本发明涉及用于探测多个发光二极管中的至少一个发光二极管的缺陷的诊断装置和方法，这些发光二极管连接成发光二极管列，通过该发光二极管列使得两个供电接头相互连接。该发光二极管列尤其可以在汽车前照灯中予以提供。但该发光二极管列也可以是家用照明系统的组成部分，或者是另一种照明装置的组成部分。
背景技术：
在led发光器件（led-lightemittingdiode，发光二极管）中常见的是，各个发光二极管串联，以便形成led串或发光二极管列，并从电流源为其供电。一个单个的发光二极管列在此可以由10个以上串联的单发光二极管构成。一个发光二极管列通常只有两个供电接头，以便让电流源的电流流经发光二极管列。
在对发光二极管列的诊断中，可以识别出一个单个的发光二极管的缺陷或失灵。缺陷可能在于，发光二极管永久地不导通，也就是说，产生了电空载。于是，全部的发光二极管都失灵了，因为电流源的电流无法再流通了。缺陷也可能在于，有缺陷的发光二极管永久地电导通，也就是熔合短路。于是，这个有缺陷的发光二极管就是保持不亮，而它仍然流通电流。用于识别单led失灵的诊断特别是对于汽车领域的led发光器件来说是重要的，以便警告汽车使用者，其前照灯不再具有法律规定的最低量度了，因为至少一个发光二极管失灵了。于是，通常整个汽车前照灯被去激活，以便由此模仿烧断的白炽灯。这样就能让驾驶员注意到该故障。但尤其关键的是，激活或者产生故障信号，以便能够通过仪表盘警告或通报驾驶员。
因此，识别发光二极管失灵或者探测发光二极管列的多个发光二极管中的至少一个的缺陷对于安全而言至关重要。
对于具有串联的多个发光二极管的发光二极管列来说，识别单led短路即熔合短路的或永久导通的发光二极管是重要的，因为，在供电接头之间的因单led短路而产生的电压变化会小于整个发光二极管列的通常的支路电压变化。led串或发光二极管列的支路电压变化主要因如下影响而产生：led正向偏压或导通电压uf的由生产引起的变化、led正向偏压uf与led电流的非线性关系、led正向偏压uf与led阻挡层温度的非线性关系、在插塞触头和导线上的变化的电压降，所述电压降还可以体现出与因led阻挡层温度变化引起的led正向偏压变化不同的温度关系。
另外，无法清楚地确定在短路情况下led正向偏压uf减小到多大的电压值，这使得单led短路识别的问题雪上加霜。
为此由us8843331b2已知，为了识别单led失灵，给发光二极管列的每个发光二极管都并联一个探测电路，该探测电路分析在相应的发光二极管上下降的电压。于是，每个探测电路都各自产生一个失灵信号，如果并联的发光二极管被识别为有缺陷。该解决方案的缺点是，产生了较大的布线成本，因为必须给每个发光二极管都并联一个自己的探测电路。
技术实现要素：
本发明的目的是，低成本地实现探测发光二极管列上的发光二极管的缺陷。
该目的通过独立权利要求的主题得以实现。从属权利要求的特征给出了本发明的有利的改进。
通过本发明提供了一种用于探测多个发光二极管中的至少一个发光二极管的缺陷的诊断装置，这些发光二极管共同地连接成一个发光二极管列或发光二极管串。发光二极管列把第一供电接头与第二供电接头连接起来。
该诊断装置能够识别出至少一个发光二极管的缺陷，而无需为此测量发光二极管上的各个电压。确切地说，只需测量在供电接头之间下降的电压，即支路电压或在各个发光二极管上下降的电压总和。为此根据本发明规定，给每个发光二极管都并联一个电阻元件，并提供测量机构，该测量机构被设计用来在无发光二极管发光时所在的发光暂停中在两个供电接头之间产生诊断电流。电阻元件例如可以通过分立的电阻比如smd器件来实现。也可以在每个发光二极管中集成电阻元件。
诊断电流经过适当设计，从而由它在每个电阻元件上产生比正向偏压小的电压。正向偏压是这样一种电压，并联的相应发光二极管从该电压起发光。通过测量机构来提供或检测在供电接头之间下降的诊断电压的电压值。诊断装置因而整体上规定，给发光二极管列并联一列电阻元件，其中，相应的电阻元件通过横向导线或连接导线分别与指配的发光二极管的阳极或阴极电连接。
采用本发明得到了如下优点：通过诊断电流产生的诊断电压的电压值与发光二极管列中的有缺陷的或者功能异常的发光二极管的数量有关，这里可以针对不同数量的有缺陷的发光二极管简单地分析电压值的相对差异，因为测量误差由并联电阻的误差决定，而不是由led的大误差决定，例如可以毫无问题地以±1%的误差来选取所述并联电阻。
本发明还涵盖一些可选的改进，通过这些改进的特征产生了附加的优点。
一种改进能实现在至少一个发光二极管有缺陷时自动地产生故障信号。这种改进规定，分析机构被设计用来根据诊断电流的电流强度值和诊断电压的电压值，求取各电阻元件和各发光二极管的在供电接头之间起作用的电阻的总电阻值，并根据该总电阻值产生故障信号。这种改进具有如下优点：总电阻值与各电阻元件的相应电阻值有关，因而可以通过选择各电阻元件的电阻值来补偿在个别发光二极管因未知的正向偏压而熔合短路或短路时产生的不可衡量性。当总电阻值小于各电阻元件的电阻总和减去预定的误差值时就会产生故障信号。误差值例如可以补偿测量机构的测量精度。于是，故障信号表明至少一个发光二极管熔合短路或短路。所述分析机构例如可以基于微处理器或微控制器来实现。
代替诊断电流，也可以产生工作电流，该工作电流的大小使得它能让功能正常的全部发光二极管都处于发光状态。于是，如果发光二极管之一有缺陷，致使其永久地禁止电流流通（电空载），就会产生比各发光二极管的正向偏压总和大的诊断电压值。因而也可以识别出该缺陷。
一种改进甚至可以实现识别出有多少个发光二极管失灵。按照这种改进，在分析机构中规定了多个无交叠的值间隔。分析机构被设计用来根据总电阻值处于哪个值间隔来通过故障信号通报有缺陷的发光二极管的数量。如果全部发光二极管都功能正常，则总电阻值就等于各电阻元件的电阻值总和。如果有一个发光二极管短路或熔合短路，则总电阻值就等于各电阻元件的电阻值总和减去熔合短路的那个发光二极管所跨接的电阻元件的电阻值。若两个有缺陷的发光二极管分别熔合短路，总电阻值就相应地减小。
一种改进能实现可靠地探测出至少一个有缺陷的发光二极管，并且技术代价小。按照这种改进，各电阻元件具有小于2%的误差。换句话说，比2%更精确地已知各电阻元件的电阻值。误差小于2%的电阻元件可成本低廉地得到。但电阻值的误差却是一个重要的方面，以便得到诊断电压的电压值的明显差异，该差异比如在发光二极管失灵时产生。
采用一种改进，每个电阻元件的相应的电阻值比并联的发光二极管的在其熔合短路的缺陷状态下的相应的电阻值大至少10倍、特别是50倍。每个电阻元件的电阻值因而明显大于在故障情况下要识别的led电阻。“明显大于”系指至少一个数量级，即至少为因数10。特别地，每个电阻元件的相应的电阻值至少为20欧姆，尤其至少为50欧姆。然而，并联电阻的真正的设计标准是，它应大于短路的led的电阻值，从而恰好还能识别出其短路。合适的电阻值因而可以由本领域技术人员借助简单的试验求得。这些电阻值的优点是，在正常工作中，即在功能正常的发光二极管发光时所在的照明阶段期间，在相应的电阻元件上产生小的损耗功率。另一优点是，供电接头之间的总电阻几乎改变了所述电阻值，如果发光二极管永久地熔合短路或电导通。这个有缺陷的发光二极管的电阻值因而可以小于5欧姆，尤其小于2欧姆。
一种改进规定，这些电阻元件全部都具有相同的电阻值。这样便于分析诊断电压。为了探测有缺陷的发光二极管，可以采用相同的阈值或极限值，因为所产生的诊断电压变化与哪一个发光二极管有缺陷无关。
而一种替代的改进则规定，至少两个特别是全部的电阻元件具有不同的电阻值。由此得到这样的优点：借助于总电阻值可以识别出或者推导出或者推定在发光二极管列中的哪一个发光二极管有缺陷。
一种改进规定，被设置用来产生照明阶段的工作电流的电流源也产生诊断电流。由此得到这样的优点：不必在诊断装置中提供用于产生诊断电流的额外的源。
一种替代的改进则规定，设置一个不同于电流源的电压源，用来产生诊断电流。因而在该改进中，诊断装置具有用于产生在发光二极管发光时所在的照明阶段的工作电流的电流源和与其不同的用于产生诊断电流的电压源。由此得到这样的优点：可以采用在电路技术方面更为简单和/或更加成本低廉的电流源。其原因是，电流源不必为工作电流和诊断电流提供比如对于这二者必需的不同的电流强度值。涉及附加的电压源的该改进根据一种改进还具有使得电流源和电压源电耦接的开关部件。测量机构在此被设计用于使得开关部件在照明阶段保持在非电接通的状态下，而在无发光二极管发光时所在的照明暂停中则保持在电接通的状态下。由此以有利的方式避免工作电流经由电压源流走。
借助于在发光阶段中的所述诊断电流，可以探测到发光二极管列中的熔合短路的发光二极管。一种改进附加地规定，诊断装置被设计用于在发光阶段探测在供电接头之间下降的工作电压的电压突变，流经发光的发光二极管的工作电流引起了所述工作电压。此外，诊断装置被设计用来产生失灵信号，如果电压突变的量值大于预定的阈值。电压突变可以是电压上升或电压下降。如果led突然增大电阻，就会产生电压上升。如果led突然熔合短路（短路），就会产生电压下降。通过这种改进产生了如下优点：即使在发光二极管发光时所在的持续工作期间，也能探测到发光二极管的工作可靠性变化，即借助于从功能正常状态到有缺陷的状态的过渡且借助于由此产生的工作电压变化即电压突变来识别出至少一个发光二极管的缺陷。
为了产生诊断电流，需要发光暂停。一种改进规定，测量机构被设计用来在诊断装置起动时在发光二极管投入工作之前产生诊断电流。诊断装置的起动表明从无电压的状态向供应电压的状态过渡。因而例如可以在汽车起动时探测到何时通过汽车点火来提供供电电压。作为其附加或替代可以规定，在发光二极管列的脉冲宽度调制的工作模式下采用闭锁周期，在这些闭锁周期期间，全部发光二极管都不发光或不工作。因而在发光二极管的pwm工作的pwm接通暂停（pwm—脉冲宽度调制）期间产生诊断电流。由此得到这样的优点：可以在发光二极管列的两个工作阶段或照明阶段之间提供诊断。
本发明还涵盖一种具有多个发光二极管的照明装置，这些发光二极管连接成一个发光二极管列，该发光二极管列把第一供电接头与第二供电接头连接起来，其中，提供了本发明的诊断装置的一个实施方式。该照明装置因而具有本发明的诊断装置的实施方式。
照明装置优选被构造成汽车前照灯。
但该照明装置也可以是家用照明系统或另一照明装置的组成部分。
最后，本发明还涵盖一种用于探测多个发光二极管中的至少一个发光二极管的缺陷的方法，这些发光二极管连接成发光二极管列，通过该发光二极管列将第一供电接头与第二供电接头连接起来。该方法基于给每个发光二极管都并联一个电阻元件。测量机构在无发光二极管发光时所在的发光暂停中在两个供电接头之间产生诊断电流。通过该诊断电流在每个电阻元件上都产生比正向偏压小的电压，从该正向偏压起，并联的相应发光二极管发光。检测在供电接头之间下降的诊断电压。诊断电压是支路电压或总电压。采用该方法也得到了如下优点：诊断电压的电压值与有缺陷的发光二极管的数量有关，减小了正向偏压的变化的影响。
本发明还涵盖根据本发明的方法的一些改进，这些改进具有比如已结合本发明的诊断装置的改进介绍过的特征。出于这个原因，本发明的方法的相应的改进在此不予以赘述。
附图说明
下面介绍本发明的一个实施例。为此，唯一的附图1示意性地示出了本发明的照明装置的一个实施方式。
具体实施方式
下面介绍的实施例是本发明的优选实施方式。在该实施例中，该实施方式的所介绍的各组件是本发明的要彼此独立地考察的各个特征，这些特征也分别彼此独立地改进了本发明，进而也可单独地或者以与所示不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，所介绍的实施方式也可用本发明的已说明过的其它特征予以补充。
图1示出了照明装置1，其例如可以被设计成汽车前照灯。示出了led发光器件2和led控制器3。led发光器件2通过两个供电接头4与led控制器3电连接。在led发光器件2中，在这些供电接头4之间接入由发光二极管6构成的发光二极管列5。为明了起见，只有一些发光二极管6标出了附图标记。发光二极管列5总共有整数n个发光二极管6，其中，n是大于1的自然数。led控制器3被设计用来在那些供电接头4上提供电流i。通过电流i，在这些供电接头4之间引起或产生支路电压或者简写为电压u。在工作中，这些发光二极管6应该发光，对于所述工作来说，电流i具有电流强度值，由于该电流强度值，在这些发光二极管6上分别下降导通电压或正向偏压ufi。下标i在此分别表示发光二极管6之一，其中，下标i的值为1~n。具有工作电流的电流强度值的电流i通过led控制器借助于电流源7产生。
针对照明装置1规定，对led发光器件2予以如下监视：探测至少一个发光二极管6是否有缺陷。为此无需用于各个发光二极管6的各自的诊断电路。替代地设置有诊断装置8，其具有如下元件：其一为，设置了由多个电阻元件10构成的电阻排9。为明了起见，在这些电阻元件10中仅给其中的一些标出了附图标记。每个电阻元件10都可以例如被提供为分立的器件，即电的电阻部件。电阻元件10也可以集成到相应的发光二极管6中。这些电阻元件10分别具有电阻值ri，其中，i也是每个电阻元件的下标。总共提供了n个电阻元件10。每个电阻元件10都分别与一个发光二极管6并联。诊断装置8还包括测量机构11，该测量机构具有电压测量单元12。利用电压测量单元12，采用本已公知的方式检测供电接头4之间的电压u。测量机构11还可以具有不同于电流源7的电压源13。该电压源13可以产生测试电压u0。作为其替代，电流源7本身也可以是测量机构11的组成部分。
可以任选地设置有开关15，其可以受测量机构11控制，且可以被设置用来使得电流源7和电压源13彼此电解耦。通过开关15可以交替地使得电流源7和电压源13与发光二极管列5联接或耦接或电连接。
诊断装置8还可以包括分析机构16，该分析机构例如可以基于微控制器或微处理器来提供，或者也可以基于类似的电路来提供。分析机构16可以被设计用于产生故障信号17，该故障信号表明，在发光二极管列5中有至少一个发光二极管6永久地导通或熔合短路。分析机构16还可以被设计用来产生失灵信号18，该失灵信号表明，发光二极管6之一永久地熔合短路或永久地电截止或空载。分析机构16为此从电压测量单元12接收电压u的电压值19。此外提供电流i的电流强度的电流强度值20。该电流强度值可以事先已知，并固定地存储在分析机构16中。还可以规定，电流强度值16通过测量机构11借助测量电阻r测量来求取，如果电流i由电流源产生。基于测试电压u0，也可以将电流强度值i计算为i=(u0-u)r测量。
在照明阶段期间，将流经电流源7的电流i提供为工作电流，且发光二极管6应发光，在所述照明阶段期间，发光二极管6的失灵会导致电压u如下产生：
然而在这里，基于在电压u与正向偏压ufi总和之间的差进行的诊断由于正向偏压ufi的误差而不可靠。为了避免正向偏压的大误差问题，针对诊断装置8使得相应的电阻元件10与每个发光二极管6并联。这些电阻元件10可成本低廉地购得并且误差小，其误差小于2%，例如为1%。在设计这些并联的电阻元件10时，为了可靠地识别出led短路，需要考虑到对于电阻元件10的电阻值ri来说应适用条件ri>>rled-短路，这意味着，所述差至少应为倍数10。电阻值rled-短路在此是短路的或者永久熔合短路的发光二极管的电阻。电阻值ri可以要么全部具有相同的值，这能实现简单的分析，要么它们可以具有不同的电阻值，这能实现在led短路的故障情况下将电阻变化指定给某个发光二极管6。
为了诊断，规定：把电流i调节至小于工作电流的电流强度值。该电流在此称为诊断电流id。在该诊断电流id情况下，在那些发光二极管6上产生电压u的部分电压，这些部分电压小于正向偏压ufi。因而产生了发光暂停，也就是说，发光二极管6不发光。在发光二极管未激活情况下的诊断可以要么在接入真正的工作电流之前进行，要么在发光二极管6的pwm工作中在pwm闭锁周期期间或pwm切换暂停期间进行。
为了诊断测量，诊断装置8规定：在发光二极管未激活情况下，也就是说，在诊断电流id情况下，发光二极管列5要么由电流源7供电，要么由电压源13供电，从而产生电压值19作为电压u，该电压值小于正向偏压ufi总和。在这种情况下，电压u就是诊断电压。因此可以要么由提供给led工作的电流源7本身输出比较小的诊断电流id，要么，如果该电流源不能产生这么小的电流，则通过测量/保护电阻r测量由电压源13输出所述诊断电流。诊断电流id经过特殊设计，使得电压u小于正向偏压ufi总和的60%、特别是小于其40%。由电压源13产生的诊断电流id可以流经测量电阻r测量。在测量电阻r测量上下降的电压与诊断电流id的电流强度值成比例。
通过使得电压u的在发光二极管上下降的部分电压小于正向偏压ufi，亦即没有发光二极管6发光，电流i的大部分都流经电阻元件10。因此，电压u的电压值19主要由流经电阻元件r1~rn的电流决定。通过诊断电流id产生的电压u可以被用于识别led短路—即一个或多个发光二极管熔合短路—的分析机构16如下使用。这里的前提条件是，在照明暂停期间诊断电流id的电流强度值20也是已知的。检测可以按所述方式进行。
为了识别一个或多个发光二极管的led短路，分析机构16如下设计。在仅有无故障的或功能正常的发光二极管6的情况下，电压u具有电压值19，该电压值如下得到：
相反，如果测量机构11测得具有如下值的支路电压u：
支路电压u可以被分析机构16使用，该分析机构还用于识别永久地未电导通的发光二极管。在用与工作电流等同且从而产生照明阶段的电流i给发光器件2通电时，支路电压u上升到大于正向偏压ufi总和的值：
在工作中，可以简单地通过测得的支路电压u的时间变化来识别出一个或多个发光二极管6的短路。在此，正向偏压ufi的误差不起作用，因为分析机构只需对支路电压u的改变或变化做出反应。在此，正向偏压ufi的由于发热引起的变化可以轻易地通过不同的时间常数或者通过温度测量而与发光二极管的因短路引起的缺陷或失灵区分开。
相比于传统的探测方法有利的是，消除了正向偏压ufi的大的误差，进而即使在发光二极管支路或发光二极管列5具有大量发光二极管6时也能可靠地识别出各led的短路。在led控制器3与led发光器件2之间无需额外的导线。并联电阻或电阻元件10是成本低廉的器件，因为它们只需被设计用于小功率，且在led发光器件2中占用很少的空间。由于用于诊断的诊断电流id小，所以，在用于诊断的插塞触针和电缆束上的可能的电压降可以忽略不计。由于该方法的高度可靠性，所以也可以满足用于识别各led的失灵的法律规定。
所述的可选的开关15可以被设置用于如下情况：在照明工作中或在照明阶段中要防止在测量电阻r测量上产生并非所愿的大的损耗功率。借助于开关15，电压源13可以临时地与led发光器件2联接或连接，以便为了诊断而提供诊断电流id。
总之披露了一个采用本发明如何能通过并联电阻来识别各led的失灵的范例。
附图标记清单
1照明装置
2led发光器件
3led控制器
4供电接头
5发光二极管列
6发光二极管
7电流源
8诊断装置
9电阻排
10电阻元件
11测量机构
12电压测量机构
13电压源
15开关部件
16分析机构
17故障信号
18故障信号
19电压值
20电流值
i电流
id诊断电流
r测量测量电阻
u电压
u0测试电压。