电路布置、车辆的照明单元和控制半导体发光件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种电路布置，具有多个串联的半导体发光件（D3-D8；D9-D18）、用于控制半导体发光件（D3-D8；D9-D18）的转换器（L1，D1，D2，Q1；202）、控制单元（101；201），借助于控制单元通过能控制的电子开关（Q3；Q4-Q7）能部分地跨接串联的半导体发光件（D3-D8；D9-D18），其中，转换器（L1，D1，D2，Q1；202）能借助于控制单元（101；201）在第一运行模式和第二运行模式之间切换，其中，转换器（L1，D1，D2，Q1；202）在第一运行模式中作为升压转换器运行，并且转换器（L1，D1，D2，Q1；202）在第二运行模式中作为降压转换器运行。此外本发明还涉及一种具有这样的电路布置的照明单元以及用于控制多个串联的半导体发光件的方法。
【专利说明】电路布置、车辆的照明单元和控制半导体发光件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电路布置、一种用于车辆的照明单元以及一种用于控制半导体发光件的方法。
【背景技术】
[0002]在串联的发光二极管中的一部分有时被跨接进而关断，在这种串联的发光二极管的应用中需要转换器，该转换器能提供与其输入电压相比更高的和更低的输出电压。
[0003]例如，车辆的不同发光功能由尾灯来提供。尾灯例如可以包括刹车灯、位置灯、转向信号灯、雾灯、和/或倒车灯。此外，尾灯还提供了取决于方向的发光特性。
[0004]例如已知了所谓的升压转换器或降压转换器(以及二者的组合)用于转换电压。能提供升压转换器和降压转换器功能的转换器例如是单端初级电感(SEPIC)转换器或CUK转换器。
[0005]在此缺点在于，根据尾灯的功能性来激活多个不同的发光二极管。由此得到不同的运行电压，它们可以部分地高于和部分地低于车辆中的供电电压。由此需要多个使供电电压匹配于运行电压水平的转换器。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，避免前面所谓的缺点，并且特别是提供了一种用于运行照明单元的有效解决方案，该照明单元中优选地设有一个单个的转换器，其提供了对于照明单元的半导体发光件适合的运行电压。
[0007]该目的根据独立权利要求的特征来实现。本发明的改进方案从属权利要求中得出。
[0008]为了实现该目的，提供一种电路布置，其
[0009]-具有多个串联的半导体发光件，
[0010]-具有用于控制半导体发光件的转换器，
[0011]-具有控制单元，借助于控制单元，串联的半导体发光件能借助于控制的电子开关能部分地跨接，
[0012]-其中，转换器能借助于控制单元在第一运行模式和第二运行模式之间切换，
[0013]-其中，转换器在第一运行模式中作为升压转换器运行，并且转换器在第二运行模式中作为降压转换器运行。
[0014]转换器特别地涉及DC/DC转换器。转换器可以在第一电路中作为升压转换器运行，并且在第二电路中作为降压转换器运行。借助于控制单元可以在转换器的电路(运行模式)之间切换。这优选地借助于由控制单元控制的电子开关来实现。
[0015]对于电子开关而言，可以使用晶体管、特别是双极型晶体管或场效应晶体管。特别是可以使用Mosfet。相应地，其他的开关也是可能的，它们例如能由所谓的控制单元来进行电子地控制(光电耦合器、继电器等等)。[0016]半导体发光件特别地可以是发光二极管。
[0017]一种改进方案是，串联的半导体发光件是成组的，其中，每个组具有至少一个半导体发光件。
[0018]另一个改进方案是，该控制单元取决于控制信号激活至少一组半导体发光件，并且相应地在匹配于激活的半导体发光件的运行模式中控制转换器。
[0019]由此可以通过所选择的组来预定半导体发光件的数量，为其必须提供适合的电压。取决于输入电压的高低，控制单元识别出以何种程度调整用于待激活的半导体发光件的电压，并且其相应地控制转换器。
[0020]也可选的是，多组半导体发光件同时或近乎同时(例如在时分复用运行中)被激活。例如在车辆的尾灯中同时接通转向信号灯、倒车灯和近光灯。
[0021]也提供有一种改进方案，即每组半导体发光件对应于车辆的一个照明功能。
[0022]在这种情况下，能实现多个不同的发光功能:位置灯、转向信号灯、近光灯、雾灯、倒车灯等等。
[0023]特别地提出一种改进方案，这种运行模式设定为从属于激活的半导体发光件，根据所述的这种运行模式能实现对于激活的半导体发光件适合的供电。
[0024]此外提出一种改进方案，控制单元包括微控制器、处理器、或控制器，能借助于控制单元取决于预定的输入信号来控制半导体发光件并能设定转换器的运行模式。
[0025]下一个改进方案在于，转换器具有至少一个电感器、二极管和另一个电子开关，其中，这些部件分别根据转换器的运行模式能作为升压转换器或降压转换器实现转换器的功能，并且其中另一个电子开关能由控制单元控制用于运行转换器。
[0026]上述目的也通过借助于用于车辆的照明单元来实现，该照明单元包括如这里所述的电路布置。
[0027]—种设计方案是，照明单元是车辆的尾灯、前照灯或车辆的其他灯具。
[0028]此外前面所述的目的借助于用于控制多个串联的半导体发光件的方法来实现，
[0029]-其中，借助于控制单元利用能控制的电子开关部分地跨接串联的半导体发光件，
[0030]-其中，借助于控制单元使用于控制半导体发光件的转换器在第一运行模式和第二运行模式之间切换，
[0031]-其中，在第一运行模式中使转换器作为升压转换器运行，并且在第二运行模式中使转换器作为降压转换器运行。
[0032]一种实施方式在于，取决于对于控制半导体发光件所需的电压，使转换器在第一运行模式中运行或在第二运行模式中运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]以下根据附图示出并阐述本发明的实施例。
[0034]附图示出:
[0035]图1是用于说明本方法的示例性的电路布置，其用于利用单个的转换器在不同的电路布置中进行B2B模式和B2G模式的转换；
[0036]图2是用于控制车辆的照明单元的示意性电路图。【具体实施方式】
[0037]下面示例性地将串联的发光二极管应用在车辆的尾灯中。在此介绍的解决方案能相应地应用在其他的发光应用中或照明单元中。特别是可以应用半导体发光件。每个发光二极管可以包括至少一个半导体发光件，其中，多个半导体发光件也可以彼此串联和/或并联。
[0038]串联的发光二极管由转换器(也称为开关调节器)控制，其能在第一运行模式和在第二运行模式中运行。转换器在第一运行模式中作为升压转换器运行，并且转换器在第二运行模式中作为降压转换器运行。第一运行模式也称为B2G模式并且第二运行模式也称为B2B模式(B2B:“Boost-to-Battery”，即相对于供电电压或电池的电势的升压功能；“Boost-to-Ground”,即相对于地的升压功能)。
[0039]在此有利的是，仅仅一个单个的转换器利用其调节特性和所属的构件确定大小。利用这一个转换器可以产生比供电电压更高和更低的电压。
[0040]图1示出了用于说明本方法的示例性的电路布置，其用于进行B2B模式和B2G模式的转换。
[0041]接头102例如与12V的输入电压连接，并且接头103与0V连接。接头102经由电感器L1与节点104连接。节点104与η沟道Mosfet Q1的漏极接头连接，并且与二极管Dl的阳极连接。二极管D1的阴极与节点106连接。节点106经由电阻R与节点107连接。节点107经由三个串联的发光二极管D3至D5与节点108连接，其中，发光二极管D3至D5的阴极指向节点108的方向。节点108与η沟道Mosfet Q3的源极接头连接。此外接头108经由串联的发光二极管D6至D8与节点105连接，其中，发光二极管D6至D8的阴极指向节点105的方向。节点107与Mosfet Q3的漏极接头连接。
[0042]节点105与η沟道Mosfet Q2的漏极接头连接。此外，节点105经由二极管D2与接头102连接，其中，二极管D2的阴极指向接头102的方向。
[0043]Mosfet Q1的源极接头与接头103连接。Mosfet Q2的源极接头同样与接头103连接。在接头102和接头103之间布置有电容器C1。
[0044]此外设有控制单元101，借助于该控制单元能控制Mosfet Ql，Q2和Q3的栅极接头。此外，控制单元101与接头102、节点106以及节点107连接。借助于与接头106和107的连接，可以由控制单元101确定流经电阻R的电流或在这个电阻R处下降的电压。因而电阻R也称为分流电阻或测量电阻。基于与接头102的连接可以由控制单元101确定输入电压的高低。
[0045]借助于组件电感器L、二极管D1和Mosfet Q1提供升压转换器。如果全部发光二极管D3至D8和Mosfet Q2是激活的，那么对于发光二极管D3至D8的功能性需要的是，发光二极管D3至D8的正向电压的和大于在接头102上的输入电压。相应地，转换器作为高压转换器并且提供对于发光二极管D3至D8适合的电压。例如借助于电阻R可以确定用于发光二极管D3至D8的电流。
[0046]在第二运行模式中应将发光二极管的一部分跨接。在根据图1的当前实例中，这部分是发光二极管D3至D5，其通过激活Mosfet Q3可以被跨接或短路。由此在第二运行模式中仅仅发光二极管D6至D8是激活的，必须给这些发光二极管供给小于12V的输入电压的电压。转换器为此作为降压转换器运行。[0047]在这种情况下Mosfet Q2被非激活地连接(即控制单元101经过Mosfet Q2的栅极接头控制该Mosfet，其并未导通)。输出电压获得输入电压作为参考(B2B模式)。MosfetQ1作为降压转换器-通过控制单元101控制地-工作。
[0048]由此可能的是，利用仅仅一个单个的转换器实现控制不同的发光二极管(在此，串联电路在第一情况下包括发光二极管D3至D8，并且串联电路在第二种情况下包括发光二极管D6至D8)。
[0049]一种应用可能性是在车辆中的照明单元，例如尾灯，其应该取决于预定的情况不同强度地发光(例如利用或多或少激活的发光二极管)。
[0050]图2示出了用于控制车辆的照明单元的示意性的电路图，该照明单元包括发光二极管D9至D18，其中，发光二极管D9至D11是刹车灯、发光二极管D12是尾灯，发光二极管D13至D15是转弯信号灯，并且发光二极管D16至18是尾灯或雾灯。
[0051]根据应用，以下的发光二极管如下地能由电子开关(例如各一个η沟道Mosfet)短路:
[0052]-D9 至 D11 (组 1):Mosfet Q4 ；
[0053]-D12 (组 2):Mosfet Q5 ；
[0054]-D13 至 D15 (组 3):Mosfet Q6 ；
[0055]-D16 至 D18 (组 4):Mosfet Q7。
[0056]Mosfet Q4至Q7的栅极接头通过控制单元201控制。控制单元201可以是一个任意的控制逻辑电路，例如车辆的控制设备。控制单元201也可以设计为照明单元、例如尾灯的一部分。
[0057]发光二极管D9至D18可以相应于前面所述的示例性的分组(组1至4)被短路或选择性地被控制。借助于控制单元201也可以实现的是，没有组、组1至4中的仅一个或多个被激活。由此例如可以实现逐级变得更亮的刹车灯(例如取决于车辆的负加速度)和/或转向信号灯、近光灯等等。优选地，为了该目的-如在图中示出的-在组1至4之间的节点与控制单元201连接。
[0058]转换器202、特别是直流电源转换器与节点210连接，该节点也与串联的发光二极管的第一发光二极管D9连接，并且与控制单元201连接。转换器202与12V高的供电电压的接头203连接，该转换器还与接头209 (0V)连接。接头209也与控制单元201连接，并且与串联的发光二极管的最后一个的发光二极管D18连接。
[0059]此外设有多个接头204至208，它们与控制单元201连接。接头204至208提供了例如以下的输入信号，它们可以导致发光二极管D9至D18的相应的控制或为此使用:
[0060]-接头204:刹车灯；
[0061]-接头205:近光灯；
[0062]-接头206:转弯信号灯；
[0063]-接头207:倒车灯/雾灯；
[0064]-接头208:总线信号，例如CAN总线信号。
[0065]接头204至208分别经由二极管D19至D22与接头203连接并且进而与转换器202连接，其中二极管D19至D22的阴极指向接头203的方向上。
[0066]在此应该指出，即每个发光二极管D9至D18可以表示具有多个半导体发光件的各一个发光模块。
[0067]由此可能的是，根据图2的电路布置可以作为尾灯单元使用在车辆中。在此应该指出，所阐述的实施方式是示例性的并且可以相应地以不同的形式实施。在前面的实施例中，尾灯单元(例如左侧)具有倒车灯并且另一个尾灯单元(例如右侧)具有雾灯。特别地，电路布置可以是尾灯单元的一部分。当然电路布置至少部分地也可以设计在其他的位置上，例如在车辆的中央控制单元中。
[0068]所描述的实施方式的优点在于，可以直接使用具有电路布置的尾灯单元，而不需要对中央控制单元进行附加的调整。例如可以这样调整CAN接头208，使得其与车辆的至今的通信接头共同工作。该方法具有以下的优点，即仅仅具有相应的调节特性及所需构件的转换器被确定尺寸，并且照明单元可以灵活地例如使用在车辆中。
[0069]参考标号表
[0070]101控制单元
[0071]102接头(例如高为+12V的输入电压)
[0072]103 接头(例如 0V)
[0073]104 节点
[0074]105 节点
[0075]106 节点
[0076]107 节点
[0077]108 节点
[0078]201控制单元
[0079]202转换器
[0080]203接头(例如高为+12V的输入电压)
[0081]204 接头(例如 0V)
[0082]210 节点
[0083]L1 电感器(例如线圈)
[0084]C1 电容器
[0085]R 电阻
[0086]Q1-Q7电子开关(例如η沟道Mosfet)
[0087]D1，D2 二极管
[0088]D3-D18半导体发光件(例如发光二极管)
[0089]D19-D22 二极管
【权利要求】
1.一种电路布置-具有多个串联的半导体发光件(D3-D8 ；D9-D18),-具有用于控制所述半导体发光件(D3-D8 ；D9-D18)的转换器(Ll，Dl，D2，Q1 ；202),-具有控制单元(101 ;201)，借助于所述控制单元，串联的所述半导体发光件(D3-D8 ；D9-D18)能借助于能控制的电子开关(Q3 ；Q4-Q7)部分地跨接，-其中，所述转换器(Ll，Dl，D2，Q1 ；202)能借助于所述控制单元(101 ;201)在第一运行模式和第二运行模式之间切换，-其中，所述转换器(L1，D1，D2，Q1 ;202)在所述第一运行模式中作为升压转换器运行，并且所述转换器(Ll，Dl，D2，Q1 ；202)在所述第二运行模式中作为降压转换器运行。
2.根据权利要求1所述的电路布置，其中，所述转换器是DC/DC转换器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置，其中，串联的所述半导体发光件是成组的，其中，每个组具有至少一个所述半导体发光件。
4.根据权利要求3所述的电路布置，其中，所述控制单元取决于控制信号激活至少一组所述半导体发光件并且相应地在匹配于激活的所述半导体发光件的运行模式中控制所述转换器。
5.根据权利要求4所述的电路布置，其中，每组所述半导体发光件对应于车辆的一个照明功能。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置，其中，借助于设定为从属于激活的所述半导体发光件的那个运行模式能实现对于激活的所述半导体发光件适合的供电。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置，其中，所述控制单元(201)包括微控制器、处理器或控制器，借助于所述控制单元取决于预定的输入信号(204-208)能控制所述半导体发光件(D9-D18)以及能设定所述转换器(202)的所述运行模式。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置，其中，所述转换器具有至少一个电感器、二极管和另一个电子开关，其中，这些部件根据所述转换器的运行模式能作为升压转换器或降压转换器实现所述转换器的功能，并且其中所述另一个电子开关能由所述控制单元控制以运行所述转换器。
9.一种用于车辆的照明单元，包括根据前述权利要求中任一项所述的电路布置。
10.根据权利要求9所述的照明单元，其中，所述照明单元是车辆的尾灯、前照灯或车辆的其他灯具。
11.一种用于控制多个串联的半导体发光件的方法，-其中，借助于控制单元利用能控制的电子开关部分地跨接串联的所述半导体发光件，-其中，借助于所述控制单元使用于控制所述半导体发光件的转换器在第一运行模式和第二运行模式之间切换，-其中，在所述第一运行模式中使所述转换器作为升压转换器运行并在所述第二运行模式中作为降压转换器运行。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，取决于为了控制所述半导体发光件所需的电压，使所述转换器在所述第一运行模式中运行或在所述第二运行模式中运行。
【文档编号】H05B33/08GK103650640SQ201380002165
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年1月15日 优先权日:2012年2月1日
【发明者】彼得·尼德迈尔 申请人:欧司朗有限公司