DE102008039526A1

DE102008039526A1 - Verfahren zur Stromversorgung eines LED-Arrays sowie Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102008039526A1
Application number: DE102008039526A
Authority: DE
Inventors: Martin Trinschek; Ulrich Marxmeier; Ralf Edelmeier; Thomas Fark
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2008-08-23
Filing date: 2008-08-23
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2028-08-24
Also published as: DE102008039526B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromversorgung eines LED-Arrays (4) mit zumindest zwei parallel geschalteten LED-Zweigen (6, 8), in denen jeweils mindestens eine LED (10) mit einem regelbaren Widerstand (12) in Reihe geschaltet ist, und mit einer Regelelektronik (16) zur Regelung der Widerstände (12) sowie einer mit dem LED-Array (4) in Reihe geschalteten Stromquelle (2), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Stromeinspeisung in das LED-Array (4) durch die Stromquelle (2), - Messung der Ströme in den einzelnen LED-Zweigen (6, 8) durch zumindest ein Strommessmittel (14), - Vergleich der gemessenen Ströme miteinander in der Regelelektronik (16) und - Regelung der Widerstände (12) in Abhängigkeit des durchgeführten Vergleichs, wobei die regelbaren Widerstände (12) von der Regelelektronik (16) derart geregelt werden, dass die Ströme in den einzelnen LED-Zweigen (6, 8) im Wesentlichen gleich groß sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Beleuchtungseinheit mit einer derartigen Schaltungsanordnung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stromversorgung eines LED-Arrays sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Derartige Verfahren und Schaltungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt.
Beispielsweise ist aus der EP 1 449 408 B1 ein Verfahren zur Stromversorgung eines LED-Arrays sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung für ein LED-Array weist zumindest zwei parallel geschaltete LED-Zweige auf, in denen jeweils mindestens eine LED mit einem regelbaren Widerstand in Reihe geschaltet ist. Die regelbaren Widerstände sind dabei Teil einer Regelelektronik. Das LED-Array ist hier an eine Spannungsquelle angeschlossen. Um eine vorgegebene Verteilung der Ströme auf die LED-Zweige auch bei unterschiedlichen Durchlassspannungen oder bei einer Veränderung der Durchlassspannungen zu erreichen, wird in der EP 1 449 408 B1 vorgeschlagen, den Strom in den einzelnen LED-Zweigen über die als Transistoren ausgebildeten regelbaren Widerstände so einzustellen, dass die an den Emitterwiderständen abfallende Spannung ca. 0,65 V unter dem gemeinsamen Basispotential liegt. Die Ströme in den einzelnen LED-Zweigen werden damit so geregelt, dass die Spannungen an den Emitterwiderständen gleich sind. Die bekannte Schaltungsanordnung soll insbesondere dazu geeignet sein, dass die durch die Dimensionierung der Emitterwiderstände vorgegebene Stromverteilung auch bei einem Ausfall eines LED-Zweigs für die übrigen LED-Zweige aufrechterhalten werden kann.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Stromversorgung eines LED-Arrays anzugeben, bei dem eine symmetrische Stromaufteilung auf die einzelnen LED-Zweige sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass im Unterschied zu dem bekannten Verfahren eine symmetrische Stromaufteilung auf die einzelnen LED-Zweige sichergestellt ist. Dies ist insbesondere für den Fall vorteilhaft, wenn ein LED-Zweig, beispielsweise durch eine defekte LED, hochohmig ausfällt, da dann auch der Strom in den übrigen LED-Zweigen soweit heruntergeregelt wird, dass diese LED-Zweige ebenfalls abgeschaltet sind. Eine einfache und eindeutige Fehlererkennung ist damit auch mit herkömmlichen Steuergeräten, die üblicherweise auf die Detektion eines Ausfalls von Glühlampen ausgelegt sind, ermöglicht. Die im Wesentlichen gleichen Teilströme in den einzelnen LED-Zweigen werden allein über den durch die Stromquelle eingeprägten Gesamtstrom bestimmt, der in weiten Grenzen variiert werden kann. Eine weitere Justierung ist nicht erforderlich. Unterschiede in den Vorwärtsspannungen der Lasten, hier LED's, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren automatisch kompensiert; gleiches gilt für dynamische Änderungen und Nichtlinearitäten. Mischbestücken mit LED's verschiedender Vorwärtsspannungen werden ebenfalls kompensiert.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der regelbare Widerstand in dem LED-Zweig mit dem geringsten Stromfluss durch die Regelelektronik auf einen möglichst geringen Widerstandswert, insbesondere etwa 0 Ω, geregelt wird. Auf diese Weise ist die Verlustleistung der Schaltungsanordnung wirksam reduziert.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestanden darin, eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Beleuchtungseinheit mit einer derartigen Schaltungsanordnung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 und einer Beleuchtungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung liegt insbesondere darin, dass eine Stromquelle anstelle einer Spannungsquelle zur Stromversorgung eines LED-Arrays verwendet wird. Aufgrund des eingeprägten, genau definierten Stroms sind die gewünschten Leuchteigenschaften des LED-Arrays, wie zum Beispiel die Helligkeit, sichergestellt.
Grundsätzlich ist das zumindest eine Strommessmittel nach Anzahl, Anordnung und Arbeitsweise in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Beispielsweise ist es denkbar, dass ein einziges Strommessmittel zur Messung jedes der Ströme in den einzelnen LED-Zweigen des LED-Arrays ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise ist jeweils zumindest ein Strommessmittel in jeweils einen LED-Zweig in Reihe mit der jeweils mindestens einen LED und dem regelbaren Widerstand geschaltet.
Die regelbaren Widerstände sind nach Art, Arbeitsweise, Material und Anordnung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Vorteilhafterweise sind die regelbaren Widerstände als MOSFET oder Bipolar-Transistoren ausgebildet, da es sich dabei um kostengünstige und robuste Standardbauteile handelt.
Die Schaltungsanordnung kann beispielsweise aus einzelnen Bauteilen oder Modulen bestehen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Stromquelle und die restlichen Schaltungsteile als eine einzige integrierte Baugruppe ausgebildet sind. Hierdurch ist die Kompaktheit der Schaltungsanordnung erhöht sowie der Verdrahtungsaufwand verringert.
Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
Fig. den Schaltplan eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
In der Fig. ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Die Schaltungsanordnung ist hier Teil einer nicht näher dargestellten und als Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildeten Beleuchtungseinheit und weist eine Stromquelle 2 auf, die elektrisch in Reihe mit einem LED-Array 4 geschaltet ist. Das LED-Array 4 stellt hier eine Lichtquelle des Kraftfahrzeugscheinwerfers dar, beispielsweise zur Erzeugung des Abblendlichts, und wird in dem eingeschalteten Zustand des Abblendlichts durch die Stromquelle 2 mit Strom versorgt.
Das LED-Array 4 weist hier zwei elektrisch parallel geschaltete LED-Zweige 6 und 8 auf. In jedem der LED-Zweige 6 und 8 sind mehrere LED's 10 elektrisch in Reihe geschaltet, nämlich LED1, LED2 bis LEDN in LED-Zweig 6 und LEDN+1, LEDN+2 bis LED2N in LED-Zweig 8, wobei N eine natürliche Zahl ist. In jedem der LED-Zweige 6 und 8 ist ein regelbarer Widerstand 12, nämlich R1 und R2, mit den LED's 10 elektrisch in Reihe geschaltet. Die regelbaren Widerstände 12 sind hier jeweils als MOSFET ausgebildet. Darüber hinaus ist in jedem der LED-Zweige 6 und 8 ein Strommessmittel 14 mit den LED's 10 und den Widerständen 12 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Strommessmittel 14 stehen in Signalübertragungsverbindung mit einer Regelelektronik 16, die wiederum in Signalübertragungsverbindung mit den regelbaren Widerständen 12 steht.
Die Stromquelle 2 und die restlichen Schaltungsteile 4 bis 16 sind hier als eine einzige integrierte Baugruppe ausgebildet.
Im Nachfolgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Fig. näher erläutert.
Das Abblendlicht des Kraftfahrzeugscheinwerfers wird auf dem Fachmann bekannte Weise eingeschaltet, worauf die Stromquelle 2 das LED-Array 4 mit einem vorher festgelegten Strom versorgt und die LED's 10 des LED-Arrays 4 leuchten. Die beiden regelbaren Widerstände 12 sind hier zunächst auf einen Widerstandswert von jeweils etwa 0 Ω geregelt, um die Verlustleistung möglichst gering zu halten. Die Formulierung etwa 0 Ω bedeutet in diesem Zusammenhang, dass praktisch unvermeidbare Bauteiltoleranzen sowie Bauteilinnenwiderstände praktisch zu einem Widerstandswert von näherungsweise 0 Ω führen.
Mittels der Strommessmittel 14 wird nun der jeweilige Stromfluss in den beiden LED-Zweigen 6 und 8 gemessen und als Ausgangssignal des jeweiligen Strommessmittels 14 zur weiteren Verarbeitung an die Regelelektronik 16 weitergeleitet. In der Regelelektronik 16 werden die gemessenen Ströme miteinander verglichen und die regelbaren Widerstände 12 werden in Abhängigkeit des durchgeführten Vergleichs geregelt. Dabei werden die regelbaren Widerstände 12 von der Regelelektronik 16 derart geregelt, dass die Ströme in den einzelnen LED-Zweigen 6 und 8 des LED-Array 4 im Wesentlichen gleich groß sind.
Dies geschieht somit unabhängig von dem durch die Stromquelle 2 in das LED-Array 4 eingespeisten Gesamtstrom, der in weiten Grenzen und abhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall variierbar ist. Im Einzelnen überprüft die Regelelektronik 16 durch den vorgenannten Vergleich, in welchem der LED-Zweige 6, 8 der niedrigste Strom fließt. Ist dies beispielsweise der LED-Zweig 6, so würde der Widerstandswert des regelbaren Widerstands 12 in dem LED-Zweig 6 durch die Regelelektronik 16 auf dem Fachmann bekannte Weise so weit erniedrigt, also der Strom in dem LED-Zweig 6 so weit aufgeregelt, bis dass der Stromfluss in dem LED-Zweig 6 gleich dem in dem LED-Zweig 8 ist.
Aufgrund der Tatsache, dass hier beide regelbaren Widerstände 12 bereits auf etwa 0 Ω herabgeregelt worden sind, ist dies nicht möglich. Deshalb wird in einem solchen Fall wie hier, bei dem der Strom eines LED-Zweigs, hier LED-Zweig 6, nicht weiter aufgeregelt, also erhöht, werden kann, der Strom in den anderen LED-Zweigen, hier LED-Zweig 8, herabgeregelt, also erniedrigt. Dies geschieht dadurch, dass die Regelelektronik 16 den regelbaren Widerstand 12 in dem LED-Zweig 8 derart ansteuert, dass dessen Widerstandswert entsprechend erhöht wird.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine symmetrische Verteilung des Gesamtstroms auf die einzelnen LED-Zweige 6, 8 des LED-Arrays 4 sichergestellt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispielsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren und die Schaltungsanordnung zu dessen Durchführung auch bei anderen Beleuchtungseinheiten und auch auf anderen technischen Gebieten vorteilhaft einsetzbar. Auch die Anzahl der LED-Zweige sowie der LED's in den einzelnen Zweigen ist in weiten geeigneten Grenzen wählbar. Beispielsweise ist es ein Vorteil der Erfindung, dass sich die Anzahl der LED's je LED-Zweig voneinander unterscheiden kann. Auch ist es denkbar, dass in einem einzigen LED-Zweig oder auch in verschiedenen LED-Zweigen verschiedene Bauarten von LED's mit beispielsweise voneinander abweichenden Vorwärtsspannungen zum Einsatz kommen.

2: Stromquelle
4: LED-Array
6: LED-Zweig
8: LED-Zweig
10: LED
12: Regelbarer Widerstand
14: Strommessmittel
16: Regelelektronik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1449408 B1 [0003, 0003]

Claims

Verfahren zur Stromversorgung eines LED-Arrays (4) mit zumindest zwei parallel geschalteten LED-Zweigen (6, 8), in denen jeweils mindestens eine LED (10) mit einem regelbaren Widerstand (12) in Reihe geschaltet ist, und mit einer Regelelektronik (16) zur Regelung der Widerstände (12) sowie einer mit dem LED-Array (4) in Reihe geschalteten Stromquelle (2), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Stromeinspeisung in das LED-Array (4) durch die Stromquelle (2), – Messung der Ströme in den einzelnen LED-Zweigen (6, 8) durch zumindest ein Strommessmittel (14), – Vergleich der gemessenen Ströme miteinander in der Regelelektronik (16) und – Regelung der Widerstände (12) in Abhängigkeit des durchgeführten Vergleichs, wobei die regelbaren Widerstände (12) von der Regelelektronik (16) derart geregelt werden, dass die Ströme in den einzelnen LED-Zweigen (6, 8) im Wesentlichen gleich groß sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der regelbare Widerstand (12) in dem LED-Zweig (6, 8) mit dem geringsten Stromfluss durch die Regelelektronik (16) auf einen möglichst geringen Widerstandswert, insbesondere etwa 0 Ω, geregelt wird.
Schaltungsanordnung für ein LED-Array (4) zur Durchführung eines der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit zumindest zwei parallel geschalteten LED-Zweigen (6, 8), in denen jeweils mindestens eine LED (10) mit einem regelbaren Widerstand (12) in Reihe geschaltet ist und mit einer Regelelektronik (16) zur Regelung der Widerstände (12), dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Array (4) zur Stromversorgung in Reihe mit einer Stromquelle (2) geschaltet ist und die regelbaren Widerstände (12) durch die Regelelektronik (16) in Abhängigkeit der Ausgangssignale von zumindest einem Strommessmittel (14) zur Messung der Ströme in den einzelnen LED-Zweigen (6, 8) regelbar sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zumindest ein Strommessmittel (14) in jeweils einen LED-Zweig (6, 8) in Reihe mit der jeweils mindestens einen LED (10) und dem regelbaren Widerstand (12) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbaren Widerstände (12) als MOSFET oder Bipolar-Transistoren ausgebildet sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (2) und die restlichen Schaltungsteile (4–16) als eine einzige integrierte Baugruppe ausgebildet sind.
Beleuchtungseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 aufweist.