WO2017198370A1 - Beleuchtungsmodul mit fehlerdiagnose und zugehöriges verfahren - Google Patents

Beleuchtungsmodul mit fehlerdiagnose und zugehöriges verfahren Download PDF

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WO2017198370A1
WO2017198370A1 PCT/EP2017/056866 EP2017056866W WO2017198370A1 WO 2017198370 A1 WO2017198370 A1 WO 2017198370A1 EP 2017056866 W EP2017056866 W EP 2017056866W WO 2017198370 A1 WO2017198370 A1 WO 2017198370A1
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light
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delay capacitor
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Otmar Schlag
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Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • 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]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits

Definitions

  • Lighting module with fault diagnosis and associated procedure
  • the invention relates to a lighting module for
  • the invention relates to a
  • Light-emitting diode illumination module with a self-diagnostic capability and an associated method.
  • Lighting modules with a plurality of light emitting diodes are used in different positions on motor vehicles for
  • instruments are in the interior of vehicles or warning devices with backlit displays or
  • Light-emitting diodes used in electrical series connection. These series-connected LEDs then form a light-emitting diode group and are powered by a common power source, the LEDs are operated regularly with a constant current.
  • the forward voltage in the operation of light-emitting diodes is determined in particular by the temperature and other environmental conditions and, of course, by the selection of the LEDs.
  • the current through such groups of light emitting diodes may vary depending on environmental conditions.
  • a lighting module for a motor vehicle which is a Light-emitting diode group having at least a first and a second light-emitting diode. These LEDs are for
  • a switchable power supply is coupled to the light emitting diode group.
  • Evaluation device is designed to turn on and off the power supply and a voltage drop across the
  • Light-emitting diode group provided which a voltage tap and thus a detection of the voltage drop across the
  • Enable light-emitting diode group may be arranged together with other components of an electrical circuit. It is essential that the voltage drop detects the light-emitting diode group such that a determination of the total voltage drop across the light-emitting diode group is possible.
  • Lighting module at least one delay capacitor
  • This delay capacitor is used, which is coupled in parallel to the first light emitting diode and in series with the second light emitting diode to the power supply.
  • This delay capacitor is used, in particular, to delay the current flow through the first light-emitting diode when the power supply is switched on.
  • the capacitor has a capacity which, when the DC voltage is switched on
  • Charging and discharging of capacitors play an essential role. It is known that a charging behavior of a capacitor depends substantially on its capacity as well as on series connected resistors and electronic components. Accordingly, charging characteristic times can be calculated, with a simple relationship of a
  • ⁇ R x C exists.
  • R is a series resistance to the capacitor and C is the capacitance of the capacitor. Since the charging of a capacitor takes place in accordance with an exponential function, it follows that the voltage drop across the capacitor during charging after the lapse of a period of time which corresponds to the simple time constant ⁇ is approximately 63% of that
  • Capacitor is charged to at least 90%. In the discharge, accordingly, a period of time is meant at which a capacitor has discharged to at least 10% of the fully charged state.
  • control and evaluation device of the lighting module is designed so that they
  • Time tl measured from the power supply, will cause a voltage drop ul across the light emitting diode group
  • the first time period t1 is dimensioned such that the delay capacitor is not yet charged within this time period. tl is thus in particular smaller than 3 ⁇ .
  • the first time period can also be significantly shorter than the charging time, for example, be a period of time, about the simple time constant ⁇ of the capacitor corresponds, ie a time range within which the capacitor is charged to about 60%. Even significantly lower states of charge can determine the duration tl. It is essential that the capacitor is still discharged so far that the voltage dropping across it remains below the forward voltage of the parallel-connected first light-emitting diode and this is bridged by the delay capacitor within this period. At the time of the first measurement, the voltage which essentially drops across the second diode is detected, since the first diode is bridged by the capacitor.
  • the second time t2 is sized to be longer than the charge time of the delay capacitor. As described above, this means that the charge of the
  • the time t2 of the time constant ⁇ or a multiple of the time constant ⁇ of the charging curve of the capacitor is.
  • the delay capacitor is charged and is non-conductive in view of the applied DC voltage.
  • the parallel-connected first light-emitting diode is supplied with the increased voltage, which is also applied to the capacitor, and thus permeable.
  • the now detected voltage u2 thus represents the voltage that drops at the light-emitting diode group, both light-emitting diodes are now permeable (conductive). In this way, therefore, a voltage ul was measured after the time t1, which is to be assigned to the forward voltage of the second light-emitting diode. After the time t2, however, a voltage u2 is measured, which is assigned to the series connection of the two transparent light-emitting diodes.
  • the first voltage ul in the control and evaluation circuit with an expected and stored Forward voltage of the second LED compared. It should be noted that the forward voltage of the second LED may well be within a predetermined tolerance range, since this is dependent on the ambient conditions. If the comparison results in a voltage value ⁇ 1 which is within the expected forward voltage range of the second LED, then the proper function of the second LED becomes
  • the determined voltage u2 (with fully charged delay capacitor) is the expected
  • the delay capacitor according to the invention allows the measurement of a single of the LEDs and, in time
  • Voltage tap can be differentiated in this way
  • Lighting module to be provided further electronic components.
  • a reverse polarity protection diode are introduced or an overvoltage protection.
  • series resistors will be used in practice.
  • the method according to the invention essentially reproduces the steps described above, wherein in particular a device according to the above representation can also be used. It is a method of testing at least two light-emitting diodes connected in series. For this purpose, a delay capacitor is coupled to a power supply parallel to the first light emitting diode. The delay capacitor is coupled in series with the second LED. Then, according to the invention, the power supply is activated and a time tl to wait, which is shorter than a charging time of
  • Delay capacitor is.
  • the voltage drop ul is detected via the light-emitting diode group.
  • a second period t2 longer than the charging time of the
  • Capacitor measured from the activation of the power supply has expired, the voltage drop is measured again, whereby a voltage drop u2 is determined.
  • the first voltage ul should be in a predetermined variable value range for forward voltages of the second light-emitting diode.
  • the determined voltage u2 should be in the predetermined range of the acceptable sum of forward voltages of the first and second LEDs.
  • Lighting module the voltage across the LED group is measured a third time. However, this is after
  • Time t3 is smaller than the discharge duration of the
  • the delay capacitor is, as described above, connected in parallel with the first light-emitting diode. Switching off the supply voltage causes the on-state voltage at the second LED to decrease, approximately to 0 V. However, since the time t3 is shorter than the discharge period, the elapse of this period of time has
  • Delay capacitor still stores a charge amount and has a voltage which is representative of the Forward voltage of the parallel-connected first LED is. Ideally, with successful timing, the measured voltage will largely correspond to the forward voltage of the first LED during operation. The forward voltage of the first
  • the value u3 thus offers a possibility of the forward voltage of the first
  • the delay capacitor has a capacitance between 100 nF and 900 nF.
  • Such delay capacitor design is particularly suitable for common LED types with forward voltages in the range of several volts (e.g., 3V to 5V) because it provides optimized timing for performing the described diagnostic method.
  • Capacitor as protective capacitor coupled to the power supply parallel to the LED group.
  • the capacity of the second capacitor is less than the capacity of the
  • the second capacitor can be any delay capacitor.
  • the second capacitor can be any delay capacitor.
  • Delay capacitor be switched. Due to the lower capacity ensures that the time constant and thus also load and unload the second capacitor run faster than the delay capacitor. This facilitates the evaluation in the manner described above. It is particularly preferred that the capacitance of the second capacitor is at most 1/10 of the capacity of the delay capacitor. In this way, although the second capacitor provides its protection, it only influences the evaluation of the charging processes and discharging processes of the delay capacitor
  • Figure 1 shows a schematic circuit according to a
  • FIG. 2 shows an exemplary voltage curve for faultless light-emitting diodes
  • FIG. 3 shows the comparison of different signal profiles with different diode interruptions
  • FIG. 4 shows the comparison of a plurality of signal profiles with different diode short circuits.
  • FIG. 1 a circuit for forming a lighting module according to a first embodiment of the invention is shown by way of example
  • a current source 1 is coupled to a control and evaluation device 2.
  • Evaluation device 2 can activate and deactivate the current source 1 for the voltage and current supply of the circuit.
  • the control and evaluation device also has two
  • the control and evaluation circuit includes a circuit which
  • the LEDs 5 and 6 are as a light-emitting diode group in
  • Delay capacitor 8 is in series with the second
  • a capacitor 10 is parallel to the entire circuit
  • a resistance of only a few ohms, for example 18 ⁇ , can be used as resistor 7.
  • the protection capacitor 10 can be realized for example with a capacitor of a capacitance of 10 nF.
  • the delay capacitor 8 has a larger one
  • the resistor 9 can be dimensioned with 1 kOhm.
  • the current source 1 supplies a constant current, matched to the light-emitting diodes 5 and 6 used.
  • the capacitor 8 is charged according to its capacity and the applied voltage, resulting in the
  • a time t1 is selected so that a voltage ul is detected after elapse of the time tl from the switching time point of the current source 1. This is shown in FIG. In this example, a span of about 10 ys is selected as the time t1, which is an early point of the charging curve of the
  • Capacitor still a low resistance and voltage drop and bridges the first light-emitting diode 5.
  • the voltage ul can be detected and later compared with the forward voltage of the second light-emitting diode 6, which is already active.
  • the delay capacitor 8 is complete charged and a voltage u2 is measured. For example, in the above exemplary data, this measurement takes place after about 300 to 350 ys.
  • the charged capacitor 8 blocks the
  • control and evaluation device 2 according to
  • the power supply 1 is switched off again at time t2 and at time t3 (for example after 450 ys at
  • FIG. 3 shows exemplary signal curves for several different cases.
  • the curve 20 corresponds to the
  • the curve 21 shows a case where the circuit in the first light-emitting diode 5 is interrupted.
  • the first light-emitting diode 5 is therefore defective and has an interruption.
  • the second light-emitting diode 6, however, is intact. In this case, it is due of the missing parallel strand to the delay capacitor 8, the capacitor charged more than an intact first light emitting diode 5. While at time tl still a
  • the voltage at time t3 is also above the tolerable range.
  • the course of the voltages in FIG. 4 shows fault cases in which short circuits occur in the light-emitting diodes.
  • the curve 25 again shows a voltage curve of an intact light-emitting diode arrangement (the scale has been changed with respect to the preceding figures for reasons of clarity).
  • the voltage curve 26 indicates a short circuit in the first light-emitting diode 5. In this case, there is no charging of the capacitor, as there is a short circuit parallel to the capacitor. The voltage can be adjusted accordingly
  • Time t2 does not rise to the expected voltage values.
  • the voltage has decreased much more than in a charged one
  • Delay capacitor 8 would be expected.
  • the voltage curve 27 shows an intact first light-emitting diode 5, but a short circuit in the second light-emitting diode 6. Der Capacitor is charged here again, but only to a voltage value such as in the case of the voltage waveform 26. However, the voltage drops back to the expected range at time t3. From this combination of values, the short-circuit in the second light-emitting diode 6 can be deduced. Finally, the curve 28 shows a short circuit in both the first light-emitting diode 5 and the second light-emitting diode 6.

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Ein Beleuchtungsmodul für ein Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine erste (5) und eine zweite Leuchtdiode (6) aufweist, welche in Reihe geschaltet und mit einer schaltbaren Stromversorgung (1) gekoppelt sind. Eine eine Steuer- und Auswertevorrichtung (2) ist mit der Stromversorgung und den Leuchtdioden gekoppelt, um die Stromversorgung ein- und auszuschalten und einen Spannungsabfall über die Leuchtdioden zu erfassen. Ein Verzögerungskondensator (8) ist parallel zu der ersten Leuchtdiode (5) und in Reihe zu der zweiten Leuchtdiode (6) mit der Stromversorgung (1) gekoppelt. Die Steuer- und Auswertevorrichtung (2) aktiviert die Stromversorgung und erfasst nach einer ersten Zeitdauer t1, welche kürzer als eine Ladedauer des Verzögerungskondensators (8) ist, einen ersten Spannungsabfall u1 über die Leuchtdioden-Gruppe. Nach einer zweiten Zeitdauer t2, welche länger als eine Ladedauer des Verzögerungskondensators (8) ist, wird ein zweiter Spannungsabfall u2 über die Leuchtdioden-Gruppe erfasst. Anhand der Werte u1 und u2 und gespeicherter Vergleichswerte wird eine Fehlerdiagnose der ersten und der zweiten Leuchtdiode durchgeführt.

Description

Beleuchtungsmodul mit Fehlerdiagnose und zugehöriges Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmodul für
Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung ein
Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul mit einer Eigendiagnosefähigkeit sowie ein zugehöriges Verfahren.
Beleuchtungsmodule mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden (LED) werden an verschiedenen Positionen an Kraftfahrzeugen zur
Signalbeleuchtung oder auch Komfortbeleuchtung eingesetzt.
Beispielsweise sind Instrumente im Innenraum von Fahrzeugen oder Warneinrichtungen mit hinterleuchteten Displays oder
Bedieneinrichtungen ausgestaltet. Dabei werden oft mehrere
Leuchtdioden in elektrischer Reihenschaltung eingesetzt. Diese in Reihe geschalteten Leuchtdioden bilden dann eine Leuchtioden- Gruppe und werden von einer gemeinsamen Stromquelle versorgt, wobei die Leuchtdioden regelmäßig mit einem Konstantstrom betrieben werden.
Die Durchlassspannung beim Betrieb von Leuchtdioden wird insbesondere von der Temperatur und anderen Umgebungsbedingen sowie natürlich durch die Auswahl der Leuchtdioden bestimmt.
Entsprechend kann der Strom durch derartige Leuchtdioden-Gruppen in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen variieren. Eine
Diagnose der ordnungsgemäßen Funktion der Leuchtdioden ist regelmäßig nur anhand der Ermittlung eines Spannungsabfalls über den Leuchtdioden möglich. Sinkt angesichts des Betriebs der
Leuchtdioden mit einem Konstantstrom jedoch die Betriebsspannung aufgrund der Umgebungsbedingungen, so kann ein Fall eintreten, in dem eine ordnungsgemäße Diagnose nicht mehr möglich ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Diagnosefähigkeit von Beleuchtungsmodulen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungsmodul mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 7.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Beleuchtungsmodul für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welches eine Leuchtdioden-Gruppe mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Leuchtdiode aufweist. Diese Leuchtdioden sind zur
Bildung der Leuchtdioden-Gruppe in Reihe geschaltet. Eine schaltbare Stromversorgung ist mit der Leuchtdioden-Gruppe gekoppelt.
Außerdem ist eine Steuer- und Auswertevorrichtung
vorgesehen, die sowohl mit der Stromversorgung als auch der Leuchtdioden-Gruppen gekoppelt ist. Diese Steuer- und
Auswertevorrichtung ist ausgebildet, um die Stromversorgung ein- und auszuschalten und einen Spannungsabfall über der
Leuchtdioden-Gruppe zu erfassen.
Entsprechend sind Spannungsabgriffe vor und hinter der
Leuchtdioden-Gruppe vorgesehen, welche einen Spannungsabgriff und damit eine Erfassung des Spannungsabfalls über der
Leuchtdioden-Gruppe ermöglichen. Es ist dabei zu beachten, dass die Leuchtdioden-Gruppe zusammen mit weiteren Komponenten einer elektrischen Schaltung angeordnet sein kann. Wesentlich ist, dass der Spannungsabfall die Leuchtdioden-Gruppe derart erfasst, dass eine Ermittlung des gesamten Spannungsabfalls über die Leuchtdioden-Gruppe möglich ist.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem
Beleuchtungsmodul wenigstens ein Verzögerungskondensator
eingesetzt ist, welcher parallel zu der ersten Leuchtdiode und in Reihe zu der zweiten Leuchtdiode mit der Stromversorgung gekoppelt ist. Dieser Verzögerungskondensator dient insbesondere dazu, beim Einschalten der Stromversorgung den Stromfluss durch die erste Leuchtdiode zu verzögern. Der Kondensator weist eine Kapazität auf, die beim Einschalten der Gleichspannung der
Stromversorgung für einen gewissen Zeitraum während der
Aufladung des Kondensators einen geringen elektrischen
Widerstand aufweist und daher einen widerstandsarmen Stromweg parallel zu der ersten Leuchtdiode bietet. Die in Reihe
geschaltete zweite Leuchtdiode wird hingegen stromdurchflossen (sofern sie ordnungsgemäß funktioniert) .
Im Rahmen dieser Anmeldung spielen die Zeitabläufe beim
Laden und Entladen von Kondensatoren eine wesentliche Rolle. Es ist bekannt, dass ein Ladeverhalten eines Kondensators wesentlich von dessen Kapazität sowie auch von dazu in Reihe geschalteten Widerständen und elektronischen Bauteilen abhängt. Entsprechend können charakteristische Zeiten für den Ladevorgang berechnet werden, wobei eine einfache Beziehung einer
Zeitkonstante für das Laden und Entladen in dem Ausdruck
τ = R x C besteht. Dabei steht R für einen Reihenwiderstand zum Kondensator und C für die Kapazität des Kondensators. Da die Aufladung eines Kondensators gemäß einer Exponentialfunktion erfolgt ergibt sich, dass die am Kondensator abfallende Spannung beim Laden nach dem Verstreichen einer Zeitdauer, welche der einfachen Zeitkonstante τ entspricht, auf etwa 63 % der
Endspannung ansteigt, nach 2 τ auf etwa 86 %, nach 3 τ auf etwa 95 %.
Beim Entladen hingegen fällt die Spannung nach 1 τ auf etwa 37 % der Ausgangsspannung, nach 2 τ auf etwa 13 % und nach 3 τ auf etwa 5 % ab . Gemäß dieser theoretischen Betrachtungsweise würde ein Kondensator zwar nie vollständig geladen oder nie vollständig entladen, dies ist in der Praxis jedoch nicht der Fall und für diese Betrachtung unerheblich. Wenn in dieser
Anmeldung nämlich von der Ladedauer eines Kondensators die Rede ist, ist damit die technische Aufladung gemäß der dreifachen Zeitkonstante gemeint, also die Dauer, innerhalb derer ein
Kondensator zu mindestens 90 % geladen ist. Bei der Entladung ist entsprechend eine Zeitdauer gemeint, bei der ein Kondensator sich auf wenigstens 10 % des vollgeladenen Zustandes entladen hat .
Gemäß der Erfindung ist die Steuer- und Auswertevorrichtung des Beleuchtungsmoduls so ausgebildet, dass sie die
Stromversorgung der Leuchtdioden-Gruppe aktiviert und außerdem einen Zeitgeber startet. Nach einer vorgegebenen ersten
Zeitdauer tl, gemessen von der Einschaltung der Stromversorgung, wird ein Spannungsabfall ul über die Leuchtdioden-Gruppe
erfasst. Die erste Zeitdauer tl ist dabei so bemessen, dass der Verzögerungskondensator innerhalb dieser Zeitdauer noch nicht geladen ist. tl ist also insbesondere kleiner als 3 τ. Die erste Zeitdauer kann jedoch auch deutlich kürzer als die Ladedauer sein, beispielsweise eine Zeitdauer betragen, die etwa der einfachen Zeitkonstante τ des Kondensators entspricht, also einen Zeitbereich, innerhalb dessen der Kondensator sich zu etwa 60 % auflädt. Auch noch deutlich niedrigere Ladezustände können die Zeitdauer tl bestimmen. Wesentlich ist, dass der Kondensator noch soweit entladen ist, dass die an ihm abfallende Spannung unterhalb der Durchlassspannung der parallel geschalteten ersten Leuchtdiode bleibt und diese innerhalb dieses Zeitraumes durch den Verzögerungskondensator überbrückt wird. Zum Zeitpunkt der ersten Messung wird dann diejenige Spannung erfasst, die im Wesentlichen über die zweite Diode abfällt, da die erste Diode durch den Kondensator überbrückt ist.
Nach einer zweiten Zeitdauer t2, gemessen von der
Aktivierung der Stromversorgung, wird erneut der Spannungsabfall über die Leuchtdioden-Gruppe erfasst. Es wird also
erfindungsgemäß erneut die Spannung an denselben
Spannungsabgriffen erfasst, jedoch nach einer weiteren
Verzögerung. Die zweite Zeitdauer t2 ist so bemessen, dass sie länger als die Ladedauer des Verzögerungskondensators ist. Wie oben beschrieben, bedeutet dies, dass die Ladung des
Kondensators weitestgehend abgeschlossen ist, wobei
beispielsweise die Zeitdauer t2 der Zeitkonstante τ oder einem Vielfachen der Zeitkonstante τ der Ladekurve des Kondensators beträgt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Verzögerungskondensator aufgeladen und wirkt angesichts der anliegenden Gleichspannung nichtleitend. Die parallel geschaltete erste Leuchtdiode wird hingegen mit der angewachsenen Spannung, die auch am Kondensator anliegt, versorgt und damit durchlässig.
Die nun erfasst Spannung u2 stellt also diejenige Spannung dar, die an der Leuchtdioden-Gruppe abfällt, wobei nun beide Leuchtdioden durchlässig (leitend) sind. Auf diese Weise wurde also nach der Zeitdauer tl eine Spannung ul gemessen, welche der Durchlassspannung der zweiten Leuchtdiode zuzuordnen ist. Nach der Zeitdauer t2 wird hingegen eine Spannung u2 gemessen, welche der Reihenschaltung der beiden durchlässigen Leuchtdioden zuzuordnen ist.
Zur Auswertung wird die erste Spannung ul in der Steuer- und Auswerteschaltung mit einer erwarteten und gespeicherten Durchlassspannung der zweiten Leuchtdiode verglichen. Dabei ist zu beachten, dass die Durchlassspannung der zweiten Leuchtdiode durchaus in einem vorgegeben Toleranzbereich liegen kann, da diese abhängig von den Umgebungsbedingungen ist. Ergibt der Vergleich einen Spannungswert ul, der innerhalb des erwarteten Durchlassspannungsbereiches der zweiten Leuchtdiode liegt, so wird die ordnungsgemäße Funktion der zweiten Leuchtdiode
festgestellt. Die ermittelte Spannung u2 (bei vollständig geladenem Verzögerungskondensator) wird mit der erwarteten
Durchlassspannung der beiden in Reihe geschalteten Leuchtdioden, also der Summe der Durchlassspannung der ersten Leuchtdiode und der zweiten Leuchtdiode, verglichen. Liegt dieser Spannungswert u2 in dem erwarteten Bereich der Summe der Durchlassspannungen, wird auf eine ordnungsgemäße Funktion beider Leuchtdioden geschlossen.
Der Verzögerungskondensator ermöglicht erfindungsgemäß die Messung einer einzelnen der Leuchtdioden und, zeitlich
verzögert, die Messung des Spannungsabfalls an der
Reihenschaltung der Leuchtdioden. Durch einen ortsgleichen
Spannungsabgriff kann auf diese Weise eine differenzierte
Analyse der Fehlerfreiheit der Leuchtdioden ermittelt werden.
Im Rahmen der Erfindung können zusätzlich in dem
Beleuchtungsmodul weitere elektronische Bauteile vorgesehen sein. Insbesondere kann z.B. eine Verpolschutzdiode eingebracht werden oder auch ein Überspannungsschutz. Auch Vorwiderstände werden in der Praxis eingesetzt werden. Diese weiteren
Komponenten ändern jedoch nichts an der grundsätzlichen
Gestaltung des Beleuchtungsmoduls und dem beanspruchten Aufbau. Sofern diese Komponenten in den Spannungsabgriff einbezogen werden, sind sie bei der Auswertung zu berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren gibt im Wesentlichen die oben beschriebenen Schritte wieder, wobei insbesondere auch eine Vorrichtung gemäß der obigen Darstellung zum Einsatz kommen kann. Es handelt sich um ein Verfahren zum Prüfen von wenigstens zwei Leuchtdioden, welche in Reihe geschaltet sind. Dazu wird ein Verzögerungskondensator parallel zu der ersten Leuchtdiode mit einer Stromversorgung gekoppelt. Der Verzögerungskondensator ist in Reihe zu der zweiten Leuchtdiode gekoppelt. Dann wird erfindungsgemäß die Stromversorgung aktiviert und eine Zeitdauer tl abgewartet, welche kürzer als eine Ladedauer des
Verzögerungskondensators ist. Bei Ablauf der Zeitdauer wird der Spannungsabfall ul über die Leuchtdioden-Gruppe erfasst. Sobald eine zweite Zeitdauer t2 (länger als die Ladedauer des
Kondensators) , gemessen ab der Aktivierung der Stromversorgung, abgelaufen ist, wird der Spannungsabfall erneut gemessen, wobei ein Spannungsabfall u2 ermittelt wird. Diese Werte ul und u2 werden mit gespeicherten Werten von erwarteten
Durchlassspannungen der ersten und zweiten Leuchtdiode
verglichen. In Abhängigkeit von diesem Vergleich wird ein
Fehlerzustand der ersten und der zweiten Leuchtdiode
vorgenommen .
Wie oben beschrieben, sollte die erste Spannung ul in einem vorgegebenen variablen Wertebereich für Durchlassspannungen der zweiten Leuchtdiode liegen. Die ermittelte Spannung u2 hingegen sollte in dem vorgegebenen Bereich der akzeptablen Summe von Durchlassspannungen der ersten und zweiten Leuchtdiode liegen.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Beleuchtungsmoduls wird die Spannung über die Leuchtdioden- Gruppe ein drittes Mal gemessen. Dazu wird jedoch nach
Durchführung der zweiten Messung der Spannung u2, nach Aufladung des Verzögerungskondensators, die Stromversorgung abgeschaltet (deaktiviert) . Nach einer Zeitdauer t3 nach dieser Deaktivierung wird wiederum der Spannungsabfall über die Leuchtdioden-Gruppe erfasst, wobei ein Spannungswert u3 ermittelt wird. Die
Zeitdauer t3 ist dabei kleiner als die Entladedauer des
Verzögerungskondensators .
Der Verzögerungskondensator ist, wie oben beschrieben, parallel zu der ersten Leuchtdiode geschaltet. Ein Abschalten der Versorgungsspannung führt dazu, dass die Durchlassspannung an der zweiten Leuchtdiode zurückgeht, näherungsweise auf 0 V. Da die Zeitdauer t3 jedoch kürzer ist als die Entladezeitdauer, hat nach Verstreichen dieser Zeitdauer der
Verzögerungskondensator immer noch eine Ladungsmenge gespeichert und weist eine Spannung auf, welche repräsentativ für die Durchlassspannung der parallel geschalteten ersten Leuchtdiode ist. Im Idealfall entspricht bei zeitlich gelungenem Timing die gemessene Spannung weitgehend der Durchlassspannung der ersten Leuchtdiode im Betrieb. Die Durchlassspannung der ersten
Leuchtdiode wird also gleichsam für eine kurze Zeitdauer nach Abschalten der Stromversorgung im parallel geschalteten
Kondensator eingefroren und kann verzögert gemessen werden.
Zusätzlich zu den erfassten Werten ul und u2 bietet der Wert u3 also eine Möglichkeit, die Durchlassspannung der ersten
Leuchtdiode separat zu messen.
Nach diesem Schema wird also eine zeitgesteuerte Zuschaltung der Stromversorgung und eine verzögerte Messung von zwei
Spannungswerten durchgeführt, danach erfolgt eine Abschaltung der Stromversorgung und eine dazu verzögerte Messung eines weiteren Spannungswertes. Aus dieser Menge von Spannungswerten kann eine Diagnose der Betriebszustände der Leuchtdioden
durchgeführt werden.
Es ist besonders bevorzugt, wenn der Verzögerungskondensator eine Kapazität zwischen 100 nF und 900 nF aufweist. Eine
derartige Bemessung des Verzögerungskondensators ist für die gängigen Leuchtdiodentypen mit Durchlassspannungen im Bereich von einigen Volt (z.B. 3 V bis 5 V) besonders geeignet, da er ein optimiertes Zeitverhalten zur Durchführung des beschriebenen Diagnoseverfahrens bietet.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein zweiter
Kondensator als Schutzkondensator parallel zu der Leuchtdioden- Gruppe mit der Stromversorgung gekoppelt. Die Kapazität des zweiten Kondensators ist geringer als die Kapazität des
Verzögerungskondensators. Der zweite Kondensator kann
beispielsweise als Schutz vor statischen Aufladungen parallel zur Leuchtdioden-Gruppe und damit auch parallel zum
Verzögerungskondensator geschaltet sein. Durch die geringere Kapazität wird gewährleistet, dass die Zeitkonstante und damit auch Lade- und Entladevorgänge des zweiten Kondensators rascher ablaufen als beim Verzögerungskondensator. Dies erleichtert die Auswertung in der oben beschriebenen Weise. Es ist besonders bevorzugt, dass die Kapazität des zweiten Kondensators höchstens 1/10 der Kapazität des Verzögerungskondensators beträgt. Auf diese Weise stellt der zweite Kondensator zwar seinen Schutz zur Verfügung, beeinflusst jedoch die Auswertung der Ladevorgänge und Entladevorgänge des Verzögerungskondensators nur
geringfügig.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein ohmscher
Widerstand parallel zu der zweiten Leuchtdiode mit der
Stromversorgung gekoppelt, wobei der ohmsche Widerstand in Reihe mit dem Verzögerungskondensator gekoppelt ist. Diese Gestaltung ermöglicht es, bei einem Ausfall der zweiten Leuchtdiode dennoch eine Stromversorgung der ersten Leuchtdiode zur Verfügung zu stellen .
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegend Zeichnung näher erläutert .
Figur 1 zeigt eine schematische Schaltung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 zeigt einen beispielhaften Spannungsverlauf bei fehlerfreien Leuchtdioden;
Figur 3 zeigt den Vergleich verschiedener Signalverläufe mit unterschiedlichen Diodenunterbrechungen;
Figur 4 zeigt den Vergleich mehrere Signalverläufe mit unterschiedlichen Diodenkurzschlüssen.
In Figur 1 ist beispielhaft eine Schaltung zur Bildung eines Beleuchtungsmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung gezeigt. Eine Stromquelle 1 ist mit einer Steuer- und Auswertevorrichtung 2 gekoppelt. Die Steuer- und
Auswertevorrichtung 2 kann die Stromquelle 1 zur Spannungs- und Stromversorgung der Schaltung aktivieren und deaktivieren. Die Steuer- und Auswertevorrichtung weist außerdem zwei
Spannungsabgriffe 3 und 4 auf, über welche ein Spannungsabfall über die Leuchtdioden 5 und 6 gemessen werden kann. Die Steuer- und Auswerteschaltung enthält eine Schaltung, welche zu
vorgegebenen Verzögerungszeiten Spannungswerte an den Abgriffen 3 und 4 ausliest.
Die Leuchtdioden 5 und 6 sind als Leuchtdioden-Gruppe in
Reihe geschaltet und werden über einen Reihenwiderstand 7 stromversorgt. Parallel zu der ersten Leuchtdiode 5 ist ein Verzögerungskondensator 8 geschaltet. Der
Verzögerungskondensator 8 ist in Reihe mit der zweiten
Leuchtdiode 6 geschaltet. Außerdem ist ein weiterer ohmscher Widerstand 9 in Reihe zu dem Verzögerungskondensator 8
geschaltet und parallel zu der zweiten Leuchtdiode 6.
Ein Kondensator 10 ist parallel zu der gesamten
Leuchtdioden-Gruppe geschaltet und dient dem Schutz vor
elektrostatischen Störungen.
Als lediglich beispielhafte Werte kann als Widerstand 7 ein Widerstand von lediglich einigen Ohm, beispielsweise 18 Ω eingesetzt werden. Der Schutzkondensator 10 kann beispielsweise mit einem Kondensator einer Kapazität von 10 nF realisiert werden. Der Verzögerungskondensator 8 weist eine größere
Kapazität als der Schutzkondensator 10 auf, er kann z.B. eine Kapazität von 470 nF aufweisen. Der Widerstand 9 kann mit 1 kOhm bemessen werden. Die Stromquelle 1 liefert einen Konstantstrom, abgestimmt auf die eingesetzten Leuchtdioden 5 und 6.
In Figur 2 ist ein Spannungsverlauf gezeigt, der sich bei der erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung und bei der
Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Sensormoduls zwischen den Abgriffen 3 und 4 zeigt.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 2 schaltet zum Zeitpunkt t = 0 die Stromquelle 1 aktiv. Nach dem eigentlichen
Schaltvorgang wird der Kondensator 8 gemäß seiner Kapazität und der anliegenden Spannung aufgeladen, was sich in dem
Spannungsanstieg zeigt. In Abhängigkeit von der Kapazität des Kondensators 8 wird eine Zeitspanne tl so gewählt, dass eine Spannung ul nach Verstreichen der Zeit tl ab dem SchaltZeitpunkt der Stromquelle 1 erfasst wird. Dies ist in Figur 2 gezeigt. In diesem Beispiel wird als Zeitspanne tl eine Spanne von etwa 10 ys gewählt, was einem frühen Punkt der Ladekurve des
Kondensators 8 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt hat der
Kondensator noch einen geringen Widerstand und Spannungsabfall und überbrückt die erste Leuchtdiode 5. Die Spannung ul kann erfasst werden und später mit der Durchlassspannung der zweiten Leuchtdiode 6, welche bereits aktiv ist, verglichen werden. Nach einem Zeitpunkt t2 ist der Verzögerungskondensator 8 vollständig aufgeladen und es wird eine Spannung u2 gemessen. Bei den oben genannten beispielhaften Daten findet diese Messung zum Beispiel nach etwa 300 bis 350 ys statt.
Bereits anhand dieser Messungen kann eine Auswertung
vorgenommen werden. Der geladene Kondensator 8 sperrt den
Gleichstrom und die Spannung u2 sollte innerhalb von
Toleranzgrenzen den Durchlassspannungen der in Reihe
geschalteten Leuchtdioden 5 und 6 entsprechen.
Es ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung jedoch auch möglich, dass die Steuer- und Auswertevorrichtung 2 nach
erfolgter Messung zum Zeitpunkt t2 die Stromversorgung 1 wieder abschaltet und zum Zeitpunkt t3 (z.B. nach 450 ys bei
Abschaltung nach 350 ys) eine dritte Spannung u3 misst. Nach der Abschaltung entlädt sich der Kondensator 10 innerhalb von 30 bis 40 ys und die Durchlassspannung an der zweiten Leuchtdiode 6 geht auf etwa 0 V zurück. Wenn dann zum Zeitpunkt t3 gemessen wird, ist der Verzögerungskondensator 8 noch nahezu mit der Durchlassspannung der ersten Leuchtdiode 5 geladen und eine Messung kann unter Berücksichtigung des Widerstandes 9 erfolgen, um die Durchlassspannung der ersten Leuchtdiode 5 zu ermitteln. Wesentlich ist, dass der Zeitpunkt t3 innerhalb einer Zeitspanne nach der Abschaltung der Stromquelle 1 liegt, welche geringer ist als die Entladedauer des Verzögerungskondensators (z.B.
geringer als die Zeitkonstante des Kondensators 8 unter
Berücksichtigung der Widerstände 7 und 9) .
In Figur 3 sind beispielhafte Signalverläufe für mehrere verschiedene Fälle gezeigt. Die Kurve 20 entspricht der
Spannungskurve, die bei einer vollständig intakten LED-Gruppe gemessen wird (entspricht also Figur 2) . In diesem Fall sind also sowohl die erste Leuchtdiode 5 als auch die zweite
Leuchtdiode 6 intakt. Die zu den Zeitpunkten tl, t2 und t3 gemessenen Spannungswerte stimmen mit den erwarteten
Spannungswerten überein.
Die Kurve 21 zeigt einen Fall, bei dem die Schaltung bei der ersten Leuchtdiode 5 unterbrochen ist. Die erste Leuchtdiode 5 ist also defekt und weist eine Unterbrechung auf. Die zweite Leuchtdiode 6 ist hingegen intakt. In diesem Fall wird aufgrund des fehlenden parallelen Strangs zu dem Verzögerungskondensator 8 der Kondensator stärker aufgeladen als bei einer intakten ersten Leuchtdiode 5. Während zum Zeitpunkt tl noch ein
Messergebnis erzielt wurde, welches die Fehlerfreiheit der zweiten Leuchtdiode 6 anzeigte, ist zum Zeitpunkt t2 die gemessene Spannung oberhalb eines Toleranzwertes für die Summe der Durchlassspannungen der Leuchtdioden 5 und 6. Daraus kann geschlossen werden, dass die erste Leuchtdiode eine
Unterbrechung aufweist und die zweite Leuchtdiode intakt ist. Die Spannung zum Zeitpunkt t3 ist ebenfalls oberhalb des tolerablen Bereichs.
Ist hingegen die erste Leuchtdiode 5 intakt und weist die zweite Leuchtdiode 6 eine Unterbrechung auf, zeigt sich ein Spannungsverlauf gemäß der Linie 22. Die Spannung steigt zum Zeitpunkt tl erheblich steiler an und liegt bereits dort außerdem des tolerablen Bereiches. Zum Zeitpunkt t3 ist die Spannung jedoch wieder in den Normbereich gesunken, so dass ein Rückschluss auf eine Unterbrechung in der zweiten Leuchtdiode 6 getroffen werden kann.
Der Spannungsverlauf 23 zeigt hingegen Unterbrechungen bei beiden Leuchtdioden, die Spannung sinkt zum Zeitpunkt t3 nicht wieder in den erwarteten Bereich ab.
Der Verlauf der Spannungen in Figur 4 zeigt Fehlerfälle, in welchem Kurzschlüsse in den Leuchtdioden auftreten.
Die Kurve 25 zeigt wiederum einen Spannungsverlauf einer intakten Leuchtdiodenanordnung (der Maßstab wurde gegenüber den vorigen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit verändert) .
Der Spannungsverlauf 26 zeigt einen Kurzschluss in der ersten Leuchtdiode 5 an. In diesem Fall kommt es nicht zu einer Aufladung des Kondensators, da parallel zum Kondensator ein Kurzschluss vorliegt. Die Spannung kann entsprechend zum
Zeitpunkt t2 nicht auf die erwarteten Spannungswerte steigen. Außerdem ist zum Zeitpunkt t3 die Spannung wesentlich stärker zurückgegangen als bei einem aufgeladenen
Verzögerungskondensator 8 zu erwarten wäre.
Die Spannungsverlauf 27 zeigt eine intakte erste Leuchtdiode 5, jedoch einen Kurzschluss bei der zweiten Leuchtdiode 6. Der Kondensator wird hier wiederum aufgeladen, jedoch nur auf einen Spannungswert wie etwa in dem Fall des Spannungsverlaufes 26. Allerdings sinkt die Spannung zum Zeitpunkt t3 wieder auf den erwarteten Bereich. Aus dieser Kombination von Werten kann auf den Kurzschluss in der zweiten Leuchtdiode 6 zurückgeschlossen werden. Die Kurve 28 schließlich zeigt einen Kurzschluss sowohl in der ersten Leuchtdiode 5 als auch der zweiten Leuchtdiode 6.
Anhand dieser Beispiele ist gut zu erkennen, dass die
Messung von zwei oder drei Spannungswerten zu vorgegebenen Zeitpunkten, welche auf die verwendeten elektronischen
Komponenten abgestimmt sind, eine differenzierte Analyse von Fehlerzuständen in Leuchtdioden vorgenommen werden kann. Es genügt, wenn diese Messungen an einheitlichen Spannungsabgriffen vorgenommen werden, um durch Vergleich mit gespeicherten Werten eine Fehlerdiagnose im Beleuchtungsmodul durchzuführen.

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungsmodul für ein Kraftfahrzeug, wobei das Beleuchtungsmodul eine Leuchtdioden-Gruppe mit wenigstens einer ersten (5) und einer zweiten Leuchtdiode (6) aufweist, welche in Reihe geschaltet sind,
wobei die Leuchtdioden-Gruppe mit einer schaltbaren
Stromversorgung (1) gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuer- und Auswertevorrichtung (2) mit der
Stromversorgung und der Leuchtdioden-Gruppe gekoppelt ist, wobei die Steuer- und Auswertevorrichtung ausgebildet ist, um die Stromversorgung ein- und auszuschalten und einen
Spannungsabfall über der Leuchtdioden-Gruppe zu erfassen,
dass ein Verzögerungskondensator (8) parallel zu der ersten Leuchtdiode (5) und in Reihe zu der zweiten Leuchtdiode (6) mit der Stromversorgung (1) gekoppelt ist,
dass die Steuer- und Auswertevorrichtung (2) derart ausgebildet ist, dass sie die Stromversorgung der
Leuchtdioden-Gruppe aktiviert und nach der Aktivierung nach einer ersten Zeitdauer tl, welche kürzer als eine Ladedauer des Verzögerungskondensators (8) ist, einen ersten
Spannungsabfall ul über die Leuchtdioden-Gruppe erfasst und nach der Aktivierung der Stromversorgung nach einer zweiten Zeitdauer t2, welche länger als eine Ladedauer des Verzögerungskondensators (8) ist, einen zweiten
Spannungsabfall u2 über die Leuchtdioden-Gruppe erfasst,
anhand der erfassten Werte ul und u2 und gespeicherter Vergleichswerte von erwarteten Durchlassspannungen der ersten und zweiten Leuchtdiode eine Fehlerdiagnose der ersten und der zweiten Leuchtdiode durchführt.
2. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Steuer- und Auswertevorrichtung (2) derart ausgebildet ist, dass nach Erfassung des zweiten Spannungsabfalls u2 die Stromversorgung deaktiviert und nach einer dritten Zeitdauer t3 nach der Deaktivierung, welche kleiner als eine
Entladedauer des Verzögerungskondensators (8) ist, einen dritten Spannungsabfall u3 über die Leuchtioden-Gruppe
erfasst, und
anhand des erfassten Wertes u3 und gespeicherter
Vergleichswerte von erwarteten Durchlassspannungen der ersten Leuchtdiode eine Fehlerdiagnose der ersten Leuchtdiode
durchführt.
3. Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden
Ansprüche wobei der Verzögerungskondensator (8) eine Kapazität zwischen 100 nF und 900 nF aufweist.
4. Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei ein zweiter Kondensator (10) als
Schutzkondensator parallel zu der Leuchtdioden-Gruppe mit der Stromversorgung gekoppelt ist, wobei die Kapazität des zweiten Kondensators geringer ist als die Kapazität des
Verzögerungskondensators (8).
5. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 4, wobei die Kapazität des zweiten Kondensators höchstens ein Zehntel der Kapazität des Verzögerungskondensators beträgt.
6. Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei ein ohmscher Widerstand (9) in Reihe mit dem Verzögerungskondensator und parallel zu der zweiten
Leuchtdiode mit der Stromversorgung gekoppelt ist.
7. Verfahren zum Prüfen von wenigstens zwei Leuchtdioden einer Beleuchtungseinrichtung, welche wenigstens eine erste und eine zweite Leuchtdiode aufweist, die in Reihe geschaltet sind, aufweisend die Schritte: Koppeln eines Verzögerungskondensators parallel zu der ersten Leuchtdiode und in Reihe zu der zweiten Leuchtdiode mit einer Stromversorgung,
Aktivieren der Stromversorgung und nach Ablauf einer ersten Zeitdauer tl nach der Aktivierung, Erfassen eines ersten Spannungsabfalls ul über der Leuchtdioden-Gruppe, wobei tl kürzer als eine Ladedauer des Verzögerungskondensators ist,
Erfassen eines zweiten Spannungsabfalls u2 über der
Leuchtdioden-Gruppe nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer t2 nach der Aktivierung, wobei t2 länger als eine Ladedauer des Verzögerungskondensators ist, und
Vergleichen der erfassten Werte ul und u2 mit
gespeicherten Werten von erwarteten Durchlassspannungen der ersten und zweiten Leuchtdiode und Ermitteln eines
Fehlerzustandes der ersten und der zweiten Leuchtdiode in Abhängigkeit von dem Vergleich.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach Erfassung des zweiten Spannungsabfalls u2 die Stromversorgung deaktiviert wird und
nach einer dritten Zeitdauer t3 nach der Deaktivierung, welche kleiner als eine Entladedauer des
Verzögerungskondensators ist, ein dritter Spannungsabfall u3 über die Leuchtioden-Gruppe erfasst wird, und
anhand des erfassten Wertes u3 und gespeicherter
Vergleichswerte von erwarteten Duchlassspannungen der ersten Leuchtdiode eine Fehlerdiagnose der ersten Leuchtdiode
durchgeführt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100109570A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-06 Mpj Lighting, Llc Electrical circuit for driving leds in dissimilar color string lengths
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