WO2022012823A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur detektion eines teilausfalls eines leuchtmittels mit mindestens einem strang von halbleiterlichtquellen - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur detektion eines teilausfalls eines leuchtmittels mit mindestens einem strang von halbleiterlichtquellen Download PDF

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WO2022012823A1
WO2022012823A1 PCT/EP2021/065671 EP2021065671W WO2022012823A1 WO 2022012823 A1 WO2022012823 A1 WO 2022012823A1 EP 2021065671 W EP2021065671 W EP 2021065671W WO 2022012823 A1 WO2022012823 A1 WO 2022012823A1
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converter
voltage
semiconductor light
circuit
circuit arrangement
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PCT/EP2021/065671
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Inventor
Peter Niedermeier
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Osram Gmbh
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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]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/52—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a parallel array of LEDs
    • 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]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/375—Switched mode power supply [SMPS] using buck topology

Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for detecting a partial failure of a light source with at least one strand of semiconductor light sources.
  • the invention is based on a method and a circuit arrangement for detecting a partial failure of a lighting means with at least one strand of semiconductor light sources according to the generic claims.
  • the invention describes a semiconductor retrofit lamp with semiconductor light sources as a replacement for an incandescent lamp.
  • Retrofit lamps with semiconductor light sources such as light-emitting diodes (LED) or organic light-emitting diodes (OLED) are becoming increasingly popular due to their advantages.
  • LED light-emitting diodes
  • OLED organic light-emitting diodes
  • the semiconductor retrofit lamps have the advantage of significantly lower power consumption and a longer service life. Especially in the car, the longer service life of these lamps is a reason for many car owners to use these lamps as replacements.
  • BCUs Body Control Units
  • incandescent lamps which monitor at least the essential light functions of the vehicle.
  • These BCUs are often designed for incandescent lamps and check at regular intervals whether the filament of the light bulb is still intact. To do this, they emit a very short current pulse and measure the resistance of the filament. If this is intact, the resistance is low. If the bulb is defective, the resistance is very high (theoretically infinite). The current pulse is measured in such a way that the incandescent filament does not light up due to its inertia. If an incandescent lamp is now replaced by a semiconductor retrofit lamp, two problems arise:
  • An LED has different characteristics than an incandescent lamp, a short current pulse whose voltage is lower than the forward voltage of the LEDs does not lead to a current flow in the semiconductor retrofit lamp, and the BCU incorrectly identifies the semiconductor retrofit lamp as defective.
  • retrofit lamps have more than one LED/OLED, for example, in the case of retrofit lamps for vehicles with 12V on-board voltage, there are at least three LEDs connected in series. Correspondingly more for trucks. LEDs can fail, for example, due to a short circuit or a loss of contact. If an LED fails due to a short circuit, the voltage of the entire LED string drops. Depending on the control, this can lead to a significantly higher current with the same power, or to reduced power in current-controlled systems.
  • the vehicle's BCU cannot detect this, and no error or failure is displayed to the vehicle driver, even though the lamp no longer achieves its nominal light output.
  • Such a problem often also arises when the contact between the LED and the LED is lost - which is the most common failure mechanism of LEDs.
  • more powerful light sources often have several parallel LED strands. If one LED strand fails, the others continue to light up. Here, too, the lamp no longer fulfills the properties required by the standards, although the lamp still emits light.
  • ECE R48 therefore requires that a clear failure of one part of the lamp must lead to the failure of the entire lamp.
  • Partial failure detection is therefore necessary in the LED retrofit lamp itself, which permanently "switches off” the entire lamp in the event of a partial failure.
  • the object of the invention is to propose a method and a simple and efficient circuit that solves the above problems.
  • a method for detecting a partial failure of a lamp with at least one string of semiconductor light sources is proposed, the lamp having a circuit arrangement with an electronic converter circuit for operating the semiconductor light sources, the circuit arrangement being set up, a phase voltage of the semiconductor light sources and a voltage of a to measure the converter inductor of the converter circuit, the method comprising the following steps:
  • the proposed method requires only a very small and inexpensive microcontroller, which can also be accommodated in small retrofit lamps where space is very limited.
  • Another advantage of the proposed method is the ECE conformity of the lamps due to the permanent shutdown in the event of a partial failure.
  • each string of semiconductor light sources has its own converter choke, a partial failure of the light source can advantageously be detected better and more precisely, because each string current can be measured individually, which leads to a more precise result due to the data fusion.
  • a failure of a strand is detected by contacting a semiconductor light source from the voltage across the converter choke. In this way, a partial failure of a strand due to the failure of a single LED or OLED can be reliably detected.
  • a partial failure of a string is particularly advantageously detected by short-circuiting a semiconductor light source of the string by the string voltage. This leads to a good and efficient detection of a partial failure with only little additional effort in the circuit.
  • An embodiment in which an input voltage of the lighting means is also measured and is included in the data fusion is particularly advantageous. This leads to a more precise detection of a partial failure, since the fluctuations caused by the input voltage can advantageously be taken into account.
  • a microcontroller is advantageously used to carry out the method.
  • the converter circuit is a buck converter.
  • a step-down converter is the most suitable circuit topology for a retrofit lamp in the motor vehicle sector and is also particularly well suited for carrying out the method according to the invention.
  • a circuit arrangement for detecting a partial failure of a semiconductor light source connected to the circuit arrangement having a converter circuit with at least one converter inductance which operates at least one strand of series-connected semiconductor light sources, the circuit arrangement being set up at least to measure the phase voltage and a voltage across the converter inductance, performing a method according to the features described above. Paint a circuit with these features has several advantages, on the one hand, they can be built very small and compact, and in conjunction with a small microcontroller also very cheap. Because of the microcontroller, certain requirements for a wide variety of light sources can be met very well, so that light sources of very high quality are possible.
  • the circuit arrangement has a microcontroller.
  • a microcontroller can be used to respond quickly and easily to various requirements of the light source, which advantageously increases the cost efficiency and quality of the light source.
  • the circuit arrangement has a switch-on delay. This leads to the advantageous behavior that, during a lamp test of the BCU (Body Control Unit), the retrofit illuminant in which the circuit arrangement is installed does not light up or flash.
  • the converter circuit is a step-down converter.
  • a step-down converter is the most suitable circuit topology for a retrofit lamp in the motor vehicle sector and is also particularly well suited for carrying out the method according to the invention.
  • each LED strand has its own converter inductance. This has the particular advantage that the current flow of each individual strand can be measured directly, which leads to improved detection of a partial failure of the lamp.
  • the voltage is measured across each converter inductance, which is the most efficient way of inferring the current flow in the converter inductance.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of the operating electronics of a preferred embodiment of a retrofit lamp according to the invention.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a preferred embodiment of the operating electronic technology of a light source, in this embodiment, a retrofit lamp.
  • the operating electronics is also referred to here as a circuit arrangement.
  • the input connections Z1 and Z2 are connected to the base of the retrofit lamp.
  • the Schottky diodes D2 to D5 form a bridge rectifier, which can also be omitted if the positive pole and negative pole are clearly assigned to a lamp base.
  • the integrated circuit U2 together with the inductors L1 and L3 and the Schottky diode D1, forms a buck converter.
  • the buck converter is also referred to here as a converter circuit.
  • This buck converter supplies a predetermined current to the semiconductor light sources 5, consisting of two LED strands 51, 52, which is measured by means of a current measuring resistor 3, consisting of the parallel connection of resistors R1, R2, R3 and R4.
  • the operating current of the LEDs represented by the voltage drop across the current measuring resistor, is fed to the SET input of the integrated circuit U2.
  • the inductances L1 and L3 are each coupled to one of the two LED strings 51, 52 on the one hand and connected to the node K1 and the input "SW" of the integrated circuit U2 on the other hand.
  • the anode of the Schottky diode D1 is also connected to this node K1, the cathode of this Schottky diode in turn is coupled to the supply voltage Vin, ie the positive output of the bridge rectifier via a filter inductor L2.
  • the node to which the cathode of the Schottky diode D1 is connected forms the positive supply voltage of the integrated circuit U2, and the starting mimic of the circuit is also connected to this potential.
  • This node is also referred to below as node Vin.
  • a first voltage divider consisting of resistors R5 and R6 charges a capacitor C10 which is connected in parallel with resistor R6.
  • the gate of a MOS-FET Q2 is connected to the midpoint of the first voltage divider. Its source connection is connected to the negative output of the bridge rectifier, to which the reference potential of the integrated circuit U2 is also connected.
  • MOSFET Q1 The gate connection of another MOS-FET Q1 is connected to the drain connection. closed, which is normally switched on when an operating voltage is applied via a pullup Wi resistor R7, and is switched off when the first transistor is switched on.
  • the drain of MOSFET Q1 is connected to the CTRL input of integrated circuit U2 and to the GP2 input of integrated circuit U1. When MOS-FET Q1 is off, the potential of these inputs is open/floating, and when MOS-FET Q1 is on, it is clamped to the reference potential.
  • the retrofit lamp in which the circuit is installed is switched on, i.e. an operating voltage is applied to the two inputs Z1 and Z2, then the MOS-FET Q1, which is also referred to below as the first MOS-FET , switched on, and clamps the inputs of the two integrated circuits to the reference potential, which prevents the converter from being switched on.
  • the capacitor C10 is slowly charged via the first voltage divider, and after a certain time the MOS-FET Q2, which is also referred to as the second MOS-FET in the following, turns on, which in turn causes the first MOS-FET is switched off again, and the buck converter starts.
  • the circuit made up of the two MOS-FETs Q1 and Q2 therefore implements a switch-on delay. This is intended to prevent the retrofit lamp from not flashing during a lamp test of the vehicle's BCU, i.e. it simulates the inertia of a filament of a conventional lamp.
  • the mode of operation of the step-down converter starts at the positive potential of the node Vin via the current measuring resistor 3 into the two LED strings 51, 52, where it is divided into the currents Is1 and Is2 accordingly.
  • the step-down converter has the special feature that it has divided its converter inductance between two converter chokes, each of which is assigned to an LED string. Each strand thus has its own step-down converter choke, strand 51 has choke L3 and strand 52 has choke L1.
  • the two branches are brought together again in the node K1 and entered into the input SW of the integrated circuit U2.
  • the anode of diode D1 is also tied to node K1.
  • the switch of the buck converter is in the integrated th integrated circuit U2 and switches from the input SW to GND, ie the connection GND of the integrated circuit U2.
  • the step-down converter is switched on and off via the input CTRL of the integrated circuit U2. This input is also coupled to the output GP2 of the integrated circuit U1 that controls the integrated circuit U2.
  • the integrated circuit U1 is a microcontroller which is provided with a corresponding software program for controlling the converter. For this purpose, the following parameters are measured:
  • the LED makes contact and current flow in the string is interrupted. This changes the voltage across the inductor L1 or L3.
  • each of these measurement voltages is entered into a measurement input of the integrated circuit U1:
  • the measurement voltage of the voltage divider formed by resistors R13 and R14 is input to the input GP3 of the integrated circuit U1.
  • the measurement voltage of the voltage divider formed by resistors R10 and R11 is input to the input GP0 of the integrated circuit U1.
  • the measurement voltage of the voltage divider from the resistors R8 and R9 is input to the input GP1 of the integrated circuit U1
  • the integrated circuit U1 can detect a partial failure and switch off the integrated circuit U2 in order to switch off the converter and thus the entire lamp except to set operation.
  • the voltages are measured at intervals of 10ms, for example, and all voltages are evaluated to determine whether one of the voltages is in an abnormal operating state.
  • the voltages alone do not have to be considered, but the measured variable on which the measured value is based, eg the calculated inductor current, can also be considered. Furthermore, a variable derived from the measured variables can also be considered.
  • the string voltage and the calculated inductor current can be multiplied to obtain a power of the diode string and this power can be considered. Since the diode current is not uniform, a mean value of the inductor current can also be formed and this mean value can be used as a basis for further consideration.
  • the measurement and processing of the voltages is also referred to below as data fusion.
  • the intervals at which the voltages are measured can vary depending on the requirements; measurement intervals between 10us and one second are conceivable.
  • the abnormal operating status is then stored in a non-volatile memory of the microcontroller, so that the lamp is no longer put into operation the next time it is switched on.
  • the abnormal operating state can be detected, for example, using tables stored in the integrated circuit U2, i.e. the microcontroller, which reflect the currents/measurement voltages in the normal state.
  • ⁇ 0.3V stored in a table in the microcontroller U1. If one of the LEDs fails due to a short circuit, then the voltage in one of the two strands is correspondingly lower. This means that the measured total voltage of both strings also drops, e.g. from 9V to 7.5V. If the measured voltage across the strings is lower than normal for a longer period of time, then at least one of the LEDs in the strings is defective. In this case, the microcontroller U2 switches off the integrated circuit U2 via its control input CTRL. The failure is stored in non-volatile memory in microcontroller U1. The next time the lamp is started, this value is queried and the converter remains switched off.
  • the microcontroller U1 will also switch off the integrated circuit U2 via its control input CTRL and write the event to the non-volatile memory. This is read out when the lamp is "switched on", and if there was a previous event that was written to the non-volatile memory, the step-down converter is not activated and the lamp or retrofit lamp remains off. switches. The step-down converter remains switched off the next time the illuminant is switched on, and the illuminant is outwardly defective.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Detektion eines Teilausfalls von mit der Schaltungsanordnung betriebenen Halbleiterlichtquellen. Hierzu werden die Strangspannung von betriebenen LED-Stränge gemessen sowie die Spannung über einer Wandlerdrossel einer Wandlerschaltung, die Teil der Schaltungsanordnung ist. Jeder der LED-Stränge weist eine eigene Wandlerdrossel auf, dessen Spannung gemessen wird. Durch Datenfusion kann ein Teilausfall der betriebenen Halbleiterlichtquellen erkannt werden und der Betrieb der Halbleiterlichtquellen komplett eingestellt werden, um die ECE R48 zu erfüllen.

Description

VERFAHREN UND SCHALTUNGSANORDNUNG ZUR DETEKTION EINES TEILAUSFALLS EINES LEUCHTMITTELS MIT MINDESTENS EINEM STRANG VON HALBLEITERLICHTQUELLEN
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Detektion eines Teilausfalls eines Leuchtmittels mit mindestens einem Strang von Halbleiter lichtquellen.
Hintergrund
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Schaltungsanordnung zur Detektion eines Teilausfalls eines Leuchtmittels mit mindestens einem Strang von Halbleiterlichtquellen nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beschreibt eine Halbleiterretrofitlampe mit Halbleiterlichtquellen als Ersatz für eine Glühlampe. Retrofitlampen mit Halbleiterlichtquellen wie Leuchtdi oden (LED) oder Organische Leuchtdioden (OLED) werden aufgrund ihrer Vorteile immer beliebter. Gegenüber Glühlampen haben die Halbleiterretrofitlampen vor allem den Vorteil des deutlich geringeren Stromverbrauchs sowie einer erhöhten Lebensdauer. Vor allem im Kfz ist die größere Lebensdauer dieser Lampen für viele Kfz-Besitzer ein Grund, diese Lampen als Ersatz zu verwenden.
Bei modernen Kfz besteht nun das Problem, dass diese sogenannte BCUs (Body Control Unit) implementiert haben, die zumindest die wesentlichen Lichtfunktionen des Fahrzeugs überwachen. Diese BCUs sind oftmals noch auf Glühlampen aus- gelegt, und überprüfen in regelmäßigen Abständen, ob die Glühwendel der Glüh lampe noch intakt ist. Dazu senden sie einen sehr kurzen Strompuls aus und messen den Widerstand der Glühwendel. Ist diese intakt, ist der Widerstand nied rig. Ist die Glühlampe defekt, ist der Widerstand sehr hoch (theoretisch unendlich). Der Strompuls ist so bemessen, dass die Glühwendel aufgrund ihrer Trägheit nicht ins Leuchten gerät. Wird nun eine Glühlampe durch eine Halbleiterretrofitlampe ersetzt, so ergeben sich zwei Probleme:
1. Eine LED weist eine andere Charakteristik auf als eine Glühlampe, ein kur zer Strompuls, dessen Spannung kleiner ist als die Flussspannung der LEDs führt nicht zu einem Stromfluss in der Halbleiterretrofitlampe, und die BCU erkennt die Halbleiterretrofitlampe fälschlicherweise als defekt.
2. Ist die Spannung des Strompulses groß genug, dass sie höher ist als die Flussspannung der LEDs in der Halbleiterretrofitlampe, so blitzt diese beim Lam pentest der BCU unerwünscht auf. Da der Stromfluss meistens trotzdem nicht hoch genug ist wird auch in diesem Fall eine defekte Lampe von der BCU gemel det.
Deshalb haben moderne Retrofit Leuchtmittel elektronische Schaltungen verbaut, die diese Probleme adressieren, und durch verschiedene Maßnahmen dafür sor gen, dass die BCUs der Fahrzeuge bestimmungsgemäß arbeiten können.
Weiterhin besteht das Problem, dass bei einem LED- oder OLED Retrofitleucht- mittel auch eine einzelne LED oder OLED ausfallen können, was zu verschiede nen Szenarien führen kann, je nachdem wie und wie viele LED / OLED ausfallen. Im Allgemeinen weisen Retrofitleuchtmittel mehr als eine LED/OLED auf, bei Ret- rofitlampen für Fahrzeuge mit 12V Bordspannung z.B. mindestens drei in Serie geschaltete LEDs. Bei LKWs entsprechend mehr. LEDs können z.B. durch Kurz schluss oder durch Abkontaktieren ausfallen. Fällt eine LED durch einen Kurz schluss aus, so sinkt die Spannung des ganzen LED Stranges. Je nach Ansteue rung kann dies zu einem signifikant höheren Strom bei gleicher Leistung führen, oder aber zu verminderter Leistung bei stromgeregelten Systemen. Insbesondere im ersteren Fall kann die BCU des Fahrzeugs dies nicht erkennen, und dem Fahr zeugführer wird kein Fehler oder Ausfall angezeigt, obwohl das Leuchtmittel seine nominale Lichtleistung nicht mehr erreicht. Auch bei einem Abkontaktieren der LED - was die häufigste Ausfallmechanik von LEDs darstellt - ergibt sich häufig solch ein Problem. Insbesondere Leistungsstär kere Leuchtmittel haben oftmals mehrere parallele LED Stränge. Bei einem Ausfall eines LED Stranges leuchten die anderen Weiter. Auch hier erfüllt das Leuchtmit tel fortan die gemäß den Standards notwendigen Eigenschaften nicht mehr, ob wohl das Leuchtmittel noch Licht abgibt.
Daher fordert die ECE R48, dass ein eindeutiger Ausfall eines Teiles des Leucht mittels zum Ausfall des ganzen Leuchtmittels führen muss.
Es ist also eine Teilausfallerkennung in dem LED Retrofitleuchtmittel selbst not wendig, welche bei einem Teilausfall das ganze Leuchtmittel nachhaltig „abschal tet“.
Wie oben beschrieben sind diese Halbleiterretrofitlampen oft sehr klein, und es ist nicht möglich, beliebig viele elektronische Bauteile in der Halbleiterretrofitlampe unterzubringen. Da neben der Schaltung zur Teilausfallerkennung auch noch die erwähnten Schaltungen zur Simulation von Glühlampen und die Betriebsschaltung für die Halbleiterlichtquellen in der Halbleiterretrofitlampe Platz finden muss, ist dieses Problem real.
Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine einfache und effiziente Schaltung vorzuschlagen, die die obigen Probleme löst.
Darstellung der Erfindung
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Verfah rensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 8. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in be sonders vorteilhafter Weise weiter.
Es wird ein Verfahren zur Detektion eines Teilausfalls eines Leuchtmittels mit min destens einem Strang von Halbleiterlichtquellen vorgeschlagen, wobei das Leuchtmittel eine Schaltungsanordnung mit einer elektronischen Wandlerschal tung zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen aufweist, wobei die Schaltungsan ordnung eingerichtet ist, eine Strangspannung der Halbleiterlichtquellen und eine Spannung einer Wandlerdrossel der Wandlerschaltung zu messen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- regelmäßiges Messen mindestens der Strangspannung und der Spannung über der Wandlerdrossel,
- Durchführen einer Datenfusion der Meßwerte
- Detektieren, ob ein Teilausfall des Leuchtmittels aufgrund der durchgeführten Datenfusion vorliegt,
- dauerhaftes Abschalten des Leuchtmittels, wenn ein Teilausfall vorliegt.
Das vorgeschlagene Verfahren erfordert vorteilhaft nur einen sehr kleinen und kostengünstigen Mikrokontroller, der auch in kleinen Retrofitlampen mit sehr be engten räumlichen Verhältnissen Platz findet. Ein weiterer Vorteil des vorgeschla genen Verfahrens ist die ECE Konformität der Leuchtmittel durch die dauerhafte Abschaltung bei Teilausfall.
Wenn jeder Strang von Halbleiterlichtquellen eine eigene Wandlerdrossel auf weist, dann kann ein Teilausfall des Leuchtmittels vorteilhaft besser und genauer detektiert werden, denn dadurch kann jeder Strangstrom einzeln gemessen wer den, was aufgrund der Datenfusion zu einem präziseren Ergebnis führt.
In einer bevorzugen Ausführungsform wird ein Ausfall eines Stranges durch Ab kontaktieren einer Halbleiterlichtquelle durch die Spannung über der Wandlerdros sel detektiert. Dadurch kann ein Teilausfall eines Stranges wegen Ausfall einer einzelnen LED oder OLED zuverlässig erkannt werden.
Besonders vorteilhaft wird ein Teilausfall eines Stranges durch Kurzschließen ei ner Halbleiterlichtquelle des Stranges durch die Strangspannung detektiert. Dies führt zu einer guten und effizienten Erkennung eines Teilausfalls mit nur geringem Mehraufwand in der Schaltung.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, in der zusätzlich noch eine Ein gangsspannung des Leuchtmittels gemessen wird, und in die Datenfusion eingeht. Dies führt zu einer präziseren Erkennung eines Teilausfalls, da die Eingangsspan nungsbedingten Schwankungen vorteilhaft berücksichtigt werden können.
Vorteilhaft wird zur Durchführung des Verfahrens ein Mikrokontroller eingesetzt. Heutzutage gibt es sehr kostengünstige sehr kleine Mikrokontroller, die für die Durchführung des Verfahrens gut geeignet sind,
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wandlerschaltung ein Tiefsetzsteller. Ein Tiefsetzsteller ist für eine Retrofitlampe im Kfz Bereich die am besten geeigne te Schaltungstopologie und auch besonders gut für die Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Zusätzlich zum Verfahren wird ebenfalls eine Schaltungsanordnung zur Detektion eines Teilausfalls einer an die Schaltungsanordnung angeschlossenen Halbleiter lichtquelle vorgeschlagen, wobei die Schaltungsanordnung eine Wandlerschaltung mit mindestens einer Wandlerinduktivität aufweist, die mindestens einen Strang von in Serie geschalteten Halbleiterlichtquellen betreibt, wobei die Schaltungsan ordnung eingerichtet ist, mindestens die Strangspannung und eine Spannung über der Wandlerinduktivität zu messen, wobei sie ein Verfahren gemäß den oben be schriebenen Merkmalen durchführt. Eine Schaltungsanordnung mit diesen Merk malen hat mehrere Vorteile, einerseits kann sie sehr klein und kompakt gebaut werden, und in Verbindung mit einem kleinen Mikrokontroller auch sehr kosten günstig. Dabei kann wegen des Mikrokontrollers sehr gut auf bestimmte Anforde rungen bei den verschiedensten Leuchtmitteln eingegangen werden, so dass Leuchtmittel mit sehr hoher Qualität möglich werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltungsanordnung einen Mikrokontroller auf. Wie oben schon beschrieben kann mit einem Mikrokon troller schnell und einfach auf verschiedene Anforderungen des Leuchtmittels ein gegangen werden, was die Kosteneffizienz und die Qualität des Leuchtmittels vor teilhaft erhöht. In einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltungsanordnung eine Einschalt verzögerung auf. Dies führt zu dem vorteilhaften Verhalten, dass bei einem Lam pentest der BCU (Body Control Unit) das Retrofitleuchtmittel, in dem die Schal tungsanordnung eingebaut ist, nicht aufleuchtet oder aufblitzt. n einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Wandlerschaltung ein Tiefsetzsteller. Ein Tiefsetzsteller ist für eine Retrofitlampe im Kfz Bereich die am besten geeignete Schaltungstopologie und auch besonders gut für die Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist jeder LED-Strang eine eige ne Wandlerinduktivität auf. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der Stromfluss jedes einzelnen Strangs direkt gemessen werden kann, was zu einer verbesserten Erkennung eines Teilausfalls des Leuchtmittels führt.
In einer davon abgeleiteten Ausführungsform wird die Spannung über jeder Wand lerinduktivität gemessen, was die effizienteste Möglichkeit ist, auf den Stromfluss in der Wandlerinduktivität zu schließen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 Ein Schaltplan der Betriebselektronik einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Retrofitlampe.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Betriebselektro nik eines Leuchtmittels, in dieser Ausführungsform einer Retrofitlampe. Die Be triebselektronik wird hier auch als Schaltungsanordnung bezeichnet. Die Ein gangsanschlüsse Z1 und Z2 sind mit dem Sockel der Retrofitlampe verbunden.
Die Schottkydioden D2 bis D5 bilden einen Brückengleichrichter, der bei einem Lampensockel mit eindeutiger Zuordnung von Pluspol und Minuspol auch wegge lassen werden kann.
Der integrierte Schaltkreis U2 bildet zusammen mit den Induktivitäten L1 und L3 sowie der Schottkydiode D1 einen Tiefsetzsteller bzw. Buck Konverter. Der Tief setzsteller wird hier auch als Wandlerschaltung bezeichnet. Dieser Buck Konverter liefert einen vorbestimmten Strom an die Halbleiterlichtquellen 5, bestehend aus zwei LED Strängen 51, 52, der mittels eines Strommesswiderstandes 3, beste hend aus der Parallelschaltung der Widerstände R1 , R2, R3 und R4 gemessen wird. Der durch den Spannungsabfall am Strommesswiderstand repräsentierte Betriebsstrom der LEDs wird dem Eingang SET des integrierten Schaltkreises U2 zugeführt. Die Induktivitäten L1 und L3 sind einerseits mit je einem der zwei LED Stränge 51, 52 gekoppelt, andererseits mit dem Knoten K1 und dem Eingang „SW‘ des integrierten Schaltkreises U2 verbunden. Die Anode der Schottky Diode D1 ist ebenfalls mit diesem Knoten K1 verbunden, die Kathode dieser Schottky Diode wiederum ist mit der Versorgungsspannung Vin, also dem positiven Aus gang des Brückengleichrichters über eine Filterdrossel L2 gekoppelt.
Der Knoten, an dem die Kathode der Schottky Diode D1 angeschlossen ist, bildet die positive Versorgungsspannung des integrierten Schaltkreises U2, und an die sem Potential ist auch die Startmimik der Schaltung angebunden. Dieser Knoten wird im Folgenden auch als Knoten Vin bezeichnet. Ein erster Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R5 und R6 lädt einen Kondensator C10 auf, der parallel zum Widerstand R6 geschaltet ist. An den Mittelpunkt des ersten Span nungsteilers ist das Gate eines MOS-FETs Q2 angeschlossen. Dessen Sourcean schluss ist mit dem negativen Ausgang des Brückengleichrichters verbunden, mit dem auch das Bezugspotential des integrierten Schaltkreises U2 verbunden ist.
An den Drainanschluss ist der Gateanschluss eines weiteren MOS-FETs Q1 an- geschlossen, der bei einer angelegten Betriebsspannung über einen Pullup Wi derstand R7 normalerweise eingeschaltet ist, und bei Einschalten des ersten Transistors ausgeschaltet wird. Der Drainanschluss des Mos-FETs Q1 ist an den Eingang CTRL des integrierten Schaltkreises U2 sowie an den Eingang GP2 des integrierten Schaltkreises U1 angeschlossen. Bei ausgeschaltetem MOS-FET Q1 ist das Potential dieser Eingänge offen / floatend, und bei eingeschaltetem MOS- FET Q1 wird es auf das Bezugspotential geklemmt.
Zur Funktionsweise: Wird die Retrofitlampe, in der die Schaltung verbaut ist, ein geschaltet, also eine Betriebsspannung an die beiden Eingänge Z1 und Z2 ange legt, dann wird der MOS-FET Q1 , der im Folgenden als auch erster MOS-FET be zeichnet wird, eingeschaltet, und klemmt die Eingänge der beiden integrierten Schaltkreise auf das Bezugspotential, was ein Einschalten des Wandlers unter bindet. Über den ersten Spannungsteiler wird der Kondensator C10 langsam auf geladen, und nach einer bestimmten Zeit schaltet der MOS-FET Q2, der im Fol genden auch als zweiter MOS-FET bezeichnet wird, ein, was wiederum dazu führt, dass der erste MOS-FET wieder ausgeschaltet wird, und der Tiefsetzsteller startet. Die Schaltung aus den beiden MOS-FETs Q1 und Q2 realisiert also eine Einschaltverzögerung. Dies soll verhindern, dass bei einem Lampentest der BCU des Fahrzeugs die Retrofitlampe nicht aufblitzt, simuliert also die Trägheit einer Glühwendel einer konventionellen Lampe.
Zur Funktionsweise des Tiefsetzstellers: Der Strompfad des Tiefsetzstellers geht von dem positiven Potential des Knotens Vin aus über den Strommesswiderstand 3 in die beiden LED Stränge 51 , 52, wo er entsprechend in die Ströme Is1 und Is2 aufgeteilt wird. Der Tiefsetzsteller weist die Besonderheit auf, dass er seine Wand lerinduktivität auf zwei Wandlerdrosseln aufgeteilt hat, die jeweils einem LED- Strang zugeordnet sind. Jeder Strang weist also eine eigene Tiefsetzstellerdrossel auf, der Strang 51 die Drossel L3 und der Strang 52 die Drossel L1 . Auf der den LED Strängen abgewandten Seite der Drosseln L1 und L3 werden die beiden Zweige im Knoten K1 wieder zusammengeführt und in den Eingang SW des inte grierten Schaltkreises U2 eingegeben. Die Anode der Diode D1 ist ebenfalls an den Knoten K1 angebunden. Der Schalter des Tiefsetzstellers ist in dem integrier- ten Schaltkreis U2 integriert und schaltet vom Eingang SW auf GND, also den An schluss GND des integrierten Schaltkreises U2.
Ein- und ausgeschaltet wird der Tiefsetzsteller über den Eingang CTRL des inte grierten Schaltkreises U2. Dieser Eingang ist auch mit dem Ausgang GP2 des in tegrierten Schaltkreises U1 gekoppelt, der den integrierten Schaltkreis U2 steuert. Der integrierte Schaltkreis U1 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Mikro kontroller, der mit einem entsprechenden Softwareprogramm zur Steuerung des Wandlers versehen ist. Hierzu werden folgende Parameter gemessen:
1. Die Spannung über den beiden LED-Strängen 51 , 52 gegen die Schal tungsmasse GND, die durch einen Spannungsteiler aus den Widerständen R13 und R14 an dem Knoten zwischen den LED-Strängen 51, 52 und dem Strommesswiderstand 3 abgegriffen wird.
2. Die Spannung über der Drossel L1 gegen Schaltungsmasse GND, die durch einen Spannungsteiler aus den Widerständen R8 und R9 an dem Knoten zwischen dem LED-Strang 52 und der Drossel L1 abgegriffen wird.
3. Die Spannung über der Drossel L3 gegen Schaltungsmasse GND, die durch einen Spannungsteiler aus den Widerständen R10 und R11 an dem Knoten zwischen dem LED-Strang 51 und der Drossel L3 abgegriffen wird.
Mit einer geeigneten Auswertung dieser Parameter kann ein Teilausfall der betrie benen Halbleiterlichtquellen zuverlässig erkannt werden, und der Wandler in Folge ausgeschaltet werden, so dass die Retrofitlampe nicht mehr leuchtet und keinen Strom braucht, was zur weiteren Folge hat, dass die BCU einen Ausfall der Lampe erkennt und anzeigt.
Grundsätzlich gibt es zwei Ausfallmechanismen bei LED, die in ähnlicher Weise auch für OLED gelten:
1. Die LED kontaktiert ab und ein Stromfluss im Strang wird unterbrochen. Dadurch ändert sich die Spannung über der Drossel L1 bzw. L3.
2. Die LED schließt kurz und der Stromfluss im Strang wird aufrechterhalten, jedoch leuchtet die LED nicht mehr und weist auch keine Flussspannung mehr auf. Die Spannung über dem Strang verkleinert sich damit um die Flussspannung der defekten LED. Diese Effekte werden nun erfindungsgemäß ausgenutzt, um einen Teilausfall zu erkennen und den Wandler abzuschalten.
Dazu wird jede dieser Messspannungen in einen Messeingang des integrierten Schaltkreises U1 eingegeben:
1. Die Messspannung des Spannungsteilers aus den Widerständen R13 und R14 wird in den Eingang GP3 des integrierten Schaltkreises U1 eingege ben.
2. Die Messspannung des Spannungsteilers aus den Widerständen R10 und R11 wird in den Eingang GP0 des integrierten Schaltkreises U1 eingege ben.
3. Die Messspannung des Spannungsteilers aus den Widerständen R8 und R9 wird in den Eingang GP1 des integrierten Schaltkreises U1 eingegeben
Diese Spannungen werden nun kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen während des Betriebes gemessen, und bei einer anomalen bleibenden Änderung einer dieser Spannungen kann der integrierte Schaltkreis U1 einen Teilausfall de- tektieren und den integrierten Schaltkreis U2 Abschalten, um damit den Wandler und damit das gesamte Leuchtmittel außer Betrieb zu setzen. Die Spannungen werden zum Beispiel in Abständen von 10ms gemessen und alle Spannungen daraufhin ausgewertet, ob bei einer der Spannungen ein abnormaler Betriebszu- stand vorliegt. Es müssen nicht die Spannungen alleine betrachtet werden, son dern es kann auch die dem Messwert zugrundeliegende Messgröße, z.B. der be rechnete Drosselstrom betrachtet werden. Weiterhin kann ebenfalls eine aus den Messgrößen abgeleitete Größe betrachtet werden. Z.B. kann die Strangspannung und der berechnete Drosselstrom zu einer Leistung des Diodenstranges multipli- ziert werden, und diese Leistung betrachtet werden. Da der Diodenstrom nicht gleichförmig ist kann ebenfalls ein Mittelwert des Drosselstromes gebildet werden, und dieser Mittelwert der weiteren Betrachtung zugrunde gelegt werden. Die Mes sung und Verarbeitung der Spannungen wird im Folgenden auch als Datenfusion bezeichnet. Die Abstände, in denen die Spannungen gemessen werden, können je nach An forderung variieren, denkbar sind Messintervalle zwischen 10us und einer Sekun de.
Der anomale Betriebszustand wird daraufhin in einem nichtflüchtigen Speicher des Mikrokontrollers abgelegt, so dass das Leuchtmittel beim nächsten Einschalten gar nicht mehr in Betrieb gesetzt wird.
Die Erkennung des anomalen Betriebszustandes kann z.B. über im integrierten Schaltkreis U2, also dem Mikrokontroller, abgespeicherte Tabellen erfolgen, die die Ströme / Messspannungen im Normalzustand wiederspiegeln.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind jeweils 3 LEDs pro Strang in Serie geschaltet, daher würde die normale gemessene Spannung im Betrieb pro Strang 3V*3=9V betragen. Diese Spannung ist mit vernünftigen Toleranzen von z.B.
±0,3V in einer Tabelle im Mikrokontroller U1 abgespeichert. Wenn eine der LEDs durch Kurzschluss ausfällt, dann ist die Spannung in einem der beiden Stränge entsprechend niedriger. Dies führt dazu, dass auch die gemessene Gesamtspan nung beider Stränge sinkt, z.B. von 9V auf 7,5V. Ist die gemessene Spannung über den Strängen für eine längere Zeit niedriger als normal, dann ist mindestens eine der LEDs in den Strängen defekt. In diesem Fall schaltet der Mikrokontroller U2 den integrierten Schaltkreis U2 über dessen Steuereingang CTRL ab. Der Aus fall wird im Mikrokontroller U1 in den nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Beim nächsten Start des Leuchtmittels wird dieser Wert abgefragt, und der Wandler bleibt abgeschaltet.
Fällt eine der LEDs in einem Strang durch Abkontaktieren aus, dann fließt in die sem Strang kein Strom mehr. Dies führt dazu, dass über der Drossel des entspre chenden Strangs keine Spannung mehr abfällt, die gemessene Spannung also dauerhaft niedriger ist als im Normalfall. Ist dies für eine längere Zeit, also z.B. für mehr als 10 Messungen der Fall, wird der Mikrokontroller U1 den integrierten Schaltkreis U2 ebenfalls über dessen Steuereingang CTRL abschalten, und das Ereignis in den nichtflüchtigen Speicher schreiben. Dieser wird beim „Einschalten“ des Leuchtmittels ausgelesen, und bei einem vorhergegangenen Ereignis, wel ches in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben wurde, wird der Tiefsetzsteller nicht in Gang gebracht, und das Leuchtmittel bzw. die Retrofitlampe bleibt ausge- schaltet. Der Tiefsetzsteller bleibt also beim nächsten Einschalten des Leuchtmit tels abgeschaltet, und das Leuchtmittel ist nach außen hin defekt.
BEZUGSZEICHENLISTSE
1 elektronische Wandlerschaltung
3 Strommesswiderstand („Shunt“) 5 LED Stränge
51 erster LED Strang
52 zweiter LED Strang
Vin Versorgungsspannung der LED Stränge
GND Bezugspotential der Schaltung K1 Knotenpunkt des Wandlers
Is1 Strom durch den ersten LED Strang 51 Is2 Strom durch den zweiten LED Strang 52

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Detektion eines Teilausfalls eines Leuchtmittels mit mindestens einem Strang von Halbleiterlichtquellen (51 , 52), wobei das Leuchtmittel eine Schaltungsanordnung (1 ) mit einer elektronischen Wandlerschaltung zum Betrei ben der Halbleiterlichtquellen (51 ,52) aufweist, wobei die Schaltungsanordnung (1) eingerichtet ist, eine Strangspannung der Halbleiterlichtquellen und eine Span nung einer Wandlerdrossel der Wandlerschaltung zu messen, wobei das Verfah ren folgende Schritte umfasst:
- regelmäßiges Messen mindestens der Strangspannung und der Spannung über der Wandlerdrossel,
- Durchführen einer Datenfusion der Meßwerte
- Detektieren, ob ein Teilausfall des Leuchtmittels aufgrund der durchgeführten Datenfusion vorliegt,
- dauerhaftes Abschalten des Leuchtmittels, wenn ein Teilausfall vorliegt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strang von Halbleiterlichtquellen eine eigene Wandlerdrossel aufweist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausfall eines Stranges durch Abkontaktieren einer Halbleiterlichtquelle durch die Span nung über der Wandlerdrossel detektiert wird.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilausfall eines Stranges durch Kurzschließen einer Halbleiterlichtquelle des Stranges durch die Strangspannung detektiert wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass zusätzlich noch eine Eingangsspannung des Leuchtmittels gemes sen wird, und in die Datenfusion eingeht.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens ein Mikrokontroller (U1) einge setzt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Wandlerschaltung ein Tiefsetzsteller ist.
8. Schaltungsanordnung (1 ) zur Detektion eines Teilausfalls einer an die Schal tungsanordnung (1 ) angeschlossenen Halbleiterlichtquelle, wobei die Schaltungs anordnung eine Wandlerschaltung mit mindestens einer Wandlerinduktivität (L1 , L3) aufweist, die mindestens einen Strang (51 , 52) von in Serie geschalteten Halb leiterlichtquellen betreibt, wobei die Schaltungsanordnung eingerichtet ist, mindes tens die Strangspannung und eine Spannung über der Wandlerinduktivität zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Verfahren gemäß einem der An sprüche 1 bis 7 durchführt.
9. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Mikrokontroller (U1 ) aufweist.
10. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, dass sie eine Einschaltverzögerung aufweist.
11. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, dass die Wandlerschaltung ein Tiefsetzsteller ist.
12. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekenn zeichnet, dass jeder LED-Strang (51 , 52) eine eigene Wandlerinduktivität aufweist.
13. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung über jeder Wandlerinduktivität gemessen wird.
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