CN102217415B - 具有多个led的照明系统 - Google Patents

Abstract

一种照明系统（1）包括用于产生数据调制电流的电源设备（20）和在其输入和输出端子（11、12）处接收该电流的灯光设备（10）。灯光设备包括串联连接的两个或更多个灯光模块（100A；100B；100C）。每个灯光模块包括：连接在模块输入和输出端子（101、102）之间的一个或多个LED（111、112、113）的LED串列（110），每个LED具有并联连接到其的关联的可控制分流开关（121、122、123）；用于控制分流开关的模块控制器（190），该模块控制器（190）具有分别连接到所述模块输入和输出端子的输入端子（191、192）。模块控制器解调制该数据，并且如果其中所包含的地址信息匹配唯一的控制器地址，基于其中所包含的动作命令控制开关。

Description

具有多个LED的照明系统

技术领域

本发明大体上涉及一种灯光模块、包含至少一个灯光模块的灯光设备、以及具有包括多个LED的至少一个灯光设备的照明系统。

背景技术

汽车中的灯光设备传统上是由白炽灯组成，在更为近期是由HID灯组成。随着高功率LED的发展，将例如头灯、尾灯、刹车灯的这种灯光设备设计为多LED源变得可能。本发明具体涉及车辆的头灯设备，且本发明在下文中将特别地针对这种应用进行解释，但是注意，本发明的要旨更普遍地可应用于任何的多LED源。

车辆将设有中央控制器，该中央控制器判定头灯作为整体是否应被断开或接通。为了生成LED电流，车辆还设有驱动器装置。

原则上，例如通过并联和/或串联连接来同时控制所有LED是可能的。然而，期望每个LED可以单独被控制，除其它方面之外从而实施不同的照明功能（高光束、低光束、转弯光束），并且从而能够检测单独LED的失效。这种单独可控制性可以通过使单独LED驱动器与单独LED相关联来实施，每个LED驱动器由中央控制器控制，但是这将需要多个LED驱动器（这是昂贵的）以及中央控制器和单独LED驱动器之间的多个布线连接。可替换地，在一个公共LED驱动器的更为成本有效的设计中，单独可控制性也可以实施，但是将需要具有多个输出端的驱动器以及同样需要单独驱动器输出端和单独LED驱动器之间的多个布线连接。

DE10358447B3公开了一种照明布置。

WO2008/001274A2公开了大面积照明。

EP1336943A1公开了用于飞机的报警布置。

发明内容

本发明的总体目的是提供上述问题的解决方案。

根据本发明的重要方面，该照明系统具有包括公共控制器和公共驱动器的电源设备。该灯光设备包括串联安装的至少两个LED。一条公共电源线将LED的串联布置与一个驱动器输出端连接。该电源线可以实际上由用于提供电流的返回路径的两条引线组成，但是电流的返回路径由主体提供也是可能的。

根据本发明的另一重要方面，每个LED设有分流开关和用于监测LED电压的电压传感器，同时该灯光设备包括接收传感器信号并控制分流开关的至少一个控制器。

根据本发明的另一重要方面，来自电源设备的输出电流按照这种方式用数据调制：该调制不干涉LED的工作，即，不引起人眼可觉察的闪烁。每个控制器能够检测经调制的数据并解码该数据。该数据将包含控制器的地址和用于各个控制器的命令。每个控制器将确定所接收的数据是否是打算用于该控制器，并且如果是，该控制器将基于相应数据命令而控制相应分流开关。

LED可以布置在多个灯光模块中，每个灯光模块包括一个LED或者串联安装的至少两个LED。每个灯光模块设有用于控制具体模块的一个或多个LED的模块控制器。灯光模块被耦合使得所有LED串联连接。

该灯光模块包含：

模块输入端子，其用于从包括电流源的电源接收输入电流；

模块输出端子；

连接在所述端子之间的一个或多个LED的LED串列，每个LED具有并联连接到其的关联的可控制分流开关；以及

用于控制所述一个或多个分流开关的模块控制器，该模块控制器具有连接到模块输入端子的第一输入端子和连接到模块输出端子的第二输入端子，其中通过将至少一个所述分流开关短时间从导通状态切换到不导通状态或者从不导通状态切换到导通状态，从而造成对该电流源的输出电压的调制，该模块控制器能够发送数据信号到该电源。

该灯光设备具有设备输入端子和设备输出端子，该灯光设备包括如上所限定的灯光模块，其中该模块输入端子连接到该设备输入端子以及其中该模块输出端子连接到该设备输出端子。

该照明系统包括如上所限定的灯光设备并且还包括电源，该电源包括用于控制该电流源的电源控制器，该电源将该电流源的输出端子经由电源线分别连接到设备输入和设备输出端子，所述电源线其中之一优选地由主体来实施。

另外的有利细节在从属权利要求中提到。

附图说明

本发明的这些和其它方面、特征和优点将参考附图由对一个或多个优选实施例的下述描述而进一步解释，附图中相同的附图标记表示相同或相似部分，并且附图中：

图1示意性示出根据本发明的照明系统；

图2示意性示出灯光模块的框图。

具体实施方式

图1示意性示出根据本发明的照明系统1。照明系统1包括灯光设备10，该灯光设备包括串联连接的多个LED。所示实施例的灯光设备10由多个灯光模块组成。在下文中，模块大体上使用附图标记100表示，而单独模块是通过添加字符A、B、C等来区分；这同样适用于模块的部件。在所示实施例中，该系统包括三个模块，但是这仅仅是通过非限制性实例的方式：可存在四个或更多个模块，但是也可能仅仅具有一个模块。

图2在更大比例上示意性示出灯光模块100的框图。照明系统整体的细节将参考图1讨论，而单独灯光模块的内部细节将参考图2讨论。

每个灯光模块100具有输入端子101和输出端子102。LED串列110连接在这些端子之间。串列110可由多个LED 111、112、113的串联布置组成。LED的数目可以等于2（如对于模块100A和100C所示），或者等于3（如对于模块100B所示），或者甚至更大（未示出）。在灯光设备10仅由1个模块组成的实施例中，单个模块包含灯光设备的所有LED。在灯光设备10由多个模块组成的实施例中，一个或多个模块可具有仅仅一个单个LED的LED串列110。

灯光模块100串联布置，即它们的各个LED串列110串联布置。特别地，模块100A的输出端子102A连接到模块100B的输入端子101B，且模块100B的输出端子102B连接到模块100C的输入端子101C。模块100A的输入端子101A构成灯光设备10的输入端子11，且模块100C的输出端子102C构成灯光设备10的输出端子12。

照明系统1还包括公共电源设备20，该公共电源设备包括可控制电流源21和公共电源控制器22。该电源设备将电流源21的输出端子26、27经由电源线23、24连接到灯光设备10；应清楚，这些线路其中之一可以由主体，即车辆的底盘或框架来实施。

可控制分流开关121、122、123并联连接到每个灯光模块100的每个LED 111、112、113（见图2）。分流开关具有两种状态：它是开路的（不导通）或者闭路的（导通）。因而应清楚，取决于这些开关的各个状态，由电源设备20提供的电流通过所有LED或它们关联的分流开关。

为了控制分流开关，灯光模块100包括模块控制器190。控制输出端子193a、193b、193c连接到分流开关121、122、123的控制端子。通过生成合适控制信号，控制器190能够接通或断开每个单独LED，并且甚至能够执行占空比控制以实现每个单独LED的减少的光输出工作，本领域技术人员应清楚这一点。注意，高功率LED具有本征电容；为了快速将该电容放电，放电电阻器131、132、133优选地与各个LED 111、112、113并联连接，如所示。

应清楚，LED电流不取决于单独分流开关的切换状态。然而，如果一个LED失效，则有可能电流路径中断且整个灯光设备10无法产生任何输出光。为了防止这一点，每个LED 111、112、113优选地设有测量LED上的电压降落的电压传感器141、142、143。由模块控制器190在各个传感器输入端194a、194b、194c处接收电压传感器141、142、143的测量信号。如果测量信号指示某一LED失效，模块控制器190生成用于关联的分流开关的合适控制信号，使得此分流开关维持闭路（导通）。

注意，电压传感器可以是分离的部分，如所示，但是电压传感器集成在模块控制器190内也是可能的。

模块控制器190具有连接到模块输入端子101的第一输入端子191和连接到模块输出端子102的第二输入端子192。例如包括一个或多个串联二极管的单向导通元件181确保在所述输入端子191、192处的极性。鉴于在LED 111、112、113上形成的电压降落，模块控制器190接收电源电压。

优选地，模块控制器190设有与其输入端子191、192并联的能量缓冲器182，例如电容器。

如果所有开关121、122、123是闭路的，则有可能模块输入和输出端子101、102上的电压降落太低而不能够供应模块控制器190，特别是鉴于单向导通元件181在导通时形成电压降落的事实。如果控制器190设有桥接单向导通元件181的可控制开关，使得控制器190可以定期短时间将元件181短路以获得充电电流脉冲，则可以解决这一点。然而这未予以说明，因为它不涉及对LED的控制。

根据本发明的重要方面，模块控制器的工作是由电源控制器22控制。如所示，电源控制器22可具有用于从车辆的主控制器（未示出）接收命令信号的输入端25；这种命令可以例如是：高灯光、低灯光、停车灯光、转弯灯光等。该命令确定是否某一模块应被断开或接通，或者应被切换在减小的光输出。可替换地，该命令可以由电源控制器22本身启动。在任何情况下，该命令由电源控制器22传递到单独模块控制器。为了不需要单独命令信号线路，命令通信是通过LED电流的数据调制来执行。

尽管LED电流基本上是恒定电流，数据调制可以通过一系列不影响LED的光输出、至少不为人眼所觉察的频率和持续时间的电流中断（表示为“脉冲”）来实现。这些中断可以通过电源控制器22短时间断开电流源21来实现。可以依据任何合适编码方案来完成编码，本领域技术人员应清楚这一点，因而此处将省略对其详细解释。在任何情况下，该脉冲将传递下述数据：

模块控制器的地址；

待执行的动作。

由于可能的动作的数目比较小，同时此外模块的数目将比较小，因此传递的总位数比较小。

注意，电源控制器22不需要连续地产生数据编码：持续时间为几毫秒或更少的短时间数据突发通常是足够的。相关的模块控制器将服从该命令（例如高灯光），直至接收到下一个命令。

由于电流通过每个灯光模块100，该电流的数据调制由每个模块控制器190在其输入端子191、192处作为电压调制被接收。模块控制器190能够对该电压调制进行信号处理，从而解码该数据并且导出经解码的数据中所包含的地址和动作。每个模块控制器190具有唯一的地址（至少在灯光设备10内是唯一的），且能够将经解码的地址数据与其自己的地址比较：如果这些匹配，模块控制器190将执行经解码的动作命令，否则它将忽略此动作命令。

注意，如果所有开关121、122、123是闭路的，则会出现混乱，因为这种情况下有可能模块输入和输出端子101、102上的电压降落太低且模块控制器190接收和处理数据信号是困难的。这将取决于开关121、122、123的饱和电压，即在导通状态下在它们的端子上形成的电压。这进而会取决于开关的类型。在任何情况下，当LED串列110中LED的数目（对应于串联连接在控制器输入和输出端子191、192之间的开关的数目）增大时，这种混乱将减小。

注意，模块控制器190发送数据到电源控制器22也是可能的。数据传输将以请求发送开始，其中模块控制器发送其地址，且作为响应，电源控制器22将进入监听模式。可以由模块控制器短时间切换一个（或多个）其关联的分流开关来执行数据传输。如果开关是闭路的，则可以通过短时间使该开关开路而实施数据脉冲。如果开关是开路的，则可以通过短时间使该开关闭路而实施数据脉冲。在这两种情形中，不存在对LED电流的影响，但是鉴于导通的LED上的电压降落（例如约为3V）大于导通的开关上的电压降落的事实，将导致电流源21上的电压脉冲。电源控制器22将设有感测电流源21上的电压的电压传感器（为了简化起见未示出），使得电源控制器22将接收代表由模块控制器190发送的数据的信号。

概言之，本发明提供了一种照明系统1，其包括用于产生数据调制电流的电源设备20，以及在其输入和输出端子11、12处接收此电流的灯光设备10。

该灯光设备包括串联连接的两个或更多个灯光模块100A；100B；100C。

每个灯光模块包括：

连接在模块输入和输出端子101、102之间的一个或多个LED 111、112、113的LED串列110，每个LED具有并联连接到其的关联的可控制分流开关121、122、123；

用于控制分流开关的模块控制器190，该模块控制器190具有分别连接到所述模块输入和输出端子的输入端子191、192。模块控制器解调制该数据，并且如果其中所包含的地址信息匹配唯一的控制器地址，则基于其中所包含的动作命令而控制所述开关。

尽管已经在附图和前述说明书中详细地说明和描述了本发明，本领域技术人员应清楚，这种说明和描述被认为是说明性或示例性且不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例；相反，在如所附权利要求中限定的本发明保护范围内进行若干变化和调整是可能的。

例如，每个模块需要具有用于该模块的所有LED的仅仅一个单个控制器，但是一个模块具有两个或更多个控制器，每个控制器用于控制该模块的LED其中的一个或多个，这也是在本发明要旨之内。短语“模块控制器”也涉及到这种情形。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和实现对所公开实施例的其它变化。在权利要求中，措词“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可以完成权利要求中列举的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如与其它硬件一起或者作为其它硬件的一部分被供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其它形式分布，例如经由互联网或者其它有线或无线通信系统。权利要求中的任何附图标记不应解读为限制范围。

在上文中，参考框图解释本发明，所述框图说明根据本发明的装置的功能区块。将理解，一个或多个这些功能区块可以在硬件中实施，其中这种功能区块的功能是由单独的硬件部件执行，但也有可能的是，一个或多个这些功能区块在软件中实施，使得这种功能区块的功能是由计算机程序的一个或多个程序线或者例如微处理器、微控制器、数字信号处理器等等的可编程装置执行。

Claims (15)

1.灯光模块（100），包含：

模块输入端子（101），其用于从包括电流源（21）的电源（20）接收输入电流；

模块输出端子（102）；

连接在所述端子之间的一个或多个LED（111、112、113）的LED串列（110），每个LED具有并联连接到其的关联的可控制分流开关（121、122、123）；以及

用于控制所述一个或多个分流开关的模块控制器（190），该模块控制器（190）具有连接到模块输入端子（101）的第一输入端子（191）和连接到模块输出端子（102）的第二输入端子（192），其中通过将至少一个所述分流开关（121、122、123）短时间从导通状态切换到不导通状态或者从不导通状态切换到导通状态，从而造成对该电流源（21）的输出电压的调制，该模块控制器（190）能够发送数据信号到该电源（20）。

2.根据权利要求1的灯光模块（100），还包括耦合在该模块控制器（190）的第一和第二输入端子（191、192）其中之一和相应模块输入端子（101）或模块输出端子（102）之间的二极管（181）。

3.根据权利要求1的灯光模块（100），其中该模块控制器（190）设有与其第一和第二输入端子（191、192）并联的能量缓冲器（182）。

4.根据权利要求1的灯光模块（100），其中每个LED（111、112、113）设有用于测量LED上的电压降落的各个电压传感器（141、142、143），以及其中该模块控制器（190）或者具有耦合到各个电压传感器（141、142、143）用于接收它们的测量信号的传感器输入端（194a、194b、194c），或者包括各个电压传感器（141、142、143）。

5.根据权利要求4的灯光模块（100），其中该模块控制器（190）设计成响应于指示某一LED（111、112、113）失效的测量信号而生成用于关联的分流开关（121、122、123）的合适控制信号，使得该分流开关（121、122、123）维持导通。

6.根据权利要求1的灯光模块（100），另一数据信号调制在该输入电流上，所述另一数据信号包含地址和动作命令；其中该模块控制器（190）设计成解码所述另一数据信号；以及其中该模块控制器（190）设计成将该地址与其自己的地址比较，并且如果这些匹配，执行该动作命令，或者否则忽略该动作命令。

7.灯光设备（10），其具有设备输入端子（11）和设备输出端子（12），该灯光设备（10）包括根据权利要求1-6中任意一项实施的灯光模块（100），其中该模块输入端子（101）连接到该设备输入端子（11）以及其中该模块输出端子（102）连接到该设备输出端子（12）。

8.灯光设备（10），其具有设备输入端子（11）和设备输出端子（12），该灯光设备（10）包括串联连接的两个或更多个灯光模块（100A；100B；100C），每个灯光模块（100A；100B；100C）根据权利要求1-6中任意一项实施，除了最后一个灯光模块（100C），每个灯光模块（100A；100B）将其模块输出端子（102A；102B）连接到下一个灯光模块（100B；100C）的模块输入端子（101B；101C）；

其中第一灯光模块（100A）的模块输入端子（101A）连接到该设备输入端子（11）以及其中最后一个灯光模块（100C）的模块输出端子（102C）连接到该设备输出端子（12）。

9.照明系统（1），其包括根据权利要求7的灯光设备（10）且还包括电源（20），该电源（20）包括用于控制该电流源（21）的电源控制器（22），该电源（20）将该电流源（21）的输出端子（26、27）经由电源线（23、24）分别连接到设备输入和设备输出端子（11、12），所述电源线（23、24）其中之一由车辆的底盘或框架来实施。

10.根据权利要求9的照明系统（1），其中该电源控制器（22）包括用于感测该电流源（21）的输出电压的电压传感器。

11.根据权利要求9的照明系统（1），其中该电源控制器（22）设计成控制该电流源（21），从而用另一数据信号调制该输出电流。

12.根据权利要求11的照明系统（1），其中通过一系列的电流中断实现该输出电流的所述调制，所述电流中断的频率和持续时间不影响LED（111、112、113）的光输出，至少不被人眼觉察。

13.根据权利要求12的照明系统（1），其中通过该电源控制器（22）短时间断开该电流源（21）实现所述电流中断。

14.根据权利要求11的照明系统（1），其中该电源控制器（22）在持续时间为几毫秒的短时间数据突发中实现该输出电流的所述调制。

15.车辆，其包括主控制器和根据权利要求9-14中任意一项的照明系统（1），其中该电源控制器（22）具有用于从该主控制器接收命令信号的输入端（25）。