WO2024002638A1 - Energieversorgung für eine leuchte mit einer matrix aus leds, insbesondere led-kraftfahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Energieversorgung für eine leuchte mit einer matrix aus leds, insbesondere led-kraftfahrzeugscheinwerfer Download PDF

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WO2024002638A1
WO2024002638A1 PCT/EP2023/065182 EP2023065182W WO2024002638A1 WO 2024002638 A1 WO2024002638 A1 WO 2024002638A1 EP 2023065182 W EP2023065182 W EP 2023065182W WO 2024002638 A1 WO2024002638 A1 WO 2024002638A1
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WO
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voltage
current
control unit
led2
ledn
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PCT/EP2023/065182
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Inventor
Alberto Encinas
Oliver Hetzel
Ingo Möllers
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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Publication date
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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
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/14—Controlling the light source in response to determined parameters by determining electrical parameters of the light source
    • 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]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/18—Controlling the intensity of the light using temperature feedback
    • 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
    • H05B45/347—Dynamic headroom control [DHC]

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for a light, in particular an LED motor vehicle headlight,
  • a supply network for example a motor vehicle electrical system
  • the voltage source having an input, an output and a control connection, and the input is connected to the input of the circuit arrangement
  • circuit arrangement has series connections consisting of at least one LED and an adjustable current source with which the current through the series connection can be adjusted,
  • the voltage source is set up to adjust its output voltage to the voltage value provided by the control unit at the control connection.
  • LED matrix circuit arrangements are often used in vehicle headlights to enable different light images and light settings to be made. These LED matrix circuit arrangements are connected to one or more external supply voltage sources and have at least one adjustable voltage source, a control unit and several power sources that are connected in series with the LEDs. The series connections form the LED matrix. The level of the supply voltage provided by the voltage source is controlled by the control unit. The control unit is used to determine duty cycles for each series connection in order to be able to dim the currents through the series connections using pulse width modulation using the current sources. The duty cycles can be transmitted to the power sources, which then set an appropriate current for dimming.
  • the supply voltage is set so that all series circuits are provided with sufficient voltage to achieve the current required to generate the desired light at the desired current level.
  • the voltage source generally provides a supply voltage that is certainly large enough to achieve the desired current levels. So far, in such LED matrix circuit arrangements with current sources in series with the LEDs, no care has been taken to ensure that the current sources are only provided with a voltage that is minimally necessary to achieve the desired current levels. This leads to high power losses in the voltage source, the LEDs, the power sources and the associated components. The internal heating of the electronic components is high and the LEDs are therefore in a warm environment. Higher LED temperatures lead to lower luminous efficacy, which may have to be compensated for by dimming the LEDs less in order to produce more light.
  • the technical problem underlying the invention is to minimize heat development when generating light.
  • control unit has an input
  • the read-in measured values of temperatures and voltages and/or the currents to determine a target voltage value that can be provided at the control connection so that the adjustable voltage source adjusts to this voltage value, and/or
  • status information such as the temperature of the LED (high/medium/low) or voltage across the power source or the LED (forward voltage, high/medium/low) or measured values, in particular the temperature or voltage across the Power source, forward voltage, or voltage across the series circuit.
  • the voltage across the power source can and the currents set by the power sources can be reduced further than is the case in the prior art. Unnecessary heat generation for the production of light can be avoided.
  • New LED matrix components on the market provide status information of the LED power source voltages or even the measured values. These make it possible to optimize the status information and/or the measured values for optimizing the voltage provided by the voltage source and the currents through the series connections applied to the LED matrix.
  • an optimal voltage at the output of the voltage source that is reduced compared to conventional circuit arrangements and reduced currents in the series circuits, it is possible to also reduce the voltages across the current sources.
  • By reducing the power source voltages to an absolute minimum lower power losses can be achieved in the voltage source and current source. As a result, these electronic components achieve less self-heating and the LEDs work in a cooler environment, resulting in higher light output.
  • the circuit arrangement can also have an input or a video data interface for reading in the target brightness distribution or video data from a communication network.
  • a circuit arrangement according to the invention can have temperature sensors, voltage sensors and/or current sensors for determining the measured values. Then it is not necessary to use external sensors that provide these measured values.
  • the characteristics of the LEDs and/or the power sources can be individually determined beforehand and stored in the control unit, in particular as a look-up table.
  • the current required to operate the LED, in particular to generate the desired light through the LED can be determined through the series connection,
  • the voltage required to generate the necessary current through the series connection can be determined via the current source using the characteristic curves for the current source of this series connection stored in the control unit,
  • the forward voltage can be determined for each series connection using the characteristic curves for the LEDs stored in the control unit from the temperature of the LED or in the area of the LED and the necessary current through the series connections,
  • the voltages determined in this way are compared using the control unit and the largest sum can be used as the target voltage value.
  • control unit can be set up in such a way that,
  • the target voltage value is reduced by a predetermined amount
  • the target voltage value is increased by a predetermined amount, and that these steps are repeated until all of the voltages across the power sources do not fall below the first predetermined value and the lowest of the voltages across the power sources is less than the predetermined amount higher than the first predetermined value.
  • the circuit arrangement may comprise an integrated circuit, for example an application-specific integrated circuit (ASIC), which is connected between the control unit and the sensors.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • this integrated circuit can take over the functions of the control unit described above.
  • control unit or the integrated circuit is suitable for determining a duty cycle for the power sources of each series connection in order to dim the LEDs by pulse width modulation of the current through the series connection.
  • Fig. 1 is a highly simplified circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention.
  • the circuit arrangement S is intended for a motor vehicle headlight. It has an input for connection to a motor vehicle electrical system 1, in which various sources of electrical energy can be provided, for example batteries or generators.
  • the circuit arrangement S has an adjustable (controlled) voltage source 4. This is controlled by a control unit 3.
  • the control unit supplies the voltage source 4 with a target voltage value to which the voltage source adjusts.
  • the voltage source then provides a voltage Vddp.
  • the circuit arrangement also has a video data interface (not shown) via which the control unit 3 can read in brightness values or video data.
  • the control unit 3 is connected to a memory 2 in which characteristic curves and voltage values are stored and which can be read out from the memory 2 by the control unit 3.
  • the circuit arrangement also has a lighting unit 5, which is composed of several components.
  • the lighting unit has an LED matrix, which is formed from several series connections connected in parallel.
  • Each series circuit has at least one light-emitting diode LED1, LED2, ..., LEDn and an adjustable current source 11, I2, ..., In connected in series.
  • a forward voltage Vf 1 , Vf2, ..., Vfn falls across the light-emitting diodes LED1, LED2, ..., LEDn and a voltage Vcs1, Vcs2, ..., Vcsn falls across the power sources 11, 12, ..., In away.
  • the sum of the forward voltage of one of the LEDs and the voltage across the power source of the same series connection corresponds to the voltage Vddp provided by the voltage source 4.
  • the controlled current sources 11, 12, ..., In With the controlled current sources 11, 12, ..., In, the current through the series connections and thus through the light-emitting diodes LED1, LED2, ..., LEDn can be adjusted.
  • the peak value T but also the average current can be set, which results from pulse width modulation of the current.
  • Both the peak value T and a duty cycle d are specified to the power sources 11, 12, ..., In by the control unit. Both values are decisive for the light emitted by the LED1 and LED2 LEDs, including the color of the light and the brightness of the light.
  • the peak values T and the duty cycles d for the current sources 11, I2, ..., In are determined by the control unit 3.
  • the brightness or the duty cycle d is part of a video signal that is generated by the control unit 3.
  • the duty cycle d is encoded in the video signal. This is transmitted from the control unit 3 to an ASIC 51 of the lighting unit, which decodes the duty cycle d from the video signal and converts it into control instructions for the current sources 11, I2, ..., In, which are sent to the current sources 11, I2, In are transmitted.
  • the peak values i of the currents through the series circuits or light-emitting diodes LED1, LED2 LEDn are transmitted via a communication channel Corn from the control unit 3 to the ASIC 51, which generates control instructions for the current sources 11, I2, ..., In, which are sent to the Power sources 11, I2 In are transmitted.
  • the lighting unit 5 has temperature sensors with which the temperatures in the area of each of the light-emitting diodes LED1, LED2 LEDn can be measured. These measured values T for the temperature are representative of the temperature of the light-emitting diodes LED1, LED2 LEDn. The measured temperatures T are delivered by the temperature sensors to the ASIC, which then passes the values on to the control unit via the communication channel Corn.
  • the lighting unit also has voltage sensors that determine the voltage across the power sources. These measured values Vcs1, Vcs2, ..., Vcsn or possibly Vf 1, Vf2, ..., Vfn are also transmitted to the ASIC, which contains the measured values Vcs1, Vcs2, ..., Vcsn or possibly Vf1, Vf2, ..., Vfn passes on to the control unit 3 via the communication channel com.
  • the voltage Vddp at the output of the voltage source 4 can now be optimized and optimized setpoints of the amplitudes i of the currents can be provided by the series connections at the Corn interface, in particular on be reduced to the minimum necessary value so that the voltage across the current sources 11, I2, ..., In is as low as necessary so that as little power as is required must be converted by the current sources, light-emitting diodes and the power supply .
  • the control unit uses characteristics of the light-emitting diodes and characteristics of the power sources that are stored in the memory 2. These can be individual characteristics for the components used or characteristic curves that are provided by manufacturers for the types of components used. The characteristics can either be stored in the memory as equations. However, it is easier to store tables in memory 2 and, if necessary, to interpolate missing values in the tables. Temperature-dependent characteristics and tables are also possible, especially for the LED1, LED2, ..., LEDn and the power sources.
  • the control unit can first be used to determine for each series connection the current required to operate the LED1, LED2 LEDn through the series connection with which the LED1, LED2, ..., LEDn the desired light is generated.
  • the peak value T and the duty cycle d are determined.
  • the current or the amplitudes T of the currents through the series connections are calculated from the desired brightnesses, which are read in via the input video data from the control unit 3 via the vehicle 1 and the measured values T provided by the ASIC 51 for the temperatures of the light-emitting diodes LED1, LED2 , ..., LEDs.
  • the voltage Vcs1, Vcs2, ..., Vcsn required across the current sources to generate the necessary current through the series connection is then determined using the characteristic curves for the current source 11, 12, ..., In.
  • the forward voltage Vf 1 , Vf2, ..., Vfn is then calculated using the characteristic curves for the light-emitting diodes LED1, LED2, LEDn from the temperature T of the light-emitting diodes LED1, LED2, ..., LEDn and the necessary current through the series connections the light-emitting diodes LED1, LED2, ..., LEDn.
  • the sum can then be formed from the required voltage Vcs1, Vcs2, ..., Vcsn across the current source 11, 12 In and the forward voltage Vf 1, Vf2, ..., Vfn. If exactly the sum of the two voltages is applied to the series connection, an optimal operating point would be reached. However, since all series connections are supplied with the same voltage Vddp, the sums determined in this way are compared using the control unit and the largest sum is referred to as Target voltage value applied. This then ensures that all series connections are supplied with sufficient voltage and that all power sources are operated as close as possible to their optimal operating point.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (S) für eine Leuchte mit, - einem Eingang zum Anschluss an ein Versorgungsnetz (1), - einer einstellbaren Spannungsquelle (4) bei der ein Eingang der Spannungsquelle (4) an den Eingang der Schaltungsanordnung (S) angeschlossen ist, - einer Matrix aus LEDs (LED1, LED2,...LEDn), die an den Ausgang der Spannungsquelle (4) angeschlossen ist und - einer Steuereinheit, an die der Steueranschluss der Spannungsquelle (4) angeschlossen ist, - wobei die Schaltungsanordnung (S) Reihenschaltungen aus wenigstens einer LED (LED1, LED2,..., LEDn) und einer einstellbaren Stromquelle (I1, I2,..., In) aufweist, - wobei die Reihenschaltungen parallel geschaltet sind und so die Matrix bilden und - wobei die Spannungsquelle (4) ihre Ausgangsspannung (Vddp) auf den von der Steuereinheit an dem Steueranschluss bereit gestellten Soll-Spannungswert einstellt, wobei die Steuereinheit einen Eingang zum Einlesen - von Statusinformationen über die Temperatur in der Matrix, - von Messwerten (T) der Temperaturen der LED (LED1, LED2,...LEDn), - von Messwerten (Vcs1, Vcs2,..., Vcsn) der Spannungen über den Stromquellen (I1, I2,..., In), - von Messwerten der Spannung (Vddp) über der Matrix und/oder Messwerten (Vf1, Vf2,..., Vfn) der Spannungen an den LED (LED1, LED2,...LEDn) und/oder - von Messwerten des Stroms durch jede Reihenschaltung aufweist und wobei die Steuereinheit, aus der Statusinformation und/oder den Messwerten (T, Vcs1, Vcs2 Vcsn, Vf 1, Vf2,..., Vfn) der Temperaturen, der Spannungen und/oder der Ströme einen Soll-Spannungs- oder Stromwert für den Steueranschluss ermittelt.

Description

Energieversorgung für eine Leuchte mit einer Matrix aus LEDs, insbesondere LED-Kraftfahrzeugscheinwerfer
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine Leuchte, insbesondere einen LED-Kraftfahrzeugscheinwerfer,
- mit einem Eingang zum Anschluss an ein Versorgungsnetz, zum Beispiel ein Kraftfahrzeugbordnetz,
- mit einer einstellbaren Spannungsquelle, wobei die Spannungsquelle einen Eingang, einen Ausgang und einen Steueranschluss hat, und der Eingang an den Eingang der Schaltungsanordnung angeschlossen ist,
- mit einer Matrix aus LEDs, die an den Ausgang der Spannungsquelle angeschlossen ist und
- mit einer Steuereinheit, an die der Steueranschluss der einstellbaren Spannungsquelle angeschlossen ist,
- wobei die Schaltungsanordnung Reihenschaltungen aus wenigstens einer LED und einer einstellbaren Stromquelle aufweist, mit der der Strom durch die Reihenschaltung einstellbar ist,
- wobei die Reihenschaltungen parallel geschaltet sind und die parallel geschalteten Reihenschaltungen die Matrix bilden und
- wobei die Spannungsquelle dazu eingerichtet ist, ihre Ausgangsspannung auf den von der Steuereinheit an dem Steueranschluss bereit gestellten Spannungswert einzustellen. LED-Matrix-Schaltungsanordnungen werden häufig in Kfz-Scheinwerfern verwendet, um damit verschiedene Lichtbilder und Lichteinstellungen vornehmen zu können. Diese LED-Matrix-Schaltungsanordnungen sind an eine oder mehrere externe Versorgungsspannungsquellen angeschlossen und weisen mindestens eine einstellbare Spannungsquelle, eine Steuereinheit und mehrere Stromquellen auf, die in Reihe zu den LEDs geschaltet sind. Die Reihenschaltungen bilden die LED-Matrix. Die Höhe der von der Spannungsquelle zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung wird von der Steuereinheit gesteuert. Mittels der Steuereinheit werden für jede Reihenschaltung Tastgrade ermittelt, um mittels der Stromquellen die Ströme durch die Reihenschaltungen durch Pulsbreitenmodulation dimmen zu können. Die Tastgrade können den Stromquellen übermittelt werden, die dann einen zur Dimmung entsprechenden Strom einstellen.
In den bekannten LED-Matrix-Schaltungsanordnungen wird die Versorgungsspannung so eingestellt, dass allen Reihenschaltungen eine ausreichende Spannung zur Verfügung gestellt ist, um den für die Erzeugung des gewünschten Lichts erforderlichen Strom mit der gewünschten Stromhöhe zu erreichen. Damit dieses Ziel, die gewünschte Stromhöhe, sicher erreicht wird, wird in der Regel von der Spannungsquelle eine Versorgungsspannung zur Verfügung gestellt, die sicher so groß ist, dass die gewünschten Stromhöhen erreicht werden. Bislang wird bei solchen LED-Matrix- Schaltungsanordnungen mit Stromquellen in Reihe zu den LEDs nicht darauf geachtet, dass den Stromquellen nur eine Spannung zur Verfügung gestellt wird, die minimal notwendig ist, um die gewünschten Stromhöhen zu erreichen. Dies führt zu hohen Verlustleistungen in der Spannungsquelle, den LEDs, den Stromquellen und den zugehörigen Bauteilen. Die Eigenerwärmung der elektronischen Bauteile ist hoch und die LEDs befinden sich dadurch in einer warmen Umgebung. Höhere LED- Temperaturen führen zu einer geringeren Lichtausbeute, das muss ggf. dadurch kompensiert werden, dass die LED weniger gedimmt werden, um mehr Licht zu erzeugen.
Derzeit findet auch keine Optimierung der Verlustleistung in den Stromquellen statt. Um eine zu hohe Erwärmung der Bauteile der Schaltungsanordnung zu verhindern, werden aufwändige Kühlkonzepte entwickelt und umgesetzt. Ggf. müssen auch besonders hochwertige Komponenten eingesetzt werden, was aus anderen Gründen nicht erforderlich wäre.
Hier setzt die Erfindung an.
Das der Erfindung zu Grunde liegende technische Problem ist es, Wärmeentwicklung bei der Lichterzeugung zu minimieren.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuereinheit einen Eingang
- zum Einlesen von Statusinformationen über die Temperatur in oder an der Matrix aufweist, wobei diese Temperaturen einzelnen LED zugeordnet sein können,
- zum Einlesen von Messwerten der Temperaturen der einzelnen LEDs,
- zum Einlesen von Messwerten der Spannungen über den Stromquellen jeder Reihenschaltung,
- zum Einlesen von Messwerten der Spannung über der Matrix und der Spannungen an den LEDs jeder Reihenschaltung und/oder
- zum Einlesen von Messwerten des Stroms durch jede Reihenschaltung aufweist und dass die Steuereinheit geeignet ist,
- aus der eingelesenen Statusinformation oder den eingelesenen Statusinformationen, den eingelesenen Messwerten der Temperaturen, der Spannungen und/oder der Ströme einen Soll-Spannungswert zu ermitteln, der an dem Steueranschluss bereitstellbar ist, damit sich die einstellbare Spannungsquelle auf diesen Spannungswert einstellt, und/oder
- aus der eingelesenen Statusinformation oder den eingelesenen Statusinformationen, eingelesenen Messwerten der Temperaturen, der Spannungen und/oder der Ströme Sollamplituden der Ströme durch die Reihenschaltungen zu ermitteln, damit die Stromquellen Ströme mit diesen Amplituden einstellen.
Durch die Auswertung von Statusinformationen, wie zum Beispiel über die Temperatur der LED (hoch/mittel/niedrig) oder Spannung über der Stromquelle oder der LED (Vorwärtsspannung, hoch/mittel/niedrig) oder von Messwerten, insbesondere der Temperatur oder der Spannung über der Stromquelle, der Vorwärtsspannung oder der Spannung über der Reihenschaltung ist es möglich, die Einstellungen für die Stromquellen in jeder Reihenschaltung zu optimieren. Die Spannung über der Stromquelle kann und die von den Stromquellen eingestellten Ströme können weiter reduziert werden als es beim Stand der Technik der Fall ist. Eine für die Erzeugung des Lichtes unnötige Wärmeerzeugung kann vermieden werden.
Neue LED-Matrix-Komponenten auf dem Markt liefern eine Statusinformation der LED-Stromquellenspannungen oder sogar der Messwerte. Diese machen es möglich, die Statusinformationen und/oder die Messwerte für die Optimierung der von der Spannungsquelle zur Verfügung gestellten Spannung und der Ströme durch die Reihenschaltungen, die an der LED-Matrix anliegt, zu optimieren. Durch eine optimale, gegenüber herkömmlichen Schaltungsanordnungen reduzierte Spannung am Ausgang der Spannungsquelle und reduzierte Ströme in den Reihenschaltungen ist es möglich, auch die Spannungen über den Stromquellen zu reduzieren. Durch die Reduzierung der Stromquellenspannungen auf ein absolutes Minimum können geringere Verlustleistungen in der Spannungsquelle und Stromquelle erreicht werden. In der Folge wird eine geringere Eigenerwärmung dieser elektronischen Bauteile erreicht und die LEDs arbeiten in einer kühleren Umgebung, was zu einer höheren Lichtausbeute führt.
Die Schaltungsanordnung kann auch einen Eingang bzw. eine Videodatenschnittstelle zum Einlesen der Soll-Helligkeitsverteilung bzw. Videodaten aus einem Kommunikationsnetzwerk aufweisen.
Für die Messung der Temperatur, der Spannungen oder eines Stroms kann eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Temperatursensoren, Spannungssensoren und/oder Stromsensoren zum Ermitteln der Messwerte aufweisen. Dann ist es nicht notwendig, externe Sensoren zu nutzen, die diese Messwerte liefern.
In der Steuerungseinheit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können Strom-Spannungs-Kennlinien der Stromquellen und/oder Strom-Spannungs-Kennli- nien der LEDs für verschiedene Temperaturen abgelegt sein. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass in Abhängigkeit von den Messwerten und den Kennlinien oder einer der Kennlinien der Soll-Spannungswert ermittelbar ist. Bei bekannter Temperatur und bekannten Messwerten für die Spannungen an den Stromquellen und/oder für die Vorwärtsspannungen oder die Spannungen über die Reihenschaltungen oder den Strom durch die Reihenschaltungen können so die optimalen Arbeitspunkte für die Stromquellen bestimmt werden. Durch eine Betrachtung der optimalen Arbeitspunkte aller Stromquellen kann dann eine optimale Spannung der Spannungsquelle und ein optimaler Strom der Stromquellen bestimmt werden, die die Reihenschaltung mit der Spannung versorgt.
Erfindungsgemäß können die Kennlinien der LEDs und/oder der Stromquellen zuvor individuell ermittelt und in der Steuereinheit, insbesondere als Look-up-Tabelle abgelegt sein.
Erfindungsgemäß ist es zur Ermittlung des optimalen Soll-Spannungswertes der
Spannungsquelle beispielsweise möglich, dass mittels der Steuereinheit - für jede Reihenschaltung der zum Betreiben der LED, insbesondere zum Erzeugen des gewünschten Lichtes durch die LED, notwendige Strom durch die Reihenschaltung ermittelbar ist,
- für jede Reihenschaltung mittels der in der Steuereinheit abgelegten Kennlinien für die Stromquelle dieser Reihenschaltung die für die Erzeugung des notwendigen Stroms durch die Reihenschaltung erforderliche Spannung über die Stromquelle ermittelbar ist,
- für jede Reihenschaltung mittels der in der Steuereinheit abgelegten Kennlinien für die LEDs aus der Temperatur der LED oder im Bereich der LED und dem notwendigen Strom durch die Reihenschaltungen die Vorwärtsspannung ermittelbar ist,
- für jede Reihenschaltung die Summe aus der erforderlichen Spannung und der Vorwärtsspannung ermittelbar ist und
- die so ermittelten Spannungen mittels der Steuereinheit verglichen werden und die größte Summe als Soll-Spannungswert anwendbar ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann die Steuerungseinheit so eingerichtet sein, dass,
- wenn alle Spannungen über den Stromquellen über einem ersten vorbestimmten Wert liegen, der Soll-Spannungswert um einen vorbestimmten Betrag reduziert wird, und
- wenn eine Spannung über den Stromquellen unter dem ersten vorbestimmten Wert liegt, der Soll-Spannungswert um einen vorbestimmten Betrag erhöht wird, und dass diese Schritte wiederholt werden, bis alle Spannungen über den Stromquellen den ersten vorbestimmten Wert nicht unterschreiten und die niedrigste der Spannungen über die Stromquellen weniger als den vorbestimmten Betrag höher ist als erste vorbestimmte Wert.
Gemäß der Erfindung kann die Schaltungsanordnung einen integrierten Schaltkreis, zum Beispiel eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) aufweisen, der zwischen der Steuereinheit und die Sensoren geschaltet ist. Dieser integrierte Schaltkreis kann gemäß der Erfindung vorbeschriebene Funktionen der Steuereinheit übernehmen.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die Steuereinheit oder der integrierte Schaltkreis geeignet sind, für die Stromquellen jeder Reihenschaltung einen Tastgrad zu ermitteln, um die LEDs durch pulsweitenmodulieren des Stroms durch die Reihenschaltung zu dimmen.
Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine Leuchte ist anhand der Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 ein stark vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die Schaltungsanordnung S ist für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie hat einen Eingang zur Verbindung mit einem Kraftfahrzeugbordnetz 1 , in der verschiedene Quellen für elektrische Energie vorgesehen sein können, zum Beispiel Batterien oder Generatoren. Die Schaltungsanordnung S weist eine einstellbare (gesteuerte) Spannungsquelle 4 auf. Diese wird von einer Steuereinheit 3 gesteuert. Die Steuereinheit liefert der Spannungsquelle 4 einen Soll-Spannungswert, auf den sich die Spannungsquelle einstellt. Die Spannungsquelle stellt dann eine Spannung Vddp zur Verfügung. Die Schaltungsanordnung hat auch eine Videodatenschnittstelle (nicht dargestellt), über die die Steuereinheit 3 Helligkeitswerte bzw. Videodaten einlesen kann. Die Steuereinheit 3 ist mit einem Speicher 2 verbunden, in dem Kennlinien und Spannungswerte hinterlegt sind und die von der Steuereinheit 3 aus dem Speicher 2 ausgelesen werden können.
Die Schaltungsanordnung weist ferner eine Beleuchtungseinheit 5 auf, die aus mehreren Komponenten zusammengesetzt ist. So weist die Beleuchtungseinheit eine LED- Matrix auf, die aus mehreren parallel geschalteten Reihenschaltungen gebildet ist. Jede Reihenschaltung weist in Reihe geschaltet wenigstens eine Leuchtdiode LED1 , LED2, ... , LEDn und eine einstellbare Stromquelle 11 , I2, ..., In auf. Über den Leuchtdioden LED1 , LED2, ..., LEDn fällt eine Vorwärtsspannung Vf 1 , Vf2, ..., Vfn und über den Stromquellen 11 , 12, ..., In fällt eine Spannung Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn ab. Die Summe der Vorwärtsspannung einer der LED und der Spannung über der Stromquelle der gleichen Reihenschaltung entspricht der von der Spannungsquelle 4 bereitgestellten Spannung Vddp.
Mit den gesteuerten Stromquellen 11 , 12, ..., In kann der Strom durch die Reihenschaltungen und damit durch die Leuchtdioden LED1 , LED2, ..., LEDn eingestellt werden. Und zwar kann einerseits der Scheitelwert T aber auch der mittlere Strom eingestellt werden, der sich durch eine Pulsbreitenmodulation des Stromes ergibt. Sowohl der Scheitelwert T als auch ein Tastgrad d wird den Stromquellen 11 , 12, ..., In von der Steuereinheit vorgegeben. Beide Werte sind maßgeblich für das von den Leuchtdioden LED1 , LED2 LEDn abgestrahlte Licht, u.a. für die Farbe des Lichts und die Helligkeit des Lichts.
Die Scheitelwerte T und die Tastgrade d für die Stromquellen 11 , I2, ..., In werden von der Steuereinheit 3 ermittelt. Die Helligkeiten bzw. der Tastgrade d ist dabei Teil eines Videosignals, das von der Steuereinheit 3 erzeugt wird. Der Tastgrad d ist in dem Videosignal codiert. Dieses wird von der Steuereinheit 3 an ein ASIC 51 der Beleuchtungseinheit übermittelt, die aus dem Videosignal die Tastgrade d decodiert und in Steueranweisungen für die Stromquellen 11 , I2, ..., In umgesetzt, die an die Strom- quellen 11 , I2, In übermittelt werden. Die Scheitelwerte i der Ströme durch die Reihenschaltungen bzw. Leuchtdioden LED1 , LED2 LEDn werden über einen Kommunikationskanal Corn von der Steuereinheit 3 an das ASIC 51 übermittelt, das daraus Steueranweisungen für die Stromquellen 11 , I2, ..., In erzeugt, die an die Stromquellen 11 , I2 In übermittelt werden.
Die Beleuchtungseinheit 5 weist Temperatursensoren auf, mit denen die Temperaturen im Bereich jeder der Leuchtdioden LED1 , LED2 LEDn gemessen werden können. Diese Messwerte T für die Temperatur sind repräsentativ für die Temperatur der Leuchtdioden LED1 , LED2 LEDn. Die gemessenen Temperaturen T werden von den Temperatursensoren an das ASIC geliefert, das die Werte dann über den Kommunikationskanal Corn an die Steuereinheit weitergibt.
Die Beleuchtungseinheit weist ebenso Spannungssensoren auf, die die Spannung über den Stromquellen ermitteln. Auch diese Messwerte Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn oder ggf. Vf 1 , Vf2, ..., Vfn werden an das ASIC übermittelt, das die Messwerte Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn oder ggf. Vf1 , Vf2, ..., Vfn über den Kommunikationskanal com an die Steuereinheit 3 weitergibt.
Mit Hilfe der Messwerte T für die Temperaturen der Leuchtdioden und der Messwerte für die Spannung über den Stromquellen können nun die Spannung Vddp am Ausgang der Spannungsquelle 4 optimiert und optimierte Sollwerte der Amplituden i der Ströme durch die Reihenschaltungen an der Corn Schnittstelle bereitgestellt werden, insbesondere auf den mindestens notwendigen Wert herabgesetzt werden, so dass die Spannung über den Stromquellen 11 , I2, ..., In so gering ist, wie notwendig, damit durch die Stromquellen, Leuchtdioden und die Spannungsversorgung so wenig Leistung umgesetzt werden muss, wie es erforderlich ist.
Zur Optimierung der Spannung Vddp nutzt die Steuereinheit Kennlinien der Leuchtdioden und Kennlinien der Stromquellen, die in dem Speicher 2 abgelegt sind. Es kann sich dabei um individuelle Kennlinien, handeln, die für die verwendeten Komponenten ermittelt werden oder aber um Kennlinien, die für die verwendeten Typen von Komponenten von Herstellern bereitgestellt werden. Die Kennlinien können entweder als Gleichungen in dem Speicher abgelegt sein. Einfacher ist es aber, Tabellen in dem Speicher 2 abzulegen, und ggf. in den Tabellen fehlende Werte zu interpolieren. Insbesondere für die Leuchtdioden LED1 , LED2, ..., LEDn und die Stromquellen sind auch temperaturabhängige Kennlinien und Tabellen möglich.
Mit der Steuereinheit kann zur Ermittlung des optimalen Soll-Spannungswertes für die Spannung Vddp zunächst für jede Reihenschaltung der zum Betreiben der Leuchtdiode LED1 , LED2 LEDn notwendige Strom durch die Reihenschaltung ermittelt werden, mit dem die Leuchtdiode LED1 , LED2, ..., LEDn das gewünschte Licht erzeugt. Ermittelt werden insbesondere der Scheitelwert T und der Tastgrad d. Der Strom bzw. die Amplituden T der Ströme durch die Reihenschaltungen werden berechnet aus den gewünschten Helligkeiten, die über die Eingangsvideodaten von der Steuereinheit 3 über das Fahrzeug 1 eingelesen werden und den von dem ASIC 51 bereitgestellten Messwerte T für die Temperaturen der Leuchtdioden LED1 , LED2, ..., LEDn.
Für jede Reihenschaltung wird dann mittels der Kennlinien für die Stromquelle 11 , 12, ..., In die für die Erzeugung des notwendigen Stroms durch die Reihenschaltung erforderliche Spannung Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn über den Stromquellen ermittelt. Für jede Reihenschaltung wird anschließend mittels der Kennlinien für die Leuchtdioden LED1 , LED2 LEDn aus der Temperatur T der Leuchtdioden LED1 , LED2, ..., LEDn und dem notwendigen Strom durch die Reihenschaltungen die Vorwärtsspannung Vf 1 , Vf2, ..., Vfn über den Leuchtdioden LED1 , LED2, ..., LEDn ermittelt. Für jede Reihenschaltung kann dann die Summe aus der erforderlichen Spannung Vcs1 , Vcs2, ...,Vcsn über der Stromquelle 11 , 12 In und der Vorwärtsspannung Vf 1 , Vf2, ..., Vfn gebildet werden. Wird an die Reihenschaltung genau die Summe der beiden Spannungen angelegt, wäre ein optimaler Arbeitspunkt erreicht. Da aber alle Reihenschaltungen mit der gleichen Spannung Vddp versorgt werden, werden die so ermittelten Summen mittels der Steuereinheit verglichen und die größte Summe wird als Soll-Spannungswert angewendet. Damit ist dann gewährleistet, dass alle Reihenschaltungen mit einer ausreichenden Spannung versorgt werden und alle Stromquellen möglichst nahe an ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.
Bezugszeichenliste
S Schaltungsanordnung
1 Bord netz
2 Speicher
3 Steuereinheit
4 Spannungsquelle
5 Beleuchtungseinheit
51 ASIC
LED1 , LED2,...LEDn Leuchtdioden
11 , I2, In Stromquellen
Vddp Spannung am Ausgang der Spannungsquelle
Vf 1 , Vf2, Vfn Vorwärtsspannungen der Leuchtdioden
Vcs1 , Vcs2, Vcsn Spannungen über den Stromquellen
T Temperaturen an den Leuchtdioden
T Amplitude des Stroms durch die Reihenschaltungen d Tastgrad

Claims

Patentansprüche:
1 . Schaltungsanordnung (S) für eine Leuchte, insbesondere einen LED- Kraftfahrzeugscheinwerfer,
- mit einem Eingang zum Anschluss an ein Versorgungsnetz (1 ), zum Beispiel ein Kraftfahrzeugbordnetz,
- mit einer einstellbaren Spannungsquelle (4), wobei die Spannungsquelle (4) einen Eingang, einen Ausgang und einen Steueranschluss hat, und der Eingang an den Eingang der Schaltungsanordnung (S) angeschlossen ist,
- mit einer Matrix aus Leuchtdioden (LED1 , LED2,...LEDn), die an den Ausgang der Spannungsquelle (4) angeschlossen ist und
- mit einer Steuereinheit, an die der Steueranschluss der einstellbaren Spannungsquelle (4) angeschlossen ist,
- wobei die Schaltungsanordnung (S) Reihenschaltungen aus wenigstens einer Leuchtdiode (LED1 , LED2,...LEDn) und einer einstellbaren Stromquelle (11 , I2, ..., In) aufweist, mit der der Strom durch die Reihenschaltung einstellbar ist,
- wobei die Reihenschaltungen parallel geschaltet sind und die parallel geschalteten Reihenschaltungen die Matrix bilden und wobei die Spannungsquelle (4) dazu eingerichtet ist, ihre Ausgangsspannung (Vddp) auf den von der Steuereinheit an dem Steueranschluss bereit gestellten Soll-Spannungswert einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit einen Eingang
- zum Einlesen von Statusinformationen über die Temperatur (in oder an der Matrix) aufweist, wobei diese Temperaturen (T) einzelnen Leuchtdioden (LED1 , LED2,...LEDn) zugeordnet sein können,
- zum Einlesen von Messwerten (T) der Temperaturen der einzelnen Leuchtdioden (LED1 , LED2,...LEDn),
- zum Einlesen von Messwerten (Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn) der Spannungen über den Stromquellen (11 , 12, ..., In) jeder Reihenschaltung,
- zum Einlesen von Messwerten der Spannung (Vddp) über der Matrix und/oder Messwerten (Vf 1 , Vf2, ..., Vfn) der Spannungen an den Leuchtdioden (LED1 , LED2,...LEDn) jeder Reihenschaltung und/oder
- zum Einlesen von Messwerten des Stroms durch jede Reihenschaltung aufweist und dass die Steuereinheit geeignet ist,
- aus der eingelesenen Statusinformation und/oder den eingelesenen Messwerten (T, Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn, Vf1 , Vf2, ..., Vfn) der Temperaturen, der Spannungen und/oder der Ströme einen Soll-Spannungswert zu ermitteln, der an dem Steueranschluss bereitstellbar ist, damit sich die einstellbare Spannungsquelle (4) auf diesen Spannungswert einstellt
- aus der eingelesenen Statusinformation oder den eingelesenen Statusinformationen, eingelesenen Messwerten der Temperaturen, der Spannungen und/oder der Ströme Sollamplituden der Ströme durch die Reihenschaltungen zu ermitteln, damit die Stromquellen Ströme mit diesen Amplituden einstellen. Schaltungsanordnung (S) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (S) Temperatursensoren, Spannungssensoren und/oder Stromsensoren zum Ermitteln der Messwerte (T, Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn, Vf1 , Vf2, ..., Vfn) aufweist. Schaltungsanordnung (S) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerungseinheit Strom-Spannungs-Kennlinien der Stromquellen und/oder Strom-Spannungs-Kennlinien der Leuchtdioden (LED1 , LED2,...LEDn) für verschiedene Temperaturen abgelegt sind und in Abhängigkeit von den Messwerten (T, Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn, Vf1 , Vf2, ..., Vfn) und den Kennlinien oder einer der Kennlinien der Soll-Spannungswert ermittelbar ist. Schaltungsanordnung (S) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie der Leuchtdiode (LED1 , LED2,...LEDn) und/oder der Stromquelle zuvor individuell ermittelt und in der Steuereinheit, insbesondere als Look-up-Tabelle abgelegt sind. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - dass mit der Steuereinheit zur Ermittlung des Soll-Spannungswertes für jede Reihenschaltung der zum Betreiben der Leuchtdiode (LED1 , LED2,...LEDn) notwendige Strom durch die Reihenschaltung ermittelbar ist,
- dass für jede Reihenschaltung mittels der Kennlinien für die Stromquelle dieser Reihenschaltung die für die Erzeugung des notwendigen Stroms durch die Reihenschaltung erforderliche Spannung über den Stromquellen (11 , I2, ..., In) ermittelbar ist,
- dass für jede Reihenschaltung mittels der Kennlinien für die Leuchtdioden (LED1 , LED2,...LEDn) aus dem Messwert für die Temperatur (T) der Leuchtdiode (LED1 , LED2,...LEDn) oder im Bereich der Leuchtdiode (LED1 , LED2,...LEDn) und dem notwendigen Strom durch die Reihenschaltungen die Vorwärtsspannung ermittelbar ist,
- dass für jede Reihenschaltung die Summe aus der erforderlichen Spannung und der Vorwärtsspannung ermittelbar ist und
- dass die so ermittelten Summen mittels der Steuereinheit verglichen werden und die größte Summe als Soll-Spannungswert anwendbar ist. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit so eingerichtet ist, dass, wenn alle Messwerte (Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn) für die Spannungen über den Stromquellen (11 , I2, ..., In) über einem ersten vorbestimmten Wert liegen, der Soll-Spannungswert um einen vorbestimmten Betrag reduziert wird, und wenn ein Messwert (Vcs1 , Vcs2, ..., Vcsn) für die Spannung über den Stromquellen (11 , 12, ..., In) unter dem ersten vorbestimmten Wert liegt, der Soll-Spannungswert um einen vorbestimmten Betrag erhöht wird, und dass diese Schritte wiederholt werden, bis alle Messwerte für die Spannungen (Vcs1 , Vcs2 Vcsn) über den Stromquellen (11 , 12, ..., In) den ersten vorbestimmten Wert nicht unterschreiten. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung einen integrierten Schaltkreis, zum Beispiel eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) aufweist, der zwischen die Steuereinheit und die Sensoren geschaltet ist. Schaltungsanordnung (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit oder der integrierte Schaltkreis geeignet ist, für die Stromquellen jeder Reihenschaltung einen Tastgrad (d) zu ermitteln, um die Leuchtdioden (LED1 , LED2,...LEDn) durch pulsweitenmodu- lieren des Stroms durch die Reihenschaltung zu dimmen.
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