroller.
  • PWM pulse width modulation
  • the modulation takes place by changing the switch-on time T e m and the period T p as a function of a desired value specification, these values being calculated once and stored in a memory assigned to the microcontroller.
  • Tem N (Tein-soll * T e in-max / 100)
  • T P N (100 * Tein / Tein-soll)
  • N means that an integer is formed as a rounded value of the value calculated in the following parenthesis; because the pulse width modulation memory of a microcontroller can only work with integers.
  • T e j n -soi ⁇ is the target specification of the pulse width modulation and is 0 to 100%.
  • T e jn-max is an integer from 0 to 250, which corresponds to the maximum period duration and, together with a clock frequency of the pulse width modulation of the microcontroller, defines the minimum frequency of the pulse width modulation signal.
  • 1 shows the calculated values for the duty cycle of T e i n and the period duration T p of the pulse width modulation in dependence setpoint are illustrated 5-8%.
  • the duty cycle T ⁇ i n increases stepwise in this range from 12 to 20%, each step corresponding to a jump of the duty cycle T ⁇ i n of 1%.
  • the period T p is a sawtooth, each stage corresponds to a tooth; the period T p is between 230 and 250 Hz. It falls over the length of the stage from 250 Hz to the smaller value and then increases suddenly to 250 Hz.
  • the actual value of the pulse width modulation control power in% corresponds to the setpoint.
  • the frequency of the pulse width modulation signal that results with the switch-on duration T e j n and the period T p according to FIG. 1 is shown in FIG.
  • the frequency of the pulse width modulation signal is significantly higher, especially in the range of short switch-on times T e i n , than without the simultaneous change according to the invention of the switch-on duration T ⁇ in and the period T p .

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung eines Kraftfahrzeugs. Damit Sprünge der Lichtstärke nicht wahrgenommen werden, müssen sie entsprechend klein sein. Bei elektronischen Dimmern mittels Pulsweitenmodulation muss hierfür bisher ein Mikrocontroller eingesetzt werden, der mindestens einen 10 bit Pulsweitenmodulations-Generator aufweist. Damit auch preiswertere Controller eingesetzt werden können, schlägt die Erfindung vor, dass das Pulsweiten-Signal in Abhängigkeit von einer veränderlichen Einschaltdauer und einer gleichzeitig veränderlichen Periodendauer moduliert wird.

Description

Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung eines Kraftfahrzeugs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung gemäß Anspruch 1.
Leuchtdiodenanordnungen werden vermehrt in Kraftfahrzeugen für verschiedene Funktionen eingesetzt. In manchen Fällen ist es erforderlich, die Lichtstärke der Leuchtdiodenanordnung zu dimmen, um sie an die Verhältnisse anzupassen. Hierbei sollen die einzelnen Lichtstärken stufenlos ohne sichtbare Sprünge eingestellt werden können. Hierfür darf der Sprung der Lichtstärke maximal 2 %, bezogen auf die aktuelle Lichtstärke betragen. Dies ist besonders in unteren Bereichen der Lichtstärke kritisch.
Aus der DE 102 15 472 B4 ist eine Blinkerschaltung bekannt, bei der mindestens eine der Blinklampen durch Leuchtdioden ersetzt ist. Damit der Blinkgeber ordnungsgemäß funktioniert, muss ein Glühlampenstrom für die Leuchtdioden simuliert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Stromfluss durch die Ansteuerung einer elektrischen Last eingestellt wird, wobei eine Pulsweite eines periodischen Signals zeitlich entsprechend einer Stromkennlinie der ersetzten Blinklampe moduliert wird.
Die DE 10 2004 028 987 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern einer mindestens eine Leuchtdiode umfassenden Beleuchtungseinheit, bei der ein zugeführter Strom in Abhängigkeit von der Außentemperatur gesteuert wird. Hierfür wird ein Strom oder ein Tastverhältnis einer Pulsweitenmodulation entsprechend der der Außentemperatur verändert.
Es ist bekannt, das Dimmen von Leuchten über eine digitale Pulsweitenmodulation durchzuführen. Damit bei der Verwendung von Leuchtdioden als Leuchtmittel das Dimmen stufenlos ohne sichtbare Sprünge der Lichtstärke erfolgen kann, müssen bei den bekannten Pulsweitenmodulatoren MikroController mit einer Auflösung von min- destens 10 bit entsprechend 1023 Lichtstärke- Stufen eingesetzt werden. Dies gilt besonders für einen unteren Bereich der Lichtstärke, wo jeder Sprung eine relativ große prozentuale Änderung bedeutet. Diese MikroController erfordern einen entsprechenden relativ hohen Aufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung zu schaffen, das den Einsatz einfacher und preiswerter elektronischer Elemente erlaubt.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Pulsweiten- Signal wird in Abhängigkeit von einer Sollwert- Vorgabe mit einer veränderlichen Einschaltdauer und einer gleichzeitig veränderlichen Periodendauer moduliert. Das bedeutet, dass mit jeder Änderung des Sollwerts der Pulsweitenmodulation sowohl die Einschaltdauer als auch die Periodendauer verändert werden. Dies bewirkt eine Verkleinerung der Änderungs- Sprünge, so dass auch bei Einsatz eines günstigeren 8 bit Mikrokontrollers eine Pulsweitenmodulation erfolgen kann, die befriedigend kleine und daher nicht wahrnehmbare Sprünge der Lichtstärke auch im unteren Bereich gewährleistet.
Die Berechnungen nach Anspruch 2 sind einfach durchzuführen und bewirken die effektive Verkleinerung der Sprünge.
Das Speichern der Werte vermindert die erforderliche Rechenkapazität und ist einfach durchzuführen.
8 bit Mikrokontroller sind im Vergleich zu den 16 bit Ausführungen preiswert.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm der Einschaltdauer, der Periodendauer sowie eine resultierende Pulsweitenmodulation und Fig. 2 eine resultierende Frequenz eines pulsweitenmodulierten Signals.
An einem Kraftfahrzeug sind z.B. in den Frontscheinwerfern Leuchtdiodenanordnungen integriert. Diese Leuchtdiodenanordnungen sollen einerseits ein Tagfahrlicht mit 100 % Lichtstärke und andererseits ein wesentlich lichtschwächeres Positionslicht gewährleisten. Dieses Positionslicht soll in einem Bereich von 4 bis 10 % der Lichtstärke des Tagfahrlichts liegen und an veränderliche Außenlicht- Bedingungen ange- passt werden. Diese Anpassungen sollen für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sein.
Die Lichtstärke der Leuchtdiodenanordnungen wird mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert, die von einem 8 bit MikroController erzeugt wird. Die Modulation erfolgt durch Verändern der Einschaltdauer Tem und der Periodendauer Tp in Abhängigkeit von einer Sollwert- Vorgabe, wobei diese Werte einmal berechnet und in einem dem MikroController zugeordneten Speicher gespeichert werden.
Die Berechnung erfolgt nach folgenden Formeln:
Tem = N (Tein-soll * Tein-max / 100) TP = N (100 * Tein / Tein-soll)
Hierbei bedeutet N, dass eine ganze Zahl als gerundeter Wert des in der nachfolgenden Klammer berechneten Werts gebildet wird; denn die Pulsweitenmodulations- Speicher eines Mikrocontrollers können nur mit ganzen Zahlen arbeiten. Tejn-soiι ist die Sollvorgabe der Pulsweitenmodulation und beträgt 0 bis 100 %. Tejn-max ist eine ganze Zahl von 0 bis 250, entspricht der maximalen Periodendauer und definiert zusammen mit einer Taktfrequenz der Pulsweitenmodulation des Mikrocontrollers die minimale Frequenz des Pulsweitenmodulations- Signals. In der Figur 1 sind die berechneten Werte für die Einschaltdauer Tein und die Periodendauer Tp in Abhängigkeit des Pulsweitenmodulations- Sollwerts zwischen 5 und 8 % dargestellt. Die Einschaltdauer TΘin steigt in diesem Bereich stufenförmig von 12 auf 20 %, wobei jede Stufe einem Sprung der Einschaltdauer TΘin von 1 % entspricht.
Die Periodendauer Tp verläuft sägezahnartig, wobei jeder Stufe ein Zahn entspricht; die Periodendauer Tp beträgt zwischen 230 und 250 Hz. Sie fällt über die Länge der Stufe von 250 Hz auf den kleineren Wert und steigt dann sprunghaft wieder auf 250 Hz.
Der Istwert der Pulsweitenmodulations- Steuerleistung in % entspricht dem Sollwert.
Die sich mit der Einschaltdauer Tejn und der Periodendauer Tp gemäß der Figur 1 ergebende Frequenz des Pulsweitenmodulations- Signals ist in der Figur 2 dargestellt. Hier ist ersichtlich, dass die Frequenz des Pulsweitenmodulations- Signals besonders im Bereich von kurzen Einschaltdauern Tein deutlich höher ist als ohne die erfindungsgemäße gleichzeitige Veränderung der Einschaltdauer TΘin und der Periodendauer Tp.

Claims

Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung eines KraftfahrzeugsPatentansprüche
1. Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Helligkeit der Leuchtdioden mittels eines von einem digitalen Pulsweitenmodulator erzeugten Pulsweiten- Signals stufenlos gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulsweiten- Signal in Abhängigkeit von einer Sollwert- Vorgabe mit einer veränderlichen Einschaltdauer (Tein) und einer gleichzeitig veränderlichen Periodendauer (TP) moduliert wird.
2. Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltdauer (Tejn) nach der Formel Tein = N (Tein-soii * Tein-max / 100) und die Periodendauer (TP) nach der Formel TP = N (100 * Tein / Tein-soii) berechnet werden, wobei N die Bildung einer ganzen Zahl aus dem nachfolgenden Klammerwert, Tein-soiι eine Sollvorgabe in % für die momentane Einschaltdauer und Tejn-max ©ine maximale Periodendauer ist.
3. Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Werte für die Einschaltdauer (Tein) und die Periodendauer (TP) in einem dem Pulsweitenmodulator zugeordneten Speichermedium gespeichert werden.
4. Verfahren zum Dimmen einer Leuchtdiodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Pulsweitenmodulator zugeordneter MikroController ein acht- bit Controller ist.
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