DE102021115675A1

DE102021115675A1 - LED lighting device with controllable power loss

Info

Publication number: DE102021115675A1
Application number: DE102021115675.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Freitag; Michael Frey
Original assignee: Melexis Technologies NV
Current assignee: Melexis Technologies NV
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2021-12-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdioden-, LED-, Beleuchtungsvorrichtung (10), die so angeordnet ist, dass sie eine Versorgungsgleichspannung (VS) empfängt, und die umfasst:- eine LED-Einheit (11) mit einer oder mehreren LEDs (12),- ein festes Verlustleistungselement (13), das in Reihe mit der LED-Einheit geschaltet ist,- ein steuerbares Verlustleistungselement (60), das parallel zu dem festen Verlustleistungselement (13) geschaltet ist,- einen Stromcontroller (41), der so angeordnet ist, dass er dem steuerbaren Verlustleistungselement und dem festen Verlustleistungselement Strom zuführt,- einen Verlustleistungscontroller (50), der so angeordnet ist, dass er mindestens einen Parameter empfängt und auf der Grundlage des mindestens einen Parameters die Verlustleistung in dem steuerbaren Verlustleistungselement regelt, während der bereitgestellte Strom erhalten bleibt.The present invention relates to a light-emitting diode, LED, lighting device (10) which is arranged in such a way that it receives a DC supply voltage (VS) and which comprises: an LED unit (11) with one or more LEDs (12) - a fixed power loss element (13) connected in series with the LED unit, - a controllable power loss element (60) connected in parallel to the fixed power loss element (13), - a current controller (41) arranged in this way is that it supplies power to the controllable power loss element and the fixed power loss element, - a power loss controller (50) which is arranged so that it receives at least one parameter and regulates the power loss in the controllable power loss element on the basis of the at least one parameter, during the provided electricity is retained.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Lösungen zur Steuerung von Beleuchtungsvorrichtungen mit lichtemittierenden Dioden (LED) und insbesondere zur Steuerung der Verlustleistung in solchen Vorrichtungen.The present invention relates generally to the field of solutions for controlling lighting devices with light emitting diodes (LED) and in particular for controlling the power dissipation in such devices.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

LED-Beleuchtung ist heute in zahlreichen Anwendungsbereichen wie z.B. in Gebäuden, in Straßenlaternen oder Fahrzeugen zu finden. In Fahrzeugen findet man LED-Beleuchtung insbesondere in Frontscheinwerfern, Nebelscheinwerfern, Blinkern, Innenraumbeleuchtung und Rückleuchten. In einem einzelnen Rücklicht können z. B. mehrere Leuchten vorhanden sein, z. B. ein Bremslicht, ein Rücklicht, ein Blinker, ein Nebelscheinwerfer und andere.Today, LED lighting can be found in numerous areas of application such as in buildings, in street lights or vehicles. In vehicles, LED lighting can be found in headlights, fog lights, turn signals, interior lighting and taillights in particular. In a single taillight z. B. several lights are available, z. B. a brake light, a taillight, a turn signal, a fog light and others.

Jede dieser Leuchten hat spezifische Anforderungen an die Lichtausgangsleistung, die Farbe, die Reaktion im Notfall usw. Im Gegensatz zu z. B. Innenleuchten ist jedoch die Farbe für eine einzelne Leuchte in einem Rücklicht als monochromatisch definiert. Dies ermöglicht die Verwendung von einer oder mehreren monochromatischen LEDs pro Leuchte in Abhängigkeit von der gewünschten Lichtleistung. Werden mehr als eine LED verwendet, werden diese in Reihe oder parallel geschaltet. Solche zusammengeschalteten LEDs werden in dieser Beschreibung weiter als LED-Einheit bezeichnet.Each of these luminaires has specific requirements for light output, color, response in an emergency, etc. B. Indoor lights, however, the color for a single light in a taillight is defined as monochromatic. This enables the use of one or more monochromatic LEDs per luminaire, depending on the desired light output. If more than one LED is used, they are connected in series or in parallel. Such interconnected LEDs are further referred to in this description as an LED unit.

Die Lichtleistung der LEDs wird geregelt, indem eine Regelung des LED-Stroms durchgeführt wird. Dies kann durch die Regelung einer analogen Stromquelle, die den Strom liefert, durch Anwendung einer Pulsweitenmodulation (PWM) oder durch eine Kombination aus beidem erreicht werden. Eine PWM regelt den durchschnittlichen Strom als Funktion des PWM-Verhältnisses. Die Stromquelle und die PWM werden typischerweise mittels eines integrierten Schaltkreises (IC) an die eine oder mehrere LEDs geliefert. Dieser integrierte Schaltkreis kann mehrere Ausgänge haben, über die LED-Einheiten angeschlossen und die LED-Ströme geregelt werden können. Um die Erwärmung des ICs und damit Fehlfunktionen oder Schäden zu begrenzen, hat der IC als eine seiner Eigenschaften eine maximal zulässige Verlustleistung.The light output of the LEDs is regulated by regulating the LED current. This can be achieved by regulating an analog current source that supplies the current, by using pulse width modulation (PWM), or by a combination of both. A PWM regulates the average current as a function of the PWM ratio. The power source and PWM are typically supplied to the one or more LEDs by means of an integrated circuit (IC). This integrated circuit can have several outputs via which the LED units can be connected and the LED currents can be regulated. In order to limit the heating of the IC and thus malfunctions or damage, the IC has a maximum permissible power loss as one of its properties.

Ein typischer Wert für eine maximal zulässige Verlustleistung einer integrierten Schaltung ist z. B. 2 W. Wenn die integrierte Schaltung z. B. drei Ausgangskanäle umfasst, beträgt die maximal zulässige Verlustleistung pro Kanal dann etwa 600 mW. Es ist ein Designziel, den größten Teil der Verlustleistung außerhalb des ICs zu halten.A typical value for a maximum permissible power loss of an integrated circuit is z. B. 2 W. If the integrated circuit z. B. comprises three output channels, the maximum permissible power loss per channel is then about 600 mW. It is a design goal to keep most of the power dissipation outside of the IC.

Die nominale DC-Versorgungsspannung in z.B. PKWs mit ca. 12V und in LKWs mit ca. 24V ist relativ hoch im Vergleich zu einer LED-Vorwärtsspannung von z.B. ca. 2,5V. Daher werden oft mehrere LEDs in einer LED-Einheit in Reihe geschaltet, was es ermöglicht, den größten Teil der Leistung in den LEDs der Einheit zu verbrauchen. Werden z.B. drei LEDs in Reihe mit einem maximalen LED-Strom von 100mA versorgt, entweder mit einer analogen Stromquelle und/oder einer 100%igen PWM, ergibt sich eine Verlustleistung von P = V*I = 3*2,5V*100mA = 750mW in den LEDs. Die Verlustleistung im IC ist dann gleich P = (12V - 7,5V)*100mA = 450mW. In dieser Konfiguration würde am Ausgangspin des ICs eine Spannung von 12V-7,5V=4,5V verbleiben. Indem man z. B. vier statt drei LEDs in Reihe schaltet, kann man das Gleichgewicht zwischen der Verlustleistung in den LEDs und der Verlustleistung im IC noch mehr in Richtung der LEDs verschieben.The nominal DC supply voltage in e.g. cars with approx. 12V and in trucks with approx. 24V is relatively high compared to an LED forward voltage of e.g. approx.2.5V. Therefore, several LEDs are often connected in series in an LED unit, which allows most of the power to be consumed in the LEDs of the unit. If, for example, three LEDs are supplied in series with a maximum LED current of 100mA, either with an analog current source and / or a 100% PWM, the result is a power loss of P = V * I = 3 * 2.5V * 100mA = 750mW in the LEDs. The power loss in the IC is then equal to P = (12V - 7.5V) * 100mA = 450mW. In this configuration a voltage of 12V-7.5V = 4.5V would remain at the output pin of the IC. By z. B. switching four instead of three LEDs in series, you can shift the balance between the power loss in the LEDs and the power loss in the IC even more in the direction of the LEDs.

Die Versorgungsspannung des Fahrzeugs ist jedoch nicht konstant und kann in einem Bereich zwischen z.B. 9V und 18V variieren, wobei eine gegebene Leuchte entsprechend der Beschreibung betriebsfähig bleiben muss. Nehmen wir wieder das obige Zahlenbeispiel, so würde bei 18V Versorgungsspannung die 750mW Verlustleistung in den LEDs bleiben. Die Verlustleistung im IC würde jedoch 1050mW betragen, was für ein IC mit z.B. drei Ausgangskanälen zu hoch sein könnte.However, the supply voltage of the vehicle is not constant and can vary in a range between e.g. 9V and 18V, whereby a given lamp must remain operational as described. If we take the above numerical example again, with an 18V supply voltage the 750mW power loss would remain in the LEDs. However, the power loss in the IC would be 1050mW, which could be too high for an IC with e.g. three output channels.

Eine Lösung nach dem Stand der Technik ist z.B., einen externen Serienwiderstand von z.B. 50 Ohm in die LED-Reihenschaltung zu bringen. Dieser Widerstand hat dann eine Verlustleistung von V = R*I = 500hm*100mA = 5V, P = V*I = 5V*100mA = 500mW. Im IC hat man dann eine Verlustleistung von P = (18V-7,5V- 5V)*100mA = 550mW. Mit einer Vergrößerung des Serienwiderstandes kann das Gleichgewicht zwischen der externen Verlustleistung und der Verlustleistung im IC in Richtung der externen Verlustleistung verschoben werden.A solution according to the state of the art is e.g. to bring an external series resistor of e.g. 50 Ohm into the LED series circuit. This resistor then has a power loss of V = R * I = 500hm * 100mA = 5V, P = V * I = 5V * 100mA = 500mW. The IC then has a power loss of P = (18V-7.5V-5V) * 100mA = 550mW. By increasing the series resistance, the balance between the external power loss and the power loss in the IC can be shifted in the direction of the external power loss.

Fällt die Versorgungsspannung in dieser Konfiguration auf z.B. einen Minimalwert von 9V bei einem benötigten LED-Strom von 100mA, erhält man einen Spannungsabfall über den LEDs von 7,5V und über dem externen Widerstand von 5V, also insgesamt einen Spannungsabfall von 12,5V über den externen Bauteilen. Diese Spannung ist natürlich schon viel höher als die minimale Versorgungsspannung von 9V selbst, was bedeutet, dass der IC diese Konfiguration nicht mit 100mA betreiben kann. Es wären nur wesentlich geringere LED-Ströme möglich.If the supply voltage in this configuration falls to a minimum value of 9V with a required LED current of 100mA, there is a voltage drop across the LEDs of 7.5V and across the external resistor of 5V, i.e. a total voltage drop of 12.5V across the external components. This voltage is of course much higher than the minimum supply voltage of 9V itself, which means that the IC cannot operate this configuration with 100mA. Only significantly lower LED currents would be possible.

Mehrere andere Konfigurationen können bei minimaler Versorgungsspannung funktionieren, würden aber bei maximaler Versorgungsspannung zu einer zu hohen Verlustleistung in der integrierten Schaltung (IC) führen, oder eine Konfiguration könnte bei maximaler Versorgungsspannung funktionieren, aber bei minimaler Versorgungsspannung versagen.Several other configurations can work with the minimum supply voltage, but would lead to excessive power dissipation in the integrated circuit (IC) at the maximum supply voltage, or one configuration could work at maximum supply voltage, but fail at minimum supply voltage.

Daher wird eine Lösung benötigt, bei der eine optimale Verlustleistung im IC bei einem maximal spezifizierten LED-Strom über eine variable DC-Versorgungsspannung bereitgestellt wird.A solution is therefore required in which an optimal power loss in the IC is provided with a maximum specified LED current via a variable DC supply voltage.

US7612506 B1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Lichtemission einer LED-Lichtquelle, wobei eine dynamische Spannung der LED-Lichtquelle in Echtzeit überwacht wird, um eine Änderung einer Sperrschichttemperatur der LED-Lichtquelle zu erfassen und eine Wärmeableitungsleistung eines thermischen Moduls anzupassen. Die von der LED-Lichtquelle erzeugte Wärme kann in Echtzeit abgeführt werden, so dass sich die dynamische Spannung der LED-Lichtquelle einer Referenzspannung annähern kann, so dass die Lichtleistung der LED-Lichtquelle aufrechterhalten werden kann. Zu diesem Zweck werden die Klemmen der Lichtquelle überwacht und mit einer Referenzspannung verglichen. US7612506 B1 relates to a method for controlling the light emission of an LED light source, a dynamic voltage of the LED light source being monitored in real time in order to detect a change in a junction temperature of the LED light source and to adjust a heat dissipation capacity of a thermal module. The heat generated by the LED light source can be dissipated in real time so that the dynamic voltage of the LED light source can approach a reference voltage so that the light output of the LED light source can be maintained. For this purpose, the terminals of the light source are monitored and compared with a reference voltage.

US10420178 B2 offenbart ein System, das ein Leistungsmodul zum Erzeugen einer Versorgungsleistung, ein Lastmodul, das zum Auswählen einer Teilmenge aus einem Satz von LEDs geeignet ist, ein Reihenmodul, das so konfiguriert ist, dass es die Versorgungsleistung von dem Leistungsmodul empfängt, einen Teil der Versorgungsleistung ableitet und einen verbleibenden Teil der Versorgungsleistung als Lastleistung an die Teilmenge von LEDs ausgibt, und ein Steuermodul umfasst, das so konfiguriert ist, dass es das Reihenmodul ansteuert, um eine Leistungsmenge an der Teilmenge von LEDs zu begrenzen. Dieses Steuermodul gibt an das Reihenmodul eine Anzeige einer Leistungsschwelle oder ein Steuersignal aus. Das Reihenmodul kann einen Widerstand eines Schaltelements des Reihenmoduls so modifizieren, dass der Widerstand einen Teil der Versorgungsleistung ableitet und den verbleibenden Teil der Versorgungsleistung direkt an die Untergruppe der LEDs als Lastleistung ausgibt. US10420178 B2 discloses a system comprising a power module for generating supply power, a load module capable of selecting a subset from a set of LEDs, a series module configured to receive the supply power from the power module, diverting a portion of the supply power and outputs a remaining portion of the supply power as load power to the subset of LEDs, and comprises a control module configured to control the row module to limit an amount of power to the subset of LEDs. This control module outputs an indication of a power threshold or a control signal to the row module. The series module can modify a resistance of a switching element of the series module in such a way that the resistor diverts part of the supply power and outputs the remaining part of the supply power directly to the subgroup of LEDs as load power.

US2012/319587 A1 offenbart ein System zur Regelung eines Arrays von LEDs, wobei ein Energiesteuerelement, das betriebsfähig mit einem Stromschalter verbunden und so konfiguriert ist, dass es die Versorgungsspannung erfasst, und wobei das Energiesteuerelement, wenn die Versorgungsspannung eine obere Spannungsgrenze erreicht, ein Signal erzeugt, das den Stromschalter deaktiviert; wobei der Zyklus der Aktivierung und Deaktivierung der Strombegrenzung und der Stromrückschaltung über die Periode der Versorgungsspannung wiederholt wird und die Dauer der Strombegrenzung und der Stromrückschaltung sowie die Werte der oberen Spannungsgrenze, der oberen Steuergrenze und der unteren Steuergrenze so optimiert sind, dass die Wärmeabfuhr innerhalb des Arrays von Leuchtdioden maximiert wird, während die Wahrnehmung einer maximalen Beleuchtung aufrechterhalten wird. US2012 / 319587 A1 discloses a system for controlling an array of LEDs, wherein a power control element operatively connected to a power switch and configured to sense the supply voltage, and wherein when the supply voltage reaches an upper voltage limit, the energy control element generates a signal indicative of the Power switch deactivated; The cycle of activating and deactivating the current limitation and the current downshift is repeated over the period of the supply voltage and the duration of the current limitation and the current downshift as well as the values of the upper voltage limit, the upper control limit and the lower control limit are optimized so that the heat dissipation within the Arrays of light emitting diodes is maximized while the perception of maximum illumination is maintained.

US2016/219670 bezieht sich auf die Steuerung der Zufuhr von elektrischer Energie für z. B. LED-Leuchten in Automobilen. US2016 / 219670 relates to the control of the supply of electrical energy for e.g. B. LED lights in automobiles.

Überblick über die ErfindungOverview of the invention

Es ist ein Ziel der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, bei der die Verlustleistung über einen Bereich von DC-Versorgungsspannungen gesteuert werden kann.It is an object of embodiments of the present invention to provide an LED lighting device in which power dissipation can be controlled over a range of DC supply voltages.

Das oben genannte Ziel wird durch die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht.The above object is achieved by the solution according to the present invention.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Licht emittierende Dioden-, LED, Beleuchtungsvorrichtung
angeordnet, um eine DC-Versorgungsspannung zu empfangen und umfassend:

- eine LED-Einheit mit einer oder mehreren LEDs,
- ein festes Verlustleistungselement, das in Reihe mit der LED-Einheit geschaltet ist,
- ein steuerbares Verlustleistungselement, das parallel zu dem festen Verlustleistungselement geschaltet ist,
- einen Stromcontroller, der so angeordnet ist, dass er dem steuerbaren Verlustleistungselement und dem festen Verlustleistungselement Strom zuführt,
- einen Verlustleistungscontroller, der so angeordnet ist, dass er mindestens einen Parameter empfängt und auf der Grundlage des mindestens einen Parameters die Verlustleistung in dem steuerbaren Verlustleistungselement regelt, während der bereitgestellte Strom erhalten bleibt.

In a first aspect, the invention relates to a light-emitting diode, LED, lighting device
arranged to receive a DC supply voltage and comprising:

- an LED unit with one or more LEDs,
- a fixed power dissipation element connected in series with the LED unit,
- a controllable power loss element that is connected in parallel to the fixed power loss element,
- a current controller, which is arranged so that it supplies current to the controllable power loss element and the fixed power loss element,
- A power loss controller which is arranged so that it receives at least one parameter and regulates the power loss in the controllable power loss element on the basis of the at least one parameter, while the provided current is maintained.

Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht in der Tat einen Ausgleich der Verlustleistung zwischen dem festen Verlustleistungselement und der LED-Einheit auf der einen Seite und den steuerbaren Gerätekomponenten wie dem steuerbaren Verlustleistungselement und der steuerbaren Stromquelle auf der anderen Seite. Es steht mindestens ein einstellbarer Parameter zur Verfügung, mit dem die Verlustleistung im steuerbaren Verlustleistungselement geregelt werden kann. Es ist wichtig zu beachten, dass die Regelung der Verlustleistung durch Aufteilung des Stroms zwischen dem festen Verlustleistungselement und dem steuerbaren Verlustleistungselement unter Beibehaltung des Stroms in der LED-Einheit und damit unter Beibehaltung der Lichtleistung der LED-Einheit erfolgt.The proposed solution actually enables the power loss to be balanced between the fixed power loss element and the LED unit on the one hand and the controllable device components such as the controllable power loss element and the controllable current source on the other. At least one adjustable parameter is available with which the power loss in the controllable power loss element can be regulated. It is important to note that the power loss is regulated by dividing the current between the fixed power loss element and the controllable power loss element while maintaining the current in the LED unit and thus maintaining the light output of the LED unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Stromcontroller eine steuerbare Stromquelle und/oder ein schaltbares Element.In a preferred embodiment, the current controller comprises a controllable current source and / or a switchable element.

Vorzugsweise umfasst die LED-Beleuchtungsvorrichtung ferner einen Controller, der dazu eingerichtet ist, den mindestens einen Parameter einzustellen und/oder zu speichern. Der Controller ist vorteilhafterweise angeordnet, um den mindestens einen Parameter über eine Kommunikationsschnittstelle zu empfangen.The LED lighting device preferably further comprises a controller which is set up to set and / or store the at least one parameter. The controller is advantageously arranged to receive the at least one parameter via a communication interface.

In einigen Ausführungsformen ist die LED-Beleuchtungsvorrichtung ferner so eingerichtet, dass sie Messungen durchführt, aus denen der Controller mindestens einen Parameter ableiten kann. Die Messungen können sich auf einen oder mehrere Parameter beziehen, wie zum Beispiel die Versorgungsspannung, die Temperatur des LED-Controllers und/oder den Strom durch die LEDs. In Ausführungsformen der Erfindung wird der mindestens eine Parameter über Messungen abgeleitet und/oder der mindestens eine Parameter über die Kommunikationsschnittstelle empfangen.In some embodiments, the LED lighting device is further configured to perform measurements from which the controller can derive at least one parameter. The measurements can relate to one or more parameters, such as the supply voltage, the temperature of the LED controller and / or the current through the LEDs. In embodiments of the invention, the at least one parameter is derived via measurements and / or the at least one parameter is received via the communication interface.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stromcontroller in Reihe mit dem steuerbaren Verlustleistungselement geschaltet, das parallel zu dem festen Verlustleistungselement geschaltet ist.In a preferred embodiment, the current controller is connected in series with the controllable power loss element, which is connected in parallel with the fixed power loss element.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das feste Verlustleistungselement ein Widerstand.In an advantageous embodiment, the fixed power loss element is a resistor.

Vorteilhafterweise umfasst der Verlustleistungscontroller einen Operationsverstärker und das steuerbare Verlustleistungselement einen n-Typ MOSFET.The power loss controller advantageously comprises an operational amplifier and the controllable power loss element an n-type MOSFET.

In einer Ausführungsform umfasst der Verlustleistungscontroller eine einstellbare Gleichspannungsquelle, wobei der Wert der einstellbaren Gleichspannung ein Parameter des mindestens einen Parameters ist.In one embodiment, the power loss controller comprises an adjustable DC voltage source, the value of the adjustable DC voltage being a parameter of the at least one parameter.

In bevorzugten Ausführungsformen ist der Stromcontroller Teil einer integrierten Schaltung. Die integrierte Schaltung kann auch den Verlustleistungscontroller und den Controller zum Einstellen und/oder zum Speichern des mindestens einen Parameters umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der integrierte Schaltkreis auch das steuerbare Verlustleistungselement.In preferred embodiments, the current controller is part of an integrated circuit. The integrated circuit can also include the power loss controller and the controller for setting and / or for storing the at least one parameter. In some embodiments, the integrated circuit also includes the controllable power dissipation element.

In einer anderen Ausführungsform umfasst die LED-Beleuchtungsvorrichtung eine Vielzahl von LED-Steuerkanälen, wobei jeder LED-Steuerkanal mindestens einen Verlustleistungscontroller und einen Stromcontroller umfasst. Jeder LED-Steuerkanal kann dann ein steuerbares Verlustleistungselement umfassen.In another embodiment, the LED lighting device comprises a multiplicity of LED control channels, each LED control channel comprising at least one power loss controller and one current controller. Each LED control channel can then comprise a controllable power loss element.

In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Fahrzeugleuchte, die eine LED-Beleuchtungsvorrichtung wie zuvor beschrieben umfasst.In a further aspect, the invention relates to a vehicle light comprising an LED lighting device as described above.

Zum Zwecke der Zusammenfassung der Erfindung und der Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erreicht, wurden bestimmte Ziele und Vorteile der Erfindung oben beschrieben. Natürlich versteht es sich, dass nicht notwendigerweise alle diese Ziele oder Vorteile in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung erreicht werden kann. So wird beispielsweise der Fachmann erkennen, dass die Erfindung in einer Weise verkörpert oder ausgeführt werden kann, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie sie hierin gelehrt, erreicht oder optimiert werden, ohne notwendigerweise andere Ziele oder Vorteile zu erreichen, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen werden.For the purpose of summarizing the invention and the advantages achieved over the prior art, certain objects and advantages of the invention have been described above. Of course, it should be understood that not necessarily all of these objects or advantages can be achieved in accordance with a particular embodiment of the invention. For example, those skilled in the art will recognize that the invention can be embodied or practiced in a manner that achieves or optimizes a benefit or group of advantages as taught herein without necessarily achieving other objects or advantages as taught herein taught or suggested.

Die obigen und andere Aspekte der Erfindung werden aus der/den im Folgenden beschriebenen Ausführungsform(en) ersichtlich und erläutert.The above and other aspects of the invention will be apparent and illustrated from the embodiment (s) described below.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, wobei sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren beziehen.

1 zeigt eine LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindu ng.
2 zeigt eine Ausführungsform der LED-Beleuchtungsvorrichtung mit einem steuerbaren Verlustleistungselement, das sich außerhalb des LED-Controllers befindet.
3 veranschaulicht die Regelung und den Abgleich der Verlustleistung, wenn eine Gleichspannung von 1 V an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt wird.
4 veranschaulicht die Regelung und den Abgleich der Verlustleistung.
5 veranschaulicht die Regelung und den Abgleich der Verlustleistung mit einem externen Widerstand von 60 Ohm und einem DC-Regelpunkt von entweder 1 V oder 3 V.

The invention will now be further described with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numbers refer to like elements in the different figures.

1 shows an LED lighting device according to an embodiment of the invention.
2 shows an embodiment of the LED lighting device with a controllable power loss element that is located outside the LED controller.
3 illustrates the regulation and balancing of the power loss when a DC voltage of 1 V is applied to the inverting input of the operational amplifier.
4th illustrates the regulation and balancing of the power loss.
5 illustrates the regulation and balancing of the power loss with an external resistor of 60 ohms and a DC control point of either 1 V or 3 V.

Detaillierte Beschreibung der illustrativen AusführungsformenDetailed description of the illustrative embodiments

Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche.The present invention will be described with respect to certain embodiments and with reference to certain drawings, but the invention is not limited thereto but only by the claims.

Darüber hinaus werden die Begriffe erste, zweite und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, um zwischen ähnlichen Elementen zu unterscheiden und nicht notwendigerweise für die Beschreibung einer Reihenfolge, entweder zeitlich, räumlich, in der Rangfolge oder in irgendeiner anderen Weise. Es versteht sich, dass die so verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in anderen Sequenzen als den hier beschriebenen oder dargestellten betrieben werden können.In addition, the terms first, second and the like are used in the description and in the claims are used to distinguish between similar elements and not necessarily to describe an order, either in time, space, order of precedence, or in any other way. It will be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances and that the embodiments of the invention described herein can be operated in different sequences than those described or illustrated herein.

Es ist zu beachten, dass der in den Ansprüchen verwendete Begriff „umfassend“ nicht so auszulegen ist, dass er auf die nachfolgend aufgeführten Mittel beschränkt ist; er schließt andere Elemente oder Schritte nicht aus. Er ist daher so zu interpretieren, dass er das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte oder Komponenten spezifiziert, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte oder Komponenten oder Gruppen davon nicht ausschließt. Somit sollte der Umfang des Ausdrucks „eine Vorrichtung, die Mittel A und B umfasst“ nicht auf Vorrichtungen beschränkt werden, die nur aus den Komponenten A und B bestehen. Es bedeutet, dass im Hinblick auf die vorliegende Erfindung die einzigen relevanten Komponenten der Vorrichtung A und B sind.It should be noted that the term “comprising” as used in the claims is not to be construed as being limited to the means listed below; it does not exclude other elements or steps. It is therefore to be interpreted as specifying the presence of the named features, whole numbers, steps or components, but not excluding the presence or addition of one or more other features, whole numbers, steps or components or groups thereof. Thus, the scope of the phrase “a device comprising means A and B” should not be limited to devices consisting only of components A and B. It means that A and B are the only relevant components of the device in terms of the present invention.

Die Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher bezieht sich das Auftreten der Ausdrücke „in einer Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung nicht notwendigerweise alle auf die gleiche Ausführungsform, kann aber. Darüber hinaus können die besonderen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert werden, wie es für einen Fachmann aus dieser Offenbarung ersichtlich ist.Reference in this specification to “an embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Therefore, the appearances of the terms “in an embodiment” or “in an embodiment” in different places in this specification do not necessarily all refer to the same embodiment, but may. In addition, the particular features, structures or properties in one or more embodiments can be combined in a suitable manner, as is apparent to a person skilled in the art from this disclosure.

In ähnlicher Weise ist zu verstehen, dass bei der Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Merkmale der Erfindung manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Figur oder Beschreibung davon gruppiert werden, um die Offenbarung zu straffen und das Verständnis eines oder mehrerer der verschiedenen erfinderischen Aspekte zu unterstützen. Diese Art der Offenbarung ist jedoch nicht so zu interpretieren, dass die beanspruchte Erfindung mehr Merkmale erfordert, als in den einzelnen Ansprüchen ausdrücklich genannt sind. Vielmehr liegen, wie die folgenden Ansprüche widerspiegeln, erfinderische Aspekte in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen zuvor offenbarten Ausführungsform. Daher werden die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche hiermit ausdrücklich in diese ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als separate Ausführungsform der Erfindung steht.Similarly, in describing exemplary embodiments of the invention, various features of the invention are sometimes grouped into a single embodiment, figure, or description thereof in order to streamline the disclosure and assist in understanding one or more of the various inventive aspects . However, this type of disclosure is not to be interpreted in such a way that the claimed invention requires more features than are expressly stated in the individual claims. Rather, as the following claims reflect, inventive aspects reside in less than all features of a single previously disclosed embodiment. Therefore, the claims following the detailed description are hereby expressly incorporated into this detailed description, with each claim standing on its own as a separate embodiment of the invention.

Darüber hinaus, während einige hierin beschriebene Ausführungsformen einige, aber nicht andere Merkmale, die in anderen Ausführungsformen enthalten sind, umfassen, sind Kombinationen von Merkmalen verschiedener Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der Erfindung zu verstehen und bilden verschiedene Ausführungsformen, wie von den Fachleuten verstanden werden würde. Zum Beispiel kann in den folgenden Ansprüchen jede der beanspruchten Ausführungsformen in beliebiger Kombination verwendet werden.Furthermore, while some embodiments described herein include some, but not different, features included in other embodiments, combinations of features of different embodiments are to be understood within the scope of the invention and constitute various embodiments as would be understood by those skilled in the art. For example, in the following claims, any of the claimed embodiments can be used in any combination.

Es sollte beachtet werden, dass die Verwendung einer bestimmten Terminologie bei der Beschreibung bestimmter Merkmale oder Aspekte der Erfindung nicht so verstanden werden sollte, dass die Terminologie hier neu definiert wird, um auf bestimmte Eigenschaften der Merkmale oder Aspekte der Erfindung, mit denen diese Terminologie verbunden ist, beschränkt zu werden.It should be noted that the use of particular terminology in describing certain features or aspects of the invention should not be construed as redefining the terminology herein to refer to specific characteristics of the features or aspects of the invention with which that terminology is associated is to be restricted.

In der hier vorliegenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details aufgeführt. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen wurden bekannte Methoden, Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht zu verschlechtern.Numerous specific details are set forth in the description herein. It should be understood, however, that embodiments of the invention can be practiced without these specific details. In other instances, known methods, structures, and techniques have not been shown in detail in order not to obscure the understanding of this description.

Die vorliegende Erfindung offenbart eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, bei der mindestens ein Parameter zur Regelung der Verlustleistung zwischen festen Komponenten und steuerbaren Teilen verwendet wird. Eine optimale Verlustleistung kann so über einen weiten Bereich von Versorgungsspannungen bei einem gegebenen Strom erreicht werden, indem die Möglichkeit geschaffen wird, den von einem einzigen Stromcontroller bereitgestellten Gesamtstrom in einen Strom durch die festen Komponenten und einen Strom durch die steuerbaren Teile aufzuteilen.The present invention discloses an LED lighting device in which at least one parameter is used to regulate the power loss between fixed components and controllable parts. An optimal power loss can thus be achieved over a wide range of supply voltages for a given current by creating the possibility of dividing the total current provided by a single current controller into a current through the fixed components and a current through the controllable parts.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung ist in 1 dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine oder mehrere LED-Einheiten (11), die jeweils eine oder mehrere LEDs (12) enthalten. Die LEDs in einer LED-Einheit können miteinander in Reihe oder parallel geschaltet sein. Bevorzugt wird eine Reihenschaltung, damit ein optimaler Spannungsabfall über den LEDs erreicht werden kann. Die LED-Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin ein festes Verlustleistungselement (13). Dieses Element (13) weist in bevorzugten Ausführungsformen ein ohmsches Verhalten auf und ist zum Beispiel ein Widerstand. Das feste Verlustleistungselement ist mit der LED-Einheit (11) in Reihe geschaltet.An embodiment of an LED lighting device according to the invention is shown in FIG 1 shown. The device comprises one or more LED units ( 11 ), each one or more LEDs ( 12th ) contain. The LEDs in an LED unit can be connected in series or in parallel with one another. A series connection is preferred so that an optimal voltage drop across the LEDs can be achieved. The LED lighting device furthermore comprises a fixed power loss element ( 13th ). This element ( 13th ) points in preferred Embodiments have an ohmic behavior and is, for example, a resistor. The fixed power loss element is connected to the LED unit ( 11 ) connected in series.

Die LED-Beleuchtungsvorrichtung der Erfindung umfasst einen LED-Controller (20). In bevorzugten Ausführungsformen ist der LED-Controller als integrierte Schaltung (IC) realisiert. Eine Versorgungsgleichspannung VS wird von einem Spannungscontroller (21) aufgenommen, der mehrere Komponenten des integrierten Schaltkreises wie z.B. einen Oszillator (22), einen Mikrocontroller (23) und andere mit einer niedrigeren Spannung als VS versorgt, wie in 1 gezeigt. Der LED-Controller hat einen oder mehrere LED-Steuerkanäle (30).The LED lighting device of the invention comprises an LED controller ( 20th ). In preferred embodiments, the LED controller is implemented as an integrated circuit (IC). A DC supply voltage VS is supplied by a voltage controller ( 21 ), which includes several components of the integrated circuit such as an oscillator ( 22nd ), a microcontroller ( 23 ) and others are supplied with a voltage lower than VS, as in 1 shown. The LED controller has one or more LED control channels ( 30th ).

In der Ausführungsform von 1 ist das feste Verlustleistungselement (13) parallel zu einem steuerbaren Verlustleistungselement (60) geschaltet.In the embodiment of 1 is the fixed power loss element ( 13th ) parallel to a controllable power loss element ( 60 ) switched.

Das steuerbare Verlustleistungselement kann z. B. ein Transistor (61) sein, wie in 1 gezeigt. Der Transistor kann von jedem Typ sein, z. B. ein bipolarer NPN- oder PNP-Transistor, MetallOxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET) vom P-Typ (PFET) oder N-Typ (NFET). Es kann auch eine Kombination aus diesen Transistoren sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist es ein NFET (wie in 1 gezeigt).The controllable power loss element can, for. B. a transistor ( 61 ) be as in 1 shown. The transistor can be of any type, e.g. B. a bipolar NPN or PNP transistor, metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) of the P-type (PFET) or N-type (NFET). It can also be a combination of these transistors. In a preferred embodiment, it is an NFET (as in 1 shown).

Ein Verlustleistungscontroller (50) ist so angeordnet, dass er einen oder mehrere Parameter empfängt und das steuerbare Verlustleistungselement (60) basierend auf diesen empfangenen Parametern regelt. Ein solcher Parameter ist zum Beispiel ein Spannungspegel für die einstellbare Gleichspannungsquelle (51) im Verlustleistungscontroller. Diese Spannung kann in einer Ausführungsform eine feste Spannung von z. B. 0,5 V sein, die bei der Herstellung oder in einem Kalibrierungsschritt eingestellt wird. In anderen Ausführungsformen kann es eine einstellbare Gleichspannung von z. B. 0,5V, 1,0V, 2V oder 3V sein, die von einem Mikrocontroller (23) z. B. über einen Digital-Analog-Wandler (70) eingestellt werden kann. In einigen praktischen Implementierungen wird der einstellbare Gleichspannungsquellenwert während eines Kalibrierungsschritts über eine Kommunikationsschnittstelle und physikalische Schicht (28) vom Mikrocontroller (23) empfangen und in einem nichtflüchtigen Datenspeicher (26) zur weiteren Verwendung gespeichert. In einer weiteren Ausführungsform kann der Gleichspannungsquellenwert durch den Mikrocontroller zu jedem Zeitpunkt in Abhängigkeit von anderen Parametern wie z. B. der Versorgungsspannung VS oder dem Strom durch die LEDs oder der Temperatur des LED-Controllers und anderen eingestellt werden.A power loss controller ( 50 ) is arranged so that it receives one or more parameters and the controllable power loss element ( 60 ) based on these received parameters. Such a parameter is, for example, a voltage level for the adjustable DC voltage source ( 51 ) in the power loss controller. In one embodiment, this voltage can be a fixed voltage of e.g. B. 0.5 V, which is set during manufacture or in a calibration step. In other embodiments there may be an adjustable DC voltage of e.g. B. 0.5V, 1.0V, 2V or 3V that is generated by a microcontroller ( 23 ) z. B. via a digital-to-analog converter ( 70 ) can be set. In some practical implementations, the adjustable DC voltage source value is set during a calibration step via a communication interface and physical layer ( 28 ) from the microcontroller ( 23 ) received and stored in a non-volatile data memory ( 26th ) saved for further use. In a further embodiment, the DC voltage source value can be determined by the microcontroller at any point in time as a function of other parameters such as e.g. B. the supply voltage VS or the current through the LEDs or the temperature of the LED controller and others.

In der Ausführungsform von 1 umfasst der Verlustleistungscontroller einen Operationsverstärker (52). Der Operationsverstärker und der NFET (61) bilden eine Regelschleife, wobei die NFET-Gate-Spannung mittels des/der bereitgestellten Parameter(s), z. B. des einstellbaren Gleichspannungsquellenwerts, geregelt wird. Weitere Details finden sich später in dieser Beschreibung.In the embodiment of 1 does the power loss controller include an operational amplifier ( 52 ). The operational amplifier and the NFET ( 61 ) form a control loop, the NFET gate voltage using the parameter (s) provided, e.g. B. the adjustable DC voltage source value is regulated. Further details can be found later in this description.

Die Ausführungsform von 1 zeigt weiterhin, dass die parallel geschalteten, steuerbaren und festen Verlustleistungselemente in Reihe mit einem LED-Stromcontroller (41) geschaltet sind. Der LED-Stromcontroller umfasst z.B. eine steuerbare Stromquelle (42) und/oder ein schaltbares Element (43), um der LED-Einheit einen Strom zuzuführen. Das schaltbare Element kann z. B. ein weiterer Transistor sein, der durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert werden kann. Die PWM-Einstellung und die Einstellung der Stromquelle kann von einem Stromquellen- und PWM-Controller (40) bereitgestellt werden, der wiederum von einem Mikrocontroller (23) gesteuert wird. Der Mikrocontroller kann so eine Einstellung für den anzulegenden LED-Strom vorgeben.The embodiment of 1 also shows that the controllable and fixed power loss elements connected in parallel in series with an LED current controller ( 41 ) are switched. The LED power controller includes, for example, a controllable power source ( 42 ) and / or a switchable element ( 43 ) to supply a current to the LED unit. The switchable element can, for. B. be another transistor that can be controlled by pulse width modulation (PWM). The PWM setting and the setting of the current source can be controlled by a current source and PWM controller ( 40 ), which in turn is provided by a microcontroller ( 23 ) is controlled. The microcontroller can thus specify a setting for the LED current to be applied.

Der Verlustleistungscontroller (50), das steuerbare Verlustleistungselement (60), die Stromquelle und der PWM-Controller (40) und der LED-Stromcontroller (41) bilden in einer Ausführungsform einen LED-Steuerkanal (30), wie in 1 dargestellt. Abhängig von der Architektur für eine bestimmte Leuchte umfasst der LED-Controller (20) in bestimmten Ausführungsformen mehrere LED-Steuerkanäle (30). Die verschiedenen LED-Steuerkanäle sind parallel angeordnet und jeweils mit einer oder mehreren „eigenen“ LED-Einheiten (z. B. entsprechend einer Nebelschlussleuchte und einem Rücklicht in einem Beispiel mit zwei LED-Steuerkanälen) und einem jeweiligen festen Verlustleistungselement verbunden, das jeder Gruppe von (einer oder mehreren) LED-Einheiten zugeordnet ist.The power loss controller ( 50 ), the controllable power loss element ( 60 ), the power source and the PWM controller ( 40 ) and the LED power controller ( 41 ) in one embodiment form an LED control channel ( 30th ), as in 1 shown. Depending on the architecture for a particular luminaire, the LED controller includes ( 20th ) in certain embodiments several LED control channels ( 30th ). The various LED control channels are arranged in parallel and each connected to one or more "dedicated" LED units (e.g. corresponding to a rear fog light and a rear light in an example with two LED control channels) and a respective fixed power loss element that is assigned to each group of (one or more) LED units is assigned.

Wie bereits erwähnt, ist der LED-Controller in einer bevorzugten Ausführungsform ein integrierter Schaltkreis (IC). Eine der Eigenschaften des integrierten Schaltkreises ist die maximale Verlustleistung, die er tolerieren kann, um nicht beschädigt zu werden oder keine Fehlfunktion zu verursachen. Die Verlustleistung führt zu einer Erwärmung des ICs. Daher ist es auch möglich, eine maximal zulässige Sperrschichttemperatur anzugeben, die der maximal zulässigen Verlustleistung entspricht.As already mentioned, in a preferred embodiment the LED controller is an integrated circuit (IC). One of the characteristics of the integrated circuit is the maximum power dissipation that it can tolerate in order not to be damaged or to cause malfunction. The power loss leads to heating of the IC. It is therefore also possible to specify a maximum permissible junction temperature that corresponds to the maximum permissible power loss.

Die Gesamtverlustleistung des integrierten Schaltkreises ist die Summe verschiedener Beiträge. Ein Teil ist die Leistungsaufnahme des integrierten Schaltkreises selbst, die sich als P = V*I berechnen lässt, wobei V die Versorgungsspannung VS und I die Stromaufnahme des ICs bezeichnet. Ein weiterer Beitrag ist die Verlustleistung im LED-Steuerkanal (30), die sich im Wesentlichen aus der Verlustleistung des steuerbaren Verlustleistungselements (60) und der Verlustleistung des LED-Stromcontrollers (41) und insbesondere der steuerbaren Stromquelle (42) zusammensetzt. Die Verlustleistung in dem steuerbaren Verlustleistungselement kann als P = V*I berechnet werden, wobei I der Strom durch das steuerbare Verlustleistungselement und V der Spannungsabfall über diesem Element ist. Wie aus 1 leicht zu erkennen ist, ist dies der Spannungsabfall über den Pins OUT1 und OUT2. Die Verlustleistung im LED-Stromcontroller kann aus dem Strom I, der der LED-Einheit zugeführt wird, und dem Spannungsabfall V über dem LED-Stromcontroller berechnet werden, der in 1 die Spannung am Pin OUT2 bezogen auf Masse ist. Die Verlustleistung über dem schaltbaren Element (43) ist in diesem Fall vernachlässigbar, da dessen Durchlasswiderstand sehr klein ist. Somit ist dann auch der interne Spannungsabfall über dem schaltbaren Element (43) sehr klein, z.B. 10 bis 100 mal kleiner als der Spannungsabfall über der steuerbaren Stromquelle (42).The total power loss of the integrated circuit is the sum of various contributions. One part is the power consumption of the integrated circuit itself, which can be calculated as P = V * I, where V denotes the supply voltage VS and I the current consumption of the IC. Another contribution is the power loss in the LED Control channel ( 30th ), which essentially result from the power loss of the controllable power loss element ( 60 ) and the power loss of the LED current controller ( 41 ) and in particular the controllable power source ( 42 ) composed. The power loss in the controllable power loss element can be calculated as P = V * I, where I is the current through the controllable power loss element and V is the voltage drop across this element. How out 1 is easy to see, this is the voltage drop across pins OUT1 and OUT2. The power loss in the LED current controller can be calculated from the current I that is fed to the LED unit and the voltage drop V across the LED current controller, which is shown in 1 the voltage at pin OUT2 is related to ground. The power loss over the switchable element ( 43 ) is negligible in this case, since its forward resistance is very small. This means that the internal voltage drop across the switchable element ( 43 ) very small, e.g. 10 to 100 times smaller than the voltage drop across the controllable current source ( 42 ).

Falls mehrere LED-Steuerkanäle (30) vorhanden sind, muss natürlich die Verlustleistung in allen Kanälen berücksichtigt werden. Die Gesamtverlustleistung der integrierten Schaltung ergibt sich dann aus der Summe, wobei die Verlustleistung in allen Kanälen berücksichtigt wird.If several LED control channels ( 30th ) are available, the power loss in all channels must of course be taken into account. The total power loss of the integrated circuit then results from the sum, with the power loss in all channels being taken into account.

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass für einen maximalen LED-Strom, der von einem LED-Steuerkanal bereitgestellt werden soll, die Verlustleistung der integrierten Schaltung reduziert werden kann, indem der Spannungsabfall über dem steuerbaren Verlustleistungselement (60) und/oder der Spannungsabfall über dem LED-Stromcontroller (41) verringert wird.From the above it can be seen that for a maximum LED current that is to be provided by an LED control channel, the power loss of the integrated circuit can be reduced by increasing the voltage drop across the controllable power loss element ( 60 ) and / or the voltage drop across the LED current controller ( 41 ) is decreased.

Im Folgenden wird der oben erwähnte Regelkreis für das steuerbare Verlustleistungselement (60) näher vorgestellt. Der Regelkreis ist in 1 durch den Operationsverstärker (52), die einstellbare Gleichspannungsquelle (51), die ein Spannungssignal an den invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers anlegt, und einen NFET-Transistor (61), der an seinem Gate das Verstärkerausgangssignal empfängt, aufgebaut.In the following, the above-mentioned control loop for the controllable power loss element ( 60 ) presented in more detail. The control loop is in 1 through the operational amplifier ( 52 ), the adjustable DC voltage source ( 51 ), which applies a voltage signal to the inverting input terminal of the amplifier, and an NFET transistor ( 61 ), which receives the amplifier output signal at its gate.

Angenommen, am negativen Eingang des Operationsverstärkers liegt eine Spannung von z. B. 0,5 V an. Der positive Eingang ist sowohl mit der NFET-Source als auch mit der Ausgangsklemme des LED-Stromcontrollers OUT2 des LED-Steuerkanals (30) verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit dem NFET-Gate verbunden. Die NFET-Source ist ferner über den Anschluss (OUT2) mit dem einen Anschluss des festen Verlustleistungselements (13) verbunden, während sein Drain über den anderen Anschluss (OUT1) des LED-Steuerkanals (30) mit dem anderen Anschluss des festen Verlustleistungselements verbunden ist. OUT1 ist ferner auch mit der LED-Einheit (11) verbunden. Die LED-Einheit wird mit einer Gleichspannung VS versorgt, die z.B. zwischen 9V und 18V liegen kann.Assume that the negative input of the operational amplifier has a voltage of z. B. 0.5 V. The positive input is connected to both the NFET source and the output terminal of the LED current controller OUT2 of the LED control channel ( 30th ) connected. The output of the operational amplifier is connected to the NFET gate. The NFET source is also connected via the connection (OUT2) to one connection of the fixed power loss element ( 13th ), while its drain is connected to the other connection (OUT1) of the LED control channel ( 30th ) is connected to the other connection of the fixed power dissipation element. OUT1 is also connected to the LED unit ( 11 ) connected. The LED unit is supplied with a DC voltage VS, which can be between 9V and 18V, for example.

Wenn die Spannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers positiver ist als am negativen Eingang, regelt der Operationsverstärker seinen Ausgang auf 0 V, so dass der Transistor nicht leitet. Daher fließt nahezu 100 % des Stroms über das feste Verlustleistungselement, d. h. in der Konfiguration von 1 den externen Widerstand (13).If the voltage at the positive input of the operational amplifier is more positive than at the negative input, the operational amplifier regulates its output to 0 V so that the transistor does not conduct. Therefore almost 100% of the current flows through the fixed power dissipation element, ie in the configuration of 1 the external resistance ( 13th ).

Es wird ein Beispiel mit drei LEDs in Reihenschaltung mit einer Vorwärtsspannung von je 2,5V, einem maximalen LED-Strom von 100mA, einem Widerstand von 50 Ohm und einer Versorgungsspannung VS von 18V betrachtet. Dies führt zu einem externen Spannungsabfall von Vled + Vwiderstand = 3*2,5V + 500hm*100mA = 7,5V + 5V = 12,5V. An OUT1 liegt also eine Spannung Vout1 = VS - Vled = 18V-7,5V = 10,5V. An OUT2 liegt die Spannung Vout2 = Vout1-Vresistor = 10,5V-5V = 5,5V. Da die Spannung an OUT2 und damit am positiven Eingang des Operationsverstärkers viel größer ist als die 0,5V am negativen Eingang, wird der Ausgang des Operationsverstärkers tatsächlich auf 0V geregelt, so dass der NFET nicht leitend ist. Wie schon vorher berechnet, beträgt die Verlustleistung im LED-Stromcontroller (40) 5,5V*100mA=550mW.An example is considered with three LEDs connected in series with a forward voltage of 2.5V each, a maximum LED current of 100mA, a resistance of 50 Ohm and a supply voltage VS of 18V. This leads to an external voltage drop of Vled + V resistance = 3 * 2.5V + 500hm * 100mA = 7.5V + 5V = 12.5V. There is therefore a voltage Vout1 = VS - Vled = 18V-7.5V = 10.5V at OUT1. The voltage Vout2 = Vout1-Vresistor = 10.5V-5V = 5.5V is applied to OUT2. Since the voltage at OUT2 and thus at the positive input of the operational amplifier is much higher than the 0.5V at the negative input, the output of the operational amplifier is actually regulated to 0V so that the NFET is not conductive. As previously calculated, the power loss in the LED current controller is ( 40 ) 5.5V * 100mA = 550mW.

Fällt die Versorgungsspannung auf VS = 9V bei einem maximalen LED-Strom von 100mA (derselbe Strom wie im vorherigen Beispiel zur Aufrechterhaltung einer konstanten Lichtleistung), beträgt die Spannung an OUT1 9V-3*2,5V = 1,5V. Der Strom durch das feste Verlustleistungselement (13) erzeugt einen Spannungsabfall von OUT1 zu OUT2. Die Spannung am Knoten OUT2 kann nicht kleiner als die Spannung von 0,5V am negativen Eingang des Operationsverstärkers sein, da der Operationsverstärker mit dem NFET einen Regelkreis bildet, solange die Spannung an OUT1 noch größer als 0,5V am negativen Eingang des Operationsverstärkers ist. Der Operationsverstärker liefert an seinem Ausgang, also am NFET-Gate eine Spannung, so dass der NFET leitet und einen Teil des LED-Stroms übernimmt. Der andere Teil des LED-Stroms fließt in das feste Verlustleistungselement (z. B. ein externer Widerstand). Es kann folgende Verlustleistungsbilanz berechnet werden. Der Strom durch den externen Widerstand ist I = (VOUT1-VOUT2)/R = (1,5V-0,5V)/500hm = 20mA. Das bedeutet, dass ein Strom von 80mA durch den NFET-Baustein fließt. Die Verlustleistung durch den NFET-Baustein kann berechnet werden als P1 = (VOUT1-VOUT2)*I = 1V*80mA = 80mW. Die Verlustleistung im LED-Stromcontroller kann berechnet werden als P2 = VOUT2*I = 0,5V*100mA = 50mW. Die Summe P1 + P2 = 130mW ist die Verlustleistung im internen LED-Steuerkanal (30).If the supply voltage drops to VS = 9V with a maximum LED current of 100mA (the same current as in the previous example to maintain constant light output), the voltage at OUT1 is 9V-3 * 2.5V = 1.5V. The current through the fixed power loss element ( 13th ) creates a voltage drop from OUT1 to OUT2. The voltage at node OUT2 cannot be less than the voltage of 0.5V at the negative input of the operational amplifier, since the operational amplifier forms a control loop with the NFET as long as the voltage at OUT1 is still higher than 0.5V at the negative input of the operational amplifier. The operational amplifier supplies a voltage at its output, i.e. at the NFET gate, so that the NFET conducts and takes over part of the LED current. The other part of the LED current flows into the fixed power dissipation element (e.g. an external resistor). The following power loss balance can be calculated. The current through the external resistor is I = (VOUT1-VOUT2) / R = (1.5V-0.5V) / 500hm = 20mA. This means that a current of 80mA flows through the NFET module. The power loss through the NFET module can be calculated as P1 = (VOUT1-VOUT2) * I = 1V * 80mA = 80mW. The power loss in the LED current controller can be calculated as P2 = VOUT2 * I = 0.5V * 100mA = 50mW. The sum P1 + P2 = 130mW is the power loss in the internal LED control channel ( 30th ).

Die Spannungen VOUT1 = 1,5V, VOUT2 = 0,5V ergeben sich aus einer minimalen Versorgungsspannung VS=9V und einem maximalen LED-Strom von I=100mA. Das bedeutet, dass mit der beschriebenen Lösung ein Versorgungsspannungsbereich von 9V - 18V bei einem maximalen LED-Strom von 100mA unterstützt werden kann und trotzdem die Verlustleistung außerhalb der integrierten Schaltung (20) maximal bleibt.The voltages VOUT1 = 1.5V, VOUT2 = 0.5V result from a minimum supply voltage VS = 9V and a maximum LED current of I = 100mA. This means that with the solution described, a supply voltage range of 9V - 18V with a maximum LED current of 100mA can be supported and the power loss outside of the integrated circuit ( 20th ) remains maximum.

Der Fachmann wird leicht erkennen, dass die vorgeschlagene Lösung auf einen beliebigen Bereich von Spannungen oder Strömen konfigurierbar ist, indem z. B. der Widerstandswert des externen Widerstands (13) und/oder die Gleichspannung der einstellbaren Gleichspannungsquelle (51) eingestellt wird. Durch die richtige Konfiguration beider Werte kann ein Gleichgewicht zwischen der Verlustleistung des steuerbaren Verlustleistungselements (60), des festen Verlustleistungselements (13) und des LED-Stromcontrollers (41) gefunden werden, was zu einer optimalen Verlustleistung der integrierten Schaltung führt. In der Praxis ist der Hauptverursacher der Verlustleistung im LED-Stromcontroller (41) die schaltbare Stromquelle (42). Die Verlustleistung im schaltbaren Element (43) für die PWM-Steuerung kann vernachlässigt werden, da dessen „Ein“-Widerstand wie bereits erwähnt sehr klein ist.Those skilled in the art will readily recognize that the proposed solution is configurable to any range of voltages or currents, e.g. B. the resistance value of the external resistor ( 13th ) and / or the DC voltage of the adjustable DC voltage source ( 51 ) is set. By correctly configuring both values, a balance can be found between the power loss of the controllable power loss element ( 60 ), the fixed power loss element ( 13th ) and the LED current controller ( 41 ) can be found, which leads to an optimal power loss of the integrated circuit. In practice, the main cause of the power loss in the LED current controller is ( 41 ) the switchable power source ( 42 ). The power loss in the switchable element ( 43 ) for the PWM control can be neglected because its "on" resistance is very small, as already mentioned.

Der NFET wird zeitkontinuierlich geregelt. Das bedeutet, dass jede Änderung entweder des/der Parameter(s) (z. B. der bereitgestellten Gleichspannung) oder der Versorgungsspannung eine unmittelbare Auswirkung auf das Gleichgewicht zwischen den Strömen im externen Widerstand und dem NFET hat. Da die Regelung zeitkontinuierlich erfolgt, können Störungen im elektromagnetischen Spektrum vermieden werden, was vorteilhaft für die Reduzierung der elektromagnetischen Emission ist.The NFET is controlled continuously over time. This means that any change in either the parameter (s) (e.g. the supplied DC voltage) or the supply voltage has a direct effect on the balance between the currents in the external resistor and the NFET. Since the regulation takes place continuously over time, interference in the electromagnetic spectrum can be avoided, which is advantageous for reducing electromagnetic emissions.

Je nach Transistortyp (61) kann der Operationsverstärker eine zusätzliche invertierende Stufe oder eine andere Schnittstellenstufe benötigen, um einen Regelkreis zwischen dem Verlustleistungscontroller (50) und dem steuerbaren Verlustleistungselement (60) aufzubauen. Zum Beispiel muss der NFET eine positive Gate-Source-Spannung erhalten, die größer als seine Schwellenspannung ist, um zu leiten, während ein PFET eine negative Gate-Source-Spannung (negativer als seine negative Schwellenspannung) erhalten muss, um zu leiten. Jeder geeignete Typ von Schnittstellenstufe kann mit der Erfindung verwendet werden.Depending on the transistor type ( 61 ) the operational amplifier may need an additional inverting stage or another interface stage in order to establish a control loop between the power loss controller ( 50 ) and the controllable power loss element ( 60 ) to build up. For example, the NFET must receive a positive gate-source voltage greater than its threshold voltage in order to conduct, while a PFET must receive a negative gate-source voltage (more negative than its negative threshold voltage) in order to conduct. Any suitable type of interface stage can be used with the invention.

In einer anderen Ausführungsform kann der Verlustleistungscontroller (50) so eingerichtet sein, dass er das steuerbare Verlustleistungselement (60) in Abhängigkeit von einem Parameter „ein“ und „aus“ schaltet. Das steuerbare Verlustleistungselement verhält sich tatsächlich wie ein Schalter, wobei der „Ein-Zustand“ durch einen sehr niedrigen ohmschen Widerstand (z.B. 5 Ohm oder 2 Ohm oder 1 Ohm oder 0,5 Ohm oder 0,1 Ohm oder kleiner) und der „Aus-Zustand“ durch einen sehr hohen ohmschen Widerstand (z.B. 100 kOhm oder 500 kOhm oder 1 MOhm oder größer) gekennzeichnet ist. Die Spannung an OUT2 kann als Parameter dienen. Eine EIN-Schwelle zum Einschalten des steuerbaren Verlustleistungselements (60) kann z.B. auf einen Pegel THon = VOUT2on eingestellt werden, z.B. 0,5V. Bei einem AUS-Schwellwertpegel THoff = VOUT2off (z.B. 0,55V) wird das steuerbare Verlustleistungselement (60) ausgeschaltet. Die Hysterese zwischen diesen beiden Schwellenwerten vermeidet ein Schwingen des Schalters aufgrund elektromagnetischer Störungen. Dies ist eine häufig anzutreffende Herausforderung in einer Automobilumgebung.In another embodiment, the power loss controller ( 50 ) be set up in such a way that it uses the controllable power loss element ( 60 ) switches "on" and "off" depending on a parameter. The controllable power loss element actually behaves like a switch, the "on state" being due to a very low ohmic resistance (eg 5 ohms or 2 ohms or 1 ohm or 0.5 ohms or 0.1 ohms or less) and the "off" -State "is characterized by a very high ohmic resistance (eg 100 kOhm or 500 kOhm or 1 MOhm or greater). The voltage at OUT2 can be used as a parameter. An ON threshold for switching on the controllable power loss element ( 60 ) can be set to a level THon = VOUT2on, for example 0.5V. With an OFF threshold level THoff = VOUT2off (e.g. 0.55V) the controllable power loss element ( 60 ) switched off. The hysteresis between these two threshold values prevents the switch from swinging due to electromagnetic interference. This is a common challenge encountered in an automotive environment.

Das steuerbare Verlustleistungselement (60) wird hier zeitdiskret geregelt. Das bedeutet, dass jede Änderung entweder des/der Parameter(s) (z. B. der DC-Schwellenwerte) oder der Versorgungsspannung nur dann eine Auswirkung auf das Gleichgewicht zwischen den Strömen im externen Widerstand und im NFET hat, wenn eine Bedingung für das Schalten erfüllt ist.The controllable power loss element ( 60 ) is regulated here in a time-discrete manner. This means that any change in either the parameter (s) (e.g. the DC threshold values) or the supply voltage will only have an effect on the balance between the currents in the external resistor and in the NFET if a condition for the Switching is fulfilled.

Der Mikrocontroller (23) ist so angeordnet, dass er den einen oder die mehreren Parameter bereitstellt, die von dem Verlustleistungscontroller (50) verwendet werden, um das steuerbare Verlustleistungselement (60) zu regeln. Jeder Parameter, der ein Maß für die Verlustleistung in der integrierten Schaltung (20) darstellt, kann als Kontrollparameter für den Verlustleistungscontroller (50) verwendet werden. Beispiele sind die interne Temperatur, die Versorgungsspannung, die Spannung an OUT2 (wie bereits beschrieben), die Spannungsdifferenz zwischen VOU1 und VOUT2, der den LEDs zugeführte Strom usw.. Auch der Widerstandswert des festen Verlustleistungselements (13) kann als Parameter betrachtet werden.The microcontroller ( 23 ) is arranged in such a way that it provides the one or more parameters that are set by the power loss controller ( 50 ) can be used to control the controllable power loss element ( 60 ) to regulate. Any parameter that is a measure of the power dissipation in the integrated circuit ( 20th ) can be used as a control parameter for the power loss controller ( 50 ) be used. Examples are the internal temperature, the supply voltage, the voltage at OUT2 (as already described), the voltage difference between VOU1 and VOUT2, the current supplied to the LEDs, etc. Also the resistance value of the fixed power loss element ( 13th ) can be viewed as a parameter.

Der LED-Stromwert kann in einigen Ausführungsformen durch den Mikrocontroller (23) auf der Grundlage des Spannungsabfalls über dem externen Widerstand (13) mit einem bekannten Widerstandswert berechnet werden. In anderen Ausführungsformen kann der Strom aus einer im nichtflüchtigen Datenspeicher (26) gespeicherten Nachschlagetabelle bekannt sein. Jede Einstellung der Stromquelle und des PWM-Controllers (40) führt zu einem bestimmten LED-Strom. Diese Beziehung kann in der Nachschlagetabelle gespeichert sein. Der Mikrocontroller stellt diese LED-Strominformation dann dem Verlustleistungscontroller (50) zur Verfügung, wo sie im Regelkreis mit dem steuerbaren Verlustleistungsglied (60) verwendet wird bzw. um das Schaltverhalten des steuerbaren Verlustleistungsglieds (60) wie bereits oben beschrieben auszulösen.In some embodiments, the LED current value can be controlled by the microcontroller ( 23 ) based on the voltage drop across the external resistor ( 13th ) can be calculated with a known resistance value. In other embodiments, the power can be drawn from a non-volatile memory ( 26th ) stored look-up table must be known. Each setting of the power source and the PWM controller ( 40 ) leads to a certain LED current. This relationship can be stored in the look-up table. The microcontroller then provides this LED current information to the power loss controller ( 50 ) available wherever they are in Control loop with the controllable power loss element ( 60 ) is used or the switching behavior of the controllable power loss element ( 60 ) as described above.

Im Allgemeinen kann der/die vom Verlustleistungscontroller (50) verwendete(n) Parameter z. B. mit einem Diagnoseblock und/oder ADC und/oder einem Temperatursensor gemessen werden, der in 1 als Funktionsblock (29) dargestellt ist. Der ADC hat z. B. mehrere Eingangskanäle, so dass entweder die Versorgungsspannung VS oder die Spannung an OUT2 oder die Spannungsdifferenz zwischen OUT 1 und OUT 2 usw. gemessen werden kann. In einigen Ausführungsformen kann der ADC diese Messungen an den Mikrocontroller (23) weitergeben. In ähnlicher Weise kann ein Temperatursensor seinen Messwert an den Mikrocontroller (23) weitergeben. In einigen Ausführungsformen ist der Mikrocontroller (23) so angeordnet, dass er den ADC oder den Temperatursensor ansteuert, um diese Messungen durchzuführen.In general, the power loss controller ( 50 ) parameters used e.g. B. be measured with a diagnostic block and / or ADC and / or a temperature sensor, which in 1 as a function block ( 29 ) is shown. The ADC has e.g. B. several input channels, so that either the supply voltage VS or the voltage at OUT2 or the voltage difference between OUT 1 and OUT 2 etc. can be measured. In some embodiments, the ADC can send these measurements to the microcontroller ( 23 ) pass on. In a similar way, a temperature sensor can send its measured value to the microcontroller ( 23 ) pass on. In some embodiments the microcontroller is ( 23 ) arranged in such a way that it controls the ADC or the temperature sensor in order to carry out these measurements.

In einigen Ausführungsformen kann der Verlustleistungscontroller (50) mehr als einen Parameter verwenden. Die Regelung kann dann auf mehreren Parametern beruhen, die die Verlustleistung in der integrierten Schaltung (20) angeben, z. B. die Versorgungsspannung VS und die Temperatur. Auch andere Parameterkombinationen sind möglich.In some embodiments, the power dissipation controller ( 50 ) use more than one parameter. The regulation can then be based on several parameters that determine the power loss in the integrated circuit ( 20th ) specify, e.g. B. the supply voltage VS and the temperature. Other parameter combinations are also possible.

Der Mikrocontroller (23) kann geeignet sein, die Messungen zu sammeln und weiter zu verarbeiten, um einen oder mehrere Parameter zu erhalten, die anschließend vom Verlustleistungscontroller (50) verwendet werden können. Wie zuvor beschrieben, kann eine Gleichspannung von 0,5 V am negativen Eingang des Operationsverstärkers für den Regelkreis des Operationsverstärkers zusammen mit dem NFET verwendet werden. Diese Spannung wird in einigen Ausführungsformen vom Mikrocontroller über einen Digital-Analog-Wandler DAC (70) dem Operationsverstärker zur Verfügung gestellt. Diese Spannung von z.B. 0,5V kann für einen LED-Strom von z.B. 50mA - 100mA verwendet werden. Für einen Strom von weniger als 50mA könnte dann eine Spannung von z.B. 1V für die Regelung verwendet werden. Basierend auf der Information über den Strom, der entweder vom Mikrocontroller gemessen oder wie bereits erwähnt aus einer Look-Up-Tabelle gelesen wird, kann die Spannungseinstellung vorgenommen werden. Dies bietet den Vorteil, dass immer eine optimale Verlustleistung in der integrierten Schaltung erreicht werden kann.The microcontroller ( 23 ) may be suitable for collecting the measurements and processing them further in order to obtain one or more parameters that are then processed by the power loss controller ( 50 ) can be used. As previously described, a DC voltage of 0.5 V at the negative input of the operational amplifier can be used for the control circuit of the operational amplifier together with the NFET. In some embodiments, this voltage is generated by the microcontroller via a digital-to-analog converter DAC ( 70 ) made available to the operational amplifier. This voltage of, for example, 0.5V can be used for an LED current of, for example, 50mA - 100mA. For a current of less than 50mA, a voltage of, for example, 1V could then be used for the regulation. The voltage setting can be made based on the information about the current, which is either measured by the microcontroller or, as already mentioned, read from a look-up table. This offers the advantage that an optimal power loss can always be achieved in the integrated circuit.

Jeder Parameter, der von der Verlustleistungssteuerung (50) weiterverwendet wird, kann zunächst eine Verarbeitung erfahren. Da der Mikrocontroller (23) auch eine zentrale Verarbeitungseinheit (24), einen Direktzugriffsspeicher (25) und einen nichtflüchtigen Programmspeicher (27) umfasst, ist die LED-Beleuchtungsvorrichtung so eingerichtet, dass sie auch komplexere Berechnungen durchführen kann.Every parameter that the power dissipation control ( 50 ) is used further, can first be processed. Since the microcontroller ( 23 ) also a central processing unit ( 24 ), a random access memory ( 25th ) and a non-volatile program memory ( 27 ), the LED lighting device is set up so that it can also perform more complex calculations.

Der LED-Controller/-integrierte Schaltkreis (20) bildet in einigen Ausführungsformen eine einzelne Komponente, die mit der LED-Einheit (11) und dem festen Verlustleistungselement (13) verwendet wird. Wie oben erwähnt, kann die LED-Einheit eine einzelne LED oder eine Vielzahl von LEDs in Reihe haben, z. B. 2 oder 3 oder 4 LEDs. Das feste Verlustleistungselement ist z.B. ein Widerstand von z.B. 10 Ohm, 50 Ohm, 100 Ohm, 200 oder 500 Ohm. Der integrierte Schaltkreis ist sich nicht bewusst, welche Konfiguration außerhalb des ICs verwendet wird. In einigen Ausführungsformen leitet der integrierte Schaltkreis während einer Initialisierungsschleife die externe Konfiguration ab. Dies geschieht z. B. beim erstmaligen Einschalten der Versorgungsspannung. Der Mikrocontroller (23) kann die angelegte Versorgungsspannung messen und dabei den ADC zur Digitalisierung des gemessenen Spannungswertes verwenden. Der Mikrocontroller kann weiterhin über die Stromquelle und den PWM-Controller einen LED-Stromwert bereitstellen, der z. B. in einer Look-Up-Tabelle gespeichert wurde, wie zuvor beschrieben. Der Mikrocontroller ist in Ausführungsformen weiterhin so angeordnet, dass er die Spannung an OUT1 und OUT2 misst, wobei die gemessenen Spannungswerte mit Hilfe des ADC digitalisiert werden. Anhand dieser Informationen kann die Anzahl der LEDs (12) in der LED-Einheit (11) sowie der Widerstand des externen Widerstands (13) abgeleitet werden. Der Mikrocontroller kann diese Informationen im nichtflüchtigen Datenspeicher (26) zur weiteren Verwendung speichern. Anhand dieser Informationen kann der Mikrocontroller geeignete Parameter ableiten und dem Verlustleistungscontroller (50) zur Verfügung stellen.The LED controller / integrated circuit ( 20th ) in some embodiments forms a single component that is connected to the LED unit ( 11 ) and the fixed power loss element ( 13th ) is used. As mentioned above, the LED unit may have a single LED or a plurality of LEDs in series, e.g. B. 2 or 3 or 4 LEDs. The fixed power loss element is, for example, a resistance of, for example, 10 ohms, 50 ohms, 100 ohms, 200 or 500 ohms. The integrated circuit is not aware of what configuration outside of the IC is being used. In some embodiments, the integrated circuit derives the external configuration during an initialization loop. This happens e.g. B. when switching on the supply voltage for the first time. The microcontroller ( 23 ) can measure the applied supply voltage and use the ADC to digitize the measured voltage value. The microcontroller can also provide an LED current value via the current source and the PWM controller, which z. B. was stored in a look-up table, as previously described. In embodiments, the microcontroller is also arranged in such a way that it measures the voltage at OUT1 and OUT2, the measured voltage values being digitized with the aid of the ADC. This information can be used to determine the number of LEDs ( 12th ) in the LED unit ( 11 ) as well as the resistance of the external resistor ( 13th ) be derived. The microcontroller can store this information in the non-volatile data memory ( 26th ) for further use. On the basis of this information, the microcontroller can derive suitable parameters and transfer the power loss controller ( 50 ) make available.

In einer anderen Ausführungsform ist die Konfiguration außerhalb des ICs bekannt. Die bekannte Konfiguration (die u. a. die Anzahl der LEDs, den Widerstandswert des festen Verlustleistungselements, ... enthält) wird in einem oder mehreren Kalibrierungsschritten über eine Kommunikationsschnittstelle und eine physikalische Schicht (28) dem Mikrocontroller (23) zur Verfügung gestellt, der die Konfiguration im nichtflüchtigen Datenspeicher (26) zur weiteren Verwendung speichert. Anstelle der Bereitstellung von Konfigurationsinformationen während einer Kalibrierungsphase können stattdessen die vom Verlustleistungscontroller (50) verwendeten Parameter bereitgestellt werden.In another embodiment, the configuration outside the IC is known. The known configuration (which includes the number of LEDs, the resistance value of the fixed power loss element, ...) is implemented in one or more calibration steps via a communication interface and a physical layer ( 28 ) the microcontroller ( 23 ) is made available that stores the configuration in the non-volatile data memory ( 26th ) for further use. Instead of providing configuration information during a calibration phase, the power loss controller ( 50 ) parameters used are provided.

In einigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung kann die Versorgungsspannung VS auch dem Verlustleistungscontroller (50) zugeführt werden. Es kann in bestimmten Ausführungsformen eine bidirektionale Kommunikation von Informationen zwischen dem Mikrocontroller (23) und dem Verlustleistungscontroller (50) bestehen. Dies ermöglicht den Aufbau einer Kommunikationsverbindung zwischen dem Verlustleistungscontroller und dem Funktionsblock (29), der einen Diagnoseblock/ADC/Temperatursensor umfasst, wodurch z. B. während eines Kalibrierungs- oder Initialisierungsprozesses Messungen durchgeführt werden können, die an den Mikrocontroller weitergeleitet werden, um die Einstellung(en) des mindestens einen Parameters anzupassen, wie bereits oben beschrieben.In some embodiments of the LED lighting device according to the invention, the supply voltage VS can also be used by the power loss controller ( 50 ) are supplied. In certain embodiments, there can be bidirectional communication of information between the microcontroller ( 23 ) and the power loss controller ( 50 ) exist. This enables the establishment of a communication link between the power loss controller and the function block ( 29 ), which includes a diagnostic block / ADC / temperature sensor, whereby z. B. measurements can be carried out during a calibration or initialization process, which are forwarded to the microcontroller in order to adapt the setting (s) of the at least one parameter, as already described above.

In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das steuerbare Verlustleistungselement (60) als externes Bauelement angeordnet, d.h. es ist nicht Teil der integrierten Schaltung (20) und des LED-Steuerkanals (30). In dieser Ausführungsform steuert jedoch der LED-Steuerkanal (30) das steuerbare Verlustleistungselement (60). Ein solcher Aufbau ist sinnvoll, wenn die Anzahl der LED-Steuerkanäle hoch ist. Die natürliche Verlustleistung des integrierten Schaltkreises aufgrund der eigenen Leistungsaufnahme und der LED-Ströme, die den verschiedenen LED-Einheiten zur Verfügung gestellt werden müssen, ist bereits sehr hoch. Die Verlustleistung der mehreren steuerbaren Verlustleistungselemente (60) würde dann nicht mehr zur maximal zulässigen Verlustleistung der integrierten Schaltung (20) passen.In the in 2 The embodiment shown is the controllable power loss element ( 60 ) arranged as an external component, i.e. it is not part of the integrated circuit ( 20th ) and the LED control channel ( 30th ). In this embodiment, however, the LED control channel controls ( 30th ) the controllable power loss element ( 60 ). Such a structure makes sense if the number of LED control channels is high. The natural power loss of the integrated circuit due to its own power consumption and the LED currents that have to be made available to the various LED units is already very high. The power loss of the several controllable power loss elements ( 60 ) would then no longer result in the maximum permissible power loss of the integrated circuit ( 20th ) fit.

Die 3, 4 und 5 zeigen Ergebnisse gemäß der in 1 offenbarten Ausführungsform. Das steuerbare Verlustleistungselement (60) ist ein NFET-Transistor (61), der von einem Operationsverstärker (52) gesteuert wird. Als festes Verlustleistungselement 13 wurde ein Widerstand gewählt. Als konfigurierbare Parameter werden für die Gleichspannungsquelle (51) einstellbare Werte von 1V und 3V und für das feste Verlustleistungselement (13) Widerstandswerte von 60 Ohm, 120 Ohm und 180 Ohm angenommen.the 3 , 4th and 5 show results according to the in 1 disclosed embodiment. The controllable power loss element ( 60 ) is an NFET transistor ( 61 ) from an operational amplifier ( 52 ) is controlled. As a fixed power loss element 13th a resistance was chosen. The configurable parameters for the DC voltage source ( 51 ) adjustable values of 1V and 3V and for the fixed power loss element ( 13th ) Resistance values of 60 Ohm, 120 Ohm and 180 Ohm are assumed.

Die steuerbare Stromquelle (42) sowie der NFET (61) sind Teil einer integrierten Schaltung (20) in 1. Eine begrenzte Menge an interner Verlustleistung ist erlaubt. Beide Elemente sind Teil eines LED-Steuerkanals (30) und werden als Hauptverursacher der Verlustleistung der integrierten Schaltung angesehen. Die anderen Elemente des LED-Steuerkanals können vernachlässigt werden, da ihr Beitrag zur Verlustleistung in diesem LED-Steuerkanal mit etwa 1 bis 2 % relativ gering ist. In den Ergebnissen von 3, 4 und 5 ist nur ein LED-Steuerkanal dargestellt. Wenn mehr als ein LED-Steuerkanal in der integrierten Schaltung vorhanden ist, müssen sie alle berücksichtigt werden.The controllable power source ( 42 ) as well as the NFET ( 61 ) are part of an integrated circuit ( 20th ) in 1 . A limited amount of internal power dissipation is allowed. Both elements are part of an LED control channel ( 30th ) and are considered to be the main cause of the power dissipation of the integrated circuit. The other elements of the LED control channel can be neglected, since their contribution to the power loss in this LED control channel is relatively small at around 1 to 2%. In the results of 3 , 4th and 5 only one LED control channel is shown. If there is more than one LED control channel in the integrated circuit, they must all be considered.

In 3 wird eine Gleichspannung von 1V an den negativen Eingang des Operationsverstärkers angelegt. Die Versorgungsspannung VS wird zwischen 0V und 17V gesweept. Die Stromquelle ICS liefert einen Strom von 60mA, der auch der Strom durch die LED-Einheit ist. Bei einer Versorgungsspannung von VS=4V ist die Stromquelle voll funktionsfähig und liefert den gewählten Strom von 60mA.In 3 a DC voltage of 1V is applied to the negative input of the operational amplifier. The supply voltage VS is swept between 0V and 17V. The current source ICS supplies a current of 60mA, which is also the current through the LED unit. With a supply voltage of VS = 4V, the current source is fully functional and supplies the selected current of 60mA.

Aufgrund der Regelung wird der Strom der Stromquelle entweder durch den externen Widerstand (IRES) oder den internen NFET-Transistor (ITRAN) getrieben. Mit anderen Worten, der Gesamtstrom IRES+ITRAN bleibt bei 60mA im Betriebsspannungsbereich der integrierten Schaltung (20) und insbesondere der steuerbaren Stromquelle (42) erhalten. Zu jedem Zeitpunkt werden die von der Stromquelle ICS bereitgestellten 60mA in einen Anteil IRES und einen Anteil ITRAN aufgeteilt. Je nach gewähltem Wert des externen Widerstandes (120 Ohm oder 180 Ohm) kann die Kommutierung des Stromes vom NFET zum Widerstand in x-Richtung verschoben werden, d.h. bei einer anderen Versorgungsspannung erfolgen.Due to the regulation, the current of the current source is driven either through the external resistor (IRES) or the internal NFET transistor (ITRAN). In other words, the total current IRES + ITRAN remains at 60mA in the operating voltage range of the integrated circuit ( 20th ) and in particular the controllable power source ( 42 ) receive. At any point in time, the 60mA provided by the ICS power source is divided into an IRES part and an ITRAN part. Depending on the selected value of the external resistance (120 ohms or 180 ohms), the commutation of the current from the NFET to the resistor can be shifted in the x-direction, ie it can be done with a different supply voltage.

Der Vollständigkeit halber ist auch die bereitgestellte Ausgangsspannung von VOUT2 dargestellt. Solange der NFET-Transistor einen Strom führt, wird diese Spannung konstant geregelt. Erst wenn der Strom vollständig vom NFET zum externen Widerstand kommutiert ist, beginnt die Spannung von VOUT2 der steigenden Versorgungsspannung folgend zu steigen. Es ist zu erkennen, dass der LED-Strom über einen weiten Versorgungsspannungsbereich von VS=4V bis 18V (der in diesem Beispiel als Betriebsversorgungsspannungsbereich der integrierten Schaltung angenommen wurde) bereitgestellt werden kann, wodurch das eingangs beschriebene Problem gelöst wird.For the sake of completeness, the output voltage provided by VOUT2 is also shown. As long as the NFET transistor is carrying a current, this voltage is constantly regulated. Only when the current has completely commutated from the NFET to the external resistor does the voltage of VOUT2 begin to rise following the increasing supply voltage. It can be seen that the LED current can be provided over a wide supply voltage range of VS = 4V to 18V (which in this example was assumed to be the operating supply voltage range of the integrated circuit), thereby solving the problem described above.

4 ist äquivalent zu 3 und zeigt die Verlustleistungsverteilung über die verschiedenen Elemente bei steigender Versorgungsspannung VS. PCS ist die Verlustleistung der Stromquelle und PTRAN die Verlustleistung des NFET-Transistors. Beide summieren sich zu der Verlustleistung des LED-Steuerkanals im integrierten Schaltkreis PIC. PRES ist die Verlustleistung des externen Widerstandes. Es ist zu erkennen, dass sich aufgrund des Regelkreises lokale Maxima der Leistungsverteilung des LED-Steuerkanals PIC bilden. PIC muss immer kleiner sein als die gesamte maximal zulässige Verlustleistung der integrierten Schaltung. Diese lokalen Maxima der Verlustleistung PIC können durch die Wahl des externen Widerstandswerts in x-Richtung verschoben werden. Es ist weiterhin zu erkennen, dass der Maximalwert in seinem Bereich von 300 bis 400mW auch leicht einstellbar ist. 4th is equivalent to 3 and shows the power loss distribution over the various elements with increasing supply voltage VS. PCS is the power loss of the current source and PTRAN is the power loss of the NFET transistor. Both add up to the power loss of the LED control channel in the integrated circuit PIC. PRES is the power loss of the external resistor. It can be seen that due to the control loop, local maxima of the power distribution of the LED control channel PIC are formed. PIC must always be smaller than the total maximum permissible power loss of the integrated circuit. These local maxima of the power loss PIC can be shifted in the x direction by choosing the external resistance value. It can also be seen that the maximum value can also easily be set in its range from 300 to 400 mW.

5 ist entsprechend zu 4. Es wurde ein Widerstandswert des externen Widerstands von 60 Ohm gewählt. Die einstellbare Gleichspannungsquelle (51) wurde als weiterer Parameter auf DC=1V bzw. 3V eingestellt. Mit der einstellbaren Gleichspannungsquelle kann die interne Verlustleistung eines LED-Steuerkanals im integrierten Schaltkreis PIC auf ihren Maximalwert bei gegebenem Versorgungsspannungspegel VS optimiert werden. Bei Versorgungsspannungen oberhalb von 8,5V (DC=1V) und oberhalb von 10,5V (DC=3V) fallen jedoch die beiden Leiterbahnen PIC und PCS zusammen, so dass die maximale Verlustleistung PIC bei maximaler Versorgung von 17V etwa 575mW beträgt, was höher ist als in 3. Durch Anpassung des externen Widerstandes kann die Verlustleistung, insbesondere bei höheren Spannungen, nochmals reduziert werden. 5 is accordingly to 4th . A resistance value of 60 ohms was chosen for the external resistor. The adjustable DC voltage source ( 51 ) was set as a further parameter to DC = 1V or 3V. With the adjustable DC voltage source, the internal power loss of an LED control channel in the integrated circuit PIC can be optimized to its maximum value for a given supply voltage level VS. At supply voltages above 8.5V (DC = 1V) and above 10.5V (DC = 3V), however, the two conductor tracks PIC and PCS coincide, so that the maximum power loss PIC with a maximum supply of 17V is around 575mW, which is higher is as in 3 . By adapting the external resistance, the power loss can be further reduced, especially at higher voltages.

4 und 5 verdeutlichen, dass sich lokale Maxima der internen Verlustleistung eines LED-Steuerkanals im integrierten Schaltkreis bei einer Versorgungsspannung von VS = 4V...6V und bei sehr hohen Versorgungsspannungen von 15 bis 17 V ausbilden. Die typische Versorgungsspannung für eine Fahrzeugrücklichtanwendung liegt zwischen 12V und 13V. Das Leuchtdioden (LED)-Leuchtmittel (10) wird über seine Lebensdauer meist mit dieser Versorgungsspannung von 12V ä 13V versorgt und nur selten weicht die Versorgungsspannung davon ab. Die Regelung zielt daher darauf ab, bei einer Versorgung von 12V bis 13V eine minimale Verlustleistung der LED-Steuerkanäle zu haben, da dies für eine lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit des LED-Beleuchtungsgerätes (10) bevorzugt wird. Die Parameter werden so eingestellt, dass dieses Ziel erreicht wird. Mit dieser Regelbedingung wird auch die Verlustleistung der integrierten Schaltung (20) auf ein Minimum geregelt. 4th and 5 make it clear that local maxima of the internal power loss of an LED control channel develop in the integrated circuit with a supply voltage of VS = 4V ... 6V and with very high supply voltages of 15 to 17 V. The typical supply voltage for a vehicle taillight application is between 12V and 13V. The light-emitting diode (LED) light source ( 10 ) is usually supplied with this supply voltage of 12V - 13V over its service life and the supply voltage only rarely deviates from it. The regulation therefore aims to have a minimum power loss of the LED control channels with a supply of 12V to 13V, as this ensures a long service life and reliability of the LED lighting device ( 10 ) is preferred. The parameters are set in such a way that this goal is achieved. With this control condition, the power loss of the integrated circuit ( 20th ) regulated to a minimum.

Es hat sich gezeigt, dass mit dem offenbarten Regelkreis, der auf Parametern für die Gleichspannungsquelle (51) und den externen Widerstand (13) basiert, die Verlustleistung eines LED-Steuerkanals so eingestellt werden kann, dass eine maximal zulässige Verlustleistung einer integrierten Schaltung über einen weiten Bereich von Versorgungsspannungswerten VS nicht überschritten wird.It has been shown that with the disclosed control loop, which is based on parameters for the DC voltage source ( 51 ) and the external resistor ( 13th ) is based, the power loss of an LED control channel can be set so that a maximum permissible power loss of an integrated circuit is not exceeded over a wide range of supply voltage values VS.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Beleuchtungseinrichtung mit Leuchtdioden (LED)Lighting device with light emitting diodes (LED)
1111th: LED-EinheitLED unit
1212th: LEDLED
1313th: Festes VerlustleistungselementFixed power loss element
2020th: LED-Controller / integrierte SchaltungLED controller / integrated circuit
2121: SpannungscontrollerVoltage controller
2222nd: Oszillatoroscillator
2323: MicrocontrollerMicrocontroller
2424: Zentralverarbeitungseinheit (CPU)Central Processing Unit (CPU)
2525th: Random Access Memory (RAM)Random Access Memory (RAM)
2626th: Nichtflüchtiger DatenspeicherNon-volatile data storage
2727: Nichtflüchtiger ProgrammspeicherNon-volatile program memory
2828: Kommunikationsschnittstelle und physikalische SchichtCommunication interface and physical layer
2929: Diagnoseblock / Analog-Digital-Wandler / TemperatursensorDiagnostic block / analog-digital converter / temperature sensor
3030th: LED-SteuerkanalLED control channel
4040: Stromquelle und PWM-ControllerPower source and PWM controller
4141: LED-StromcontrollerLED power controller
4242: Steuerbare StromquelleControllable power source
4343: Schaltbares ElementSwitchable element
5050: VerlustleistungscontrollerPower dissipation controller
5151: Einstellbare GleichspannungsquelleAdjustable DC voltage source
5252: OperationsverstärkerOperational amplifier
6060: Steuerbares VerlustleistungselementControllable power loss element
6161: Transistortransistor
7070: Digital-Analog-Wandler (DAC)Digital-to-analog converter (DAC)

Während die Erfindung in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung detailliert dargestellt und beschrieben wurde, sind diese Darstellung und Beschreibung als illustrativ oder beispielhaft und nicht einschränkend zu betrachten. Die vorstehende Beschreibung stelle bestimmte Ausführungsformen der Erfindung detailliert dar. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass unabhängig davon, wie detailliert das Vorstehende im Text erscheint, die Erfindung in vielerlei Hinsicht praktiziert werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, these presentation and description are to be regarded as illustrative or exemplary and not restrictive. The preceding description has detailed certain embodiments of the invention. However, it is believed that no matter how detailed the preceding appears, there are many ways that the invention can be practiced. The invention is not limited to the disclosed embodiments.

Andere Variationen zu den offenbarten Ausführungsformen können von den Fachleuten in der Praxis der beanspruchten Erfindung, aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und durchgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „an“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Ein einzelner Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Elemente erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen erwähnt werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft eingesetzt werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium gespeichert/verteilt werden, z. B. auf einem optischen Speichermedium oder einem Festkörpermedium, das zusammen mit oder als Teil einer anderen Hardware geliefert wird, es kann aber auch in anderen Formen verteilt werden, z. B. über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme. Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung des Anwendungsbereichs zu verstehen.Other variations to the disclosed embodiments can be understood and made by those skilled in the art of practicing the claimed invention, from a study of the drawings, the disclosure, and the appended claims. In the claims, the word “comprising” does not exclude other elements or steps, and the indefinite article “a” or “an” does not exclude a plurality. A single processor or other unit can fulfill the functions of several elements listed in the claims. The mere fact that certain measures are mentioned in mutually different dependent claims does not mean that a combination of these measures cannot be used to advantage. A computer program can be stored / distributed on a suitable medium, e.g. On an optical storage medium or on a solid state medium supplied with or as part of other hardware, but it can also be distributed in other forms be e.g. B. over the Internet or other wired or wireless telecommunication systems. All reference signs in the claims are not to be understood as limiting the scope of application.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 7612506 B1 [0012]
US 10420178 B2 [0013]
US 2012319587 A1 [0014]
US 2016219670 [0015]

Claims

Light emitting diode, LED, lighting device (10) arranged to receive a DC supply voltage (VS) and comprising: - an LED unit (11) with one or more LEDs (12), - a fixed power loss element (13) which is connected in series with the LED unit, - A controllable power loss element (60) which is connected in parallel to the fixed power loss element (13), - A current controller (41) which is arranged in such a way that it supplies current to the controllable power loss element and the fixed power loss element, - A power loss controller (50) which is arranged such that it receives at least one parameter and regulates the power loss in the controllable power loss element on the basis of the at least one parameter while the current provided is maintained.

LED lighting device according to Claim 1 , wherein the current controller comprises a controllable current source (42) and / or a switchable element (43).

LED lighting device according to Claim 1 or 2 , further comprising a controller (23) which is arranged to set and / or store the at least one parameter.

LED lighting device according to Claim 3 wherein the controller (23) is arranged to receive the at least one parameter via a communication interface (28).

LED lighting device according to Claim 3 or 4th which is further set up to carry out measurements from which the controller (23) can configure the at least one parameter.

LED lighting device according to one of the preceding claims, wherein the current controller is connected in series with the controllable power loss element, which is connected in parallel with the fixed power loss element.

LED lighting device according to one of the preceding claims, wherein the fixed power loss element (13) is a resistor.

LED lighting device according to one of the preceding claims, wherein the power loss control comprises an operational amplifier and the controllable power loss element comprises an n-type MOSFET.

LED lighting device according to one of the preceding claims, wherein the power loss controller comprises an adjustable DC voltage source, the value of the adjustable DC voltage being a parameter of the at least one parameter.

LED lighting device according to one of the preceding claims, wherein the current controller (41) is part of an integrated circuit.

LED lighting device according to Claim 10 wherein the integrated circuit also comprises the power loss control (50) and the controller (23) for setting and / or storing the at least one parameter.

LED lighting device according to Claim 10 or 11 wherein the integrated circuit also comprises the controllable power dissipation element (60).

LED lighting device according to one of the preceding claims, comprising a plurality of LED control channels, each LED control channel comprising at least one power loss controller and one current controller.

LED lighting device according to Claim 13 , each LED control channel comprising a controllable power dissipation element.

Vehicle lamp with an LED lighting device according to one of the preceding claims.