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    • 专利摘要:
    Eine Leuchtdioden-(LED)Schaltung enthält eine Vielzahl von in einer Hybrid-Parallel-Reihenschaltungskonfiguration verbundenen Leuchtdioden und eine Stromregulierungsschaltung, die ein an eine erste Kette einer Vielzahl von LED-Ketten angeschlossenes Stromregulierungselement und eine Vielzahl von Stromspiegelungselementen enthält, wobei jedes Stromspiegelungselement an eine jeweilige Kette der Vielzahl von LED-Ketten angeschlossen ist.A light emitting diode (LED) circuit includes a plurality of light emitting diodes connected in a hybrid parallel series circuit configuration, and a current regulation circuit that includes a current regulation element connected to a first chain of a plurality of LED chains and a plurality of current mirroring elements, each current mirroring element connected to one respective chain of the plurality of LED chains is connected.
    公开号:DE102004008896A1
    申请号:DE102004008896
    申请日:2004-02-19
    公开日:2004-09-09
    发明作者:Gregory J. Warren Dygert
    申请人:Visteon Global Technologies Inc；
    IPC主号:H01L33-00
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung bezieht sich allgemeinauf Leuchtdioden und besonders auf die Steuerung einer Vielzahl vonLeuchtdioden.The invention relates generallyon LEDs and especially on the control of a variety ofLEDs.
    [0002] Leuchtdioden (LEDs) finden zunehmendeAkzeptanz als Lichtquelleneinrichtungen, besonders weil ihre Kostenstetig sinken. Typische Anwendungen von LEDs in Kraftfahrzeugenumfassen die Beleuchtung von Informationsanzeigegeräten, wiez. B. Flüssigkristalldiodenanzeigensowie Messgerätebeleuchtungenin Instrumententafelbaugruppen.Light emitting diodes (LEDs) are increasingAcceptance as light source devices, especially because of their coststeadily sink. Typical applications of LEDs in motor vehiclesinclude the lighting of information display devices such asz. B. liquid crystal diode displaysas well as meter lightingin instrument panel assemblies.
    [0003] Typische Anwendungen verwenden zurErzeugung einer erforderlichen Gesamtlichtstärke eine Vielzahl von LEDs.Gewöhnlichbesitzen LEDs eine Lichtstärkeausbringung,die als Reaktion auf einen Befehl eines Bedieners oder Mikrocomputers über einenweiten Bereich, nämlichvon voller Stärkebis zu einem Bruchteil, wie z. B. 1/100 der vollen Stärke, einregulierbarist. Der Bereich der Betriebslichtstärke wird üblicherweise als Abdunklungsbereichoder Abdunklungsverhältnisbezeichnet, in bzw. bei dem die Lichtstärke von LED zu LED größtenteilsgleich bleibt, so dass die Gesamtlichtstärke über einer Vielzahl von LEDshomogen erscheint. Da die wahrgenommene Lichtstärke einer LED proportionalzu ihrem Durchlassstrom ist, stellt sich ein homogener Lichtstärkebedarfals homogener Strombedarf dar. Aufgrund von Schwankungen der Versorgungund der LED-Spannungensowie der Schaltungsimpedanzen kann jedoch in den meisten Schaltungendie Gleichmäßigkeitdes Stroms von LED zu LED schwierig zu erreichen sein.Typical applications use forGenerate a required total light intensity using a variety of LEDs.UsuallyLEDs have a light intensity output,that in response to a command from an operator or microcomputer via awide range, namelyof full strengthup to a fraction, e.g. B. 1/100 of the full strength, adjustableis. The range of operating light intensity is usually called the darkening areaor darkening ratioreferred to, in or in which the light intensity from LED to LED for the most partremains the same, so the overall light intensity over a variety of LEDsappears homogeneous. Because the perceived luminous intensity of an LED is proportionalto their forward current, there is a homogeneous light intensity requirementas a homogeneous electricity demand. Due to fluctuations in the supplyand the LED voltageshowever, as well as circuit impedances can be found in most circuitsthe uniformityof the current from LED to LED can be difficult to access.
    [0004] Zum Einstellen des mittleren Stromsdurch eine LED und damit der Lichtstärke einer LED werden sowohlanaloge als auch digitale Verfahren verwendet. Im Analogverfahrenführt eineSpannungs- oder Stromreguliereinrichtung die Einstellung in einerstetigen Weise aus, so dass der Strom zwischen einem Maximalpegelund einem Minimalpegel innerhalb des erforderlichen Abdunklungsbereichsvariiert. Im gewöhnlichals Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichneten Digitalverfahren regelteine Spannungs- oder Stromquelle zwischen zwei Pegeln (zum Beispielzwischen Null und einer Maximalspannung oder einem Maximalstrom)mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend hoch ist, so dass dieLichtstärkedurch menschliche Sehprozesse als eine einem Tastverhältnis proportionalemittlere Lichtstärkewahrgenommen wird. Digitalverfahren bieten Abdunklung in einem weitenBereich ohne die mit der Regulierung sehr niedriger Strompegel verbundenen Schwierigkeitenin Analogverfahren. AußerdemermöglichenDigitalverfahren den Betrieb auf einem für die LED effektivsten Strompegel.Da ferner LED-Farbkenndaten eine Funktion des Stroms sind, unterstützt der Betriebauf einem speziellen Pegel die Beibehaltung einer konstanten Farbe über demAbdunklungsbereich. Des Weiteren sind Digitalverfahren für Mikrocomputeranschlussund -steuerung besonders geeignet.For setting the average currentby an LED and thus the light intensity of an LED are bothanalog as well as digital processes are used. In the analog processleads oneVoltage or current regulating device setting in onesteady way so that the current is between a maximum leveland a minimum level within the required darkening rangevaried. Usuallyregulates digital processes known as pulse width modulation (PWM)a voltage or current source between two levels (for examplebetween zero and a maximum voltage or a maximum current)at a speed that is sufficiently high that theluminous intensitythrough human visual processes as being proportional to a duty cyclemedium light intensityis perceived. Digital processes offer darkening in a wide rangeArea without the difficulties associated with regulating very low current levelsin analog processes. MoreoverenableDigital process operation at the most effective current level for the LED.Furthermore, since LED color characteristics are a function of the current, the operation supportsmaintaining a constant color above that at a special levelAbdunklungsbereich. Furthermore, there are digital methods for microcomputer connectionand control particularly suitable.
    [0005] In typischen Anwendungen sind dieLEDs in einer LED-Schaltung entweder parallel oder in Reihe geschaltet.Bei Parallelkonfiguration sind die LEDs parallel geschaltet undan eine im Analogfall stellbare, kontinuierlich variierende Versorgungsspannungoder im Digitalfall an eine übereine Schalttechnik gelieferte Versorgungsspannung angeschlossen.Die Änderungder Versorgungsspannung im Analogfall oder die Verwendung der PWMim Digitalfall stellt den durch die LEDs fließenden Strom ein. Dabei istes jedoch infolge von Schwankungen der Versorgungsspannung, derLED-Spannungen und der Schaltungsimpedanzen schwierig, einen präzisen undhomogenen Strompegel in jeder LED aufrechtzuerhalten. Zusätzlich wirddurch den Schaltungswiderstand der Gesamtenergieverbrauch erhöht und derWirkungsgrad verringert.In typical applications they areLEDs in an LED circuit either connected in parallel or in series.In parallel configuration, the LEDs are connected in parallel andto a continuously varying supply voltage that can be set in the analog caseor in the digital case to aa switching technology supplied supply voltage connected.The changethe supply voltage in the analog case or the use of PWMin the digital case sets the current flowing through the LEDs. It ishowever, due to fluctuations in the supply voltage, theLED voltages and the circuit impedances difficult, a precise andmaintain homogeneous current levels in each LED. In addition,through the circuit resistance the total energy consumption increases and theEfficiency reduced.
    [0006] Bei Reihenschaltungskonfigurationsind alle LEDs, eine Spannungsversorgung und/oder eine Strombegrenzungs-oder Stromregulierungseinrichtung in Reihe geschaltet. Somit kannder LED-Strom im Analogfall mit einer stetigen Spannungs- oder Stromeinstellungoder im Digitalfall überPWM eingestellt werden. Die Verwendung von Reihenschaltungskonfigurationensichert die Gleichmäßigkeitdes Stroms, da alle LED in Reihe geschaltet sind und deshalb einenStrom mit demselben Pegel führen.Weil jedoch alle LEDs in Reihe geschaltet sind, kann der Ausfallirgendeiner LED zu einem Gesamtausfall der Beleuchtung führen, wasin manchen Anwendungen ein Sicherheitsproblem darstellen könnte.With daisy chain configurationare all LEDs, a power supply and / or a current limitingor current regulating device connected in series. So canthe LED current in the analog case with a constant voltage or current settingor in the digital case viaPWM can be set. The use of daisy chain configurationsensures uniformityof the current, since all LEDs are connected in series and therefore oneConduct current at the same level.However, because all LEDs are connected in series, the failure can occurany LED lead to a total failure of the lighting whatcould pose a security problem in some applications.
    [0007] Zur Überwindung der zuvor und ananderen Stellen genannten Unzulänglichkeitenwird eine Leuchtdioden-(LED-)Schaltung bereitgestellt, die eineVielzahl von in einer Hybrid-Parallel-Reihenschaltungskonfigurationverbundenen Leuchtdioden und eine Stromregulierungsschaltung enthält, diewiederum ein an eine erste Kette einer Vielzahl von LED-Ketten angeschlossenesStromregulierungselement und eine Vielzahl von Stromspiegelungselementenenthält,wobei jedes Stromspiegelungselement an eine jeweilige Kette derVielzahl von LED-Ketten angeschlossen ist.To overcome the shortcomings noted above and elsewhere, a light emitting diode (LED) circuit is provided which includes a plurality of light emitting diodes connected in a hybrid parallel series configuration and a current regulating circuit which in turn connects to a first chain of a plurality of LEDs -Connected current control element and a variety of Contains current mirroring elements, wherein each current mirroring element is connected to a respective chain of the plurality of LED chains.
    [0008] Die LED-Schaltung kann gegenüber anderenTechniken (wie z. B. Leuchtstoffröhren) einen oder mehrere Vorteilein Bezug auf Kosten, Leistungsfähigkeit,Schaltungskomplexität,Gebrauchsdauer, elektromagnetische Störung, mechanische Robustheit,Herstellung und/oder Nichtverwendung von giftigem Quecksilber aufweisen.The LED circuit can be compared to othersTechniques (such as fluorescent lights) have one or more advantagesin terms of cost, performance,Circuit complexity,Service life, electromagnetic interference, mechanical robustness,Show production and / or non-use of toxic mercury.
    [0009] Weitere Vorteile der Erfindung werdenden mit dem Fachgebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, vertrautenPersonen durch die nachfolgende Beschreibung der Vorzugsausgestaltungund die beigefügtenPatentansprüchein Zusammenhang mit den dazugehörendenZeichnungen verdeutlicht.Other advantages of the invention will bethose familiar with the field to which the invention relatesPersons through the following description of the preferred configurationand the attachedclaimsin connection with the associatedDrawings made clear.
    [0010] Die Zeichnungen, die nun kurz beschriebenwerden, sind hier zur bildlichen Darstellung der Vorzugsausgestaltungder Erfindung aufgenommen. Die Komponenten in den Figuren sind nichtnotwendigerweise maßstabsgetreu,weil anstelle der Anordnung die Darstellung des Prinzips der Erfindungbetont wird. Des Weiteren kennzeichnen gleiche Bezugsnummern entsprechendeTeile in verschiedenen Ansichten. In den Zeichnungen ist/sind:The drawings that are now briefly describedare here to illustrate the preferred configurationof the invention added. The components in the figures are notnecessarily to scale,because instead of the arrangement the representation of the principle of the inventionis emphasized. Furthermore, the same reference numbers identify corresponding onesParts in different views. In the drawings:
    [0011] 1 einSchaltungsschema einer Leuchtdiodenschaltung mit einer einzigenKette von in Reihe geschalteten Leuchtdioden; 1 a circuit diagram of a light-emitting diode circuit with a single chain of light-emitting diodes connected in series;
    [0012] 2 einSchaltungsschema einer Leuchtdiodenschaltung mit mehreren Kettenvon Leuchtdioden, die an Stromregulierungs-/-spiegelungs-(SRS-)Elementeangeschlossen sind; 2 a circuit diagram of a light emitting diode circuit with several chains of light emitting diodes which are connected to current regulation / mirroring (SRS) elements;
    [0013] 3 einSchaltungsschema der Leuchtdiodenschaltung von 2 mit einer erfindungsgemäßen Überwachungs-/Regulierungsschaltung; 3 a circuit diagram of the LED circuit of 2 with a monitoring / regulating circuit according to the invention;
    [0014] 4 einSchaltungsschema der Schaltung von 3 miteinem Satz von an jeweiligen SRS-Elementen erfindungsgemäß angeschlossenenDioden; 4 a circuit diagram of the circuit of 3 with a set of diodes connected according to the invention to respective SRS elements;
    [0015] die 5a und 5b Teilschaltungsschemasder Schaltung von 4 ineinem Kraftfahrzeuginstrumententafelblock.the 5a and 5b Subcircuit Schemes of the Circuit of 4 in an automotive instrument panel block.
    [0016] Die folgende Beschreibung stellteine Leuchtdiodenschaltung zur Steuerung einer Vielzahl von Leuchtdioden(LEDs) dar. Die Schaltung maximiert die Gleichmäßigkeit des Stroms in den LEDs,den Abdunklungsbereich und den Wirkungsgrad bei Minimierung vonKosten, Energieverbrauch und elektromagnetischer Störung.The following description representsa light-emitting diode circuit for controlling a large number of light-emitting diodes(LEDs). The circuit maximizes the uniformity of the current in the LEDs,the darkening area and the efficiency while minimizingCost, energy consumption and electromagnetic interference.
    [0017] Obwohl sich die Erfindung allgemeinauf eine LED-Schaltung mit einer Hybrid-Parallel-Reihenschaltungskonfigurationbezieht, beginnt die Beschreibung aus Gründen der bildlichen Darstellungmit einer in 1 dargestelltenLED-Basisschaltung 100. Die LED-Schaltung 100 enthält einemit einem LED-Feld 102 und einer Stromregulierungsschaltung 104 inReihe geschaltete Festspannungsquelle DC mit z. B. 15 V. Die FestspannungsquelleDC ist fürdie Aufrechterhaltung des erforderlichen Stroms durch die LEDs entsprechend dererwarteten höchstenLED-Kettenspannung ausgelegt. Bei einer Festspannungsversorgungist die Stromregulierungsschaltung 104 für eine Leistungentsprechend der erwarteten niedrigsten LED-Kettenspannung und deserwarteten höchstenLED-Stroms ausgelegt.Although the invention relates generally to an LED circuit with a hybrid parallel-series configuration, the description begins with an in FIG 1 illustrated basic LED circuit 100 , The LED circuit 100 contains one with an LED field 102 and a current regulation circuit 104 series-connected fixed voltage source DC with z. B. 15 V. The fixed voltage source DC is designed to maintain the required current through the LEDs in accordance with the expected highest LED chain voltage. In the case of a fixed voltage supply, the current regulation circuit is 104 designed for a power corresponding to the expected lowest LED chain voltage and the expected highest LED current.
    [0018] Das LED-Feld 102 enthält eineVielzahl von in Reihe geschalteten LEDs D10, D11, D12, D13, D14, D15und Dn. Die LEDs könntenweißeoder farbige, wie z. B. rote, grüneund blaue oder andersfarbige, LEDs oder eine Kombination verschiedenerLED-Typen sein. Die als „Dn" bezeichnete LEDverkörpertdie n-te LED, wobei n die Gesamtzahl der Dioden im Reihenfeld ist.Obwohl in 1 nur siebenLEDs im LED-Feld 102 dargestellt sind, könnte dasLED-Feld 102 jede beliebige Anzahl LEDs haben.The LED field 102 contains a large number of LEDs D10, D11, D12, D13, D14, D15 and Dn connected in series. The LEDs could be white or colored, e.g. B. red, green and blue or different colors, LEDs or a combination of different LED types. The LED designated "Dn" embodies the nth LED, where n is the total number of diodes in the row array. Although in 1 only seven LEDs in the LED field 102 could be shown, the LED field 102 have any number of LEDs.
    [0019] Die Stromregulierungsschaltung 104 umfassteinen OperationsverstärkerU1, einen Stromregulierungstransistor (im Folgenden ein als Stromregulierungselementbezeichneter npn-Transistor) Q2 und einen Widerstand R20. Der Anodenanschlussvon LED D10 ist an die Gleichstromspannungsquelle DC angeschlossen,währendder Katodenanschluss der LED Dn mit dem Kollektoranschluss des StromregulierungstransistorsQ2 verbunden ist. Der Operationsverstärker U1 ist an einen Eingangsknoten 106 angeschlossen,der ein Eingangssignal von einem Mikrocomputer oder einer anderenSteuerung empfangen könnte.Das Signal könnteein Gleichspannungssignal oder ein anderer Signaltyp sein oder,wie dargestellt, ein pulsweitenmoduliertes (PWM-)Signal, so dassdie LED-Schaltung 100 in einer Digitalbetriebsart arbeitet.Ein PWM-Eingangssignal steuert die Lichtstärke der LED auf der Basis desTastverhältnissesund/oder des Spannungspegels des Eingangssignals. Im Allgemeinenwerden die LEDs D10 bis Dn heller, wenn das Tastverhältnis ansteigt.The current regulation circuit 104 comprises an operational amplifier U1, a current regulation transistor (hereinafter an npn transistor called current regulation element) Q2 and a resistor R20. The anode connection of LED D10 is connected to the DC voltage source DC, while the cathode connection of LED Dn is connected to the collector connection of the current regulation transistor Q2. The operational amplifier U1 is at an input node 106 connected, which could receive an input signal from a microcomputer or other controller. The signal could be a DC signal or some other type of signal or, as shown, a pulse width modulated (PWM) signal, so that the LED circuit 100 works in a digital mode. A PWM input signal controls the light intensity of the LED based on the duty cycle and / or the voltage level of the input signal. In general, LEDs D10 through Dn become brighter as the duty cycle increases.
    [0020] Als Reaktion auf das PWM-Steuersignalvom Eingangsknoten 106 sowie den Emitterstrom des ElementsQ2, der durch den Widerstand R20 in eine zum Operationsverstärker U1rückgekoppelteSpannung umgewandelt worden ist, reguliert die Stromregulierungsschaltung 104 durchSteuerung des Basisstroms des Elements Q2 den Transistorkollektorstromdes Stromregulierungselements Q2 und damit des LED-Felds 102. Aufdiese Weise schaltet der Kollektorstrom des StromregulierungselementsQ2 zwischen einem Strom von annäherndNull und einem Strompegel bei einem Tastverhältnis, das in erster Liniedurch das PWM-Steuersignal bestimmt wird. Deshalb werden der mittlereStrom und somit die Lichtstärketrotz Schwankungen der LED- und Versorgungsspannungen eine direkteFunktion des Tastverhältnissessein.In response to the PWM control signal from the input node 106 and the emitter current of element Q2, which has been converted by resistor R20 into a voltage fed back to operational amplifier U1, is regulated by the current regulating circuit 104 by controlling the base current of the Elements Q2 the transistor collector current of the current regulating element Q2 and thus the LED field 102 , In this way, the collector current of the current regulating element Q2 switches between a current of approximately zero and a current level at a duty cycle, which is determined primarily by the PWM control signal. Therefore, the average current and thus the light intensity will be a direct function of the duty cycle despite fluctuations in the LED and supply voltages.
    [0021] Unter Berücksichtigung des als einzelneKette in 1 dargestelltenLED-Felds 102 kanndie LED-Schaltung 100 durch Verwendung von Stromspiegelungstechnikenderart erweitert werden, dass sie mehrere LED-Ketten umfasst. Wiezum Beispiel in 2 dargestellt,umfasst eine Schaltung 200 das Feld 102, das derarterweitert worden ist, dass es die Ketten 1 bis m umfasst,so dass das Feld 102 jetzt die Leuchtdioden Di,j enthält, wobeii = 10, 11, ..., n die jeweilige Diode in einer einzelnen Reiheund j = 1, 2, 3, ..., m die jeweilige Kette kennzeichnet. Folglichsind die mit den anderen LED-Ketten 2, 3,..., m parallel geschaltetenLEDs D10,1 bis Dn,1 mit den in 1 gezeigtenidentisch. Wie n kann m jede beliebige Zahl und muss nicht gleichn sein.Taking into account that as a single chain in 1 shown LED field 102 can the LED circuit 100 be expanded to include multiple LED chains by using current mirroring techniques. Like for example in 2 shown includes a circuit 200 the field 102 that has been expanded to include the chains 1 to include m, so the box 102 now contains the LEDs Di, j, where i = 10, 11, ..., n denotes the respective diode in a single row and j = 1, 2, 3, ..., m denotes the respective chain. Consequently, the LEDs D10, 1 to Dn, 1 connected in parallel with the other LED chains 2, 3,..., M with the in 1 shown identical. Like n, m can be any number and need not be n.
    [0022] Wie dargestellt, ist die Stromregulierungsschaltung 104 derarterweitert worden, dass jede zusätzliche LED-Kettemit einem jeweiligen Stromspiegelungselement Q bis Qm+1 und einemdamit verbundenen Widerstand R21 bis Rm+1 in Reihe geschaltet ist.Wie die Schaltung 100 umfasst jedoch die Stromregulierungsschaltung 104 derSchaltung 200 nur einen einzigen Operationsverstärker U1.Deshalb maximiert die Stromspiegelung ohne Duplizierung der gesamtenRegulierungsschaltung die Gleichmäßigkeit des Stroms von Kette zuKette, was die Kosten minimiert. Die Stromspiegelungstechnik wirktnach dem Prinzip, dass dann, wenn zwei oder mehrere bipolare Flächentransistoren(BFTs), wie z. B. das Stromregulierungselement Q2 und die StromspiegelungselementeQ, Q4 und Qm+1, mit identischer Basis-Emitter-Spannung betriebenwerden, sie in einer ersten Näherungidentische Kollektorströmeleiten werden. Typischerweise werden die BFTs unter Berücksichtigungder Eigenschaften der Betriebstemperatur und externer Schaltungsimpedanzenangepasst, um die Gleichmäßigkeitder Kollektorströmezu maximieren.As shown, the current regulation circuit is 104 have been expanded such that each additional LED chain is connected in series with a respective current mirroring element Q to Qm + 1 and a resistor R21 to Rm + 1 connected to it. Like the circuit 100 however, includes the current regulation circuit 104 the circuit 200 only a single operational amplifier U1. Therefore, current mirroring maximizes chain-to-chain current uniformity without duplicating the entire regulator circuit, which minimizes cost. The current mirroring technique works on the principle that when two or more bipolar area transistors (BFTs), such as. B. the current regulating element Q2 and the current mirroring elements Q, Q4 and Qm + 1, operated with an identical base-emitter voltage, they will conduct identical collector currents in a first approximation. Typically, the BFTs are matched taking into account the characteristics of the operating temperature and external circuit impedances to maximize the uniformity of the collector currents.
    [0023] Die Schaltung von 2 kann außerdem so erweitert werden,dass sie eine Überwachungs-/Regulierungsschaltungzur Überwachungdes Spannungsabfalls überjedes der Stromregulierungs-/-spiegelungs-(SRS-)Elemente Q2, Q3,Q4 und Qm+1 und zur Regulierung der an das LED-Feld 102 aufdiesen Messungen basierenden gelieferten Spannung enthält. DerSpannungsabfall überein leitendes SRS-Element ist ein Hinweis auf den Spannungsbedarfseiner zugehörigenLED-Kette, da jedweder Anteil der Versorgungsspannung, der einen Überschussder LED-Erfordernisse darstellt, über dem SRS-Element auftreten wird. Außerdem istder Spannungsabfall übereinem leitenden SRS-Elementebenfalls ein Hinweis auf den mit diesem Element verbundenen Energieverbrauch.The circuit of 2 can also be expanded to include a monitor / regulator circuit to monitor the voltage drop across each of the current regulation / mirroring (SRS) elements Q2, Q3, Q4 and Qm + 1 and to regulate the LED array 102 supplied voltage based on these measurements. The voltage drop across a conductive SRS element is an indication of the voltage requirement of its associated LED chain, since any portion of the supply voltage that represents an excess of the LED requirements will occur across the SRS element. In addition, the voltage drop across a conductive SRS element is also an indication of the energy consumption associated with this element.
    [0024] 3 stellteine LED-Schaltung 300 dar, die eine solche als 301 gekennzeichnete Überwachungs-/Regulierungsschaltungenthält,die einen Zusatzwandler 302 und einen Zusatzregulator 304 umfasst. 3 represents an LED circuit 300 which is such as 301 labeled monitoring / regulating circuit which contains an additional converter 302 and an additional regulator 304 includes.
    [0025] [0027] Wenn der Zusatzregulator 304 über einembeliebigen SRS-Element Q2, Q3, Q4 und Qm+1 einen zu niedrigen Spannungsabfallerfasst, was auf eine annäherndeSättigungdes SRS-Elements hinweist, signalisiert der Zusatzregulator 304 demZusatzwandler 302, die Spannung zum LED-Feld 102 zuverstärken, damitan den LEDs der erforderliche Strompegel bereitgestellt wird. Wennferner der Regulator 304 erfasst, dass ein beliebiger SRS-Spannungsabfall zuhoch ist, was auf einen damit verbundenen übermäßigen Energieverbrauch hinweist,signalisiert der Regulator 304 dem Wandler 302,die Versorgungsspannung zu verringern. Somit wird anders als beiden Schaltungen 100 (1)und 200 (2)die Spannungsversorgung zum LED-Feld 102 reguliert, anstattfest zu sein. Folglich müssendie Spannungsversorgung DC und die Stromregulierungsschaltung 104im Gegensatz zu den Schaltungen 100 und 200 nichtfür dieungünstigstenBetriebsbedingungen ausgelegt sein.[0027] If the additional regulator 304 The additional regulator signals across any SRS element Q2, Q3, Q4 and Qm + 1 that the voltage drop is too low, which indicates that the SRS element is approximately saturated 304 the additional converter 302 , the voltage to the led field 102 amplify so that the required current level is provided on the LEDs. If further the regulator 304 The regulator signals that any SRS voltage drop is too high, which indicates an associated excessive energy consumption 304 the converter 302 to reduce the supply voltage. This is different from the circuits 100 ( 1 ) and 200 ( 2 ) the power supply to the LED field 102 regulated instead of being fixed. Consequently, the power supply DC and the current regulating circuit 104 must be in contrast to the circuits 100 and 200 not be designed for the most unfavorable operating conditions.
    [0026] In 4 isteine der Schaltung 300 ähnlicheSchaltung 400 dargestellt, in der jedoch zu den SRS-ElementenQ2, Q3, Q4 bzw. Qm+1 gehörendeDioden D2, D3, D4 und Dm+1 zur Messung des geringsten SRS-Spannungsabfallsmit einem minimalen Schaltungsanteil verwendet werden. Natürlich kann,wenn die Dioden D2, D3, D4 und Dm+1 in entgegengesetzter Richtungangeordnet werden, der höchsteSRS-Spannungsabfall gemessen werden. In jedem Fall ist nur eineeinzige Verbindung zum Anschluss der Stromregulierungsschaltung 104 anden Zusatzregulator 304 erforderlich. (Zum Vergleich: InSchaltung 300 von 3 sindm solche Verbindungen erforderlich.) In Schaltung 400 spanntdas SRS-Element Q2, Q3, Q4 und Qm+1 mit dem geringsten SRS-Spannungsabfallseine jeweilige Diode D2, D3, D4 und Dm+1 in Durchlassrichtung vor,was die Rückkopplungdes Zusatzregulators 304 auf den Zusatzwandler 302 beeinflusst,so dass die Spannungsversorgung des LED-Felds 102 auf demangemessenen Pegel gehalten wird.In 4 is one of the circuit 300 similar circuit 400 shown, in which, however, diodes D2, D3, D4 and Dm + 1 belonging to the SRS elements Q2, Q3, Q4 and Qm + 1 are used to measure the smallest SRS voltage drop with a minimal circuit component. Of course, if the diodes D2, D3, D4 and Dm + 1 are arranged in the opposite direction, the highest SRS voltage drop can be measured. In any case, there is only a single connection for connecting the current regulating circuit 104 to the additional regulator 304 required. (For comparison: in circuit 300 of 3 m such connections are required.) In circuit 400 the SRS element Q2, Q3, Q4 and Qm + 1 with the lowest SRS voltage drop biases its respective diode D2, D3, D4 and Dm + 1 in the forward direction, which results in the feedback of the additional regulator 304 on the additional converter 302 influenced, so that the power supply of the LED field 102 is kept at the appropriate level.
    [0027] Es ist zu beachten, dass anstelleder Messung des Spannungsabfalls über den SRS-Elementen Q2, Q3,Q4 und Qm+1 zur Steuerung der Spannungsversorgung zum LED-Feld 102 andereTechniken zur direkten Messung des Spannungsabfalls oder der Spannungsabfälle über denLED-Ketten 1, 2, 3 und m verwendet werdenkönnen.Falls außerdemeine Schaltung zur Temperaturmessung in der Nähe der SRS-Elemente Q2, Q3,Q4 und Qm+1 enthalten ist, kann die Temperaturmessung, wie zuvorbeschrieben, in Verbindung mit den Messungen des SRS-Energieverbrauchsdurchgeführtwerden, um die Temperaturen der SRS-Elemente Q2, Q3, Q4 und Qm+1durch Versorgungsspannungs- und/oder PWM-Regulierung zu beeinflussen. Die Verwendungdieser Techniken könnteden Einsatz kleinerer und kostengünstigerer Elektronikgeräte erleichtern,da sie nicht fürdie ungünstigstenBetriebsbedingungen ausgelegt sein müssen. Außerdem könnten diese Techniken eineMöglichkeitzur Erfassung von Fehlerzuständenbereitstellen.It should be noted that instead of measuring the voltage drop across the SRS elements Q2, Q3, Q4 and Qm + 1 to control the voltage supply to the LED field 102 other techniques for directly measuring the voltage drop or voltage drops across the LED chains 1 . 2 . 3 and m can be used. In addition, if a temperature measurement circuit is included near the SRS elements Q2, Q3, Q4 and Qm + 1, the temperature measurement may be performed in conjunction with the SRS energy consumption measurements to measure the temperatures of the SRS, as previously described - Influencing elements Q2, Q3, Q4 and Qm + 1 through supply voltage and / or PWM regulation. The use These techniques could facilitate the use of smaller and less expensive electronic devices since they do not have to be designed for the most unfavorable operating conditions. In addition, these techniques could provide a way to detect fault conditions.
    [0028] Die sich aus den 5a und 5b zusammensetzende 5 stellt eine besondereImplementierung der Schaltung 400 (4) in einer Schaltung 500 einesKraftfahrzeuginstrumentenblocks dar. Das LED-Feld 102 inder Schaltung 500 ist in parallelen Ketten angeordnet,so dass die zusammengesetzten LED-Spannungen mit in der Fahrzeugelektronik üblichenGerätenkompatibel sind.Which result from the 5a and 5b composing 5 represents a special implementation of the circuit 400 ( 4 ) in one circuit 500 of an automotive instrument cluster. The LED field 102 in the circuit 500 is arranged in parallel chains, so that the composite LED voltages are compatible with devices commonly used in vehicle electronics.
    [0029] Der Zusatzregulator 304 enthält einenals IC1 (integrierter Schaltkreis) gekennzeichneten PWM-Steuer-IC.Die Steuerung IC1 reguliert die Zusatzversorgungsausgangsspannungdes Zusatzwandlers 302 durch Regulierung einer skaliertenVersion der Zusatzausgangsspannung (Rückkopplungsspannung), die voneinem Widerstand/Teiler-Netzwerk R9 und R10 abgeleitet wird. DerSteuer-IC IC1 verwendet zur Regulierung der Ausgangsspannung unterAnwendung der PWM-Techniken die Differenz zwischen der Rückkopplungsspannungund einer internen Bezugsspannung.The additional regulator 304 contains a PWM control IC labeled IC1 (Integrated Circuit). The controller IC1 regulates the auxiliary supply output voltage of the auxiliary converter 302 by regulating a scaled version of the auxiliary output voltage (feedback voltage) derived from a resistor / divider network R9 and R10. The control IC IC1 uses the difference between the feedback voltage and an internal reference voltage to regulate the output voltage using PWM techniques.
    [0030] Wie zuvor beschrieben, reguliertdie Stromregulierungsschaltung 104 den Transistorkollektorstromder SRS-Elemente Q2 bis Qm+1 (und damit den dazugehörenden LED-Kettenstrom)durch Steuerung des Basisstroms der SRS-Elemente Q2 bis Qm+1 entsprechendeinem PWM-Steuersignal vom Eingang 106 und dem Emitterstromder SRS-ElementeQ2 bis Qm+1. Somit schaltet der Kollektorstrom der SRS-ElementeQ2 bis Qm+1 zwischen einem Strom von annähernd Null und einem Strompegel,der in erster Linie durch das PWM-Steuersignal bestimmt wird.As previously described, the current regulation circuit regulates 104 the transistor collector current of the SRS elements Q2 to Qm + 1 (and thus the associated LED chain current) by controlling the base current of the SRS elements Q2 to Qm + 1 in accordance with a PWM control signal from the input 106 and the emitter current of the SRS elements Q2 to Qm + 1. Thus, the collector current of the SRS elements Q2 to Qm + 1 switches between a current of approximately zero and a current level, which is primarily determined by the PWM control signal.
    [0031] Durch Anwendung des Spiegelungskonzeptswird der Basisanschluss des Stromregulierungselements Q2 mit denBasisanschlüssender ähnlichenStromspiegelungselemente Q3, Q4, Q5 und Qm+1 verbunden, die an diejeweils übrigenparallelen LED-Ketten angeschlossen sind. Damit teilt sich jedesder SRS-Elemente Q2, Q3, Q4, Q5 und Qm+1 im Grunde genommen in dieselbeBasis-Emitter-Spannung und führtdeshalb größtenteilsgleichmäßige Kollektorströme. DieVerwendung identischer Transistoren für die in demselben Gehäuse integriertenSRS-Elemente maximiert die Gleichmäßigkeit der Kollektorströme.By applying the mirroring conceptthe base connection of the current regulation element Q2 with thebasesthe similarCurrent mirroring elements Q3, Q4, Q5 and Qm + 1 connected to theeach otherparallel LED chains are connected. So everyone sharesthe SRS elements Q2, Q3, Q4, Q5 and Qm + 1 basically in the sameBase-emitter voltage and leadstherefore mostlyuniform collector currents. TheUse of identical transistors for those integrated in the same housingSRS elements maximize the uniformity of the collector currents.
    [0032] Die Kollektor- und die Emitteranschlüsse derSRS-Elemente Q2, Q3, Q4, Q5 und Qm+1 sind mit ähnlichen Kollektor- und dieEmitterschaltungen verbunden. Vor allem der Kollektoranschluss jedesder SRS-Elemente Q2, Q3, Q4, Q5 bzw. Qm+1 ist mit dem Katodenanschlussder Dioden D2, D3, D4 bzw. Dm+1 verbunden. Die Anodenanschlüsse derDioden D2, D3, D4 bzw. Dm+1 sind miteinander verbunden und wiederuman einen Widerstand R11 mit einem angemessenen Wert angeschlossen.Die andere Seite des Widerstands R11 ist an ein RückkopplungswiderstandsteilernetzwerkR9 und R10 angeschlossen. Ähnlichzur Konfiguration von 4 verändert dieDiode D2, D3, D4 oder Dm+1 mit der niedrigsten Katodenspannung dieRückkopplungdes Zusatzregulators 304 und damit den Ausgangsspannungspegeldes Zusatzwandlers 302 entsprechend der niedrigsten SRS-Kollektorspannung.Da alle LEDs im Feld 102 normalerweise vom selben Typ sindund deshalb auf einem im Wesentlichen gleichen Temperaturniveauarbeiten, sollten die SRS-Kollektorspannungen größtenteilsgleichmäßig sein.Weil die Versorgungsspannung derart reguliert wird, dass das SRS-Elementmit der niedrigsten Kollektorspannung nicht gesättigt wird, ist abgesichert,dass eine adäquateSpannung die restlichen LED-Ketten betreibt. Da außerdem dieZusatzspannung vom Zusatzwandler 302 derart dynamisch reguliertwird, dass die SRS-Spannungsabfälleminimiert werden, wird der Energieverbrauch gegenüber einer für die ungünstigsteLED-Kettenspannung ausgelegten stationären Spannungsversorgung wiein den Schaltungen 100 (1)und 200 (2)verringert. Durch den verringerten Energieverbrauch verringert sichdie Betriebstemperatur der Schaltungskomponenten, wodurch die Verwendungkleinerer, kostengünstigererKomponenten, eine Erhöhungdes zulässigenArbeitsstroms und damit der Lichtstärke der LEDs möglich istund sich die Gebrauchsdauer der Schaltungskomponenten verlängert.The collector and emitter connections of the SRS elements Q2, Q3, Q4, Q5 and Qm + 1 are connected to similar collector and emitter circuits. In particular, the collector connection of each of the SRS elements Q2, Q3, Q4, Q5 or Qm + 1 is connected to the cathode connection of the diodes D2, D3, D4 or Dm + 1. The anode connections of the diodes D2, D3, D4 and Dm + 1 are connected to each other and in turn connected to a resistor R11 with an appropriate value. The other side of resistor R11 is connected to a feedback resistor divider network R9 and R10. Similar to the configuration of 4 changes the diode D2, D3, D4 or Dm + 1 with the lowest cathode voltage the feedback of the additional regulator 304 and thus the output voltage level of the additional converter 302 corresponding to the lowest SRS collector voltage. Since all the LEDs in the field 102 are typically of the same type and therefore operate at substantially the same temperature level, the SRS collector voltages should be largely uniform. Because the supply voltage is regulated in such a way that the SRS element with the lowest collector voltage is not saturated, it is ensured that an adequate voltage will operate the remaining LED chains. Since also the additional voltage from the additional converter 302 is regulated so dynamically that the SRS voltage drops are minimized, the energy consumption compared to a stationary voltage supply designed for the most unfavorable LED chain voltage as in the circuits 100 ( 1 ) and 200 ( 2 ) decreased. The reduced energy consumption lowers the operating temperature of the circuit components, which means that the use of smaller, more cost-effective components, an increase in the permissible working current and thus the light intensity of the LEDs is possible and the service life of the circuit components is extended.
    [0033] Zusammengefasst hat die Leuchtdiodenschaltung 500 eineHybrid-Parallel-Reihenschaltungskonfiguration.Die Parallelschaltungen begrenzen die Schaltungsspannungen auf angemessenePegel, die denen der in der Fahrzeugelektronik üblichen Komponenten, Sicherheitsanforderungen,elektromagnetischen Störungen undgeringen Kosten entsprechen. Außerdemminimieren die Parallelschaltungen die Wahrscheinlichkeit eines Totalausfallsder Beleuchtung durch Ausfall einer oder mehrerer LEDs. Die Reihenschaltungenmaximieren die Gleichmäßigkeitdes Stroms innerhalb jeder Reihenkette und minimieren die Anzahlder Stromregulierungselemente und in Verbindung damit die Kostenund den Energieverbrauch. Die Stromregulierung bietet trotz Schwankungenin Quellen- und LED-Spannungen eine präzise Steuerung des Stroms undder Lichtstärke.In Verbindung mit der Stromregulierung verwendete Stromspiegelungstechnikenmaximieren die Gleichmäßigkeitdes Stroms überdie parallelen Ketten mit minimalem Schaltungsaufwand. Eine digitaleSteuerung (wie z. B. die PWM-Steuerung) wird verwendet, um einenbreiten Bereich von Betriebslichtstärke (d. h. Abdunklungsbereich)und eine Vereinfachung von Mikrocomputersteuerung und -anschlusszu erreichen. Das in Verbindung mit Stromregulierungs- und -spiegelungstechnikenangewendete PWM-Verfahren maximiert den LED-Wirkungsgrad und dieFarbbeständigkeit.Und schließlichwird zur Minimierung des Energieverbrauchs der Stromregulierungs-/spiegelungselementedie Versorgungsspannung den LED-Erfordernissen entsprechend reguliert.Um das zu verwirklichen, wird die Spannung über jedem SRS-Element gemessenund die Versorgungsspannung entsprechend der LED-Spannung und demEnergiebedarf reguliert.The LED circuit has summarized 500 a hybrid parallel series connection configuration. The parallel connections limit the circuit voltages to appropriate levels, which correspond to those of the components, safety requirements, electromagnetic interference and low costs that are common in vehicle electronics. In addition, the parallel connections minimize the likelihood of total lighting failure due to the failure of one or more LEDs. The series connections maximize the uniformity of the current within each series chain and minimize the number of current regulating elements and in connection with this the cost and the energy consumption. The current regulation offers precise control of the current and the light intensity despite fluctuations in source and LED voltages. Current mirroring techniques used in conjunction with current regulation maximize the uniformity of current across the parallel chains with minimal circuitry. Digital control (such as PWM control) is used to achieve a wide range of operating light levels (ie, dimming range) and simplification of microcomputer control and connection. The PWM process used in conjunction with current regulation and mirroring techniques maximizes LED efficiency and color fastness. And finally, to minimize the energy consumption of the current regulation / mirroring elements, the supply voltage is regulated according to the LED requirements. To achieve this, the voltage across each SRS element is measured and the ver supply voltage regulated according to the LED voltage and the energy requirement.
    [0034] Die LED-Schaltung 500 der 5 könnte Komponenten enthalten,wie sie in Tabelle 1 aufgelistet sind. Wie die mit dem Fachgebietvertrauten Personen erkennen werden, könnten in der LED-Schaltung 500 auch andereKomponententypen und Komponenten mit anderen Werten verwendet werden.The LED circuit 500 the 5 could contain components as listed in Table 1. How the people familiar with the field will recognize, could in the LED circuit 500 other component types and components with different values can also be used.
    [0035] Die voranstehende ausführlicheBeschreibung soll deshalb lediglich als Darstellung des Prinzipsund nicht als Beschränkungzu betrachten sein und verdeutlichen, dass die nachfolgenden Patentansprüche einschließlich aller Äquivalentedafür gedachtsind, den Sinn und Geltungsbereich der Erfindung zu definieren.The detailed aboveThe description should therefore only be a representation of the principleand not as a limitationto be considered and clarify that the following claims including all equivalentsmeant forare to define the spirit and scope of the invention.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1]
    Leuchtdioden-(LED-)Schaltung, umfassend: – eine Vielzahlvon parallel geschalteten LED-Ketten, wobei jede LED-Kette eineVielzahl von in Reihe geschalteten LEDs enthält; – eine Stromregulierungsschaltung,die ein an eine erste Kette einer Vielzahl von LED-Ketten angeschlossenesStromregulierungselement und eine Vielzahl von Stromspiegelungselementenenthält,wobei jedes Stromspiegelungselement mit einer jeweiligen Kette derVielzahl von LED-Ketten verbunden ist.Light-emitting diode (LED) circuit, comprising:- a varietyof LED chains connected in parallel, each LED chain oneContains a variety of LEDs connected in series;- a current regulation circuit,which is connected to a first chain of a plurality of LED chainsCurrent regulating element and a variety of current mirroring elementscontainswherein each current mirroring element with a respective chain ofVariety of LED chains is connected.
    [2]
    LED-Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Stromregulierungsschaltungeinen gleichmäßigen Stromin der Vielzahl von LED-Ketten als direkte Funktion des Pegels unddes Tastverhältnisseseines von der Stromregulierungsschaltung gelieferten Steuersignalsaufrechterhält.The LED circuit of claim 1, wherein the current regulation circuita steady flowin the variety of LED chains as a direct function of the level andthe duty cyclea control signal provided by the current regulating circuitmaintains.
    [3]
    LED-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuersignalein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) ist.LED circuit according to claim 1 or 2, wherein the control signalis a pulse width modulated signal (PWM signal).
    [4]
    LED-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis3, außerdemumfassend eine mit der Vielzahl von LED-Ketten und der Stromregulierungsschaltungverbundene Überwachungs-/Regulierungsschaltung,wobei die Überwachungs/Regulierungsschaltungden Spannungsabfall überden Stromregulierungs- und -spiegelungs-(SRS-)Elementen oder denLED-Ketten überwachtund eine Versorgungsspannung zur Vielzahl von LED-Ketten auf derBasis der erfassten Spannungsabfällereguliert.LED circuit according to one of claims 1 to3, moreovercomprising one with the plurality of LED chains and the current regulating circuitconnected monitoring / regulation circuit,being the monitoring / regulating circuitthe voltage drop acrossthe current regulation and mirroring (SRS) elements or theLED chains monitoredand a supply voltage to the variety of LED chains on theBasis of the recorded voltage dropsregulated.
    [5]
    LED-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis4, wobei die Überwachungs/Regulierungsschaltungeinen Zusatzregulator und einen Zusatzwandler enthält, wobeider Zusatzregulator den Spannungsabfall über den SRS-Elementen oderden LED-Ketten überwachtund ein Rückkopplungssignalan den Wandler liefert, wobei der Wandler als Reaktion auf das Rückkopplungssignaldie Versorgungsspannung zur Vielzahl von LED-Ketten reguliert.LED circuit according to one of claims 1 to4, the monitoring / regulating circuitcontains an additional regulator and an additional converter, whereinthe additional regulator the voltage drop across the SRS elements ormonitored by the LED chainsand a feedback signalprovides to the converter, the converter in response to the feedback signalregulates the supply voltage to the large number of LED chains.
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    公开号 | 公开日
    JP2004253804A|2004-09-09|
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    引用文献:
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    法律状态:
    2004-09-09| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2012-10-31| R016| Response to examination communication|
    2016-04-12| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2017-04-29| R020| Patent grant now final|
    2018-09-20| R082| Change of representative|Representative=s name: MERH-IP MATIAS ERNY REICHL HOFFMANN PATENTANWA, DE |
    2019-11-25| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H05B0037020000 Ipc: H05B0047100000 |
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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