発光モジュールのためのエネルギ供給回路

本発明は、自動車両用照明装置のための、とりわけ自動車両用投光装置のための、発光モジュールに関する。更に、本発明は、自動車両用投光装置の発光モジュールのためのエネルギ供給回路に関し、発光モジュールはシャント抵抗と少なくとも部分的に該シャント抵抗を介して給電可能な少なくとも1つの光源を有し、発光モジュールは更に少なくとも3つの電気端子を有し、第1端子と第2端子はシャント抵抗の電気的コンタクトのために設けられ、及び、第3端子は後置された少なくとも1つの光源の電気的コンタクトのために設けられ、これらの電気端子は外部からコンタクト可能な端子として構成されており、エネルギ供給回路は発光モジュールの少なくとも1つの光源への一定に制御される供給電流のアウトプットのための制御ユニットを有し、制御ユニットは発光モジュールの電気端子との接続のための少なくとも3つの電気端子を有し、制御ユニットは供給電流の少なくとも一部分をシャント抵抗を介して少なくとも1つの光源に導くよう及びシャント抵抗における電位差を測定するよう構成されており、供給電流の制御のためにシャント抵抗における電位差は一定の値に制御される、エネルギ供給回路に関する。更に、本発明は、発光モジュール及びエネルギ供給回路を含む回路アレンジメント、並びに、自動車両用投光装置及び回路アレンジメントを含む自動車両に関する。

従来技術に応じた発光モジュールは外部のエネルギ供給装置によって給電可能な光源を有する。そのような発光モジュールによって放出される光流(Lichtstrom)は受け取った電力によって並びに発光モジュールに組込まれた光源の数及び効率によって予め設定されている。自動車製造のための、とりわけ投光装置(前照灯等)に使用されるための発光モジュールはしばしば異なる明るさクラス(Helligkeitsklassen)で製造される。大抵は、発光モジュールは3つの明るさクラスで製造され、これらの明るさクラスには夫々所定の効率を有する光源が割り当てられている。異なる明るさクラスを有する発光モジュール(複数)に(夫々)同じ供給電流が供給されると、これらの発光モジュールによって放出される光量は種々異なることになる。このため、1つの自動車両用投光装置に組み込む場合、1つの所定の光像を有する1つの自動車両用投光装置のためには、ただ1つの発光モジュールしか使用することができないという不所望の効果(結果)がもたらされるであろう。なぜなら、他の明るさクラスの発光モジュールに交換することにより、放射される光の強度は変化するであろうからである。

この問題に対処するために、従来技術の発光モジュールでは、発光モジュールに対応するエネルギ供給回路によって検出されるないしエネルギ供給ユニットに配される評価ユニットによって評価されるコーディング抵抗(Kodierwiderstand)が設けられており、コーディング抵抗の値に依存して光源の明るさクラスが推定される。発光モジュールの夫々の明るさクラスに供給電流(例えば0.6A〜1A)を適合させることにより、上記1つの発光モジュールよって放出される光像が異なる明るさクラスの複数の発光モジュールの間で大幅に一致するよう、異なる明るさクラスの発光モジュールを駆動することができる。かくして、例えば、1つの自動車両用投光装置に対し適合化される発光モジュールの(種類の)数を増やすことができる。しかしながら、コーディング抵抗を設けることは大掛かりなものとならざるを得ない。なぜなら、発光モジュールには当該抵抗を備え付けなければならず、更には、エネルギ供給ユニットの評価ユニットによるコンタクトを可能にするための電気端子(複数)を設けなければならないからである。更には、エネルギ供給ユニットは、評価ユニットと、該評価ユニットに接続状態にありかつ評価ユニットの測定結果に依存して出力端電圧又は出力端電流を決定するよう構成された制御ユニットとを有しなければならないからである。従って、発光モジュールから制御ユニットへの情報伝達は、従来、顕著に大きなコストを要していた。

JP 2009 214789 A

光源(複数)に供給されるべき電流が当該光源に直列接続された(1つの)シャント抵抗によって予め設定される発光モジュールは、JP 2009 214789 Aから知られている。この場合、シャント抵抗における電圧は一定の値に制御され、かくして、シャント抵抗に比例する一定の電流値が光源に供給される。電流値を大きくしようとする場合、これは、所与の電圧値ではシャント抵抗の減少によって達成することができるが、この場合、シャント抵抗における損失電力は電流の増大により場合によっては大きくなり得る。JP 2009 214789 Aの場合、更に、ただでさえ損失を伴う光源を含む発光モジュールにおいて、シャント抵抗において変換される損失熱が生じる。このことはとりわけ不利である。なぜなら、光源の寿命は通常は動作温度の増大と共に短くなるからである。

それゆえ、本発明の課題は、従来技術の欠点を克服可能にする発光モジュールのためのエネルギ供給回路を提供することにある。なお、そのような発光モジュールは、シャント抵抗と、少なくとも部分的に該シャント抵抗を介して給電可能な少なくとも1つの光源とを有し、発光モジュールは、更に、少なくとも3つの電気端子を有し、第1端子と第2端子は、シャント抵抗の電気的コンタクトのために設けられ、及び、第3端子は、後置された少なくとも1つの光源の電気的コンタクトのために設けられ、これらの電気端子は、外部から(extern)コンタクト可能な端子として構成されている。

この課題は、冒頭に記載したタイプのエネルギ供給回路において、本発明に応じ、制御ユニットがシャント抵抗に並列接続された補助抵抗を有することによって解決される。

本発明により、従来技術に応じたコーディング手段ないし付属の評価ユニットを完全に無用にすること及び発光モジュールの明るさクラスを光源の給電路(Versorgungspfad)において直接的に形成することが可能になり、補助抵抗とシャント抵抗の並列接続によって(なお、補助抵抗は制御ユニットの部分である)、シャント抵抗を介した光源の電流供給は軽減され、これによって、発光モジュールにおける熱損失は減少され、もって、発光モジュールの光源の寿命を長くすることができる。補助抵抗を介して供給される補助電流I_Rsが光源の給電のために十分である限り、シャント抵抗はそれに応じて高抵抗に選択することができるため、シャント抵抗を介して光源へ導かれる電流I_Rseは補助抵抗を介する電流と比べると無視可能(な大きさ)である。シャント抵抗は、補助抵抗を補完するために、所与の電圧でシャント抵抗において、後置の光源を流れる所望の供給電流が生じる大きさにされる。シャント抵抗における電位差は、第1端子と第2端子によって測定することができ、制御ユニットの制御パラメータとしてエネルギ供給回路へ供給されることができる。この場合、シャント抵抗の抵抗値は、供給電流に対し重要な影響を及ぼす。例えば、シャント抵抗において電位差を0.1Vに制御する場合、抵抗値が0.1Ωであれば、シャント抵抗によって1Aの大きさの電流を予め設定することができる。

とりわけ、発光モジュールは、少なくとも2つの、3つの又は4つ以上の光源を有することが可能である。

更に、少なくとも1つの光源は、LED(Light Emitting Diode)、OLED(Organic Light Emitting Diode)又はレーザダイオードであることが可能である。更に、複数のLED、OLED及び/又はレーザダイオードを使用する変形形態も可能である。

とりわけ、シャント抵抗は、0.2Ω〜2Ωの間の値、有利には0.3Ω〜1.5Ωの間の値、とりわけ好ましくは0.5Ω〜1Ωの間の値を有することが可能である。

発光モジュールの格別にコンパクトで簡単な構造を可能にするために、 シャント抵抗、少なくとも1つの光源及び少なくとも3つの端子は、共通の回路基板に、有利にはプリントボードに配設されていることが可能である。

本発明の更なる一視点は、先行請求項の何れかに記載の発光モジュールのためのエネルギ供給回路であって、発光モジュールの少なくとも1つの光源に一定に制御される供給電流をアウトプットするための制御ユニットを有するエネルギ供給回路に関し、本発明に応じ、制御ユニットは、発光モジュールの電気端子(複数)との接続のための少なくとも3つの電気端子を有し、制御ユニットは、供給電流の少なくとも一部分をシャント抵抗を介して少なくとも1つの光源に導くよう及びシャント抵抗における電位差を測定するよう、構成されており、供給電流の制御のために、シャント抵抗における電位差は、一定の値に、例えば0.05V〜0.5Vの間(の一定の値)、有利には0.1V〜0.3Vの間(の一定の値)に、制御されている。

用語「シャント抵抗における電位差」とは、シャント抵抗を流れる電流のために当該シャント抵抗に生じる電圧、即ち第1端子と第2端子の間の電圧として理解されるものである。

本発明に応じ、制御ユニットは、シャント抵抗に並列接続された補助抵抗を有することが可能である。そして、供給電流は、これらの抵抗の抵抗値に応じて分割されて夫々の抵抗に流れる。シャント抵抗と補助抵抗からなる並列回路において一定の電圧値に制御することによって、供給電流は、並列回路における電圧降下ないし電位差(被除数)と並列回路の等価抵抗(除数)の商によって与えられる。従って、供給電流は、並列回路において予め設定される電圧降下(電位差)に制御する場合、等価抵抗を、とりわけシャント抵抗を定める(規定する)ことによって簡単な方法で定める(規定する)ことができる。シャント抵抗に並列接続される補助抵抗を設けることにより、光源への最小電流を形成する(光源に最小電流を流す)ことが可能になる。更に、そのような構成により、光源への電力供給の増大がシャント抵抗の減少によって達成可能であること、かくして、補助抵抗を介して供給される電流の全電流における割合が大きくされること、シャント抵抗において変換される損失電力が減少されること、エネルギ供給回路の効率が増大可能であること、更には、発光モジュールの熱的負荷が減少されることが保証される。

エネルギ供給回路の内部における、とりわけ制御ユニットの制御回路(制御ループ)の内部における不所望の電気的振動を回避するために、補助抵抗は、制御ユニットの内部にトポロジ的に(topologisch)収容されていることが可能である。これは、補助抵抗が制御ユニットの他のコンポーネントの直ぐ近くに配置されることを意味し、これによって、エネルギ供給回路のEMV(elektromagnetische Vertraeglichkeit;electromagnetic compatibility(英語))挙動は改善される。この目的のために、補助抵抗は、制御ユニットを構成するIC(Integrated Circuit)に組み込まれること又は当該ICと直接的に接続されることも可能である。

とりわけ、補助抵抗は、0.1Ω〜2Ωの間の値を有する、有利には0.15Ω〜1Ωの間の値、とりわけ好ましくは0.2Ω〜0.75Ωの間の値を有することが可能である。

制御ユニットは、発光モジュールにアウトプットされる供給電流ないしそれに関連する出力端電圧Uaの制御のために、発光モジュールに直列接続されたトランジスタスイッチ及び並列接続されたコンデンサを有すると、格別に好都合であり得る。

本発明は、更なる一視点において、本発明に応じた発光モジュール及び該発光モジュールのエネルギ供給のための本発明に応じたエネルギ供給回路を含む回路アレンジメントに関する。

更に、本発明は、本発明に応じた少なくとも1つの発光モジュール及び/又はエネルギ供給回路及び/又は回路アレンジメントを含む、自動車両用照明装置、とりわけ自動車両用投光装置に関する。自動車両用照明装置とは、シグナル発光及び/又は照明を目的として自動車両において使用される任意の照明装置として理解されるものである。自動車両用照明装置の例は、自動車両用バックライトないしテールランプ、車内照明、昼間走行用ライト、明滅灯、前照灯、フォグランプ、主投光装置、後退用投光装置、境界灯等である。

更に、本発明は、少なくとも1つの、有利には2つの本発明の自動車両用投光装置を有する自動車両に関する。

本発明は以下において図面に示されている例示的かつ非限定的な実施形態を用いて詳細に説明される。

従来技術に応じた回路アレンジメントの一例の模式図。

本発明に応じた回路アレンジメントの一例の模式図。

以下の図面に関する説明において、別段の指定がない限り、同じ図面参照符号は同じ特徴(構成要素)を意味する。

図1は、従来技術に応じた回路アレンジメントの一例を模式図で示す。回路アレンジメントは、発光モジュール4と、該発光モジュール4に給電可能なエネルギ供給回路5とを含む。最初に記載したように、発光モジュール4は複数の光源D1、D2、…、Dnを有し、これらの光源には端子A1’及び端子A2’を介してエネルギ供給装置5の対応する端子A1’’及び端子A2’’によって給電することができる。発光モジュールはコーディング抵抗Rcを有し、コーディング抵抗Rcは、(それ自身のために)特に設けられた端子A3’及び端子A4’を介して、エネルギ供給装置5に配された評価ユニット2にコンタクトすることができ、該評価ユニット2によって評価されることができる。各明るさクラスには夫々1つのコーディング抵抗が割り当てられており、そのため、抵抗値を評価することによって、発光モジュール4の明るさクラスを推定し(導き出し)、適切な供給電流を調節する(設定する)ことができる。このために、評価ユニット2は制御ユニット3に接続されている。エネルギ供給装置5の給電のために、給電ユニット1、例えば電圧源がもうけられている。

図2は、本発明に応じた発光モジュール4と該発光モジュール4に給電するための本発明に応じたエネルギ供給回路5とを含む、本発明に応じた回路アレンジメントの一例を模式図で示す。発光モジュール4は、従来技術とは異なり、シャント抵抗R_Sextと、少なくとも部分的にシャント抵抗R_Sextを介して給電される少なくとも1つの光源とを有する。なお、図示の実施例では、3つの光源D1、D2ないしDnが記載されている。破線によって示されているように、光源の数は図示の数とは異なるものとすることも可能である。この実施例では、発光ダイオードが光源として使用されている。発光モジュール4は3つの電気端子A1’、A2’及びA3’を有し、2つの端子A1’(第1端子)及びA2’ (第2端子)はシャント抵抗R_Sextの電気的コンタクトのために設けられている。第3端子A3’は光源D1〜Dnの電気的コンタクトのために設けられている。端子A1’〜A3’は、エネルギ供給装置5によってコンタクトされるために、外部からコンタクト可能な端子として構成されている。給電ユニット1は例えば電圧源とすることができ、電流IvはトランジスタTの相応の制御によって生成することができる。一般的には、任意のタイプのエネルギ源が給電ユニット1として使用可能である。例えば、クロック電流源もリニア電流源も使用可能であり、エネルギ供給装置5に組み込まれた給電ユニットはディスクリートに(単品部品として)構成された給電ユニットとしても使用可能である。

エネルギ供給装置5は一定の供給電流を光源D1〜Dnに供給するよう構成されている。この目的のために、エネルギ供給装置は、一定に制御された供給電流Ivを発光モジュール4の光源D1〜Dnにアウトプットするための制御ユニット3を有する。

図示の実施例では、供給電流Ivは2つの成分、即ち、シャント抵抗Rs_extを流れる成分(I_Rse)及び補助抵抗Rsを流れる成分(I_Rs)、から構成されている。エネルギ供給ユニット5は少なくとも3つの電気端子A1’’、A2’’及びA3’’を有し、これらは発光モジュール4の電気端子に対応する。制御ユニット3は、シャント抵抗Rs_extにおける電位差U_Rsext(即ち端子A1’とA2’の間ないし端子A1’’とA2’’の間の電位差)を測定するよう及び(これを)制御パラメータとして取り込むよう構成されている。例えば、抵抗Rs_extに所望の電圧値(例えば0.1V又は0.2V)、従って所望の電流値が調整(設定)されるよう端子A1’とA3’の間に出力端電圧Uaが存在することが保証されるよう、PWM(Pulse Width Modulation)信号によってトランジスタスイッチTを制御することができる。出力端電圧UaはコンデンサCによって確保可能である。

補助抵抗Rsは典型的にはエネルギ供給回路5のコンポーネント(構成要素)であり、シャント抵抗Rs_extに並列接続されており、従って、シャント抵抗Rs_extの負担を軽減する。シャント抵抗Rs_extに並列接続される補助抵抗Rsを設けることにより、光源D1〜Dnへの最小電流I_Rsを生成することができる。更に、そのような構成によって、光源D1〜Dnへの電力供給の増大をシャント抵抗Rs_extの低下によって達成できること、かくして、シャント抵抗Rs_extにおいて変換される損失電力を減少し、エネルギ供給回路5の効率を大きくできることが保証される。本発明において重要であることは、シャント抵抗が全抵抗に対し影響を及ぼし、そのため、光源D1〜Dnに流入する電流の値に影響を及ぼすことである。

従って、エネルギ供給装置5は、全供給電流Ivの少なくとも一部分がシャント抵抗Rs_extを流れることが保証されるよう発光モジュール4に接続されている必要がある。シャント抵抗Rs_extは、各光源D1〜Dnの明るさに適合されており、及び、複数の(異なる)発光モジュール4間の明るさの相違を補償できるよう、異なる明るさクラスの発光モジュール(複数)4が異なる電流レベルで駆動されることを保証する。かくして、異なる明るさクラスの発光モジュール(複数)4を同種の(同じ)エネルギ供給装置5によって同じ明るさで駆動すること、同時に、外部からコンタクトされるべきコーディング抵抗Rc及び付属の評価ユニット2を無用にすることが可能になる。従って、更に、異なる明るさクラスの発光モジュール(複数)4を例えば自動車両用投光装置に使用することができる。

本発明の教示を考慮することにより、当業者は、本発明の図示されていない他の実施形態に難なく(発明的活動なしに)想到することができる。従って、本発明は図示の実施形態には限定されない。更に、本発明の個々の視点ないし個々の実施形態は個別に採用することも互いに組み合わせることも可能である。発光モジュール4及びエネルギ供給回路5は共通の発明的思想に関係する。重要であるのは、当業者によって本書の知見の下で種々の態様で実施可能であるが、それ自体は不変に留まる本発明の基礎をなす思想である。