DE10137338A1

DE10137338A1 - Illumination device for motor vehicle lighting systems, has light control module with D.C. converter for converting on-board electrical system voltage to constant LED operating voltage for controlling LED arrangements

Info

Publication number: DE10137338A1
Application number: DE10137338A
Authority: DE
Inventors: Detlef Niggemann
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-20
Also published as: EP1286567A3; EP1286567B1; DE50211445D1; EP1286567A2

Abstract

The device has at least one controler (1) for connection to an on-board electrical system of a motor vehicle and for connection to and operation of LED arrangements (2). The controler is in the form of a light control module with a direct voltage converter (4) for converting the on-board electrical system voltage into a constant LED operating voltage for controlling the LED arrangements.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine an ein Kfz-Bordnetz anschließbare Steuereinrichtung, an der LED-Anordnungen anschließbar und betreibbar sind. The present invention relates to a Lighting device for a motor vehicle, comprising at least one connectable to a vehicle electrical system Control device to which LED arrangements can be connected and are operable.

In Kraftfahrzeug-Beleuchtungseinrichtungen werden in Brems- und Rücklichtern, Blinkern und sonstigen Anzeigeleuchten zunehmend LED (lichtemittierende Dioden) eingesetzt, welche gegenüber den ansonsten üblichen Glühlampen eine Reihe von Vorteilen haben, beispielsweise hinsichtlich Effizienz und Lebensdauer. In motor vehicle lighting systems, braking and taillights, turn signals and other indicator lights LED (light-emitting diodes) are increasingly being used compared to the otherwise usual incandescent lamps a number of Have advantages, for example in terms of efficiency and Lifespan.

Zum Betrieb von LED an einem Kfz-Bordnetz, welches in der Regel eine Bordnetzspannung von 12 V hat, ist zu berücksichtigen, dass LED je nach Typ eine Durchflussspannung von etwa 2-4 V haben. Es müssen daher Maßnahmen getroffen werden, um den maximalen Betriebsstrom durch die LED- Anordnungen zu begrenzen. Die einfachste Möglichkeit zur Strombegrenzung ist die Verwendung von Vorwiderständen, welche so ausgelegt sind, dass auch bei der maximal möglichen Netzspannung der zulässige Betriebsstrom nicht überschritten werden kann. Wegen der unvermeidlichen Verlustleistung ist die Verwendung derartiger Vorschaltwiderstände jedoch relativ ineffizient. Außerdem verringert sich die Leuchtstärke der LED, wenn die Bordspannung absinkt, beispielsweise wenn Verbraucher mit hohem Leistungsbedarf zugeschaltet werden. For operating LEDs on a vehicle electrical system, which is in the Usually has a vehicle electrical system voltage of 12 V is too take into account that LED has a flow voltage depending on the type of about 2-4 volts. Measures must therefore be taken the maximum operating current through the LED Limit orders. The easiest way to Current limitation is the use of series resistors, which are designed so that even at the maximum possible Mains voltage does not exceed the permissible operating current can be. Because of the inevitable power loss however, the use of such ballast resistors is relative inefficient. In addition, the luminosity of the LED when the on-board voltage drops, for example when Consumers with high power requirements can be switched on.

Um diese Nachteile zu umgehen, ist beispielsweise in der DE 197 34 750 A1 bereits vorgeschlagen worden, Serien- und/oder Parallelschaltungen von LED jeweils mit konstantem Strom aus einer Konstantstromquelle zu betreiben, welche jeweils anstelle eines einfachen Vorwiderstands eingesetzt wird. Nachteilig ist jedoch, dass im Prinzip für jede LED- Anordnung eine auf deren Strombedarf abgestimmte Konstantstromquelle vorgesehen sein muss, wodurch ein relativ hoher Aufwand zur Bereitstellung und Installation der Bauteile entsteht. To avoid these disadvantages, for example, in DE 197 34 750 A1 has already been proposed. and / or parallel connections of LEDs with constant To operate electricity from a constant current source which each used instead of a simple series resistor becomes. However, it is disadvantageous that in principle for every LED Arrangement tailored to their electricity needs Constant current source must be provided, making a relative high effort for the provision and installation of the Components are created.

Eine derartige stromgesteuerte Lichtsteuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug ist ebenfalls in der DE 43 41 058 C1 beschrieben. In dieser getakteten Stromversorgungseinrichtung ist ebenfalls für jeden einzelnen Verbraucher, also für jede Lampe eine eigene Konstantstromquelle vorgesehen, so dass der Aufwand ebenfalls entsprechend hoch ist. Such a current-controlled light control device for a Motor vehicle is also in DE 43 41 058 C1 described. In this clocked power supply device is also for every single consumer, that is for everyone Lamp provided its own constant current source, so that the Effort is also correspondingly high.

Angesichts dieser Problematik ergibt sich für die Erfindung die Aufgabenstellung, eine LED-Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches eine verbesserte Funktionalität hat im Hinblick auf die Verwendung einer Mehrzahl von LED-Anordnungen am Bordnetz eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere soll ein zuverlässiger Betrieb mit möglichst geringem Aufwand erreicht werden. Dies ist insbesondere auch vor dem Hintergrund von Bedeutung, dass die LED-Anordnungen am Kraftfahrzeug in Bereichen angebracht sind, die durch Beschädigung bei Unfällen besonders gefährdet sind. In view of this problem arises for the invention the task, an LED lighting device for to provide a motor vehicle, which a has improved functionality in terms of use a plurality of LED arrangements on the vehicle electrical system Motor vehicle. In particular, reliable operation can be achieved with as little effort as possible. This is especially important against the background that the LED arrangements attached to the motor vehicle in areas are particularly at risk from damage in accidents are.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung als Lichtsteuermodul ausgebildet ist mit einem Gleichspannungswandler zur Umsetzung der Kfz-Bordnetzspannung in eine konstante LED-Betriebsspannung zur Ansteuerung der LED-Anordnungen. To solve this problem, the invention suggested that the controller as Light control module is designed with a DC voltage converter for converting the vehicle electrical system voltage into a constant LED operating voltage to control the LED arrays.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nicht, wie bisher üblich, für jede LED-Anordnung der Betriebsstrom konstant gehalten, sondern eine LED-Betriebsspannung zur Verfügung gestellt, welche gegenüber der möglicherweise schwankenden Bordnetzspannung stabilisiert ist. Diese stabilisierte Betriebsspannung wird durch einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) erzeugt, welcher am Bordnetz betrieben wird. According to the present invention, not as before usual, the operating current is constant for each LED arrangement held, but an LED operating voltage is available posed, which compared to the possibly fluctuating Vehicle electrical system voltage is stabilized. This stabilized Operating voltage is through a DC-DC converter (DC / DC converter), which is operated on the vehicle electrical system.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Struktur einer Beleuchtungseinrichtung an einem Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von LED-Anordnungen, beispielsweise für Rück- und Bremslichter, Blinker und sonstige Anzeigeleuchten, erheblich vereinfacht wird. Dadurch, dass das Lichtsteuermodul mittels des darin enthaltenen Gleichspannungswandlers speziell für die LED-Anordnungen eine stabilisierte Betriebsspannung unabhängig von der möglicherweise schwankenden Bordnetzspannung zur Verfügung stellt, können die im Stand der Technik erforderlichen geregelten Konstantstromquellen für jede einzelne LED- Anordnung entfallen, wodurch entsprechend der Bauteil- und Herstellungsaufwand reduziert wird. Dadurch, dass am Ausgang des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers eine konstante Betriebspannung anliegt, können innerhalb der vorgesehenen Belastungsgrenzen beliebig viele LED-Anordnungen betrieben werden, ohne dass zusätzliche Maßnahmen zur Stabilisierung des Betriebsstroms erforderlich sind. A particular advantage of the invention is that the Structure of a lighting device on a motor vehicle with a plurality of LED arrangements, for example for Taillights and brake lights, indicators and other indicator lights, is significantly simplified. By that Light control module by means of the contained therein DC converter especially for the LED arrangements one stabilized operating voltage regardless of the possibly fluctuating vehicle electrical system voltage is available provides, those required in the prior art regulated constant current sources for each individual LED Arrangement is omitted, which corresponds to the component and Manufacturing effort is reduced. Because at the exit a constant of the DC-DC converter according to the invention Operating voltage can be within the intended Load limits operated any number of LED arrangements without additional stabilization measures of the operating current are required.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Betriebsspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers relativ genau an die Betriebsspannungen der verwendeten LED- Anordnungen angepasst werden kann. Die Einhaltung der zulässigen LED-Betriebsströme kann folglich bereits mittels relativ kleiner Vorwiderstände erreicht werden. Dadurch wird die Gesamtverlustleistung minimiert und entsprechend die Effizienz der Beleuchtungseinrichtung erhöht. Another advantage of the invention is that the Operating voltage at the output of the DC converter relatively accurate to the operating voltages of the LED Arrangements can be customized. Compliance with the permissible LED operating currents can therefore already by means of relatively small series resistors can be achieved. This will the total power loss is minimized and accordingly Efficiency of the lighting device increased.

Eine Anpassung an unterschiedliche LED-Typen, welche gegebenenfalls voneinander abweichende Versorgungsspannungen haben, ist ebenfalls mit geringem Aufwand möglich. An adaptation to different LED types, which possibly different supply voltages have is also possible with little effort.

Im Vergleich mit aktiv stromgeregelten LED-Anordnungen sind die erfahrungsgemäß in Crashbereichen eines Fahrzeuges angebrachten Leuchten zudem mit geringem Aufwand und daher nicht zuletzt kostengünstiger bereitstellbar. Compared to active current controlled LED arrays experience has shown that in crash areas of a vehicle attached lights with little effort and therefore last but not least, less expensive to provide.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die von dem Gleichspannungswandler abgebbare Betriebsspannung höher ist als die Bordnetzspannung. Dabei hat der DC/DC-Wandler beispielsweise bei einer Bordnetzspannung U_B von 12 V eine Ausgangsspannung von konstant 15 V. Diese Schaltungsanordnung hat den besonderen Vorteil, dass, wenn ein Kurzschluss der LED-Anordnung gegen die Bordnetzspannung auftritt, beispielsweise aufgrund eines Defekts im Gleichspannungswandler oder im Regelelement, die Leuchtdioden nicht zerstört werden. A particularly advantageous development of the invention provides that the operating voltage that can be output by the DC voltage converter is higher than the vehicle electrical system voltage. The DC / DC converter has, for example, an output voltage of constantly 15 V at an on-board electrical system voltage U _B of 12 V. This circuit arrangement has the particular advantage that if the LED arrangement is short-circuited to the on-board electrical system voltage, for example due to a defect in the DC converter or in the control element, the LEDs are not destroyed.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gleichspannungswandler als Schaltwandler ausgebildet ist. Derartige DC/DC-Wandler haben einen hohen Wirkungsgrad und können mit hinreichenden Leistungsdaten relativ kostengünstig zur Verfügung gestellt werden. Außerdem kann durch einen Schaltwandler mit geringem Aufwand eine gegenüber zur Verfügung stehenden Bordnetzspannung erhöhte LED- Betriebsspannung erzeugt werden. An advantageous development of the invention provides that the DC-DC converter is designed as a switching converter. Such DC / DC converters have a high efficiency and can be relatively inexpensive with adequate performance data to provide. In addition, by one Switching converter with little effort compared to Available electrical system voltage increased LED Operating voltage are generated.

Es ist ebenfalls denkbar, dass das Lichtsteuermodul einen Linear-Spannungsregler umfasst. Falls kein zusätzlicher Gleichspannungswandler vorhanden ist, kann dadurch allerdings lediglich eine LED-Betriebsspannung abgegeben werden, welche niedriger ist als die Bordnetzspannung. Insbesondere für Hochvolt-Bordnetzsysteme ist die Gleichspannungswandlung mittels eines Linear-Spannungsreglers eine vorteilhafte Alternative. It is also conceivable that the light control module Linear voltage regulator includes. If not an additional one DC converter is present, however, can only an LED operating voltage are given, which is lower than the vehicle electrical system voltage. Especially for High-voltage electrical system is the DC voltage conversion an advantageous one by means of a linear voltage regulator Alternative.

In dem Lichtsteuermodul kann weiterhin eine Strommesseinrichtung zur Messung der Ausgangsströme des Gleichspannungswandlers integriert sein. Die Strommessung kann beispielsweise mittels Shunt-Widerständen und dazu parallel geschalteten Spannungsmessern erfolgen. Beispielsweise kann jeder an den Gleichspannungswandler angeschlossen LED-Anordnung eine derartige Strommesseinrichtung zugeordnet sein. Dadurch ist es möglich, die tatsächliche Funktion einer jeden LED-Anordnung zu überwachen und bei Abweichungen von einem vorgegebenen Betriebsstrom beispielsweise eine Anzeige zu veranlassen, dass eine Fehlfunktion aufgetreten ist. In the light control module there can still be one Current measuring device for measuring the output currents of the DC voltage converter to be integrated. The current measurement can for example by means of shunt resistors and this voltmeters connected in parallel. For example, everyone can connect to the DC converter connected LED arrangement such Current measuring device can be assigned. This makes it possible the actual function of each LED array monitor and in the event of deviations from a specified Operating current for example to cause an indication that a malfunction has occurred.

Weiterhin können in dem Lichtsteuermodul am Ausgang des Gleichspannungswandlers Schaltelemente angeordnet sein. Diese können beispielsweise als elektrisch ansteuerbare Halbleiterschalter ausgebildet sein. Durch Betätigung der Schalter, beispielsweise über eine vorgeschaltete elektronische Steuereinrichtung, können die einzelnen Lichtfunktionen, beispielsweise Bremslicht, Schlusslicht, Nebelschlusslicht, Blinker oder andere Lichtfunktionen in Betrieb genommen werden. Halbleiterschalter haben den besonderen Vorteil, dass sie langlebig und praktisch wartungsfrei sind. Furthermore, in the light control module at the output of the DC converter elements can be arranged. This can, for example, as electrically controllable Semiconductor switch be formed. By pressing the Switch, for example via an upstream electronic control device, the individual Light functions, e.g. brake light, tail light, Rear fog light, turn signal or other light functions in Be put into operation. Semiconductor switches have that special advantage that they are durable and practical are maintenance-free.

Die Schaltelemente können von einer Mess- und Überwachungseinrichtung ansteuerbar sein. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die LED-Anordnungen nicht eingeschaltet werden, wenn von der Mess- und Überwachungseinrichtung eine Fehlfunktion registriert worden ist. The switching elements can be of a measuring and Monitoring device can be controlled. In this way it can be ensured that the LED arrangements are not be turned on when from the measuring and Monitoring device malfunction has been registered is.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Ansteuerung einer Mehrzahl von LED-Anordnungen beispielsweise in einem Fahrzeug als Bremslicht, Schlusslicht, kombiniertes Schluss-Bremslicht, Nebelschlusslicht, Blinker oder für weitere Lichtfunktionen. Eine jeder dieser LED-Anordnungen kann aus einer oder mehreren seriell und/oder parallel geschalteten LED mit zumindest einem Vorwiderstand realisiert sein. Der Vorwiderstand wird an die Anzahl und Durchflussspannung der LED angepasst und so bemessen, dass der zulässige LED- Betriebsstrom nicht überschritten wird. The lighting device according to the invention is special advantageous with regard to the control of a plurality of LED arrangements for example in a vehicle Brake light, tail light, combined tail light, Rear fog light, turn signal or for other light functions. Each of these LED arrangements can consist of one or several LEDs connected in series and / or in parallel at least one series resistor can be implemented. The Series resistor is connected to the number and flow voltage of the LED adapted and dimensioned so that the permissible LED Operating current is not exceeded.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt: The lighting device according to the invention is following with reference to an embodiment explained in more detail on the accompanying drawing. In detail shows:

Fig. 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung. Fig. 1 is a circuit diagram of a lighting device according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Funktionsschaubild einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung dargestellt. Diese umfasst ein Lichtsteuermodul 1, welches eingangsseitig, in dem Schaltbild links, an ein Kfz-Bordnetz mit der Bordnetzspannung U_B anschließbar ist. Ausgangsseitig sind an dieses Lichtsteuermodul 1 mehrere LED-Anordnungen 2, beispielsweise als Bremslicht, Schlusslicht, kombiniertes Brems- Schlusslicht, Nebelschlusslicht oder dergleichen eines Kraftfahrzeugs, an Ausgangsleitungen 3 angeschlossen. In Fig. 1 is a functional diagram of a lighting device according to the invention. This comprises a light control module 1 , which can be connected on the input side, in the circuit diagram on the left, to a motor vehicle electrical system with the vehicle electrical system voltage U _B. On the output side, a plurality of LED arrangements 2 , for example as a brake light, tail light, combined brake tail light, rear fog light or the like of a motor vehicle, are connected to output lines 3 at this light control module 1 .

Das Lichtsteuermodul weist einen Gleichspannungswandler 4 (DC/DC-Wandler) auf, der die eingangsseitige Bordnetzspannung U_B umwandelt in eine konstante, an den Ausgangsleitungen 3 anliegende LED-Betriebsspannung. Diese an den LED-Anordnungen 2 anliegende LED-Betriebsspannung ist vorzugsweise höher als die Kfz-Bordnetzspannung, beispielsweise 15 V bei einer Bordnetzspannung U_B = 12 V. The light control module has a DC-DC converter 4 (DC / DC converter) which converts the input-side electrical system voltage U _B into a constant LED operating voltage applied to the output lines 3 . This LED operating voltage applied to the LED arrangements 2 is preferably higher than the vehicle electrical system voltage, for example 15 V with an electrical system voltage U _B = 12 V.

In dem Lichtsteuermodul 1 ist in jede der Ausgangsleitungen 3 ein Schalter 5 eingegliedert, welcher jeweils vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgebildet ist und mit denen jeweils einzelne der LED-Anordnungen 2 in Betrieb genommen werden können. Die Schalter 5 können von einer Steuereinrichtung 6 angesteuert werden, welche beispielsweise einen Mikrokontroller enthält. Diese Steuereinrichtung 6 erfasst über Stromsensoren 7 den bei geschlossenen Schaltern 5 durch die Ausgangsleitung 3 fließenden Strom. Weicht dieser gemessene Strom von einem vorgegebenen Nennstrom einer LED- Anordnung ab, wird dies von der Steuereinrichtung als Fehlfunktion bewertet. Diese Fehlfunktion kann gegebenenfalls in einem Fehlerspeicher gespeichert und über Ausgangsleitungen 8 an entsprechende Anzeige- und Diagnoseeinrichtungen weitergeleitet werden. In the light control module 1 , a switch 5 is incorporated into each of the output lines 3 , which is preferably designed as a semiconductor switch and with which individual ones of the LED arrangements 2 can be put into operation. The switches 5 can be controlled by a control device 6 , which contains, for example, a microcontroller. This control device 6 detects the current flowing through the output line 3 when the switches 5 are closed via current sensors 7 . If this measured current deviates from a predetermined nominal current of an LED arrangement, this is assessed as a malfunction by the control device. This malfunction can optionally be stored in a fault memory and forwarded via output lines 8 to corresponding display and diagnostic devices.

Jede der LED-Anordnungen 2 umfasst Reihenschaltungen jeweils mehrerer LED 9, denen jeweils ein Vorwiderstand 10 vorgeschaltet ist. Mehrere dieser Reihenschaltungen sind jeweils parallel geschaltet. Die Anzahl der jeweils in einer Reihe geschalteten LED 9 sowie der Wert der Vorwiderstände 10 wird jeweils auf den Typ der verwendeten LED, die geforderte Leuchtstärke bzw. den Betriebs-Nennstrom der LED abgestimmt. Je nach Einsatzzweck können im Rahmen der zulässigen Belastungsgrenzen beliebig viele LED 9 in einer LED-Anordnung 2 zusammengefasst werden. Each of the LED arrangements 2 comprises series connections of a plurality of LEDs 9 , each of which is preceded by a series resistor 10 . Several of these series connections are connected in parallel. The number of LEDs 9 connected in a row and the value of the series resistors 10 are matched to the type of LED used, the required luminosity or the nominal operating current of the LED. Depending on the intended use, any number of LEDs 9 can be combined in an LED arrangement 2 within the permissible load limits.

Durch das erfindungsgemäße Lichtsteuermodul 1 wird eine zentrale elektronische Versorgungseinrichtung für eine Mehrzahl von LED-Anordnungen 2 zur Verfügung gestellt. Durch die in den Ausgangsleitungen 3 konstant gehaltene LED- Betriebsspannung können, im Gegensatz zu den bekannten Konstantstromschaltungen, beliebig viele LED-Anordnungen gleichzeitig angesteuert werden. Durch die Überwachung der tatsächlich fließenden Betriebsströme in den Verbindungsleitungen 3 ist relativ einfach eine Funktionsdiagnose der LED-Anordnungen möglich. A central electronic supply device for a plurality of LED arrangements 2 is made available by the light control module 1 according to the invention. In contrast to the known constant current circuits, any number of LED arrangements can be controlled simultaneously by the LED operating voltage kept constant in the output lines 3 . By monitoring the actually flowing operating currents in the connecting lines 3 , a functional diagnosis of the LED arrangements is possible in a relatively simple manner.

Claims

1. Lighting device for a motor vehicle, comprising at least one control device ( 1 ) which can be connected to a vehicle electrical system and to which LED arrangements ( 2 ) can be connected and operated, characterized in that the control device is designed as a light control module ( 1 ) with a DC voltage converter ( 4 ) for converting the vehicle electrical system voltage into a constant LED operating voltage for controlling the LED arrangements ( 2 ).

2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the LED operating voltage that can be output by the direct voltage converter ( 4 ) is higher than the vehicle electrical system voltage.

3. Lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that the DC-DC converter ( 4 ) is designed as a switching converter.

4. Lighting device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light control module ( 1 ) comprises a linear voltage regulator.

5. Lighting device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the light control module ( 1 ) a current measuring device ( 7 , 6 ) for measuring the output currents of the DC converter ( 4 ) is integrated.

6. Lighting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the light control module ( 1 ) at the output of the DC-DC converter ( 4 ) switching elements ( 5 ) are arranged.

7. Lighting device according to claim 6, characterized in that the switching elements ( 5 ) are designed as electronically controllable semiconductor switches.

8. Lighting device according to claim 6 or 7, characterized in that the switching elements ( 5 ) from a measuring and monitoring device ( 6 ) can be controlled.

9. Lighting device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a plurality of LED arrangements ( 2 ) from the light control module ( 1 ) can be controlled.

10. Lighting device according to one of claims 1 to 9, characterized in that an LED arrangement ( 2 ) comprises one or more series and / or parallel connected LEDs ( 9 ) with at least one series resistor ( 10 ).