DE102006031679A1 - Circuit arrangement for the electrical control of a motor vehicle headlight - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Ansteuerung eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers beschrieben, dessen Lichtquelle aus zwei oder mehr Leuchtdioden (LEDs) besteht. Diese Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass - mindestens eine Reihenschaltung mit zwei oder mehr Leuchtdioden vorgesehen ist, wobei die Reihenschaltung an eine Konstantstromquelle angeschlossen ist, - mindestens einer Leuchtdiode eine steuerbare Bypass-Schaltung zur Steuerung der Lichtintensität dieser Leuchtdiode parallel geschaltet ist, - eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Bypass-Schaltung vorgesehen ist.A circuit arrangement for the electrical control of a motor vehicle headlight is described, the light source of which consists of two or more light-emitting diodes (LEDs). This circuit arrangement is characterized in that - at least one series connection with two or more LEDs is provided, wherein the series circuit is connected to a constant current source, - at least one light emitting diode, a controllable bypass circuit for controlling the light intensity of this LED is connected in parallel, - a control unit is provided for driving the bypass circuit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Ansteuerung eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers, dessen Lichtquelle aus zwei oder mehr Leuchtdioden (LEDs) besteht. Ein derartiger Scheinwerfer wird auch als LED-Scheinwerfer bezeichnet.The The invention relates to a circuit arrangement for electrical control a motor vehicle headlamp whose light source of two or more light emitting diodes (LEDs) exists. Such a headlight will also referred to as LED headlights.
Ein
Kraftfahrzeug-Scheinwerfer, dessen Lichtquelle aus einer LED-Matrix
mit einer Vielzahl von LEDs besteht ist beispielsweise aus der
Aus
der
Um vollkommen flexibel unterschiedliche Teilmengen von LEDs betreiben zu können, müßten die LEDs der LED-Matrix jeweils einzeln über eine steuerbare Konstantstromquelle oder eine steuerbare Konstantstromsenke (sogenannte High-/Lowside-Stromtreiber) angesteuert/versorgt werden. In jeder der Stromquellen entsteht dabei eine thermische Verlustleistung. Bei N LEDs in der Matrix sind N Stromtreiber erforderlich, die in Summe eine relativ hohe thermische Verlustleistung erzeugen. Da für die Realisierung der Lichtwerte eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers durchaus 30 bis 50 High-Power-LEDs erforderlich sind, die mit einem Strom von bis zu 1 Ampere oder mehr betrieben werden können, ergeben sich auch entsprechend hohe thermische Verlustleistungen pro Scheinwerfer. Da LEDs bei zu hohen Temperaturen zerstört werden oder zumindest degradieren, und daher bereits die Eigenerwärmung der LEDs kritisch ist, ist es erforderlich, dass die Versorgungseinheit mit den stark wärmeentwickelnden Stromtreibern von der die LEDs aufweisenden Baueinheit getrennt angeordnet ist, z.B. in einem zentralen Lichtsteuergerät, das räumlich von der im Scheinwerfer angeordneten Baueinheit für die LEDs, getrennt ist. Bei der LED-Baueinheit kann es sich um einen Träger als Aufnahmeplattform für die LEDs handeln, z.B. eine Leiterplatte. Dies hat nun wiederum zur Folge, dass zwischen der Versorgungseinheit und der LED-Baueinheit N relativ hochstromtragfähige Stromleitungen und eine Sammelrückleitung – also insgesamt N+1 Leitungen – erforderlich sind. Damit sind in nachteiliger Weise entsprechend hohe Material- und Leitungsverlegungskosten verbunden.Around operate completely flexibly different subsets of LEDs to be able to would have to LEDs of the LED matrix individually via a controllable constant current source or a controllable constant current sink (so-called high- / lowside current drivers) controlled / supplied become. In each of the power sources creates a thermal power loss. N LEDs in the matrix require N current drivers that are in Sum produce a relatively high thermal power dissipation. There for the realization the light levels of a motor vehicle headlight quite 30 to 50 high power LEDs are required, with a current of up to can be operated to 1 amp or more, also arise accordingly high thermal power losses per headlamp. Because LEDs at destroyed too high temperatures be or at least degrade, and therefore already the self - heating of the LEDs is critical, it is necessary that the supply unit with the strong heat-generating Power drivers separated from the unit having the LEDs is arranged, e.g. in a central lighting control unit, which is spatially separated from the arranged in the headlight assembly for the LEDs, is separated. at The LED assembly may be a carrier as a receiving platform for the LEDs act, e.g. a circuit board. This in turn means that between the supply unit and the LED unit N relative high current-carrying capacity Power lines and a common return - so total N + 1 lines - required are. This disadvantageously correspondingly high material and wiring costs.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstigere und verlustärmere Schaltungsanordnung für LED-Scheinwerfer zu schaffen, die es dennoch gestattet, unterschiedlichen Teilmengen der LEDs unterschiedlich zu betreiben.task The invention therefore, a cost-effective and low-loss circuit arrangement for LED headlights which nevertheless allows different subsets the LEDs operate differently.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen.These The object is solved by the features of claim 1. The refer to subsequent dependent claims to advantageous embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung mindestens eine Reihenschaltung mit zwei oder mehr Leuchtdioden auf, die an eine Konstantstromquelle angeschlossen ist. Dabei ist nun mindestens einer Leuchtdiode eine steuerbare Bypass-Schaltung zur Steuerung der Lichtintensität dieser Leuchtdiode parallel geschaltet. Die Ansteuerung der Bypass-Schaltung geschieht über eine Steuereinheit.According to the invention the circuit arrangement at least one series circuit with two or more light emitting diodes connected to a constant current source is. At least one light-emitting diode is now controllable Bypass circuit for controlling the light intensity of this LED in parallel connected. The control of the bypass circuit is done via a Control unit.
Durch die Reihenschaltung der LEDs ist zur Stromversorgung nur eine hochstromtragfähige Versorgungsleitung zwischen der Konstantstromquelle und der Reihenschaltung sowie eine Rückleitung (Masseleitung) notwendig. Durch die Reduzierung der hochstromtragfähigen Leitungen zwischen dem zentralen Lichtsteuergerät, in dem sich die Konstantstromquelle befindet, und der LED-Baueinheit im Scheinwerfer, ergibt sich eine erhebliche Kosteneinsparung.By the series connection of the LEDs is for power supply only a high current carrying supply line between the constant current source and the series circuit and a Return line (ground line) necessary. By reducing the high-current carrying cables between the central light controller, in which the constant current source located, and the LED assembly in the headlight, results in a significant cost savings.
Zwar tritt auch in der Konstantstromquelle der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung noch eine Verlustleistung auf, die allerdings wesentlich geringer ist als die Gesamt-Verlustleistung einer Parallelschaltung von mehreren LEDs, die jeweils von einer eigenen Stromquelle versorgt werden.Though also occurs in the constant current source of the circuit arrangement according to the invention still a power loss, but much lower is the total power dissipation of a parallel circuit of several LEDs, each powered by its own power source.
Die flexible Ansteuerung unterschiedlicher LED-Teilmengen wird durch die Bypass-Schaltungen bewirkt, die vorzugsweise jeder LED der Reihenschaltung parallel geschaltet sind. Indem ein Teil oder der gesamte Strom, der durch die Reihenschaltung fließt, um die LED herum geleitet wird, läßt sich die Lichtintensität der jeweiligen LED individuell einstellen. Für die Ansteuerung der Bypass-Schaltungen werden keine hochstromtragfähigen Leitungen benötigt. Auch die Verlustleistung in den Bypass-Schaltungen ist vernachlässigbar. Auf diese Weise kann jede einzelne LED in der Matrix oder auch Gruppen von LEDs, die räumlich benachbart sein können oder auch nicht, quasi adressiert und hinsichtlich der Lichtintensität unabhängig angesteuert werden.The flexible control of different LED subsets is effected by the bypass circuits, which are preferably connected in parallel to each LED of the series circuit. By passing some or all of the current flowing through the series circuit around the LED, the light intensity of the respective LED can be adjusted individually. For the control of the bypass circuits no high current carrying lines are required. The power loss in the bypass circuits is negligible. This way you can Each individual LED in the matrix or groups of LEDs that may or may not be spatially adjacent, quasi addressed and independently controlled in terms of light intensity.
Um bei einer gegebenen Anzahl von N LEDs im LED-Scheinwerfer, hohe, sicherheitskritische Versorgungsspannungen für die LED-Reihenschaltung zu vermeiden, ist es vorgesehen, die N LEDs auf zwei oder mehr Reihenschaltungen zu verteilen, so dass in jeder Reihenschaltung z.B. N/2 LEDs angeordnet sind. Dabei bestimmt sich die Höhe der Versorgungsspannung für eine LED-Reihenschaltung nach der Summe der Flußspannungen der LEDs. Die Flußspannung einer einzelnen HighPower-LED beträgt beispielsweise ca. 4 Volt. Dabei sollten Versorgungsspannungen von größer als 60 Volt vermieden werden. Auch wenn in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zwei oder mehr Reihenschaltungen vorgesehen sind, so ist die Zahl der teueren hochstromtragfähigen Leitungen immer noch deutlich geringer als bei einer separaten Parallelschaltung sämtlicher LEDs.Around for a given number of N LEDs in the LED headlight, high, Safety-critical supply voltages for the LED series connection too Avoid, it is intended that the N LEDs on two or more series connections so that in each series connection e.g. N / 2 LEDs arranged are. This determines the height the supply voltage for an LED series circuit according to the sum of the forward voltages of the LEDs. The river tension For example, a single high power LED is about 4 volts. Supply voltages of greater than 60 volts should be avoided. Even if in the circuit arrangement according to the invention two or more series circuits are provided, then the number the expensive high current carrying capacity Lines still significantly lower than in a separate parallel connection all LEDs.
Anhand
der beigefügten
Zeichnung (
Dargestellt ist eine Schaltungsanordung für einen LED-Scheinwerfer, bei der die LEDs aus spannungstechnischen Gründen auf zwei Reihenschaltungen aufgeteilt sind, wobei jede Reihenschaltung vorzugsweise die gleiche Anzahl von LEDs umfasst. Allerdings sind auch Reihenschaltungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von LEDs vorgesehen. Dabei ist jeder LED eine aktiv steuerbare Bypass-Schaltung zur Steuerung der Lichtintensität dieser LED parallel geschaltet. Die Ansteuerung der Bypass-Schaltung erfolgt jeweils verlustarm und schnell über einen Halbleiterschalter (HS), vorzugsweise ein Feldeffekttransistor. Die Halbleiterschalter selbst werden nun wiederum von einer Steuereinheit angesteuert. Bei der Steuereinheit kann es sich um einen Mikroprozessor oder eine programmierbare Logikeinheit handeln.shown is a circuit arrangement for a LED headlamp, in which the LEDs on voltage reasons two series circuits are divided, each series circuit preferably the same number of LEDs. However, they are also series connections provided with a different number of LEDs. It is Each LED has an actively controllable bypass circuit to control the Light intensity this LED connected in parallel. The control of the bypass circuit takes place each with low loss and fast over a semiconductor switch (HS), preferably a field effect transistor. The semiconductor switches themselves are now in turn by a control unit driven. The control unit may be a microprocessor or a programmable logic unit.
In einer Ausführungsform wird mittels der Halbleiterschalter der Bypass digital ein bzw. ausgeschaltet, d.h. der Halbleiterschalter bewirkt in einer ersten Schaltposition eine vollständige Umleitung des Stromes um die zugehörige Leuchtdiode über den Bypass und in der anderen zweiten Schaltposition eine Sperrung des Bypasses. In der ersten Schaltposition wird die LED also mit der maximal möglichen Lichtintensität betrieben, während sie in der zweiten Schaltposition ausgeschaltet und damit dunkel ist.In an embodiment By means of the semiconductor switch, the bypass is digitally on or switched off, i. the semiconductor switch causes in a first Switching position a complete Diverting the current to the associated LED via the Bypass and in the other second switching position a blockage of Bypass. In the first switching position, the LED is so with the operated maximum possible light intensity, while they are switched off in the second switching position and thus dark is.
In besonders vorteilhafter Weise wird der Halbleiterschalter in dieser Ausführungsform über ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal (PWM-Steuersignal) angesteuert. Auf diese Weise kann die Lichtintensität der zugehörigen Leuchtdiode über das Verhältnis der Pulseinschaltdauer zur Pulsausschaltdauer stufenlos eingestellt werden. Die Grundfrequenz des PWM-Steuersignals wird dabei so hoch gewählt, dass die einzelnen Ein- und Ausschaltpulse vom Auge nicht mehr aufgelöst werden können, sondern nur eine Dimmung wahrgenommen wird.In Particularly advantageously, the semiconductor switch is in this Embodiment via a pulse width modulated Control signal (PWM control signal) controlled. This way you can the light intensity the associated LED over The relationship the Pulseinschaltdauer continuously adjusted for pulse duty cycle become. The fundamental frequency of the PWM control signal becomes so high chosen that the individual on and off pulses are no longer resolved by the eye can, but only a dimming is perceived.
In einer alternativen Ausführungsform wird über den Halbleiterschalter nur eine teilweise Umleitung des Stromes um die zugehörige LED bewirkt.In an alternative embodiment will over the semiconductor switch only a partial diversion of the current around the associated LED causes.
Die Reihenschaltungen mit den LEDs und den zugehörigen Bypass-Schaltungen sind mit der Steuereinheit in einer Baueinheit integriert, welche im oder am Scheinwerfer angeordnet ist.The Series circuits with the LEDs and the associated bypass circuits are integrated with the control unit in a unit which in or is arranged on the headlight.
Die elektrische Versorgung der LED-Reiheinschaltungen und die Ansteuerung der Steuereinheit erfolgt über ein von dieser Baueinheit räumlich entferntes zentrales Lichtsteuergerät, in dem die Konstantstromquelle zur Stromversorgung der Reihenschaltungen sowie eine Lichtsteuereinheit zur Ansteuerung der Steuereinheit in der LED-Baueinheit untergebracht ist. Zur Stromversorgung von N LEDs sind nur 2 hochstromtragfähige Versorgungsleitungen für die beiden LED-Reihenschaltungen und eine Masseleitung erforderlich. Zur Ansteuerung der Steuereinheit sind zwischen der zentralen Lichtsteuereinheit und der Steuereinheit der LED-Baueinheit nur wenige nicht hochstromtragfähige Steuersignalleitungen (DataIn, DataOut, Clock, Strobe) einschließlich einer TTL-Versorgungsleitung (5 Volt, 10 mA) notwendig. Insgesamt sind in dem dargestellten Beispiel zur Versorgung und Ansteuerung von N LEDs nur 8 Leitungen zwischen dem zentralen Lichtsteuergerät und der LED-Baueinheit im Scheinwerfer erforderlich.The electrical supply of the LED series actuators and the control the control unit is via one of this unit spatially distant central light control device, in which the constant current source for powering the series circuits and a light control unit for controlling the control unit housed in the LED assembly. To power from N LEDs are only 2 high current carrying Supply lines for the two LED series connections and a ground line required. For controlling the control unit are between the central light control unit and the control unit of the LED assembly only a few non-high current carrying control signal lines (DataIn, DataOut, Clock, Strobe) including a TTL supply line (5 volts, 10 mA) necessary. Overall, in the example shown for the supply and control of N LEDs only 8 lines between the central light control unit and the LED assembly required in the headlight.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Bypass-Schaltungen mit den Halbleiterschaltern gemeinsam mit den LEDs auf einem Träger, z.B. einer Leiterplatte, angeordnet. Dieser Träger entspricht dann der LED-Baueinheit im Scheinwerfer oder zumindest einem Teil davon. Da die vorzugsweise im PWM-Betrieb angesteuerten Halbleiterschalter in dieser integrierten Ausführungsform räumlich sehr benachbart zu den LEDs angeordnet sind und die Bypassleitungen entsprechend kurz sind, ist die elektromagnetische Störabstrahlung der gesamten Schaltungsanordnung insgesamt gering. Hinsichtlich der Integration ist es besonders vorteilhaft, wenn auch noch die Steuereinheit auf dem Träger angeordnet ist.In an advantageous embodiment the bypass circuits are common to the semiconductor switches with the LEDs on a support, e.g. a circuit board arranged. This carrier then corresponds to the LED assembly in the spotlight or at least part of it. As the preferred in PWM mode controlled semiconductor switch in this integrated embodiment spatial are arranged very close to the LEDs and the bypass lines are correspondingly short, is the electromagnetic interference emission the overall circuit arrangement is low overall. Regarding the integration is particularly advantageous, if still the Control unit on the carrier is arranged.
In der zentralen Lichtsteuereinheit wird anhand von bestimmten Eingangsgrößen (z.B. Lichtschalterstellung, Blinkersignal, oder Sensorsignale von verschiedenen Sensoren wie z. B. Lenkwinkelsensor oder Gierratensensor, Fahrgeschwindigkeitssensor, Lichtsensor oder Kamera etc.) anhand zuvor definierter Algorithmen festgelegt, welche LED bzw. welche Gruppen/Teilmengen von LEDs mit welcher Lichtintensität (oder relativen Lichtintensität) eingeschaltet werden sollen, um für eine bestimmte Situation die optimale Lichtverteilung und Reichweite zu erzielen. Diese Informationen werden dann über die Steuersignalleitungen an die Steuereinheit der LED-Baueinheit übertragen, die dann die den LEDs zugeordneten Halbleiterschalter (HS) mit einem der gewünschten Lichtintensität entsprechenden PWM-Signal beaufschlagt.In the central light control unit is based on certain input variables (eg light switch position, turn signal, or sensor signals from different sensors such. B. steering angle sensor or yaw rate sensor, vehicle speed sensor, light sensor or camera, etc.) determined by previously defined algorithms, which LED or which groups / subsets of LEDs with which light intensity (or relative light intensity) to be turned on, for a given situation, the optimal light distribution and reach. This information is then transmitted via the control signal lines to the control unit of the LED module, which then supplies the LEDs associated semiconductor switch (HS) with a desired light intensity corresponding PWM signal.
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