DE102007006438A1 - Homogeneous electrical consumer e.g. LED, arrangement controlling circuit, has consumers forming lines, where number of consumers serially connected in lines is selectable based on operating voltage and/or operational current - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur gleichzeitigen Ansteuerung einer Anordnung aus einer Vielzahl insbesondere gleichartiger Verbraucher, bei der mehrere Verbraucher seriell geschaltet sind und einen Strang bilden und bei der mehrere Stränge parallel betreibbar sind.The The invention relates to a circuit for simultaneous control an arrangement of a plurality of in particular similar consumers, in which several consumers are connected in series and one strand form and at the several strands can be operated in parallel.
Eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung liegt in der gleichzeitigen Ansteuerung einer Anordnung aus Leuchtdioden, resistiven Heizelementen oder dgl. vorzugsweise gleichartigen elektrischen Verbrauchern, von denen eine Vielzahl verteilt über eine bestimmte Fläche angeordnet wird. Ein konkreter Anwendungsfall ist die Anordnung von mehreren Leuchtdioden in Lichtern eines Kraftfahrzeugs, bei denen durch eine flächige Anordnung von Leuchtdioden die bisher üblichen Glühbirnen beispielsweise für das Rücklicht, das Bremslicht oder dgl. ersetzt werden.A preferred application of the present invention is in the simultaneous Control of an arrangement of light-emitting diodes, resistive heating elements or the like, preferably similar electrical consumers, of which a plurality are arranged distributed over a certain area becomes. A concrete application is the arrangement of several Light-emitting diodes in lights of a motor vehicle, in which by a area Arrangement of LEDs, the usual bulbs, for example, for the tail light, the Brake light or the like. Be replaced.
Ohne
auf diese konkrete Anwendung beschränkt zu sein, wird die Erfindung
nachfolgend anhand einer Leuchtdiodenanordnung beschrieben. Typischerweise
wird eine Leuchtdiode immer stromgesteuert betrieben, da die Leuchtstärke proportional
zu dem durch die Leuchtdiode fließenden Strom ist. Wie in
Für eine Leuchteneinheit werden typischerweise viele Leuchtdioden in einem Feld oder Array eingesetzt, so dass grundsätzlich auch mehr als zwei Leuchtdioden in Serie geschaltet werden können. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass die Versorgungsspannung VBAT größer ist als die Summe der Flussspannungen der in Serie geschalteten Leuchtdioden bzw. – allgemeiner – der Spannungsabfälle an den in Serie geschalteten Verbrauchern. Da in einem Kraftfahrzeug eine Versorgungsspannung auch bis auf etwa 6 Volt absinken kann, lässt sich ohne weiteres keine Schaltung von drei in Serie geschalteten Leuchtdioden realisieren, weil aufgrund der schwankenden Versorgungsspannung in einem Kraftfahrzeug bei den niedrigsten auftretenden Versorgungsspannungen die Spannung für den Betrieb der Beleuchtung nicht mehr ausreichen würde.For a lamp unit, many LEDs are typically used in a field or array, so that in principle more than two LEDs can be connected in series. However, care must be taken that the supply voltage V BAT is greater than the sum of the forward voltages of the series-connected LEDs or - more generally - the voltage drops on the series-connected consumers. Since in a motor vehicle, a supply voltage can also drop to about 6 volts, no circuit of three series-connected LEDs can be realized easily, because due to the fluctuating supply voltage in a motor vehicle at the lowest occurring supply voltages, the voltage for the operation of the lighting is not more would be enough.
Um den Wirkungsgrad dennoch zu erhöhen und eine größere Anzahl von in Serie geschalteten Leuchtdioden in einem Kraftfahrzeug betreiben zu können, werden sogenannte DC/DC-Spannungswandler wie Buck, Boost oder Buck/Boost eingesetzt. Ein DC/DC-Spannungswandler erzeugt eine stabile Ausgangsspannung in einstellbarer Höhe, aus der die Leuchtdioden gespeist werden können. Dies ermöglicht es, die Leuchtdioden zu Anordnungen bzw. Arrays bestimmter Größe, z. B. vier Stränge mit drei in Serie geschalteten Leuchtdioden, d. h. insgesamt 12 Leuchtdioden, fest zu verschalten. Diese Anordnungen ersetzen zunehmend die gebräuchlichen Glühlampen für Blinker, Rückleuchten, Bremsleuchten, Frontscheinwerfer und dgl..Around nevertheless to increase the efficiency and a larger number operate in series in a light-emitting diodes in a motor vehicle to be able to are called DC / DC voltage converters such as Buck, Boost or Buck / Boost used. A DC / DC voltage converter generates a stable output voltage in adjustable height, from which the light-emitting diodes can be fed. This makes it possible the LEDs to arrays or arrays of a certain size, z. B. four strands with three light emitting diodes connected in series, d. H. 12 in total LEDs, hard to connect. These arrangements are increasingly replacing the common lightbulbs for turn signals, Tail lights, Brake lights, headlights and the like ..
Nachteilig
an diesen derzeit eingesetzten Anordnungen ist die Verwendung eines
DC/DC-Spannungswandlers, dessen Prinzipschaltbild als industrieller
Chip zur Leuchtdioden-Array-Ansteuerung in
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltung zur gleichzeitigen Ansteuerung einer Anordnung gleichartiger Verbraucher der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche einen hohen Wirkungsgrad aufweist und ohne elektromagnetische Störstrahlung absondernde Ansteuerelektronik, insbesondere ohne DC/DC-Spannungswandler, auskommt.Object of the present invention is therefore to provide a circuit for the simultaneous activation of a Arrangement similar consumer of the type mentioned above, which has a high efficiency and without electromagnetic interference secreting control electronics, in particular without DC / DC voltage converter, gets along.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 insbesondere dadurch gelöst, dass die Anzahl der in einem Strang seriell geschalteten Verbraucher in Abhängigkeit von der Betriebsspannung und/oder dem Betriebsstrom auswählbar ist. Die grundlegende Idee der Erfindung liegt also darin, die Betriebs- bzw. Versorgungsspannung VBAT nicht vorzuregeln, sondern die jeweils aktuell zur Verfügung stehende Versorgungsspannung VBAT auf möglichst viele Leuchtdioden zu verteilen. Eine für eine bestimmte Stranglänge zu geringe Versorgungsspannung VBAT lässt sich bspw. feststellen, wenn der gemessene Stromfluss des Betriebsstromes auch durch eine Übersteuerung des zuständigen Regeltransistors nicht die gewünschte bzw. eingestellte Höhe erreicht. Ist dies der Fall, dann wird die Stranglänge, d. h. die Anzahl der im Strang befindlichen Verbraucher, um so viele Verbraucher reduziert, bis der gewünschte Stromfluss wieder hergestellt ist. Sollte genügend Strom fließen, kann bspw. in gewissen zeitlichen Abständen versucht werden, die Länge des Stranges um bzw. auf die maximal mögliche Anzahl der Verbraucher zu erhöhen. Dabei ist es für die vorliegende Erfindung wie bereits ausgeführt jedoch nicht notwendig, dass es sich bei den Verbrauchern um Leuchtdioden handelt. Vielmehr ist die vorliegende Erfindung in allen Fällen anwendbar, in denen eine Vielzahl vorzugsweise gleichartiger Verbraucher in einer Anordnung gleichzeitig betrieben werden sollen. Der Einfachheit halber werden die Vorteile der Erfindung nachfolgend jedoch anhand einer Leuchtdiodenanordnung beschrieben, welche eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt.This object is achieved according to the invention with the features of claim 1, in particular in that the number of consumers connected in series in a string can be selected as a function of the operating voltage and / or the operating current. The basic idea of the invention is thus not to pre-regulate the operating or supply voltage V BAT , but to distribute the respectively currently available supply voltage V BAT to as many light-emitting diodes as possible. A supply voltage V BAT which is too low for a particular line length can be detected , for example, if the measured current flow of the operating current does not reach the desired or set level even by overriding the relevant control transistor. If this is the case, then the strand length, ie the number of consumers located in the strand, is reduced by so many consumers until the desired current flow is restored. If enough current flows, it may be attempted, for example at certain time intervals, to increase the length of the strand by or to the maximum possible number of consumers. However, as already stated, it is not necessary for the present invention that the consumers are light-emitting diodes. Rather, the present invention is applicable in all cases in which a plurality of preferably similar consumers are to be operated in an arrangement simultaneously. For the sake of simplicity, however, the advantages of the invention will be described below with reference to a light-emitting diode arrangement, which represents a particularly preferred embodiment of the invention.
Durch den Einsatz der jeweils größtmöglichen Anzahl von in Serie geschalteten Leuchtdioden in einem Strang lässt sich der Wirkungsgrad erheblich erhöhen, weil die Anordnung flexibel an die derzeit zur Verfügung stehende Versorgungsspannung VBAT angepasst wird. Hierdurch werden zusätzliche DC/DC-Spannungswandler mit externen Bauteilen überflüssig, die ihrerseits auch eine gewisse Verlustleistung aufweisen. Da bekannt ist, welche Diodenspannung an jeder Leuchtdiode in Betrieb in etwa abfällt, lässt sich die maximale Anzahl von Leuchtdioden pro Strang einfacher Weise dadurch bestimmen, dass die zur Verfügung stehende Betriebsspannung mindestens gleich der Summe der Dioden- bzw. Flussspannungen der in einem Strang seriell geschalteten Leuchtdioden sein muss.By using the largest possible number of series-connected light emitting diodes in a strand, the efficiency can be significantly increased because the arrangement is flexibly adapted to the currently available supply voltage V BAT . As a result, additional DC / DC voltage converter with external components are unnecessary, which in turn also have a certain power loss. Since it is known which diode voltage drops approximately at each LED in operation, the maximum number of LEDs per strand can be determined simply by the fact that the available operating voltage at least equal to the sum of the diode or Flussspannungen the serial in one strand switched LEDs must be.
Um die erfindungsgemäß vorgeschlagene flexible Stranglänge zu realisieren, kann die Anordnung der Verbraucher gemäß der vorliegenden Erfindung Schalter aufweisen, welche das Zuschalten einzelner Verbraucher zu einem Strang ermöglicht. Die Anordnungen der Verbraucher bzw. die Leuchtdioden-Arrays bilden im Gegensatz zum Stand der Technik daher keine fest verdrahtete Einheit mehr. Statt dessen werden je nach der zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung einzelne Verbraucher bzw. einzelne zusammen geschaltete Gruppen von Verbrauchern über in die Schaltung integrierte Schalter miteinander verbunden, um Stränge mit einer gewünschten Anzahl von Verbrauchern zu realisieren. Durch diese flexible Zuschaltung von Verbrauchern bzw. Leuchtdioden ermöglicht die vorliegende Erfindung daher das Betreiben eines Arrays mit einer festen Gesamtzahl von Verbrauchern in verschiedenen Betriebsmodi, d. h. mit verschiedenen Strangzahl und einer verschiedenen Anzahl von in einem Strang in Serie geschalteten Verbrauchern.Around the invention proposed flexible strand length can realize the arrangement of the consumer according to the present Have invention switch, which is the connection of individual consumers allows for a strand. The arrangements of the consumer or the light-emitting diode arrays form in the Contrary to the prior art therefore no hardwired unit more. Instead, depending on the available supply voltage individual consumers or individual groups together from consumers over Switches integrated into the circuit are connected to each other Strands with a desired one Number of consumers to realize. Through this flexible connection of loads or light-emitting diodes enables the present invention therefore, operating an array with a fixed total of Consumers in different operating modes, d. H. with different Strand number and a different number of in a strand in Series switched consumers.
Um zu vermeiden, dass in einem Strang nicht zugeschaltete Verbraucher in bestimmten Schalterstellungen überhaupt nicht verwendet werden, ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Verbraucher in der Anordnung mittels mehrerer zusammenwirkender Schalter mindestens zwei verschiedenen Strängen zuschaltbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, flexibel unterschiedliche Stranglängen zu bilden, wobei alle oder die meisten der in der Anordnung vorhandenen Verbraucher bei der Ansteuerung angesteuert werden.Around to avoid that consumers who are not connected in one go not be used at all in certain switch positions, it is particularly according to the invention advantageous if at least some of the consumers in the arrangement by means of several interacting switches at least two different ones strands is switchable. In this way it is possible to flexibly different Strand lengths too form, with all or most of the existing in the arrangement Consumer are controlled in the control.
Hierbei hat sich herausgestellt, dass eine besonders flexible Anordnung dann gegeben ist, wenn die Anordnung der Verbraucher zwei Versorgungsleitungen, insbesondere eine spannungsführende Leitung und die Masse aufweist, zwischen welchen insbesondere parallel Strangleitungen mit Verbrauchern und Schaltern angeordnet sind. Hierdurch können einzelne Verbraucher den verschiedenen Strängen auf einfache Weise zugeschaltet werden.in this connection has been found to be a particularly flexible arrangement given then, if the arrangement of the consumer two supply lines, especially a live Line and the mass has, between which in particular parallel Strand lines are arranged with consumers and switches. This allows individual consumers the different strands connected in a simple manner become.
Erfindungsgemäß lässt sich eine besonders flexible Anordnung dadurch erreichen, dass zwischen den Strangleitungen Verbindungsleitungen vorgesehen sind, in welchen auch Schalter und ggf. Verbraucher angeordnet sind. Durch diese Verbindungsleitungen ist es möglich, eine oder mehrere Strangleitungen mit darin angeordneten Verbrauchern zu einen Gesamtstrang zusammenzuschalten und auf diese Weise Stränge mit einer Vielzahl von in Serie geschalteten Verbrauchern zu erreichen.According to the invention can be achieve a particularly flexible arrangement in that between the strand leads connecting lines are provided, in which Switches and possibly consumers are arranged. Through this Connecting lines it is possible one or more strand lines with consumers arranged therein to interconnect a total strand and in this way strands with to reach a large number of consumers connected in series.
Hierfür ist es besonders vorteilhaft, wenn benachbart zu einem Verbindungspunkt einer Strangleitung mit einer Verbindungsleitung in der Strangleitung ein Schalter und/oder ein Verbraucher und in der Verbindungsleitung ein Schalter und/oder ein Verbraucher angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann an jedem Verbindungspunkt durch Betätigung geeigneter Schalter flexibel ausgewählt werden, welche Verbraucher zu einem Strang zusammengeschaltet werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn durch Verbindungsleitungen und Strangleitungen geschlossene Kreisläufe schaltbar sind, in denen mindestens ein Verbraucher und mehrere Schalter angeordnet sind, so dass dieser Kreislauf an geeigneten Stellen unterbrochen werden kann, um die in diesem Kreislauf vorhandenen Verbraucher dem einen oder dem anderen Strang zuzuschalten.This is it particularly advantageous when adjacent to a connection point a branch line with a connecting line in the string line a switch and / or a consumer and in the connecting line a switch and / or a consumer are arranged. Through this Arrangement can be made at any connection point by actuating appropriate Switch flexibly selected which consumers are connected in a string. It is particularly advantageous if by connecting lines and stranded circuits closed circuits are switchable, in which at least one consumer and several switches are arranged, so that this cycle can be interrupted at appropriate places can be to the existing consumers in this cycle the one or the other strand.
Um diese Schalter einfach ansteuern zu können und eine einfache Umsetzung der Schaltungsanordnung zu erreichen, ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die vorzugsweise als Schalttransistoren ausgebildeten Schalter in einem Chip mit Anschlüssen zur Verbindung mit Leiterbahnen einer Platine integriert sind. In den Leiterbahnen der Platine können dann die jeweiligen Verbraucher, beispielsweise die Leuchtdioden, an den gewünschten Stellen angeordnet werden. Dies ermöglicht es, einen einzigen Chip mit definierten Anschlüssen vorzusehen, der für eine Vielzahl konkreter Anordnungen von Verbrauchern gleichermaßen verwendet werden kann. So kann die Platine beispielsweise auch eine flexible Leiterplatte sein, die eine besonders variable Anordnung der einzelnen Verbraucher im Raum ermöglicht.Around easy to control these switches and a simple implementation to achieve the circuitry is, according to a particularly preferred embodiment the invention provides that preferably as switching transistors trained switch in a chip with connections for connection to tracks a board are integrated. In the printed circuit boards of the board can then the respective consumers, for example the light-emitting diodes the wished Be arranged. This allows a single chip with defined connections to provide for a variety of concrete arrangements used by consumers alike can be. For example, the board can also be flexible Printed circuit board, which is a particularly variable arrangement of the individual Consumer in the room allows.
Da die erreichte Wirkung der Verbraucher häufig nicht von der Versorgungsspannung, sondern von dem tatsächlich fließenden Betriebsstrom abhängt, ist es vorteilhaft, wenn in einem Strang nicht die anliegende Betriebsspannung, sondern der Betriebsstrom durch einen Strang auf einen konstanten Wert geregelt wird. Dies stellt sicher, dass Schwankungen in der Flussspannung, Missmatch, Alterung und Temperatur der Verbraucher keinen Einfluss auf deren Eigenschaften, beispielsweise die Leuchtstärke der Leuchtdioden, haben.There the effect of the consumer often not achieved by the supply voltage, but of that actually flowing Operating current depends, It is advantageous if in a strand not the applied operating voltage, but the operating current through a string to a constant Value is regulated. This ensures that fluctuations in the Flow voltage, mismatch, aging and temperature of consumers have no influence on their properties, for example the luminosity of the Light-emitting diodes, have.
Dazu kann in einem, vorzugsweise in jedem schaltbaren Strang mindestens ein Schaltertransistor als Regeltransistor zur Einstellung des Betriebsstroms vorgesehen sein. Dieser kann bspw. mit den vorerwähnten Chip integriert sein.To may in one, preferably in each switchable strand at least a switch transistor as a control transistor for adjusting the operating current be provided. This can, for example, with the aforementioned chip be integrated.
Um sich auch auf wechselnde Betriebsspannungen einstellen zu können, weist die Schaltung vorzugsweise eine Steuerung zur Einstellung der Anzahl der Verbraucher pro Strang und der Anzahl der Stränge mittels Betätigung der vorbeschriebenen Schalter auf.Around to be able to adjust to changing operating voltages, points the circuit preferably has a controller for setting the number the consumer per strand and the number of strands using activity the above switch on.
Dazu kann die Steuerung unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebsspannung VBAT und der an den Verbrauchern abfallende Flussspannung VD die Anzahl der in Serie schaltbaren Verbraucher ermitteln und die Gesamtzahl der Verbraucher durch die Anzahl der in Serie schaltbaren Verbraucher teilen. Hierdurch lässt sich die Anzahl der Stränge ermitteln, wobei im Falle eines verbleibenden (Divisions-)Restes an Verbrauchern ein Reststrang mit einer kleineren Anzahl von Verbrauchern (bspw. Leuchtdioden) verbleibt.For this purpose, the controller, taking into account the current operating voltage V BAT and the forward voltage V D falling at the loads, can determine the number of consumers that can be connected in series and divide the total number of consumers by the number of consumers that can be connected in series. In this way, the number of strands can be determined, wherein in the case of a remaining (division) remainder of consumers a residual strand with a smaller number of consumers (eg light-emitting diodes) remains.
Da aufgrund der Schaltungsanordnung an jedem Strang, d. h. auch an einem Reststrang, die gleiche Spannung abfällt, muss an diesem Reststrang eine höhere Verlustleistung abfallen als an den vollständig gefüllten Strängen. Bei dem Abfall der Verlustleistung entsteht typischer Weise Wärme. Da große Wärmequellen jedoch in der Regel unerwünscht sind, kann zur Vermeidung hoher Verlustleistungen vorgesehen werden, dass die Steuerung einen verbleibenden Reststrang durch Wegnahme von je einem Verbraucher aus einem ursprünglichen vollen Strang füllt, bis die Anzahl der Verbraucher in dem Reststrang der Anzahl der Verbraucher in einem Strang entspricht, dem zum Ausgleich des Reststranges Verbraucher weggenommen wurden. Hierdurch wird zwar die Verlustleistung in den eigentlich vollen Strängen erhöht, die besonders hohe Verlustleistung mit starker Wärmeentwicklung in dem einen Reststrang jedoch vermieden. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Erwärmung der Schalteranordnung, beispielsweise in einem Chip, und vermeidet punktuelle Wärmeherde.There due to the circuitry on each string, i. H. also on a residual strand, the same voltage drops, must be on this residual strand a higher one Power loss fall off than at the fully filled strands. At the waste of power loss Heat typically arises. Because big Heat sources, however usually unwanted can be provided to avoid high power losses the control a remaining strand by removing each fills one consumer from an original full strand until the number of consumers in the remainder of the number of consumers in a strand corresponds to the balance of the residual strand consumer were taken away. As a result, although the power loss in the actually full strands elevated, the particularly high power loss with strong heat development in the one However, residual strand avoided. This leads to a smoother warming the switch assembly, for example in a chip, and avoids selective heat sources.
Da allerdings die Gesamterwärmung der Schaltungsanordnung bzw. des Chips stark steigen kann, wenn in allen Strängen eine höhere Verlustleistung auftritt, kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass die Steuerung den Ausgleich eines verbleibenden Reststrangs durch Festlegen einer maximalen Anzahl von Verbrauchern begrenzt, welche einem vollen Strang weggenommen werden. Ferner kann erfindungsgemäß festgelegt werden, wie viele der vorhandenen vollen Stränge für einen Ausgleich eines verbleibenden Reststrangs herangezogen werden. Diese Festlegung kann beispielsweise auf eine oder zwei Verbraucher pro Strang begrenzt, abhängig von der entstehenden Verlustleistung angepasst oder durch eine prozentuale Bestimmung der Anzahl der Verbraucher in einem Strang bzw. der Anzahl der Stränge erreicht werden.There however, the total warming the circuit arrangement or the chip can rise sharply, if in all strands a higher one Power loss occurs, can be provided according to the invention that the Control the compensation of a remaining strand by setting a maximum number of consumers limited to a full Strand are taken away. Furthermore, can be determined according to the invention How many of the existing full strands will compensate for a remaining one Reststrangs are used. This definition can, for example limited to one or two consumers per strand, depending on the resulting power loss adjusted or by a percentage Determination of the number of consumers in a string or the number the strands be achieved.
Ferner kann in der Schaltung erfindungsgemäß eine Temperaturüberwachungseinrichtung vorgesehen sein, welche bei dem Feststellen einer Übertemperatur einzelne Stränge mit Verbrauchern abschaltet, wobei jeweils ein Strang mit der kleinsten Anzahl von in Serie geschalteten Verbrauchern abgeschaltet wird, da bei diesem die Verlustleistung am größten ist.Furthermore, in the circuit according to the invention vorgese a temperature monitoring device hen, which turns off when determining an excess temperature individual strands with consumers, in each case a strand is switched off with the smallest number of consumers connected in series, since this is the power loss is greatest.
Die zuvor beschriebene Steuerung und die Temperaturüberwachungseinrichtung können gemeinsam oder jede für sich in einen Chip integriert sein, vorzugsweise in den Chip, in welchem sich auch die einzelnen Schalter und ggf. die Regeltransistoren zur Einstellung des Betriebsstroms in einem Strang befinden. Dies ermöglicht es, die vorliegende Erfindung in einem einzigen elektronischen Bauteil umzusetzen, welches als Chip mit entsprechenden Anschlüssen universell für eine Vielzahl konkreter Anordnungen von Verbrauchern auf festen oder flexiblen Platinen vorgesehen wird. Die Leiterbahnen auf einer Platine sind bspw. derart geführt, dass die Schalter zum Zusammenschalten der in Serie geschalteten Verbraucher eines Strangs jeweils in dem Chip enthalten sind und an ihren Anschlussseiten Ausgänge zu den Verbrauchern aufweisen.The previously described controller and the temperature monitoring device may be common or each for be integrated into a chip, preferably in the chip, in which is also the individual switches and possibly the control transistors to set the operating current in a string. This allows it is the present invention in a single electronic component implement, which as a chip with appropriate connectors universal for one Variety of concrete arrangements of consumers on fixed or flexible boards is provided. The tracks on a circuit board are, for example, guided in such a way that the switches for interconnecting the series-connected consumers a strand are respectively contained in the chip and at their terminal sides outputs to the consumers.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezüge.Further Advantages, features and applications of the invention result also from the following description of exemplary embodiments and the drawing. All are described and / or illustrated illustrated features for itself or in any combination the subject matter of the present Invention, also independent from their summary in the claims or their back references.
Es zeigen:It demonstrate:
Die
Anzahl der in dem Strang Zj seriell geschalteten Verbraucher Li
ist in Abhängigkeit
von der in einer Spannungs- bzw. Stromquelle
Wenn dagegen der Betriebsstrom VBAT größer als 6 Volt ist, werden die Schalter S1 und S3 geöffnet und der Schalter S2 geschlossen, so dass die LEDs L1 und L2 in Serie geschaltet sind. Diese Schaltanordnung stellt den zweiten Betriebsmodus dar, der dann aktiviert wird, wenn die Betriebsspannung VBAT größer ist als die Summe der an den seriell geschalteten LEDs abfallende Flussspannung VD.In contrast, when the operating current V BAT is greater than 6 volts, the switches S1 and S3 are opened and the switch S2 is closed, so that the LEDs L1 and L2 are connected in series. This switching arrangement represents the second operating mode which is activated when the operating voltage V BAT is greater than the sum of the forward voltage V D dropped across the serially connected LEDs.
In der Praxis wird das Umschalten dieser Betriebsmodi häufig nicht von der zur Verfügung stehenden Batteriespannung abhängig gemacht werden, sondern von dem durch die Stromquelle fließenden Strom. Insbesondere bei stromgesteuerten Verbrauchern wie bspw. LEDs ist ein Umschalten abhängig vom fließenden Strom notwendig bzw. sinnvoll. Dies stellt sicher, dass Schwankungen der Flussspannung, Missmatch sowie Alterung und Temperatur der Leuchtdioden keinen Einfluss auf deren Leuchtstärke haben.In In practice, the switching of these modes of operation is often not from the available dependent battery voltage but from the current flowing through the current source. Especially with current-controlled consumers such as, for example, LEDs a switch depends from the flowing stream necessary or useful. This ensures that fluctuations in the Forward voltage, mismatch and aging and temperature of the LEDs have no influence on their luminosity.
Im Gegensatz dazu war es bei den fest verdrahteten Leuchtdioden-Arrays aus dem Stand der Technik notwendig, immer eine ausreichende Betriebsspannung VBAT sicher zu stellen, die sich aus der Flussspannung VD und der Anzahl der in Reihe geschalteten LEDs ableitet. Dies erfordert einen nicht unbeträchtlichen Aufwand, um die notwendige Betriebsspannung in geeigneter Weise zur Verfügung zu stellen, insbesondere bei Anwendungen mit schwankender Betriebsspannung, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden dagegen eine gewisse Anzahl von LEDs je nach zur Verfügung stehender Bord- bzw. Versorgungsspannung bzw. zur Verfügung stehendem Diodenstrom zu parallelen Strängen Zj in Serie geschalteter LEDs Li zusammengefasst, wobei sich die konkrete Verteilung der LEDs Li auf die Stränge Zj anhand der an den einzelnen LEDs Li abfallenden Flussspannung VD ermitteln lässt.In contrast, in the hardwired light-emitting diode arrays of the prior art, it was always necessary to ensure a sufficient operating voltage V BAT , which is derived from the forward voltage V D and the number of LEDs connected in series. This requires a not inconsiderable effort to provide the necessary operating voltage in a suitable manner, especially in applications with fluctuating operating voltage, such as motor vehicles. According to the present invention, however, a certain number of LEDs, depending on the available on-board or supply voltage or available diode current to parallel strands Zj series-connected LEDs Li summarized, with the actual distribution of the LEDs Li on the strands Zj can be determined on the basis of the falling at the individual LEDs Li forward voltage V D.
Gebräuchliche HighLuminence LEDs Li in Automotive-Applikationen besitzen eine Flussspannung VD von typischerweise ungefähr 3 Volt. Die Betriebsspannung VBAT beträgt für automobile Anwendung im schlechtesten Fall, beispielsweise einem Kaltstart bei tiefen Temperaturen, ungefähr 6 Volt. In diesem Fall können also zwei LEDs L1 und L2 in Serie geschaltet werden. Ab einer zur Verfügung stehenden Betriebsspannung VBAT von 9 Volt können drei LEDs L1, L2, L3 in Serie geschaltet werden. Ab einer Betriebsspannung von 12 Volt beläuft sich die maximale Anzahl der LEDs Li in einem Strang Zj auf vier.Common high-luminance LEDs Li in automotive applications have a forward voltage V D of typically about 3 volts. The operating voltage V BAT is for automotive application in the worst case, such as a cold start at low temperatures, about 6 volts. In this case, two LEDs L1 and L2 can be connected in series. From an available operating voltage V BAT of 9 volts, three LEDs L1, L2, L3 can be connected in series. From an operating voltage of 12 volts, the maximum number of LEDs Li in a string Zj amounts to four.
Bei einer erfindungsgemäßen LED-Anordnung mit 12 LEDs L1 bis L12 ergeben sich damit drei typische Betriebsmodi:
- a) 6V < VBAT < 9V: 6 Stränge Z1 bis Z6 mit zwei seriellen LEDs L1 und L2,
- b) 9V < VBAT < 12V: 4 Stränge Z1 bis Z4 mit drei seriellen LEDs L1 bis L3,
- c) 12V < VBAT: 3 Stränge Z1 bis Z3 mit vier seriellen LEDs L1 bis L4.
- a) 6V <V BAT <9V: 6 strings Z1 to Z6 with two serial LEDs L1 and L2,
- b) 9V <V BAT <12V: 4 strings Z1 to Z4 with three serial LEDs L1 to L3,
- c) 12V <V BAT : 3 strings Z1 to Z3 with four serial LEDs L1 to L4.
Ein
Betriebsmodus mit zwei Strängen
und sechs LEDs ist bei Betriebsspannungen über 18 Volt auch möglich. In
dem betrachteten Beispiel einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug
kommen derartige Betriebsspannungen jedoch nur pulsartig vor, so
dass dieser Betriebsmodus in den in Bezug auf die
Wie vorstehend erläutert, leiten sich die Anzahl der Stränge Zj und die Anzahl der Betriebsmodi von der Gesamtanzahl der verwendeten LEDs Li ab, wobei es von Vorteil ist, wenn die Gesamtanzahl der verwendeten LEDs das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahl der LEDs Li pro Betriebsmodus und pro Strang Zj ist. Grundsätzlich lassen sich, wie nachfolgend anhand weiterer Ausführungsbeispiele noch erläutert, auch beliebige andere Gesamtzahlen von LEDs Li in Verschaltungsmatrizen realisieren.As explained above, derive the number of strands Zj and the number of operating modes of the total number of used LEDs Li, where it is advantageous if the total number of LEDs used the least common multiple of the number of LEDs Li per operating mode and per string Zj is. Basically leave itself, as explained below with reference to further embodiments, also any other total numbers of LEDs Li in interconnect matrices realize.
Die LEDs L1 bis L12 werden meist direkt auf der Leiterplatte angeschlossen, so dass die Verbindung zwischen dem Chip mit den integrierten Schaltern S1 bis S16 und den LEDs Li mit geringem Aufwand zu realisieren ist, da der Chip beispielsweise auf derselben Leiterplatte wie die LEDs angeordnet werden kann.The LEDs L1 to L12 are usually connected directly to the circuit board, so that the connection can be realized with little effort between the chip with the integrated switches S1 to S16 and the LEDs Li, since the chip can be arranged for example on the same circuit board as the LEDs.
Für den in
Für die in
Die
Notation der Bezugszeichen entspricht der in
Es ist offensichtlich, dass die Betriebsspannung VBAT auch Zwischenwerte des Mehrfachen der Flussspannung VD annehmen kann. Eine Regelung des Stroms durch die jeweiligen Stränge Zj hält die Leuchtstärke der LEDs Li jedoch für jede Betriebsspannung VBAT konstant. Da der Strom durch die LEDs Li direkt proportional zu ihrer Leuchtstärke ist, gleicht eine Stromregelung auch Nebeneffekte wie thermische Abhängigkeiten und Missmatch der LED-Flussspannungen VD aus. Für die benötigten Stromquellen werden die jeweiligen Schalter Sk eingesetzt.It is obvious that the operating voltage V BAT can also assume intermediate values of the multiple of the forward voltage V D. However, a regulation of the current through the respective strings Zj keeps the luminous intensity of the LEDs Li constant for each operating voltage V BAT . Since the current through the LEDs Li is directly proportional to their luminous intensity, a current control also compensates for side effects such as thermal dependencies and mismatch of the LED forward voltages V D. For the required power sources, the respective switches Sk are used.
Die Stromregelung selbst ist nicht Kern dieser Erfindung, da Stromregelschaltungen, wie sie in den einzelnen Strängen Zj verwendet werden können, weit verbreiteter Stand der Technik sind. Gegenüber Lösungen, die zur Leuchtstärkeneinstellung eine Pulsweitenmodulation verwenden, hat eine Lösung mit einem geregelten Diodenstrom ID den Vorteil, dass keine EMV-Abstrahlung generiert wird, weil bei der Stromregelung keine Schaltvorgänge auftreten, so dass im Rahmen der erfindungsgemäßen Schaltung eine Stromregelung eines Pulsweitenmodulation vorzuziehen ist.The current regulation itself is not the core of this invention, since current regulation circuits, as may be used in the individual strings Zj, are widely used in the art. Compared with solutions that use a pulse width modulation for luminous intensity adjustment, a solution with a regulated diode current I D has the advantage that no EMC radiation is generated because no switching operations occur in the current control, so that in the context of the inventive circuit, a current control of a pulse width modulation preferable is.
Die
lineare Stromregelung erzeugt bekanntlich eine Verlustleistung.
Daher ist der Wirkungsgrad für
die in den
Mathematisch ausgedrückt ist der Wirkungsgrad durch die Beziehung bestimmt. Der Faktor k hängt von der jeweiligen Stranglänge, d. h. der Anzahl der in Serie geschalteten LEDs Li in einem Strang Zj ab. In dem vorbeschriebenen Beispiel mit einer Serienschaltung von 2, 3 und 4 LEDs Li beträgt der Faktor K jeweils 2, 3 und 4. Sobald die Versorgungsspannung VBAT jeweils die Summe der benötigten Flussspannungen der beteiligten LEDs Li erreicht, steigt der Wirkungsgrad sprunghaft an.Expressed mathematically, the efficiency is due to the relationship certainly. The factor k depends on the respective strand length, ie the number of series-connected LEDs Li in a strand Zj. In the example described above with a series connection of 2, 3 and 4 LEDs Li, the factor K is 2, 3 and 4 respectively. As soon as the supply voltage V BAT reaches the sum of the required forward voltages of the participating LEDs Li, the efficiency increases abruptly.
Der
dargestellte Wirkungsgrad von 100% bei einer idealen Versorgungsspannung
VBAT ist jedoch noch nur ein theoretischer
Wert, welcher den Durchlasswiderstand der Schalter Sk unberücksichtigt
lässt.
In einer realen Schaltung entstehen auch durch Verluste aufgrund
der Widerstände
der Schalter Sk Verluste, wobei die Beziehung
Bei einer Leuchtdiodenleistung von 5 Watt entspricht dies einer Verlustleistung von 2,5 Watt, die von dem Chip mit den integrierten Schaltern Sk typischerweise in Form von Wärme abgeführt werden muss.at a light-emitting diode power of 5 watts corresponds to a power loss of 2.5 watts, which comes from the chip with the integrated switches Sk typically in the form of heat dissipated must become.
Im Unterschied zu den bisherigen Lösungen mit einer fest verdrahteten Anzahl von LEDs in einem Strang und einer Regelung der Betriebsspannung wird durch die flexible Zuschaltung einzelner LEDs Li in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Betriebsspannung VBAT die LED Li selbst als spannungsteilendes Element verwendet. Die überschüssige Spannung, die sich aus der Differenz zwischen der Betriebsspannung und der Summe der Flussspannungen der einzelnen LEDs Li eines Strangs Zj berechnet, wird jedoch in den Stromquellen bzw. den Schaltern Sk umgesetzt. Unter normalen Betriebsbedingungen in einem Kraftfahrzeug beträgt die Höhe der Bordspannung etwa 14 Volt, was bei einem optimalen Betriebsmoduls von drei Strängen Zj mit vier seriell geschalteten LEDs Li zu einer Restspannung von etwa 2 Volt führt. Der Wirkungsgrad beträgt für diesen Fall 86% und ist gleichwertig oder sogar besser als bei einer Lösung mit einem DC/DC-Spannungswandler gemäß dem Stand der Technik.In contrast to the previous solutions with a hardwired number of LEDs in a string and a regulation of the operating voltage is used by the flexible connection of individual LEDs Li depending on the available operating voltage V BAT, the LED Li itself as a voltage-dividing element. However, the excess voltage, which is calculated from the difference between the operating voltage and the sum of the forward voltages of the individual LEDs Li of a string Zj, is converted into the current sources or the switches Sk. Under normal operating conditions in a motor vehicle, the height of the on-board voltage is about 14 volts, resulting in an optimum operating module of three strings Zj with four serially connected LEDs Li to a residual voltage of about 2 volts. The efficiency for this case is 86% and is equivalent to or even better than a solution with a DC / DC voltage converter according to the prior art.
In konkreten Anwendungen besteht eine Leuchteneinheit jedoch nicht immer aus 12 Leuchtdioden Li. Das Prinzip, die Versorgungsspannung variabel auf mehrere Verbraucher zu Verteilen, gilt jedoch auch in diesem Fall.In However, a lighting unit does not exist in concrete applications always from 12 light-emitting diodes Li. The principle, the supply voltage However, variable distribution to several consumers also applies in this case.
In diesem Fall wird unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebsspannung VBAT die Anzahl der in Serie schaltbaren Verbraucher ermittelt und die Gesamtzahl der Verbraucher durch die Anzahl der in Serie schaltbaren Verbraucher geteilt. Dies ergibt die Anzahl der Stränge Zj, wobei im Falle eines verbleibenden Restes an Verbrauchern ein Reststrang mit einer kleineren Anzahl an Verbrauchern verbleibt. In diesem Fall ist es sinnvoll, einen verbleibenden Reststrang durch Wegnahme von je einem Verbraucher aus einem ursprünglich vollen Strang zu füllen, bis die Anzahl der Verbraucher in dem Reststrang der Anzahl der Verbraucher in einem ursprünglich vollständig gefüllten Strang entspricht, dem zum Ausgleich des Reststrangs Verbraucher weggenommen wurden. Hierbei ist es sinnvoll, die Anzahl der einem vollen Strang maximal weggenommenen Verbraucher beispielsweise auf einen oder zwei Verbraucher zu begrenzen.In this case, taking into account the actual operating voltage V BAT, the number of consumers that can be connected in series is determined and the total number of consumers is divided by the number of consumers that can be connected in series. This gives the number of strands Zj, leaving a residual strand with a smaller number of consumers in the case of a remaining remainder of consumers. In this case, it makes sense to fill a remaining residual strand by removing one consumer each from an originally full strand until the number of consumers in the remaining strand corresponds to the number of consumers in an originally completely filled strand, that is to compensate for the residual strand consumer were taken away. In this case, it makes sense to limit the number of consumers who have been taken off a full strand to, for example, one or two consumers.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durch eine Steuerung realisiert, welche mit in den vorbeschriebenen Chip mit den Schaltern Sk integriert sein kann. Auf diese Weise bildet der Chip eine universell einsetzbare Einrichtung, die eine bestimmte Anzahl von maximal verfügbaren Strängen und Schaltmöglichkeiten vorgibt, wobei die spezielle Anordnung der Leuchtdioden bzw. sonstigen Verbraucher durch einen Gestaltung der Platine bzw. Leiterbahnen frei vorgebbar ist.This inventive method is preferably realized by a controller, which in the previously described chip with the switches Sk can be integrated. In this way, the chip forms a universal device, the a certain number of maximum available strands and switching options pretending, wherein the special arrangement of the LEDs or other Consumers through a design of the board or traces is freely definable.
Dieses Konzept soll nachfolgend noch einmal an konkreter Beispielen beschrieben werden.This Concept will be described again below with concrete examples become.
Falls die Gesamtzahl der verwendeten LEDs Li eine restlose Zerlegung anders als in dem bereits beschriebenen Fall von 12 LEDs (12 = 3 × 2 × 2) nicht erlaubt, wird die Verschaltung der Matrix entsprechend modifiziert. Dazu wird zunächst die Gesamtzahl aller LEDs Li durch die Anzahl der in Serie schaltbaren LEDs Li, welche durch die zur Verfügung stehende Versorgungsspannung VBAT festgelegt ist, geteilt. Sofern ein Rest an LEDs Li übrig bleibt, werden so viele Stränge Zj um eine LED reduziert, wie überschüssige LEDs vorhanden sind. Diese werden in den Reststrang aus den übrigen LEDs eingereiht, wodurch sich die Verlustleistung insgesamt auf mehrere Stränge verteilt. Dies führt zu dem Ergebnis, dass die vollständigen Stränge eine LED Li mehr in Serie geschaltet haben als die verbleibenden Reststränge, zu denen nun auch die ursprünglich vollen Stränge zählen, welchen eine (oder mehrere) LEDs weggenommen wurden.If the total number of LEDs used, Li, does not allow a complete decomposition other than in the already described case of 12 LEDs (12 = 3 × 2 × 2), the interconnection of the matrix will be modified accordingly. For this purpose, the total number of all LEDs Li is first divided by the number of series-connected LEDs Li, which is determined by the available supply voltage V BAT . If a remnant remains of LEDs Li, so many strands Zj are reduced by one LED, as there are excess LEDs. These are placed in the residual strand from the other LEDs, which distributes the total power loss over several strands. This leads to the result that the complete strands have switched one LED Li more in series than the remaining strands, which now also include the originally full strands, to which one (or more) LEDs have been taken away.
Diese Anordnung ermöglicht eine Verteilung der insgesamt entstehenden Verlustleistungen auf mehrere Schalter Sk (Transistoren) in verschiedenen Strängen Zj und dient der Vermeidung von sogenannten Hotspots auf der Chipoberfläche, da die Verlustleistung auf insgesamt mehr verschiedene Schalter Sk aufgeteilt wird.These Arrangement allows a distribution of the total losses incurred several switches Sk (transistors) in different strands Zj and serves to avoid so-called hotspots on the chip surface, since the power loss on a total of more different switch Sk is split.
Zum
besseren Verständnis
folgen Verschaltungsbeispiele mit 6, 7, 8, 10 und 16 LEDs in den
Für den Fall,
dass in der in
Eine Verschaltung von vier LEDs Li in Reihe, die bei einer Versorgungsspannung VBAT größer 12 Volt und der Flussspannung VD einer Diode von 3 Volt möglich wäre, würde jedoch bedeuten, dass für den zweiten Strang Z2 nur noch zwei LEDs L5 und L6 zur Verfügung stehen. Dies würde eine vergleichsweise große Verlustleistung in dem zweiten Strang Z2 bedeuten.However, an interconnection of four LEDs Li in series, which would be possible with a supply voltage V BAT greater than 12 volts and the forward voltage V D of a diode of 3 volts, would mean that only two LEDs L5 and L6 are available for the second string Z2 stand. This would mean a comparatively large power loss in the second strand Z2.
Entsprechend
der zuvor beschriebenen Vorgehensweise, wird der Rest von zwei LEDs
L5 und L6 in dem zweiten Strang Z2 daher derart verändert, dass
von dem vollständig
gefüllten
Strang Z1 mit den vier Leuchtdioden L1 bis L4 eine Leuchtdiode L4
statt dem ersten Strang Z1 dem zweiten Strang Z2 zuordnet wird. In
diesem Fall verteilt sich die Verlustleistung gleichmäßig auf
die Stränge
Z1 und Z2, die jeweils drei in Serie geschaltete LEDs L1 bis L3
(für Z1)
und L4 bis L6 (für
Z2) aufweisen. Dieses Beispiel entspricht der in
In
den
Bei
einer Gesamtzahl von sieben LEDs L1 bis L7 verbleibt bei jeder Verschaltung
ein Rest, da es sich bei der Zahl 7 um eine Primzahl handelt. Bei
einer Reihenschaltung von maximal zwei LEDs Li in einem Strang Zj
(d. h. einer Versorgungsspannung VBAT von
weniger als 9 Volt) erhält
man drei volle Stränge
Z2, Z3 und Z4 und einen Strang Z1 mit nur einer LED L1. Dies ist
in
Anders
sieht es bei einer Reihenschaltung von drei LEDs in einem vollen
Strang aus (Versorgungsspannung VBAT zwischen
9 und 12 Volt), da in diesem Fall zwei vollständig gefüllte Stränge Z1 und Z2 und ein Reststrang
mit nur einer LED L1 erzeugt würde,
in dem eine vergleichsweise hohe Verlustleistung auftritt. Daher
ist es für
diesen Fall sinnvoll, eine LED Li aus einem vollständig gefüllten Strang
Zj dem Reststrang mit nur einer LED Li zuzuordnen, so dass man zu
der in
Für den Fall
einer gleichzeitigen Ansteuerung von acht LEDs L1 bis L8 stellt
eine Reihenschaltung von zwei LEDs Li pro Strang Zj bzw. vier LEDs
Li pro Strang Zj keine Probleme dar (8 = 2 × 2 × 2). Diese Varianten sind
in den
Entsprechende
Verschaltungsmatrizen sind für
eine Ansteuerung von 10 LEDs (
Zur Auslegung der erforderlichen Wärmeabführung für die in einem Chip entstandene Verlustleistung ist der im schlechtesten Falle erreichte Wirkungsgrad (WorstCase) wichtig. Zur Berechnung dieses Wirkungsgrades der vorbeschriebenen Schaltmatrizen ist ausschlaggebend, wie hoch die Spannung ist, die pro Strang Zj über den in dem Strang seriell geschalteten LEDs Li, über den in Serie geschalteten Stromquellen und den Schaltern Sk abfällt.to Interpretation of the required heat dissipation for the in A chip produced power loss is the worst in the Trap achieved efficiency (WorstCase) important. For calculating This efficiency of the above-described switching matrices is crucial, how high the tension is, per string Zj over that in the string serial switched LEDs Li, over the series current sources and the switches Sk drops.
Da der Strom durch die Schalter Sk, die Stromquelle und die Leuchtdioden Li in jedem Strang gleich ist, genügt es, für die Wirkungsgradberechnung die Spannung über den seriell geschalteten Bauelementen zu betrachten. Die jeweiligen Schaltschwellen in der Versorgungsspannung VBAT, die es erlauben, eine weitere LED Li mit in Serie in einem Strang Zj zu schalten, liegen bei einer realistisch angenommenen Flussspannungen von VD = 3 Volt bei 9 Volt, 12 Volt und 15 Volt, wobei die Schwelle von 18 Volt in den vorbeschrieben Beispielen nicht berücksichtigt wird, da diese in einem Versorgungsnetz eines Kraftfahrzeugs in der Regel nicht zuverlässig zur Verfügung stehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorbeschriebenen Beispiele beschränkt und kann je nach zur Verfügung stehender Versorgungsspannung erweitert werden.Since the current through the switches Sk, the current source and the light-emitting diodes Li in each strand is the same, it suffices to consider the voltage across the series-connected components for the efficiency calculation. The respective switching thresholds in the supply voltage V BAT , which make it possible to connect another LED Li in series in a string Zj are at a realistic assumed forward voltages of V D = 3 volts at 9 volts, 12 volts and 15 volts, where the threshold of 18 volts is not considered in the examples described above, as these are not reliably available in a supply network of a motor vehicle in the rule. However, the invention is not limited to the examples described above and can be extended depending on the available supply voltage.
In
der Tabelle gemäß
Eine
Vollständige
Aufstellung der Wirkungsgrade für
alle vorbeschriebenen Varianten findet sich in
Für den Fall einer Übertemperatur auf dem Chip wird durch eine Temperaturüberwachung immer zuerst ein Strang Zj mit den wenigstens seriellen LEDs Li abgeschaltet, denn für diese müssen die seriellen Schalter Sk und die Stromquellen am meisten Verlustleistung umsetzen. Dies hat den Vorteil, dass zum einen die thermische Belastung des Chips am stärksten sinkt, zum anderen aber die Gesamtleuchtstärke am wenigstens beeinflusst wird, da nur wenige LEDs abgeschaltet werden. Sollten mehrere Stränge die Mindestzahl an LEDs aufweisen und nicht vollständig besetzt sein, so kann ggf. nur ein Strang Zj abgeschaltet werden. Die restlichen, ebenfalls nicht vollständig gefüllten bzw. besetzten Stränge Zj können dann mit den nun frei gewordenen LEDs zu vollen Strängen aufgefüllt werden, um deren Verlustleistung zu verringern.In the case an overtemperature On the chip, a temperature monitor always turns on first Strand Zj with the at least serial LEDs Li off, because for this have to the serial switches Sk and the power sources the most power loss implement. This has the advantage that on the one hand, the thermal load of the chip the strongest decreases, but on the other hand, the overall luminosity least influenced is because only a few LEDs are turned off. Should several strands the Can have at least a minimum number of LEDs and not be fully occupied, so can if necessary only one strand Zj be switched off. The rest, too not completely filled or occupied strands Zj can then filled with the now freed LEDs to full strands, to reduce their power loss.
Dies zeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Beschaltung von Leuchtdioden in von der Betriebsspannung VBAT abhängigen unterschiedlichen Stranganordnungen ein hoher Leistungsgrad auch ohne eine Vorabregelung der Betriebsspannung erreicht werden kann. Dies führt zu geringeren Herstellungskosten, einer höheren Zuverlässigkeit der Schaltung durch Verringerung der Komplexität, aufgrund der gesparten Schaltelemente zu einem geringeren Gewicht der Schaltung und einem verringerten Bauvolumen. Ferner wird eine EMV-Abstrahlung vermieden.This shows that with the inventive wiring of LEDs in dependent of the operating voltage V BAT different strand arrangements, a high degree of performance can be achieved without a Vorabregelung the operating voltage. This leads to lower manufacturing costs, a higher reliability of the circuit by reducing the complexity, due to the saved switching elements to a lower weight of the circuit and a reduced overall volume. Furthermore, an EMC radiation is avoided.
Das erfindungsgemäße Prinzip, die aus mehr als einem Verbraucher bestehende Last bei variabler Versorgungsspannung so zu beschalten, dass die Versorgungsspannung ohne Umwandlung maximal belastet wird, gilt neben dem konkret anhand von Leuchtdioden beschriebenen Beispiel auch für andere Lasten, beispielsweise resistive Heizelemente.The inventive principle, the load consisting of more than one consumer with a variable supply voltage to connect so that the supply voltage without conversion maximum is charged, applies in addition to the concrete described using light-emitting diodes Example also for other loads, such as resistive heating elements.
- 11
- Schaltungcircuit
- 22
- Spannungs- bzw. Stromquellevoltage or power source
- 33
- MasseDimensions
- 44
- Versorgungsleitungensupply lines
- 55
- Strangleitungenstring cables
- 66
- Verbindungsleitungeninterconnectors
- LiLi
- Leuchtdiode LED, i = 1, ..., nled LED, i = 1, ..., n
- Zjzj
- Strang mehrerer, in Serie geschalteter LEDs, j = 1, ..., mstrand several series-connected LEDs, j = 1, ..., m
- Sksk
- Schalter, k = 1, ..., lSwitch, k = 1, ..., l
- VBAT V BAT
- Betriebsspannung, VersorgungsspannungOperating voltage, supply voltage
- VD V D
- Flussspannungforward voltage
- ID I D
- Diodenstromdiode current
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|
| DE (1) | DE102007006438B4 (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012533883A (en) * | 2009-07-17 | 2012-12-27 | ブリッジラックス インコーポレイテッド | Reconfigurable LED array and use in lighting system |
| US8487554B2 (en) | 2008-07-29 | 2013-07-16 | Koninklijke Philips N.V. | Illumination device comprising multiple LEDs |
| EP2908609A1 (en) * | 2014-01-27 | 2015-08-19 | odelo GmbH | Luminaire and motor vehicle light equipped with the same and method for the operation thereof |
| EP2991453A1 (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-02 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Led lighting device |
| WO2016044869A1 (en) * | 2014-09-22 | 2016-03-31 | Zizala Lichtsysteme Gmbh | Method and circuit arrangement for feeding a series circuit of n led units |
| EP2668818B1 (en) | 2011-01-28 | 2016-05-18 | Webasto SE | Electrical heater, vehicle having an electrical heater and method for controlling an electrical heater |
| DE102014223439A1 (en) * | 2014-11-17 | 2016-05-19 | Osram Gmbh | Optoelectronic circuit and method for operating an optoelectronic circuit |
| WO2017021041A1 (en) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | Osram Gmbh | Voltage-dependent connection of individual light sources |
| FR3041203A1 (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-17 | Valeo Vision | POWER MANAGEMENT OF A MICRO OR NANO-WIRE LED LIGHT SOURCE |
| DE102016217056A1 (en) | 2016-09-08 | 2018-03-08 | Osram Gmbh | Voltage-dependent operation of individual light sources |
| EP2788678B1 (en) * | 2011-12-06 | 2021-12-08 | LT Lighting (Taiwan) Corporation | Lamp powering technology |
| DE102023207264A1 (en) | 2023-07-28 | 2025-01-30 | Webasto SE | Electric heating |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE9313820U1 (en) * | 1993-09-13 | 1994-01-20 | Gebensleben, Enno, 22547 Hamburg | Bicycle lights |
| DE10159765C2 (en) * | 2001-12-05 | 2003-11-06 | Audi Ag | Arrangement for controlling a number of light-emitting diodes and method for operating such an arrangement |
| US7009580B2 (en) * | 2002-03-01 | 2006-03-07 | Cotco Holdings, Ltd. | Solid state lighting array driving circuit |
| US6989807B2 (en) * | 2003-05-19 | 2006-01-24 | Add Microtech Corp. | LED driving device |
| GB0407574D0 (en) * | 2004-04-03 | 2004-05-05 | Oxley Dev Co Ltd | Method and drive circuit for controlling leds |
| US7081722B1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-07-25 | Kimlong Huynh | Light emitting diode multiphase driver circuit and method |
-
2007
- 2007-02-05 DE DE102007006438.3A patent/DE102007006438B4/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8487554B2 (en) | 2008-07-29 | 2013-07-16 | Koninklijke Philips N.V. | Illumination device comprising multiple LEDs |
| JP2012533883A (en) * | 2009-07-17 | 2012-12-27 | ブリッジラックス インコーポレイテッド | Reconfigurable LED array and use in lighting system |
| EP3664073A1 (en) * | 2009-07-17 | 2020-06-10 | Philips Lighting Holding B.V. | Reconfigurable led array and use in lighting system |
| EP2668818B1 (en) | 2011-01-28 | 2016-05-18 | Webasto SE | Electrical heater, vehicle having an electrical heater and method for controlling an electrical heater |
| EP2788678B1 (en) * | 2011-12-06 | 2021-12-08 | LT Lighting (Taiwan) Corporation | Lamp powering technology |
| EP2908609A1 (en) * | 2014-01-27 | 2015-08-19 | odelo GmbH | Luminaire and motor vehicle light equipped with the same and method for the operation thereof |
| FR3025395A1 (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-04 | Commissariat Energie Atomique | LED LIGHTING DEVICE |
| EP2991453A1 (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-02 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Led lighting device |
| US9936549B2 (en) | 2014-08-26 | 2018-04-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | LED lighting device |
| WO2016044869A1 (en) * | 2014-09-22 | 2016-03-31 | Zizala Lichtsysteme Gmbh | Method and circuit arrangement for feeding a series circuit of n led units |
| US10071672B2 (en) | 2014-09-22 | 2018-09-11 | Zkw Group Gmbh | Method and circuit arrangement for feeding a series circuit of n LED units |
| DE102014223439A1 (en) * | 2014-11-17 | 2016-05-19 | Osram Gmbh | Optoelectronic circuit and method for operating an optoelectronic circuit |
| DE102014223439B4 (en) | 2014-11-17 | 2023-08-24 | Pictiva Displays International Limited | Optoelectronic circuit and method of operating an optoelectronic circuit |
| US10165648B2 (en) | 2014-11-17 | 2018-12-25 | Osram Oled Gmbh | Optoelectronic circuit and method for operating an optoelectronic circuit |
| US10327294B2 (en) | 2015-08-05 | 2019-06-18 | Osram Gmbh | Voltage-dependent connection of individual light sources |
| WO2017021041A1 (en) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | Osram Gmbh | Voltage-dependent connection of individual light sources |
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