控制具有至少两个半导体光源的照明元件 |
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| 申请号 | CN201480061098.X | 申请日 | 2014-11-06 | 公开(公告)号 | CN105706531A | 公开(公告)日 | 2016-06-22 |
| 申请人 | 欧司朗有限公司; | 发明人 | 龙尼·屈施纳; 延斯·里希特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于具有至少两个 半导体 光源 并且可连接到电源上的照明元件(12)的控制装置(10)，用于使电源提供的电功率借助半导体光源转化为取决于所提供的电功率的、发射的光功率，其中，半导体光源连接到控制装置(10)处，并且控制装置(10)设置用于通过以下方式调节所提供的电功率，即控制装置(10)具有 节拍 发生器(22)，其构造用于使半导体光源在节拍运行中加载电功率并且根据单独对应于半导体光源的节拍脉冲系列对其进行控制。根据本发明，节拍发生器(22)设置用于从这些节拍脉冲系列中构成一个共同的脉冲模式(I，II)，并且通过选择一个对应于该光功率的脉冲模式(I，II)来如下地调节由照明元件发射的光功率，即能够尽可能地抑制 电流 过高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于照明元件(12)的控制装置(10)，所述照明元件具有至少两个半导体光源并且能连接到电源上，所述控制装置用于使所述电源提供的电功率借助所述半导体光源转化为取决于提供的所述电功率的、发射的光功率，其中，所述半导体光源连接到所述控制装置(10)处，并且所述控制装置(10)设置用于通过以下方式调节提供的所述电功率，即所述控制装置(10)具有节拍发生器(22)，所述节拍发生器构造用于使所述半导体光源在节拍运行中加载电功率并且根据单独对应于所述半导体光源的节拍脉冲系列来控制所述半导体光源，其特征在于，所述节拍发生器(22)设置成由所述节拍脉冲系列形成一个共同的脉冲模式(I、II)，并且通过选择对应于所述光功率的一个所述脉冲模式(I、II)来调节由所述照明元件发射的所述光功率。 |
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| 说明书全文 | 控制具有至少两个半导体光源的照明元件技术领域[0001] 本发明涉及一种用于具有至少两个半导体光源并且可连接到电源上的照明元件的控制装置，控制装置用于将电源提供的电功率借助半导体光源转化为取决于所提供的电功率的、发射的光功率，其中，这些半导体光源连接到控制装置上，并且控制装置设置用于通过以下方式调节所提供的电功率，即控制装置具有节拍发生器，其构造用于在节拍运行状态中为半导体光源加载电功率。本发明还涉及一种照明装置，其具有带有多个半导体光源的照明元件、用于将照明装置连接到电源上的电接口以及控制装置，半导体光源连接到控制装置上。此外，本发明还涉及一种用于控制具有至少两个半导体光源和连接到电源上的照明元件的方法，其中，照明元件将由电源提供的电功率借助半导体光源转化为取决于所提供的电功率的、发射的光功率，借助控制装置通过以下方式调节所提供的电功率，即半导体光源借助控制装置在节拍运行状态中加载电功率，其中，根据单独对应于半导体光源的节拍脉冲系列来控制半导体光源。最后，本发明还涉及一种计算机程序产品。 背景技术[0002] 这类照明元件及其控制装置和用于控制它的方法基本上在现有技术中已经全面公知，所以不需要特别地提出文献证明。这类照明元件此外还用于照明目的，例如照亮房间、工作场合或者诸如此类。此外，这些照明元件也越来越多地用在汽车上，例如作为探照灯或者诸如此类。这类照明元件包括多个半导体光源，其为了实现理想的照明效果借助控制装置被相应地驱控。为了这个目的，半导体光源连接到控制装置上。由控制装置也同时使得半导体光源被供给电能，从而使半导体光源根据输送给它的电能产生光。产生的光功率在这里此外还取决于输送给半导体光源的电功率。 [0003] 为了能够以理想的方式调节功率，公知的是，改变用于相应半导体光源的电压。然而，这种功率控制法有一些缺点，例如为了能够调节出理想的电压，在控制装置方面造成很高的技术耗费，并且各个半导体光源相互之间有高度依赖供电情况的亮度波动和/或诸如此类，所以基本上没有执行过用于半导体光源的功率控制的这种方法。 [0004] 出于这个原因广泛实施的是，为了功率调节的目的使半导体光源在节拍运行状态下加载电功率，从而使接通状态下的半导体光源相应能够在一个预定的最佳运行点上运行。为了这个目的，半导体光源被加载节拍脉冲系列，其中，节拍脉冲系列分别对应于相应的、平均的发射光功率。用于调节功率的方法例如基于脉宽调制(PWM)，其中，根据想要调节的功率来设置相应的占空比。节拍脉冲系列的节拍速率在此如下地选择，即，使得正常的照明功能基本上不受此影响。 [0005] 然而，前述的节拍运行在节拍脉冲系列的计算耗费或者类似耗费方面会导致很多问题，尤其是当为了调节相应的许多半导体光源而需要大量的节拍脉冲系列时。 发明内容[0006] 照明元件将由电源提供的电功率借助它的半导体光源转换为取决于所提供的电功率的、发射的光功率。为了这个目的，照明元件通过以下方式连接到电源上，即照明元件具有对此合适的电接口，经由该电接口能够制造出与电源的相应连接。电源例如可以是公共的能量供应网、可再生的能量生成设备，例如太阳能设备，风能设备，但是也可以是燃料电池、内燃机-发动机-组、它们的组合或者诸如此类。 [0008] 尤其是在这类照明元件用于车辆前照灯或像汽车这样的车辆的车前灯领域时，有许多的优点，例如可以在不需要机械装置的情况下实现弧线光、实现与安全相关的功能和/或诸如此类。与安全相关的功能例如可以包括遮挡迎面车辆的光，从而减少耀眼作用，或者通过提升在危险位置和/或情形下的亮度而脱离这些区域。此外，使用这类照明元件还能有利于提高能效，尤其是当只有照明元件的以下部分区域被驱控或被激活时，其对于制造理想的光分布来说是必要的，这与传统照明元件中通过挡板切割来制造理想的光分布的解决方案不同。 [0009] 因此，本发明的基本目的是，提供一种控制装置、一种方法以及一种照明装置和一种计算器程序，利用它们能够就这些而言实现改进。 [0010] 作为解决方案，本发明建议了一种具有独立权利要求1所述特征的控制装置。相应地，本发明还建议了一种按照其他的独立权利要求4所述的照明装置。就方法而言，利用本发明建议了一种按照独立权利要求5所述的方法。最后利用本发明建议了一种按照独立权利要求14所述的计算机程序产品。更多的有利构造方案和特征借助从属权利要求得出。 [0011] 本发明尤其是涉及半导体光源的应用对电能供应和电磁耐受性的影响。半导体光源是由基于其物理特性在加载电流时产生光的固体组成的光源。使用这类半导体光源需要特殊的措施，以便以理想的方式产生光，并且同时能够实现可靠的、符合规定的运行。同时，这些半导体光源通常具有非常小的时间常数，由此说明，所输送的电功率的改变通常基本上直接导致由半导体光源发射的光功率发生相应的变化。 [0012] 因此，在控制装置方面，因此利用本发明尤其提出，构造用于照明元件的控制装置，照明装置具有至少两个半导体光源并能够连接到电源上，控制装置用于将由电源提供的电功率借助半导体光源转换成取决于所提供的电功率的、发射的光功率，其中，半导体光源连接到控制装置上，并且控制装置设置用于通过以下方式调节所提供的电功率，即控制装置具有节拍发生器，其构造用于在节拍运行状态下使半导体光源加载电功率，并且根据单独对应于半导体光源的节拍脉冲系列控制半导体光源，其中，节拍发生器被设置用于从节拍脉冲系列中形成一个共同的脉冲模式，并且通过选择对应于光功率的一个脉冲模式来调节由照明元件发射的光功率。控制装置可以构造成电子电路、相应编程的计算机单元、它们的组合或者诸如此类。此外它还可以由一个半导体芯片构成。 [0013] 以这种方式能够实现特别简单的控制，尤其是当照明装置具有大量的、同样需要大量的节拍脉冲系列的半导体光源时。例如可以预先储存这类的节拍模式，从而能够实现让照明元件非常迅速地调节到理想的光效应，而不需要采用繁琐的信号处理措施来得出相应的节拍脉冲系列。由此可以在控制装置方面减少耗费，并且/或者提升调节速度。 [0014] 根据本发明的另一个方面，通过预设节拍脉冲系列可以使半导体光源的符合规定的运行对电能供应的影响明显减小。通常这些半导体光源包含在许多的照明元件中。这些半导体光源能够连接在串联电路中、并联电路中、它们的混合形式、尤其是矩阵电路和/或诸如此类中。利用光源的数量确定由它们构成的照明元件的最大光功率。尤其是可以通过布线实现的是，可以分别共同地通过一个节拍脉冲系列驱控照明元件的半导体光源的一部分。 [0015] 这些半导体光源连接到电控制装置上，并且由它加载电能，从而能够以符合规定的方式实施它们的符合规定的发光功能。为了这个目的，半导体光源可以单独地或者也可以成组地连接到控制装置上。在成组地连接在控制装置上时，这些半导体光源组只能共同地通过节拍脉冲系列运行。 [0016] 电源提供照明元件正常运行所需要的功率，该功率优选地是所提供的电功率。所提供的功率据此尤其是包括电功率，它通过由控制装置为半导体光源加载电功率产生。作为补充，还可以包括控制装置的以及其他必要组件的电功率。电源所提供的电功率优选地是在照明元件和/或控制装置的基本上静态运行状态中输出到它或它们处的电功率。 [0017] 控制装置具有用于连接到其上的半导体光源或半导体光源组的电子开关元件，它们在符合规定的情况下为半导体光源加载电功率或电流。这些电子开关元件通常构造成半导体开关。但是它也可以构造成纳米开关元件、它们的组合或诸如此类。这些开关元件可以设置成单独的构件组，但是或者也可以与控制装置一件式地构成。例如这些开关元件可以设置成电子电路、半导体芯片、它们的组合或者诸如此类。 [0018] 半导体开关在本公开文本的意义内优选地是可控制的电子开关元件，例如晶体管、尤其是二极晶体管、三极晶体管、它们的组合电路，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或者诸如此类。 [0019] 半导体开关的开关运行意味着，在接通的状态下，在半导体开关的构成通断路段的接口之间提供非常小的电阻，从而在剩余电压非常小的情况下实现高的电流。在断开状态下，半导体开关的通断路段阻抗高，也就是说，它提供高的电阻，使得即使在施加在通断路段上的电压高时也基本上不存在或者仅仅存在很小的、特别是可忽略不计的电流。与之不同的是线性运行，但是它不用在电子开关元件中。 [0020] 优选地，通过控制装置接通的开关元件的数量确定由电源提供的功率。此外还可以提出，控制装置在功率调节方面控制电源。这种控制也可以设置用于节拍的电子能量转换器，通过它将由电源提供的电功率转换成适合于控制装置的电功率。 [0021] 当然也可以提出，将全部的半导体光源分别单个地并且单独地连接在控制装置上。以这种方式，能够以理想的方式由控制装置单独地驱控每个半导体光源。尤其是在此也可以提出，形成成组的半导体光源，它们由控制装置利用一个共同的节拍脉冲系列驱控。这有以下优点，即，可以由控制装置自身确定组的构成，并且可以在必要时根据需要通过以下方式进行调适，即添加或从组中移除单个的或者多个半导体光源。 [0022] 此外，即使本发明借助车辆前照灯作为照明装置进一步得以阐述，然而这些实施方式不局限于车辆前照灯，并且当然也可以使用在任意的其他照明装置或照明元件中。 [0023] 利用本发明能够实现照明元件的动态变化的光分布，这可以通过相应地驱控照明元件的半导体光源实现。随着照明元件的变化着的光分布，电功率在照明元件上的分布、即局部的功率密度，更确切的说在照明元件所包含的半导体光源上的分布也变化。 [0024] 在车辆前照灯的情况下，例如可以在典型的光分布下设置时间上平均大约13到16A的电流需求，其中，这种车辆前照灯在最大光产生量的情况下例如可能需要33到38A范围内的电流。在电流的这两个前述值之间的差被称为储备量(Reserve)，其例如可以在曲线行驶时用于照亮。由此使得也能够利用这种车辆前照灯有利地将曲线行驶时的波动区域照亮，并且从而总体上提升行驶安全性。 [0025] 因此，当然形成照明元件的半导体光源上的电流分布或功率分布也依据行驶情形动态地变化。 [0026] 半导体光源具有以下特征，即，它的光产生量基本上直接地取决于所输送的电功率或所输送的电流。相应地，时间常数在照明元件的照明状态变化时非常小。 [0027] 用于车辆前照灯的这类照明元件例如可以具有3000个或者更多的半导体光源，它们能够由控制装置优选地单独地借助一个、优选地专有的节拍脉冲系列以脉宽调制(PWM)的形式被驱控。单个半导体光源的能量供应平行地由其上连接有照明元件的电源实现。 [0028] 基于多个半导体光源并且由此构成的系统的所需要的动态及效率，所对控制装置的电路产生特别的要求，即，借助该控制装置能够实现照明元件的所需要的或者期望的运行状态。因此，本发明的一种重要方面是，在这方面进行改进，使得能够明显减低对电路的要求，同时不局限照明元件例如在用作车辆前照灯时的可行性。即使这个创造性的方面在具有大量半导体光源的情况下特别突出，当然在半导体光源的数量少(例如两个或多个)的情况下也可以体现出这些有利的效果。 [0029] 控制装置例如为了这个目的可以包括一个可控的、节拍的电子能量转换器，例如降压变换器、升压变换器或者诸如此类，其优选地由电子电路包含在内。节拍电子能量转换器优选地直接从电源提取电功率。 [0030] 此外还要注意的是，驱控这种车辆前照灯以及还有相应的照明元件的复杂性在总体上，还有与之关联的、要提供的信号处理功率要求采用新的方案，这些方案尤其是要能够预调节节拍式电子能量转换器。 [0031] 本发明的一个方面是对于各个半导体光源的节拍脉冲系列相互之间有时间偏移，目的是能够特别是在相应的节拍循环开始时减少负荷跳跃或功率跳跃。但是，不能视为本发明局限于此，而是通常也用于检测借助照明元件产生光功率的各个运行状态，更确切地说尤其是从一个光产生状态向另一个光产生状态的过渡。后者例如可以根据本发明由此得以实现，即，将用于半导体光源的、针对照明元件的确定的照明状态的节拍脉冲系列总结成脉冲模式，并且在照明元件的一个光产生状态向另一个光产生状态过渡时中间接入这些脉冲模式，这些脉冲模式缓和了所输送的电功率的骤然变化。 [0032] 利用本发明此外还可以实现的是，可以明显降低对节拍电子能量转换器的要求。尤其是可以降低对降压变换器的功率电子件的要求。此外，通过借助中间接入的脉冲模式来插入状态过渡、或者通过借助在例如曲线行驶期间根据实际要求的动态调整负荷跳跃或功率跳跃，可以降低照明元件的功率消耗的动态或照明元件的电流消耗的动态。此外，通过相互错开各个半导体光源的PWM循环或节拍脉冲系列，可以减少在照明元件的整个半导体光源结构上的需要提供的最大总电流或需要提供的最大总功率。 [0033] 被证明特别有利的是，当两个前述方面相互组合，由此能够明显降低对电源或节拍电子能量转换器的要求。一方面可以避免节拍电子能量转换器必须模拟照明元件的全部动态，并且必须相应地设置要维持的功率储备。由此能够在节拍电子能量转换器方面减少耗费，从而产生更少的成本。此外还可以减少对电源的、尤其是对能量供应网的反作用。这在独立电网、例如在车辆的车载电网或类似电网中证明特别有利。例如可以减少用于过滤的耗费。 [0034] 本发明此外还提出，控制装置包括借助控制装置可控制的节拍电子能量转换器。由于能够借助控制装置来控制节拍电子能量转换器，所以可以实现适配地、尤其是积极主动地控制节拍电子能量转换器，从而能够更好地对照明元件的状态变化、尤其是光产生状态变化做出反应。由此能够减少在节拍电子能量转换器区域内的、例如在过滤装置和/或类似装置的区域内的耗费。 [0035] 半导体光源优选地可以具有发光二极管或者激光二极管。这些发光二极管或激光二极管也能够以模块的方式相互组合。尤其是可以将其构造在一个共同的芯片或者类似物上。发光二极管或激光二极管或者它们的组合尤其适合在本发明中用作半导体光源。 [0036] 因此，在照明装置方面，利用本发明尤其提出，使照明装置具有带有多个半导体光源的照明元件、用于将照明装置连接到电源上的电接口以及控制装置，半导体光源连接到控制装置上。控制装置是按照本发明构成的。照明装置例如可以由车辆前照灯、车辆尾灯构成，然而也可以由用于室内照明的灯具或诸如此类构成。照明装置本身例如可以被构造用于可松脱地容纳照明元件，并且与其电接触。例如，照明元件可以构造成可更换的单元或可更换的模块。尤其是照明元件可以具有一个接口灯座，照明元件可以利用它同时与照明装置不仅机械连接而且还电连接。以这种方式能够将照明装置的有问题的照明元件更换为完好无损的照明元件。此外，这种构造方案还能够实现将本发明加装在现有的照明装置上。 [0037] 因此，在控制装置方面，利用本发明尤其提出，控制装置适合用于具有至少两个半导体光源并且能够连接到电源上的照明元件，以用于将由电源提供的电功率借助半导体光源转换成取决于所提供的电功率的、发射的光功率，其中，半导体光源连接到控制装置上，并且控制装置被设置用于通过以下方式调节所提供的电功率，即控制装置具有节拍发生器，其构造用于在节拍运行中为半导体光源加载电功率，其中，节拍发生器设置用于根据单独对应于半导体光源的节拍脉冲系列如下地控制所述半导体光源，即第一节拍脉冲系列的节拍脉冲在时间上相对于第二节拍脉冲系列的节拍脉冲推移。控制装置可以构造成电子电路、相应地编程的计算器单元、它们的组合或者诸如此类。此外它还可以由半导体芯片构成。 [0038] 优选地，节拍脉冲系列分别对应一个唯一的半导体光源。但是也可以提出，这些节拍脉冲系列对应两个或多个半导体光源。尤其是当半导体光源应当成组地组合受控时，这种构造方案是适宜的。 [0039] 本发明当然不局限于使用两个半导体光源，而是当然特别地能够适宜应用于具有多个半导体光源的照明元件中。特别是在照明元件的半导体光源数量很多时，根据本发明的优点特别明显地突出。因此，可以为每个半导体光源设置一个独有的、单独的节拍脉冲系列。在这种情况下，每个半导体光源都直接连接到控制装置上，使得它能够由控制装置加载对应于半导体光源的节拍脉冲系列。当然也可以提出，预定数量的半导体光源共同电连接，并且共同连接在控制装置的一个接口上。在这种情况下，共同连接到控制装置上的半导体光源可以共同地被一个共同的、单独对应于这个组的节拍脉冲系列所控制。通过共同连接构成一个固定设置的、硬件方面的组，这个组总是共同地由一个唯一的节拍脉冲系列所控制。此外当然也可以选择性地通过控制装置为单个的、单独连接到控制装置上的半导体光源加载相同的节拍脉冲模式。由此能够实现特殊的光效应。尤其是可以设置一种混合运行，其中半导体光源中的一些被加载单独的节拍脉冲模式，而另一些被加载一个共同的节拍脉冲模式。 [0040] 可以如下地选择节拍脉冲系列的时间错位，即，不同节拍脉冲系列的节拍脉冲重叠或者不重叠。此外还可以提出，一个节拍脉冲系列具有时间上可变的节拍脉冲，它们不仅在其持续时间上而且就它们与相邻节拍脉冲的时间间隔而言相互不同。例如可以提出，节拍脉冲系列可以在一段能够可变地设置的时间上相对于另一个节拍脉冲系列推移。优选地，存在两个以上的节拍脉冲系列，它们相互之间相应地在时间上错开。然而也可以提出，在有两个以上的节拍脉冲系列时，只有其中两个节拍脉冲系列相互之间在时间上错开。就此而言还可以设计其他的组合方式。 [0041] 所述技术特征的优点是，能够降低对可控的、节拍电子能量转换器的要求。通过借助中间值插入图像过渡期或脉冲模式或者通过根据实际需要的动态调整负荷跳跃，就可以减少电流需求或功率需求的动态。通过相互之间推移单个半导体光源的PWM循环，使得在照明元件的整个半导体光源结构上需要提供的最大总电流减少。 [0042] 这两种措施都使得可控的节拍电子能量转换器的设计更有效，因为它不需要模拟由照明元件构成的系统的全部动态，并且可以减少功率储备。由此可以降低可控的节拍电子能量转换器的复杂度，从而可以节省成本。 [0043] 此外还可以减少对能量供应网或电源的反作用。尤其是可以减少过滤器耗费。 [0044] 相应地，本发明在方法方面尤其提出一种用于控制具有至少两个半导体光源的、并且连接到电源上的照明元件的方法，其中， [0045] -照明元件借助半导体光源将由电源提供的电功率转换成由取决于所提供的电功率的、发射的光功率， [0046] -借助控制装置通过以下方式调节所提供的电功率，即半导体光源借助控制装置在节拍运行状态中加载电功率， [0047] 根据单独对应于半导体光源的节拍脉冲系列来控制半导体光源，其中[0048] -节拍脉冲系列构成一个共同的脉冲模式，并且通过选择对应于光功率的脉冲模式来调节由照明元件发射的光功率。 [0049] 针对控制装置所述的优点和构造方案同样适用于根据本发明的方法。 [0050] 根据一种改进方案提出，为了改变由照明元件发射的光功率，从对应于发射的第一光功率的第一脉冲模式切换成对应于发射的第二光功率的第二脉冲模式。由此能够以特别简单的方式以理想的方式改变照明元件的发射的光功率。例如可以利用预先存储的脉冲模式，使得能够减少信号处理耗费，尤其是计算机耗费。然而证明特别有利的是，使用一种用于得出合适的脉冲模式的算法，以便依据理想的光分布得出脉冲模式。在这种算法的基础上可以制造一种计算机程序，它允许节拍发生器的计算器单元能够在没有大的时间耗费的情况下得出许多不同的脉冲模式。同样可以提出，根据这种算法为现场可编程门阵列(FPGA)编程，并且在用于节拍发生器中时，得出并提供对应于理想的光分布的脉冲模式。 [0051] 此外利用本发明提出，从第一到第二脉冲模式的切换包括中间接入至少一个第三脉冲模式，该脉冲模式对应于在第一和第二光功率之间的光功率。由此能够影响第一脉冲模式和第二脉冲模式之间的切换过程，从而能够减少大的电流和/或光波动。此外由此还能够实现光功率的柔和的、人体工程学上视觉有利的切换或改变。最终可以降低对电源、尤其是还有对节拍电子能量转换器的要求。 [0052] 根据本发明的另一个方面被证明特别有利的是，第一节拍脉冲系列的节拍脉冲落在第二节拍脉冲系列的节拍暂停期。在这种情况下能够实现对照明元件的电方面的特别有利的负荷，因为能够减少峰值功率或峰值电流。也证明特别有利的是，半导体光源基本上具有相同的物理特性。但是即使在物理特性不同时，也可以利用本发明实现有利的方面。利用这个方面此外还可以实现的是，能够减少对电方面的电网反作用，例如谐波。 [0053] 根据本发明的另一个方面提出，在第一节拍脉冲系列的一个、优选地每个节拍脉冲之后分别在时间上直接连接一个第二节拍脉冲系列的节拍脉冲。由此能够实现照明元件的电方面的进一步改进，因为一方面能够进一步减少功率需求或电流需求，并且同时还能够减少高频电流。 [0054] 根据本发明的另一种构造方案提出，第一节拍脉冲系列的节拍脉冲持续的时间与第二节拍脉冲系列的节拍脉冲持续的时间不同。这就允许被加载相应节拍脉冲系列的半导体光源以不同的功率运行，从而使相应的半导体光源产生不同的光功率。 [0056] 在这个意义上定义的功率不仅可以用在电方面还可以用在光技术方面。优选地，如下地度量时间段的平均值，即，相应的半导体光源的通过节拍脉冲系列产生的光发射在所存在的、基本上静态的光产生状态下在人眼上制造出连续的视觉效果，只要节拍脉冲系列是一个静态的节拍脉冲系列，其对应相应的功率，并且由此定义了相应的运行状态。 [0057] 证明特别有利的是，利用本发明借助节拍电子能量转换器转换由电源提供的电功率，其中，借助控制装置积极主动地控制节拍电子能量转换器。由此能够就节拍电子能量转换器而言进一步减少耗费，因为转换器可以相应地匹配于能量供应即将发生的变化。由此不仅能够就能量转换器而言而且还能就可能的过滤装置而言减少耗费，而且还可以就照明元件的功率变化而言实现更有利的过渡。积极主动的意思是，节拍电子能量转换器在需求开始变化之前、尤其是功率变化之前适配地匹配于即将产生的需求。 [0058] 一种改进方案提出，积极主动的控制包括：在借助控制装置激活节拍脉冲系列和/或脉冲模式之前，将合适的控制信号传输给节拍电子能量转换器。由此能够使节拍电子能量转换器更好地匹配于变化。 [0059] 最后，利用本发明尤其提出一种用于控制装置的节拍发生器的计算机单元的程序，其包括计算机程序产品，其中，程序具有一个程序的多个程序编码段，其用于在通过计算机单元运行该程序时执行根据本发明的方法的各个步骤。优选地，借助算法制造这些程序编码段。该算法例如是一种规则，计算机单元按照这个规则通过实现该算法的程序得出并提供节拍脉冲系列、脉冲模式和/或诸如此类。 [0060] 前述计算机程序产品可以构造成计算机可读的存储媒介。此外，该程序还可以能够直接加载到计算机单元的内存中。于是例如可以将程序从网络上的数据来源、例如服务器下载下来，并且加载到计算机单元的内存中，从而让计算机能够运行该程序。 [0062] 从下面借助附图对实施例的说明中可以获知更多的优点和特征。这些实施例仅仅用于阐述本发明，并且不应该对其形成限制。在附图中用相同的附图标记表示相同的构件和功能。 [0063] 图中示出： [0064] 图1用示意图示出了作为照明装置的车辆前照灯，具有作为照明元件的发光二极管矩阵，其中，发光二极管作为半导体光源与矩阵接通，并且处于第一运行状态，[0065] 图2示出了根据图1所示的、处于第二运行状态下的车辆前照灯，[0066] 图3示出了根据本发明的控制装置的原理电路图， [0067] 图4示意性示出了相应灰度在根据图1所示的探照灯的基础光分布上的百分比比例， [0068] 图5在上图表中示意性示出了用于照明元件的电流的时间变化，以及在下图表中示意性示出了用于相应的发光二极管的相应的节拍脉冲系列， [0069] 图6是如同图5一样的示图，其中，选择了根据本发明的节拍脉冲系列，[0070] 图7示意性示出了两个上下叠放的图表，其中，上图表示出了照明元件在不同的脉冲模式下随着时间变化的电流消耗，下图表示出了关于用于各个发光二极管的PWM通道的相位变化的图表， [0071] 图8是两个上下叠放的图表，其中，上图表示出了照明元件随着时间消耗的电流，并且下图表示出了用于照明元件的发光二极管的、随着时间变化的相应控制信号，[0072] 图9是如图8一样的两个上下叠放的图表，其中，在上图表中示出了在中间接入了脉冲模式的情况下的电流变化，并且在下图表中示意性示出了用于照明元件的发光二极管的、相应地配属的控制信号， [0073] 图10是用于驱控八个发光二极管的寄存器布置的电子电路的示意性框图，[0074] 图11是基于根据图7所示的寄存器驱控系统的、用于八个发光二极管的控制信号的逻辑图，它们利用根据图10所示的寄存器组制造成， [0075] 图12是如图11一样的示图，其中，用于根据本发明的发光二极管的PWM通道错开，[0076] 图13示意性示出了用于接入照明元件的脉冲模式， [0077] 图14是如图13一样的接入过程，然而根据本发明在中间接入了脉冲模式，[0078] 图15示意性示出了如图13一样的传统驱控系统，以及 [0079] 图16示意性示出了本发明的另一种构造方案，其中，在接入照明元件时为了实现调暗功能在中间接入了多个脉冲模式。 具体实施方式[0080] 图1用示意图示出了对一种具有多个连接形成矩阵的发光二极管的照明元件12的俯视图，该照明元件设置用于安装到车辆的车辆前照灯中。图1示出了车辆前照灯在第一运行状态下的第一光分布。在图2中示出了相同的探照灯，然而现在是处于第二运行状态，在这个状态下激活了相对于图1发生了变化的照明模式。照明元件12具有未示出的平坦底座，其提供了一个表面，在该表面上格状地布置了多个发光二极管。这些发光二极管单个地连接到控制装置10(图3)上。 [0081] 由此可以单个地驱控照明元件12的每个发光二极管，从而按照需求实现理想的照明效果。 [0082] 因为照明元件12的动态变化的光分布，所以照明元件12的构造体上的负荷分布也变化。由于是用作车辆前照灯，所以在这里在典型的光分布情况下，产生时间上平均为大约13到18A的电流需求，正如在图1和2中所示的那样。在最大的光功率下，设计了33到46A范围内的电流消耗。这两个值之间的差等同于储备量，其例如为在曲线行驶时应当为照明保留的储备量。由此得出，照明元件12上的电流分布或功率分布也会根据行驶状态而动态变化。 [0083] 车辆前照灯的多种可行性也用于安全相关的功能，例如为了标记危险源头的聚光灯。 [0084] 由于使用发光二极管作为半导体光源，所以照明元件12中的电流分布变化的时间常数很小。发光二极管在这里基本上具有相同的物理特性。 [0085] 在这里提出，照明元件12具有多个发光二极管，即3000个发光二极管。在替选的实施例中，当然也可以为一个照明元件12设计3000个以上的发光二极管。照明元件12的发光二极管是并联连接的，并且能够单个地利用PWM作为节拍脉冲系列在控制装置10方面受到驱控。正如接下来还要更详尽阐述的那样，控制装置10为此目的包括一个电子节拍的能量转换器，该能量转换器在这里构造成降压变换器14。 [0086] 图3用示意图示出了控制装置10的框图。控制装置10连接到照明元件12上，使得照明元件12的所有发光二极管都能够单个地被控制装置10所控制。所述控制装置10此外还包括降压变换器14，其提供用于运行照明元件12的发光二极管的电功率。最后，控制装置10还包括一个计算机单元16，其连接到端口电路18上，经由这个端口电路能够有到外部的通讯网络的连接。 [0087] 此外，计算机单元16还连接到降压变换器14上，并且提供控制信号用于降压变换器的运行。最后，计算机单元还连接到模拟信号处理单元20上，其处理照明元件12的信号以及还有降压变换器14的信号，并且将相应的信号输送给计算机单元16。此外，计算机单元16还连接到节拍发生器22上，其根据计算机单元16的预定生成本发明意义上的节拍信号系列，并且为了控制照明元件12的发光二极管而将节拍信号系列输送给照明元件12。此外，节拍发生器22还可以向计算机单元16提供信号，例如关于实时的运行状态，当前对应于发光二极管的节拍脉冲模式和/或诸如此类。在图3中未示出的是，降压变换器14连接到机动车的车载电网上，降压变换器从车载电网获取电能以用于运行控制装置10以及照明元件12。 [0088] 在这里提出，每个发光二极管都可以单独地加载固定的电流或固定的功率。为此目的，节拍发生器22具有相应的、未示出的开关元件。借助基于PWM实现的节拍脉冲系列来实现对照明元件12的相应的发光二级管的平均亮度的控制。由于有多个发光二极管，在这里是3000个，所以不是经由开关元件直接驱控这些发光二极管，而是经由一个串行端口24来驱控。替代地，相应的开关元件被布置在照明元件12自身里。节拍发生器22因此此外还有一个任务，也就是在这个系统中进行信号预处理。这包括，建立照明元件12的光分布并将其转化为适当地调谐到照明元件12的相应各个单独的发光二极管上的PWM驱控。相应的参数由节拍发生器22从计算机单元16获得。计算机单元16此外在该系统中还有以下功能：控制降压变换器14、评估模拟信号并且将模拟信号输送给节拍发生器22进行进一步处理。 [0089] 计算机单元16可以构造成平行工作的、具有高的处理速度的单元。在这里，它由半导体芯片构成，该半导体芯片是控制装置10的电子电路的组成部分。 [0090] 在先前所述的系统内，由多个节拍式发光二极管构成的组合对于设计低压调节器14来说是一个特别的挑战。这借助根据图4的示图针对作为车辆前照灯的照明元件12得以说明。在这种构造方案中提出，照明元件12的可用的发光二极管的大约45％都在最大5ms(200Hz)的循环时间内接通。在图4中所示的基本光分布的亮度变化在这里通过PW,实现。可用的发光二极管的未激活的55％于是可供用于执行其他的照明功能，例如安全性功能、摆动功能或者诸如此类，也就是在不必实现机械运动的情况下。 [0091] 如果对于单个的发光二极管采用10毫安的运行电流并且分别有1000个发光二极管共同由一个降压变换器14供应电能，那么在45％充分负荷的情况下导致4.5A的脉冲电流。这种电流是以5ms的节奏提供的，因此这些边界条件对于设计降压变换器14来说要作为重要的条件来考虑。如果相反观察到，电流在时间上平均在5ms以内被利用，那么得到大约1.33A的值。这个值明显更小，因此在实现这种值时，降压变换器14就其硬件设置而言能明显减少。 [0092] 本发明的一个特征是，对于各个发光二极管能够相互之间实现PWM循环、也就是节拍脉冲系列在时间上的推移，从而能够明显减少在一个循环开始时的负荷跳跃。此外还开创了一种可行性，通过中间图案或相应的脉冲模式和由此可实现的内插如下地构造照明元件12的两个发光状态之间的过渡，使得能够明显减少电流变化随着时间的动态。此外还由此得到一种系统构架，其还能够实现对降压变换器14的预见性的、也就是积极主动的控制。 [0093] 本发明利用的认识是，非同步地驱控发光二极管，也就是说利用单独地对应的节拍脉冲系列来控制，使得第一节拍脉冲系列的节拍脉冲相对于第二节拍脉冲系列的节拍脉冲在时间上推移。优选地，这对于多个、尤其是所有的节拍脉冲系列都适用，这些节拍脉冲系列用于控制照明元件12的发光二极管。当然利用节拍脉冲系列也可以同时运行照明元件12的多个发光二极管，从而限定不同的节拍脉冲系列的数量。 [0094] 总的来说，本发明的一个方面是能够实现尽可能在时间上恒定的电流消耗。这例如意味着，在具有预设平均亮度为25％的四个发光二极管时，不是同步的、而是在时间上错开地依次地接通或者脉冲这些发光二极管。借此使得电流振幅在这种接通方式中下降到总电流的1/4，总电流会在同时激活这些发光二极管时产生。由此能够降低峰值电流和电流跳跃的振幅，从而对降压变换器14的瞬时需求也下降。这导致成本和构造尺寸明显减小，因为例如可以使用具有更小电感的、更简单的线圈。此外还可以提高降压变换器14的效率。 [0095] 图5示例性地示出了两个相互上下叠放的时间图表，其中示意性地示出了三个发光二极管的总电流在时间上的电流变化，这些发光二极管根据下面的图表被相应地控制。可以看出的是，在短暂的时间区间内，在时间区间tPWM开始时将三倍高的电流调节到单个发光二极管的电流。图6示出了如图5的示图，然而与图5不同的是，相应地错开这三个发光二极管的运行时间，使得它们不相互重叠。由此形成在图6中在上图表中所示的电流变化，其仅仅还需要一个发光二极管的电流高度的电流要求。 [0096] 在图7所示的根据本发明的方法中也存在动机，即通过避免大的电流跳跃的方式，降低对降压变换器14的要求。 [0097] 图7示出了两个相互上下叠放的图表，其中，要实现照明元件12的运行状态I到运行状态II的变化。在图7的上图表中示出了照明元件12的电流消耗，相反地在图7的下图表中示出了用于发光二极管的相应的控制信号。从运行状态I出发，首先利用第一控制信号生成一个中间图案Z1，其导致照明元件12的电流消耗大于运行状态I的电流消耗，却小于运行状态II的电流消耗。在下一个PWM循环中，激活了一个第二中间图案Z2，其导致照明元件12的电流消耗大于中间图案Z1的电流消耗，却小于运行状态II的电流消耗。在紧接着的循环中生成中间图案Z3，其导致照明元件12的电流消耗大于中间图案Z2的电流消耗，却小于运行状态II的电流消耗。只有在接下来的循环中才达到运行状态II。通过这个措施能够避免陡直的、大的电流提升和由之引起的负荷。在这里，循环时间为大约5ms。 [0098] 这种构造方案例如适合在闪光功能的框架内使用车辆前照灯的情况。在这里利用了以下关联，即，在PWM循环和在用作车辆前照灯的应用中的时间上的需求之间存在的关联。在示例性的情况中，循环时间为5ms且时间区间为50ms。为了达到新的运行状态，据此存在以下可行性，为了从一个运行状态过渡到另一个运行状态而利用10个中间图案或脉冲模式，从而借此减少电流跳跃的振幅。从而得出，在运行状态明显变化时，通过中间状态以脉冲模式的形式实现逐步的接近。这种方法正如在图8中所示的那样也可以用来接通车辆前照灯。 [0099] 图8示出了两个相互上下重叠的图表，它们示出了随着时间接通车辆前照灯的情况。在上图表中，示出了当发光二极管根据下面的图表相应地受到控制时，照明元件12的在时间上的相应的当前电流。可以看出的是，在这种情况下在时间点tein进行接通时进行了大的电流跳跃。 [0100] 图9现在示出了两个如图8所示的图表，其中，这里也再次示出了一个接通状态，然而，此时它是根据本发明设计的。可以看出的是，正如在根据图8所示的实施方式中那样，发光二极管LED1至LED3没有同时在时间点tein被接通，而是仅仅接通了发光二极管LED1。在下一个循环中才补充接通发光二极管LED2，并且在紧接着的循环中接通发光二极管LED3。在图9的上图表中还可以看出电流变化的相应阶梯式的提升。由此避免了大的电流跳跃，正如在根据图8所示地接通时形成的电流跳跃。 [0101] 本发明的另一种设计方案由此实现，即，非线性地插入用于实现中间图案的脉冲模式，从而例如适应人类眼睛的自然情况并且能够提供一种人体工程学上有利的视觉印象。 [0102] 通过存在以下信息，其与应采取照明元件12的哪种运行状态相关并可能还与为了达到该运行状态设置哪种中间图案相关，所以存在使降压变换器14预备用于相应的负荷变化的可行性。 [0103] 如果例如通过改变照明元件12的运行状态来提升照明元件12的平均电流消耗，那么就存在以下可行性，即预见性地或积极主动地相应调整起始电压以及还有转换器频率。由此能够实现的是，在降压变换器14处发生负荷变化时能够明显减少例如起始电压的下降。由此还能够使照明元件12的相应发光二极管的电流的剩余波动减少，因为在施加于发光二极管上的电压和穿流过该发光二极管的电流之间存在关联。此外还存在以下可行性，即通过调整控制参数而在效率方面更好地运行降压变换器14。 [0104] 为了在技术上实现，例如可以利用一个寄存器组来驱控照明元件12的发光二极管，正如例如根据图10针对驱控八个发光二极管示意性示出的那样，并且正如其在此包括在控制装置10中。图10用示意性视图示出了一个两件式的寄存器组。根据图10所示的寄存器组包括一个写寄存器Wr_reg，其中写入了串行数据。在这里，寄存器的每个位都代表了一个唯一的发光二极管的运行状态。为此目的，写寄存器Wr_reg具有一个输入端接口DATA和一个节拍输入端CLK。以公知的方式将串行数据写入到写寄存器中。 [0105] 根据图10所示的寄存器组此外还包括一个连接到写寄存器处的工作寄存器Work_reg，其连接到写寄存器Wr_reg上。写入到写寄存器中的数据传输到工作寄存器Work_reg的相应存储单元中，确切地说通过将相应的传递信号施加给相应的控制输入端处的方式。该信号在图10中用Update表示。在工作寄存器Work_reg处连接了相应的开关元件用于相应的发光二极管的通电。当工作寄存器Work_reg的寄存器内容包含逻辑1时，相应地配属的发光二极管被加载电流，使得该发光二极管产生光。如果相反地在相应的寄存器单元中是逻辑0，那么相应地配属的发光二极管就不被通电。通过借助写寄存器Wr_reg结合Update信号来改变存储在工作寄存器Work_reg的存储器单元中的值，可以为每个发光二极管模拟一个单独的节拍脉冲系列，在这里是PWM。工作寄存器Work_reg也具有节拍输入端CLK，其优选地能够由与写寄存器Wr_reg一样的节拍信号来驱控。 [0106] 图11现在示出了八个发光二极管的通断状态的表格示图，正如其利用根据图10所示的寄存器组可以驱控的那样。上面的正方形方块逐列地示出了根据一个实施例的、在相应的时间点包含在工作寄存器Work_reg中的、对于相应的发光二极管的逻辑值。为了按照期望地产生照明元件12的光功率，在方块中所示的值当然可以按照需求相应地进行调整。在最上面的方块图的下面示出了一行，在这行中示出了逻辑上标准化的电流总和。在这一行下面示出了对最上面的方块中的不同符号的图例。正如从图11中得知的那样，用垂直的箭头标识一个时间点。在这个时间点同时接通所有的八个发光二极管。在接下来的时间点上，激活状态的发光二极管的数量逐步地减少，从而产生在其下方示出的标准化的电流负荷。 [0107] 这种现状导致形成大的接通电流，正如之前已经还借助图5和6阐述过的那样。 [0108] 图12现在示出了一种如同图11所示的布置，然而在这种布置中，设置用于发光二极管的节拍脉冲系列相互在时间上推移。从图12中可以看出，在那里所示的移开情况下，标准化的电流总和在每个节拍循环中位于值3到5之间。通过对于发光二极管的节拍脉冲系列的这种不同步性，因此能够实现照明元件12的电流消耗的均匀化。由图12中的方块下方示出的电流总和行得知，没有出现0到2和6到8的电流总和值。这对于剩余电路的、尤其是控制装置10的电流需求来说是有利的。 [0109] 通过节拍发生器22内的逻辑实现节拍脉冲系列相互之间的推移。 [0110] 图13和14对比地示出了照明元件12的接通情况。图13示出了对于照明元件12的三个发光二极管的接通过程，它们以传统的方式被共同地接通，而且从0功率到87.5％的功率。为了展示，示出了四个在时间上前后连续的、具有逻辑接通值的方块，正如其已经借助图11和12所阐述的那样。在这里仅仅设置了三个发光二极管，它们被相应地接通。然而，据此也可以应用任意数量的发光二极管。 [0111] 在这里也再次设置了借助PWM的功率控制。这由在图13中在时间上前后连续的、四个并排示出的方块中得出。在左边的第一个方块中，所有的发光二极管在由第一方块表示的第一PWM循环中被关断。在第一循环结束时，也就是随着过渡到跟随在第一个方块之后的第二个方块时，所有三个发光二极管被同时接通。接通的状态持续七个循环。当第八个循环时，所有三个发光二极管被同时关断。这相当于87.5％的接通比例。第二个方块之后在时间上连接有相同的第二和第三方块。可以看出，这三个发光二极管被同步地接通和关断。在相应的方块下方再次给出了标准化的电流值，其是每个方块在持续时间上的平均值。 [0112] 图14现在示出了根据本发明的一种转化方式，其具有两个中间图案作为脉冲模式，它们同样也和图13一样代表了接通过程。对应于中间图案的功率相比在接通状态下的功率更小，其中，功率随着每另一个中间图案升高，从而导致功率提升的变化过程基本上是阶梯式的。 [0113] 与根据图13所述的接通过程不同，在根据图14所示的接通过程中，三个发光二极管不是同时一次接通。图14中的示图在原理上等同于图13中的示图，因此，就此而言作为补充可以参见图13。首先在图14中所示的左边方块中，在整个PWM循环上所有三个发光二极管都被关断。在从左边的方块过渡到右边邻接的方块时，首先仅仅接通最上面的发光二极管LED_0，而且具有和在图13中一样的占空比。在这个方块下方再次和在图13中一样示出了对于这个PWM循环标准化的平均电流。相应地得到0.875的标准化电流，因为发光二极管LED_0在PWM循环的八个周期中的七个上被接通。这种运行状态等同于第一中间图案或第一脉冲模式。后续的方块紧接着连接到其上，在后续的方块中，除了最上面的发光二极管LED_0之外，现在还同时激活了中间的发光二极管LED_1。由此得到一个另外的中间图案。得到相应的电流需求为1.75。最后连接的是第四方块，其中，所有三个发光二极管都被同步地接通。相应地现在实现了如在图13中一样的接通的状态。 [0114] 从图14中可以看出，如图13中出现的、在接通时的负荷跳跃，可以通过根据图14所示的控制方式，也就是通过依序地接入发光二极管能够减少。负荷值、也就是电流值，阶梯状地从0变到接通状态下的值，确切地说相应于在每个连续循环中接入的发光二极管。在图14中因此使得发光二极管的接通时间点在时间上推移，也就是在这个实施例中分别推移一个PWM循环。发光二极管的接通时间点的依序推移在这里同样也通过节拍发生器22实现。 [0115] 本发明的另一种设计方案由图15和16中得出。它涉及到同样也借助三个所选择的发光二极管来调暗发光元件12的发光二极管。 [0116] 图15示出了传统的接通过程，其中示意性地用逻辑框图示出了八个PMW循环，它们直接地依次连续。在相应的方块下方又给出了相应的标准化的电流总和，其中，标准化的电流总和在这里就循环而言涉及相应的节拍循环。可以看出的是，正如在图13中所示的那样，左边的第一个方块在图15的上面图中被零占据，所以发光二极管在这个PWM循环中被关断。在切换到右边并排布置的方块时，所有的发光二极管如图13中所示的那样被接通。涉及节拍的、标准化的电流总和因此等于3。在这里也将功率调节到了87.5％，因为PWM循环的占空比等于八分之七。后面跟随有六个其他的、相同的PMW循环。就效果而言，补充地可以参照针对图13所示的实施方式。 [0117] 图16现在示出了如图15所示的接通过程，其中，在这里相应地调暗了三个发光二极管。左上边的方块又是一个关断的PWM循环，其中，所有的三个发光二级管被关断。连接在其后的是右边的方块，其中导入了接通过程。可以看出的是，三个发光二级管首先共同针对PWM循环的第一个节拍被接通，由此形成第一中间图案。在PWM循环的剩余的七个节拍中，发光二级管被关断。连接在其后的是右边邻接的另一个方块，其中，在两个前后连续的节拍周期中已经接通了发光二级管，由此形成第二中间图案。在PWM循环的剩余的节拍中，所有三个二极管又再次被关断。随后连接有右边邻接的第四PWM循环，这个循环随着三个发光二级管在PWM循环的三个第一节拍上被接通而开始，由此形成第三中间图案。最后用下面的框图直接地示出了四个其他的PWM循环，其中，接通状态分别随着PWM循环的数量的增加而延长一个节拍，并且构成相应的中间图案。最后在右下方的方块中实现了和在图13的右边方块中一样的通断状态。在这里，当能够内插发光二极管的亮度值或者说调暗时，也能够避免极端的负荷跳跃。同样也可以通过节拍发生器22实现发光二极管的调暗。 [0118] 当然，前面描述的实施例也能够以符合目的的方式相互组合起来，从而在本发明的框架内形成更多的设计方案。 [0119] 所述技术特征的一个优点是，能够实现降低对降压变换器14的要求。通过借助中间值或者使负荷跳跃匹配于实际需要的动态来内插图案过渡或脉冲模式，可以减少电流需求或功率需求的动态。通过使各个发光二极管的PWM循环相对于彼此推移，照明元件12的在整个发光二极管结构上应提供的最大总电流减少。 [0120] 这两个措施实现了更有效地设置降压变换器14，因为它不需要模仿通过照明元件12构成的系统的整个动态，并且可以减少功率储备。由此能够降低降压变换器的功率电子件的复杂性，由此能够节约成本。 [0121] 此外还可以减少对能量供应网络或电源的反作用。尤其是可以减少过滤耗费。 [0122] 当然单个的特征可以根据需求以任意的方式相互组合，从而实现本发明意义内的其他设计方案。这尤其是当然涉及从属权利要求所述的特征。此外当然也可以通过相应的方法步骤给出装置特征，反之亦然。 [0123] 总的来说，先前对实施例的说明仅仅用于阐述本发明，而不应该局限本发明。当然专业技术人员在必要时可以设计相应的变化方案，而不离开本发明的核心理念。 |
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