DE102015214752A1

DE102015214752A1 - Reference voltage manipulation as a function of temperature and input voltage

Info

Publication number: DE102015214752A1
Application number: DE102015214752.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ungru
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Es soll ein einfacher Schutz einer Beleuchtungseinrichtung gegenüber Überspannungen und hohen Temperaturen realisiert werden können. Dazu wird eine Beleuchtungseinrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer Lichtquelle und einer Regelvorrichtung zum Regeln eines Stroms durch die Lichtquelle bereitgestellt, wobei die Regelvorrichtung eine Spannungssensoreinheit (R13, R14) zum Liefern eines Signals in linearer Abhängigkeit von einer Versorgungsspannung (Vs) der Lichtquelle und eine Temperatursensoreinheit (R13) aufweist. Die Temperatursensoreinheit (R13) ist dazu ausgelegt, das Signal der Spannungssensoreinheit (R13, R14) in Abhängigkeit von einer Temperatur zu verändern, wodurch ein temperaturabhängiges Signal gebildet wird. Die Regelvorrichtung ist dazu ausgelegt, den Strom in Abhängigkeit von dem temperaturabhängigen Signal zu regeln.It is a simple protection of a lighting device against overvoltages and high temperatures can be realized. For this purpose, a lighting device is provided, in particular for a motor vehicle with a light source and a control device for regulating a current through the light source, wherein the control device comprises a voltage sensor unit (R13, R14) for providing a signal in linear dependence on a supply voltage (Vs) of the light source Temperature sensor unit (R13) has. The temperature sensor unit (R13) is configured to change the signal of the voltage sensor unit (R13, R14) in dependence on a temperature, whereby a temperature-dependent signal is formed. The regulating device is designed to regulate the current as a function of the temperature-dependent signal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer Lichtquelle und einer Regelvorrichtung zum Regeln eines Stroms durch die Lichtquelle, wobei die Regelvorrichtung eine Spannungssensoreinheit zum Liefern eines Signals in Abhängigkeit von einer Versorgungsspannung der Lichtquelle und eine Temperatursensoreinheit aufweist.The present invention relates to a lighting device, in particular for a motor vehicle with a light source and a control device for controlling a current through the light source, wherein the control device comprises a voltage sensor unit for supplying a signal in response to a supply voltage of the light source and a temperature sensor unit.

Eine ähnliche Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der Druckschrift WO 2010/000610 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, die mit mehreren Leuchtdioden und einer Betriebsvorrichtung für die Leuchtdioden ausgestattet ist. Die Leuchtdioden sind in nicht veränderlicher Weise mit der Betriebsvorrichtung verbunden und werden simultan mittels der Betriebsvorrichtung betrieben.A similar lighting device is for example in the document WO 2010/000610 A1 disclosed. This document describes a lighting device for a motor vehicle headlight, which is equipped with a plurality of light emitting diodes and an operating device for the LEDs. The light-emitting diodes are connected in a non-variable manner to the operating device and are operated simultaneously by means of the operating device.

Darüber hinaus offenbart die Druckschrift DE 10 2013 201 766 A1 eine gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit mehreren Halbleiterlichtquellen und einer Vorrichtung zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen, wobei die Vorrichtung Schaltmittel aufweist, durch welche die Halbleiterlichtquellen gruppenweise für den Betrieb mit der Vorrichtung aufteilbar sind.In addition, the document discloses DE 10 2013 201 766 A1 a generic lighting device with a plurality of semiconductor light sources and a device for operating the semiconductor light sources, wherein the device comprises switching means by which the semiconductor light sources are groupwise divisible for operation with the device.

Für den Schutz von Automobil-Steuergeräten oder LED-Lichtquellen muss bei hohen Temperaturen eine sogenannte Derating-Funktion für die Steuergerätelast beziehungsweise die Lampe realisiert werden. Die Derating-Funktion beschreibt die maximale, zulässige Verlustleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Ebenso ist für die Automobil-Steuergeräte und die LED-Lichtquellen ein Schutz vor elektrischen Überspannungen gefordert.For the protection of automobile control units or LED light sources, a so-called derating function for the control unit load or the lamp must be realized at high temperatures. The derating function describes the maximum permissible power loss as a function of the ambient temperature. Likewise, protection against electrical overvoltages is required for automotive control units and LED light sources.

Üblicherweise wird ein Schutz vor Übertemperatur durch ein Derating mittels Pulsweitenmodulation (PWM) erzielt. Ebenso ist ein Strom-Derating mittels Mikrocontroller und D/A-Wandler oder dergleichen möglich. Überspannungen werden typischerweise durch elektrische Filter, Transzorb-Dioden und dergleichen kompensiert.Usually, protection against overheating is achieved by derating by means of pulse width modulation (PWM). Likewise, a current derating by means of microcontroller and D / A converter or the like is possible. Overvoltages are typically compensated by electrical filters, Transzorb diodes and the like.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, bei der auf möglichst einfache Weise sowohl ein Übertemperatur- als auch ein Überspannungsschutz realisiert sind.The object of the present invention is to provide a lighting device in which as simple as possible, both an over-temperature and overvoltage protection are realized.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit

– einer Lichtquelle und
– einer Regelvorrichtung zum Regeln eines Stroms durch die Lichtquelle, wobei
– die Regelvorrichtung eine Spannungssensoreinheit zum Liefern eines Signals in linearer Abhängigkeit von einer Versorgungsspannung der Lichtquelle und
– eine Temperatursensoreinheit aufweist, wobei
– die Temperatursensoreinheit dazu ausgelegt ist, das Signal der Spannungssensoreinheit in Abhängigkeit von einer Temperatur zu verändern, wodurch ein temperaturabhängiges Signal gebildet wird, und
– die Regelvorrichtung dazu ausgelegt ist, den Strom in Abhängigkeit von dem temperaturabhängigen Signal zu regeln.

According to the invention, this object is achieved by a lighting device, in particular for a motor vehicle

- a light source and
- A control device for controlling a current through the light source, wherein
- The control device, a voltage sensor unit for supplying a signal in linear dependence on a supply voltage of the light source and
- Has a temperature sensor unit, wherein
- The temperature sensor unit is adapted to change the signal of the voltage sensor unit in response to a temperature, whereby a temperature-dependent signal is formed, and
- The control device is adapted to regulate the current in dependence on the temperature-dependent signal.

In vorteilhafter Weise besitzt die Regelvorrichtung also zwei Sensoreinheiten zu ihrem Schutz, nämlich eine Spannungssensoreinheit und eine Temperatursensoreinheit. Diese beiden Sensoreinheiten liefern ein gemeinsames Signal, das sowohl von der Versorgungsspannung als auch von der Temperatur abhängt. Dadurch kann mit einer einzigen Regelvorrichtung die Regelung des Stroms in Abhängigkeit von zwei physikalischen Größen, nämlich der Versorgungsspannung beziehungsweise Überspannung und der Temperatur, erfolgen.Advantageously, therefore, the control device has two sensor units for their protection, namely a voltage sensor unit and a temperature sensor unit. These two sensor units provide a common signal that depends on both the supply voltage and the temperature. As a result, with a single control device, the regulation of the current as a function of two physical variables, namely the supply voltage or overvoltage and the temperature, take place.

Vorzugsweise besitzen die Spannungssensoreinheit und die Temperatursensoreinheit einen gemeinsamen Spannungsteiler, der einen Thermistor bzw. temperaturabhängigen Widerstand besitzt. Ein Thermistor kann als Heißleiter mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) oder als Kaltleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) realisiert sein. Mit einem solchen Thermistor lässt sich die Umgebungstemperatur zuverlässig messen. So kann mit Hilfe des Thermistors eine Referenzspannung zur Steuerung der Regelvorrichtung in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Lichtquelle oder der Beleuchtungseinrichtung verändert werden. Dadurch wird ein sogenanntes Derating der Lichtquelle ermöglicht. Das heißt, es wird ermöglicht, den elektrischen Strom für die Lichtquelle im Fall einer hohen thermischen Belastung zu reduzieren, um eine Beschädigung der Lichtquelle zu vermeiden.Preferably, the voltage sensor unit and the temperature sensor unit have a common voltage divider, which has a thermistor or temperature-dependent resistor. A thermistor may be realized as a negative temperature coefficient (NTC) thermistor or as a positive temperature coefficient (PTC) thermistor. With such a thermistor, the ambient temperature can be reliably measured. Thus, with the aid of the thermistor, a reference voltage for controlling the control device as a function of the operating temperature of the light source or the illumination device can be changed. This allows a so-called derating of the light source. That is, it is possible to reduce the electric current for the light source in the case of a high thermal load to avoid damaging the light source.

Die Regelvorrichtung der Beleuchtungseinrichtung kann einen Längsregler aufweisen. Dieser kann als Low-Drop-Längsregler ausgebildet sein. Dadurch kann er in bipolarer Schaltungstechnik ausgeführt werden, wodurch sich die Verlustleistung reduzieren lässt.The control device of the illumination device may have a longitudinal regulator. This can be designed as a low-drop longitudinal regulator. As a result, it can be implemented in bipolar circuit technology, whereby the power loss can be reduced.

Vorzugsweise besitzt der Längsregler jedoch einen selbstleitenden MOSFET, der im sub-threshold-Bereich betrieben wird. Damit lässt sich die Beleuchtungseinrichtung zuverlässig sowohl in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung als auch in Abhängigkeit von der Temperatur betreiben. Preferably, however, the series regulator has a self-conducting MOSFET operating in the sub-threshold range. Thus, the lighting device can be reliably both in Operate depending on the supply voltage as well as on the temperature.

Die Spannungssensoreinheit der Beleuchtungseinrichtung kann eine Zenerdiode zur Erzeugung einer Referenzspannung aufweisen. Mit einer Zenerdiode lässt sich in weiten Teilen unabhängig von der Versorgungsspannung eine konstante Referenzspannung erzeugen.The voltage sensor unit of the illumination device may have a Zener diode for generating a reference voltage. With a Zener diode, a constant reference voltage can be generated in large parts regardless of the supply voltage.

Die Lichtquelle kann eine von mehreren Halbleiterlichtquellen der Beleuchtungseinrichtung sein, wobei die Beleuchtungseinrichtung ferner Schaltmittel aufweist, durch welche die Halbleiterlichtquellen gruppenweise betreibbar sind. Dadurch kann die Verschaltung der Halbleiterlichtquellen entweder an den Wert der verfügbaren Versorgungsspannung für die Halbleiterlichtquellen angepasst werden, um zu gewährleisten, dass die Halbleiterlichtquellen sowohl bei einem niedrigen Wert der Versorgungsspannung als auch bei einem hohen Wert der Versorgungsspannung betrieben werden können, das heißt mit einem elektrischen Strom ausreichender Stromstärke versorgt werden können, und die Verlustleistung minimiert wird, oder die Anzahl der simultan betriebenen Halbleiterlichtquellen in Abhängigkeit von der gewünschten Beleuchtungsfunktion oder auch in Abhängigkeit vom Wert der verfügbaren Versorgungsspannung verändert werden.The light source may be one of a plurality of semiconductor light sources of the illumination device, wherein the illumination device further comprises switching means by which the semiconductor light sources are operable in groups. As a result, the interconnection of the semiconductor light sources can either be adapted to the value of the available supply voltage for the semiconductor light sources in order to ensure that the semiconductor light sources can be operated both at a low value of the supply voltage and at a high value of the supply voltage, ie with an electric current Power of sufficient current can be supplied, and the power loss is minimized, or the number of simultaneously operated semiconductor light sources depending on the desired lighting function or also be changed depending on the value of the available supply voltage.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die vorgenannten Schaltmittel derart ausgebildet, dass die Beleuchtungseinrichtung zwischen zwei Betriebszuständen umschaltbar ist, sodass beim Unterschreiten eines Schwellwerts der Versorgungsspannung für die Halbleiterlichtquellen eine erste Gruppe von Halbleiterlichtquellen gemäß einem ersten Betriebszustand der Beleuchtungseinrichtung in einem Parallelzweig zu mindestens einer weiteren Gruppe von Halbleiterlichtquellen geschaltet ist, und dass beim Erreichen oder Überschreiten dieses Schwellwerts oder eines zweiten höheren Schwellwerts der Versorgungsspannung für die Halbleiterlichtquellen die erste und die mindestens eine weitere Gruppe von Halbleiterlichtquellen gemäß einem zweiten Betriebszustand der Beleuchtungseinrichtung in Serie geschaltet sind. Dadurch ist gewährleistet, dass alle Halbleiterlichtquellen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung im Fall einer zu geringen Versorgungsspannung, die den Betrieb aller Halbleiterlichtquellen in Serienschaltung nicht zulässt, trotzdem betrieben werden können. Durch die Aufteilung der Halbleiterlichtquellen in Gruppen, die in Parallelzweigen angeordnet sind, liegt die verfügbare Versorgungsspannung an jeder Gruppe von Halbleiterlichtquellen an, sodass sich die Versorgungsspannung nur noch auf die Halbleiterlichtquellen der jeweiligen Gruppe und nicht auf alle Halbleiterlichtquellen der Beleuchtungseinrichtung aufteilt. Somit ist ein Betriebsstrom ausreichender Höhe für alle Halbleiterlichtquellen sichergestellt.According to a preferred embodiment of the invention, the aforementioned switching means are designed such that the illumination device is switchable between two operating states, so that falls below a threshold value of the supply voltage for the semiconductor light sources, a first group of semiconductor light sources according to a first operating state of the illumination device in a parallel branch to at least one other Group of semiconductor light sources is connected, and that upon reaching or exceeding this threshold or a second higher threshold value of the supply voltage for the semiconductor light sources, the first and the at least one further group of semiconductor light sources are connected in series according to a second operating state of the illumination device. This ensures that all semiconductor light sources of the illumination device according to the invention can still be operated in the case of too low a supply voltage which does not allow the operation of all semiconductor light sources in series connection. By dividing the semiconductor light sources into groups which are arranged in parallel branches, the available supply voltage is applied to each group of semiconductor light sources, so that the supply voltage only splits to the semiconductor light sources of the respective group and not to all semiconductor light sources of the illumination device. Thus, an operating current of sufficient height is ensured for all semiconductor light sources.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Schaltmittel in Abhängigkeit von einem Wert der Spannungssensoreinheit betrieben. Dies bedeutet, dass nicht nur die Schaltmittel von dem Wert der Spannungssensoreinheit betrieben werden, sondern auch die Derating-Funktion anhand des Werts der Spannungssensoreinheit durchgeführt wird. Dadurch ergibt sich eine vereinfachte Schaltung. In ähnlicher Weise kann auch die von der Zenerdiode erzeugte Referenzspannung sowohl für das Derating als auch für das Schalten der Halbleiterlichtquellen genutzt werden.According to one embodiment of the invention, the switching means are operated in dependence on a value of the voltage sensor unit. This means that not only the switching means are operated by the value of the voltage sensor unit, but also the derating function is performed on the basis of the value of the voltage sensor unit. This results in a simplified circuit. Similarly, the reference voltage generated by the zener diode can be used both for derating and for switching the semiconductor light sources.

Gemäß einer bevorzugten Anwendung wird die Beleuchtungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Damit kann die Beleuchtungseinrichtung vorteilhaft in einer kraftfahrzeugtypischen Umgebung mit großen Temperatur- und Spannungsschwankungen genutzt werden.According to a preferred application, the illumination device is used in a motor vehicle. Thus, the lighting device can be advantageously used in a typical motor vehicle environment with large temperature and voltage fluctuations.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

1 eine Schaltung zur Referenzspannungserzeugung; 1 a circuit for reference voltage generation;

2 eine Schaltung zur Erzeugung einer Temperaturmessspannung; 2 a circuit for generating a temperature measuring voltage;

3 eine Verstärkerschaltung; 3 an amplifier circuit;

4 eine Stromsteuerung; 4 a power control;

5 einen LED-Strom in Abhängigkeit von Eingangsspannung und Temperatur; 5 a LED current as a function of input voltage and temperature;

6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben von Halbleiterlichtquellen der Beleuchtungseinrichtung; 6 a block diagram of an apparatus for operating semiconductor light sources of the illumination device;

7 Schaltungsdetails der in 6 schematisch dargestellten Vorrichtung zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen; und 7 Circuit details of in 6 schematically illustrated apparatus for operating the semiconductor light sources; and

8 weitere Schaltungsdetails der in 6 schematisch dargestellten Vorrichtung zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen der Beleuchtungseinrichtung. 8th further circuit details of in 6 schematically illustrated device for operating the semiconductor light sources of the illumination device.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die einzelnen Merkmale nicht nur in den geschilderten Kombinationen, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Kombinationen realisiert werden können.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention. It should be noted that the individual features can be realized not only in the described combinations, but also in isolation or in other technically meaningful combinations.

Eine Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise für den Einsatz als Lichtquelle im Nebelscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Eine solche Beleuchtungseinrichtung besitzt z.B. vier Leuchtdioden, die während des Betriebs weißes Licht emittieren, ein zylindrisches Gehäuse aus Kunststoff, einen am Gehäuse angeordneten, mit den elektrischen Anschlüssen der Beleuchtungseinrichtung versehenen Stecker und eine Montageplatine. An illumination device can be provided, for example, for use as a light source in the fog light of a motor vehicle. Such a lighting device has, for example, four light-emitting diodes which emit white light during operation, a cylindrical plastic housing, a plug arranged on the housing and provided with the electrical connections of the lighting device, and a mounting board.

Eine solche oder andere Beleuchtungseinrichtung wird insbesondere in einem Kraftfahrzeug mit einer Spannungsquelle betrieben, die je nach Betriebszustand unterschiedlich hohe Versorgungsspannungen liefert. Insbesondere können auch Überspannungen auftreten, die über einem vorbestimmten Schwellwert liegen. Um eine Derating-Funktion zu realisieren, muss der Wert der Versorgungsspannung gemessen werden. Dazu wird eine Referenzspannung erzeugt, was beispielsweise durch die Schaltung von 1 möglich ist. Eine Versorgungsspannung V_s ist an eine Serienschaltung einer Zenerdiode Z1 und einem Widerstand R12 angelegt. Die Kathode der Zenerdiode Z1 weist zum positiven Pol der Versorgungsspannung, sodass sich an ihr eine konstante Referenzspannung Uref ergibt, die weitgehend von der Versorgungsspannung V_s unabhängig ist.Such or other illumination device is operated in particular in a motor vehicle with a voltage source which supplies different high supply voltages depending on the operating state. In particular, overvoltages may also occur which are above a predetermined threshold value. To realize a derating function, the value of the supply voltage must be measured. For this purpose, a reference voltage is generated, which, for example, by the circuit of 1 is possible. A supply voltage V _s is applied to a series connection of a Zener diode Z1 and a resistor R12. The cathode of the Zener diode Z1 points to the positive pole of the supply voltage, so that it gives a constant reference voltage Uref, which is largely independent of the supply voltage V _s .

Zur Messung der Versorgungsspannung V_s wird gemäß 2 eine Spannungssensoreinheit bereitgestellt, die hier als Spannungsteiler mit den Widerständen R13 und R14 realisiert ist. An diesen Spannungsteiler ist die Versorgungsspannung V_s angelegt, und der Verbindungspunkt beider Widerstände liefert das Spannungssensorsignal, im vorliegenden Beispiel eine Messspannung Umess. Die Messspannung Umess hängt also von der Versorgungsspannung V_s ab.For measuring the supply voltage V _s is in accordance with 2 a voltage sensor unit is provided, which is realized here as a voltage divider with the resistors R13 and R14. The supply voltage V _{s is} applied to this voltage divider, and the connection point of both resistors supplies the voltage sensor signal, in the present example a measuring voltage Umess. The measuring voltage Umess thus depends on the supply voltage V _s .

Für die Beleuchtungseinrichtung soll darüber hinaus ein Temperatur-Derating realisiert werden. Daher wird in dem vorliegenden Beispiel einer der Widerstände R13 oder R14 der Spannungssensoreinheit als Thermistor realisiert, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Beispielsweise wird der Widerstand R13 als NTC-Widerstand gebildet. Der Widerstand R13 wäre damit ein Heißleiter, dessen Widerstand in Richtung hoher Temperaturen abnimmt. Wenn also die Temperatur steigt, nimmt das Gewicht des Widerstands R14 in dem Spannungsteiler zu, und die Messspannung Umess steigt. Der Spannungsteiler von 2 liefert damit ein temperaturabhängiges Signal, das zusätzlich von der Versorgungsspannung V_s abhängt.In addition, a temperature derating should be realized for the lighting device. Therefore, in the present example, one of the resistors R13 or R14 of the voltage sensor unit is realized as a thermistor whose resistance changes depending on the temperature. For example, the resistor R13 is formed as an NTC resistor. The resistor R13 would thus be a thermistor whose resistance decreases in the direction of high temperatures. Thus, as the temperature increases, the weight of the resistor R14 in the voltage divider increases and the measurement voltage Umess increases. The voltage divider of 2 thus supplies a temperature-dependent signal, which additionally depends on the supply voltage V _s .

In Abhängigkeit von der gewonnenen Referenzspannung Uref und der ermittelten Messspannung Umess wird in der Verstärkerschaltung von 3 eine Steuerspannung am Verbindungspunkt j1 erzeugt. Dazu wird die Messspannung Umess an den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP3 gelegt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP3 ist an den Mittenabgriff eines Spannungsteilers R15, R16 gelegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP3 wird durch den Verbindungspunkt j1 gebildet, an dem die Ausgangsspannung anliegt. Der Verbindungspunkt j1 ist über den Spannungsteiler R15, R16 an die Referenzspannung Uref gelegt. Es gilt für die Ausgangsspannung Ua am Verbindungspunkt j1: Ua = 0V für Uref > Umess und Ua = R16/R15·(Umess-Uref) für Umess ≥ Uref. Depending on the obtained reference voltage Uref and the detected measuring voltage Umess is in the amplifier circuit of 3 generates a control voltage at the connection point j1. For this purpose, the measuring voltage Umess is applied to the non-inverting input of an operational amplifier OP3. The inverting input of the operational amplifier OP3 is connected to the center tap of a voltage divider R15, R16. The output of the operational amplifier OP3 is formed by the connection point j1 at which the output voltage is applied. The connection point j1 is connected to the reference voltage Uref via the voltage divider R15, R16. It applies to the output voltage Ua at the connection point j1: Ua = 0V for Uref> Umess and Ua = R16 / R15 * (Umess-Uref) for Umess ≥ Uref.

4 zeigt einen Längsregler beziehungsweise linearen Treiber mit einem MOSFET T1. Seine Drain-Source-Strecke liegt parallel an einem Widerstand R18 eines Spannungsteilers R17, R18. An dem Spannungsteiler R17, R18 liegt die Referenzspannung Uref gegen Masse an. Diese Referenzspannung Uref wird mit dem MOSFET T5, welcher im sub-threshold betrieben wird, manipuliert, was zu der Spannung Uref, linear führt. Die Gatespannung für den MOSFET T5 wird über den Verbindungspunkt j1 von der Verstärkerschaltung gemäß 3 geliefert. 4 shows a series regulator or linear driver with a MOSFET T1. Its drain-source path is connected in parallel to a resistor R18 of a voltage divider R17, R18. At the voltage divider R17, R18, the reference voltage Uref is applied to ground. This reference voltage Uref is manipulated with the MOSFET T5, which is operated in the sub-threshold, resulting in the voltage Uref, linear. The gate voltage for the MOSFET T5 is applied via the connection point j1 from the amplifier circuit according to FIG 3 delivered.

5 zeigt die Simulation eines LED-Stroms I_LED in Ampere über der Temperatur T. Es wurden folgende Widerstände gewählt: R12 = R14 = 500 Ohm, R13(T) = 10.000·EXP(3.500·(1/(T + 273,15) – 1/(25·273,15)))Ohm, R15 = R16 (hochohmig), R17 = 850 Ohm und R18 = 20 Ohm. Wird als Eingangs- beziehungsweise Versorgungsspannung V_s = 30V gewählt, so ergeben sich die Kurven 1 und 2. Bei einer Eingangsspannung V₂ = 16 Volt ergeben sich die Kurven 3 und 4 und bei einer Eingangsspannung V_s = 9V ergeben sich die Kurven 5 und 6. Es ist zu erkennen, dass bei höheren Eingangsspannungen beziehungsweise Überspannungen der Strom bereits bei niedrigeren Temperaturen heruntergeregelt wird. Umgekehrt lässt sich auch schlussfolgern, dass die Temperaturtoleranz zunimmt, je niedriger die Eingangsspannung ist. 5 shows the simulation of an LED current I _LED in amperes over temperature T. The following resistances were selected: R12 = R14 = 500 ohms, R13 (T) = 10,000 * EXP (3,500 * (1 / (T + 273,15) - 1 / (25 · 273,15))) ohms, R15 = R16 (high resistance), R17 = 850 ohms and R18 = 20 ohms. Is selected as the input or supply voltage V _s = 30V, so results in the curves 1 and 2 , At an input voltage V ₂ = 16 volts, the curves result 3 and 4 and at an input voltage V _s = 9V, the curves result 5 and 6 , It can be seen that at higher input voltages or overvoltages, the current is already regulated down at lower temperatures. Conversely, it can also be concluded that the lower the input voltage, the higher the temperature tolerance.

Das genaue Temperaturverhalten kann über Änderung der Widerstände und der Verstärkung angepasst werden. Die Kurven 1 bis 6 können so auf der Abszisse verschoben werden, und die Kurvenform lässt sich über entsprechende Änderungen beeinflussen.The exact temperature behavior can be adjusted by changing the resistance and gain. The curves 1 to 6 can thus be moved on the abscissa, and the waveform can be influenced by appropriate changes.

Im Zusammenhang mit den 6 bis 8 wird nun ein konkreter Anwendungsfall beschrieben, bei dem die Referenzspannung in Abhängigkeit von Temperatur und Eingangsspannung manipuliert wird. Als Ausgangssituation wird die aus der Druckschrift DE 10 2013 201 766 A1 bekannte Beleuchtungseinrichtung gemäß 6 betrachtet. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben von vier Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 einer Beleuchtungseinrichtung. Die Beleuchtungseinrichtung beziehungsweise ihre Vorrichtung zum Betreiben der Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 werden mit der Versorgungsspannung V_s gespeist. Die Versorgungsspannung V_s ist eine Gleichspannung, die beispielsweise vom Bordnetz eines Kraftfahrzeugs geliefert wird. Der Wert der Versorgungsspannung V_s entspricht daher dem aktuellen Wert der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung zum Betreiben der Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 umfasst zwei Schaltmittel S1, S2, eine Diode D1 und zwei Treiberschaltungen T1, R1, A1 beziehungsweise T2, R2, A2 für die Leuchtdioden L1, L2, L3, L4. Die Leuchtdioden L1, L2 bilden ein erstes in Serie geschaltetes Leuchtdiodenpaar, das in Serie zu dem ersten Schaltmittel S1, der Schaltstrecke des Transistors T1 und des Widerstands R1 der ersten Treiberschaltung T1, R1, A1 geschaltet ist. An der Serienschaltung aus den vorgenannten Komponenten liegt die Versorgungsspannung V_s an. Analog dazu bilden die Leuchtdioden L3, L4 ein zweites, in Serie geschaltetes Leuchtdiodenpaar, das in Serie zu dem zweiten Schaltmittel S2 der Schaltstrecke des Transistors T2 und des Widerstands R2 der zweiten Treiberschaltung T2, R2, A2 geschaltet ist. Die Diode D1 verbindet in Vorwärtsrichtung die Kathode der Leuchtdiode L4 mit der Anode der Leuchtdiode L1. Die Diode D1 kann auch durch ein drittes Schaltmittel ersetzt werden, das im Gegenkontakt zu den beiden Schaltmitteln S1, S2 geschaltet wird.In connection with the 6 to 8th Now a concrete application will be described, in which the reference voltage is manipulated in dependence on temperature and input voltage. The starting situation is the one from the publication DE 10 2013 201 766 A1 known lighting device according to 6 considered. 6 shows a block diagram of an apparatus for operating four light emitting diodes L1, L2, L3, L4 of a lighting device. The lighting device or its device for operating the light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 are supplied with the supply voltage V _s . The supply voltage V _s is a DC voltage, which is supplied for example by the electrical system of a motor vehicle. The value of the supply voltage V _s therefore corresponds to the current value of the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle. The device for operating the light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 comprises two switching means S1, S2, a diode D1 and two driver circuits T1, R1, A1 or T2, R2, A2 for the light-emitting diodes L1, L2, L3, L4. The light-emitting diodes L1, L2 form a first series-connected light-emitting diode pair, which is connected in series with the first switching means S1, the switching path of the transistor T1 and the resistor R1 of the first driver circuit T1, R1, A1. The supply voltage V _{s is applied} to the series connection of the aforementioned components. Analogously, the light-emitting diodes L3, L4 form a second, series-connected light-emitting diode pair, which is connected in series with the second switching means S2 of the switching path of the transistor T2 and the resistor R2 of the second driver circuit T2, R2, A2. The diode D1 connects in the forward direction, the cathode of the light emitting diode L4 to the anode of the light emitting diode L1. The diode D1 can also be replaced by a third switching means, which is connected in mating contact with the two switching means S1, S2.

Der Schaltzustand der Schaltmittel S1 und S2 ist abhängig vom aktuellen Wert der Versorgungsspannung V_s, der dem Wert der verfügbaren Bordnetzspannung im Pkw entspricht. Der Wert der Bordnetzspannung im Pkw beträgt beispielsweise nominal 12 V, liegt aber de facto üblicherweise im Bereich von 9 V bis 19 V. Üblicherweise, das heißt bei einem Wert der Versorgungsspannung V_s von größer als 12 V, befinden sich beide Schaltmittel S1, S2 im geöffneten Zustand, sodass kein Stromfluss durch die Schaltmittel S1, S2 möglich ist. In diesem Fall sind alle vier Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 in Serie geschaltet. Der Stromfluss erfolgt in diesem Fall vom Pluspol der Versorgungsspannung V_s über die Leuchtdioden L3, L4, die in Vorwärtsrichtung gepolte Diode D1, die Leuchtdioden L1, L2, die Schaltstrecke des Transistors T1 und den Widerstand R1 zum Minuspol beziehungsweise Masseanschluss der Versorgungsspannung V_s. Der Strom für alle vier Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 wird in diesem Fall mittels der ersten Treiberschaltung T1, A1, R1 geregelt.The switching state of the switching means S1 and S2 is dependent on the current value of the supply voltage V _s , which corresponds to the value of the available vehicle electrical system voltage in the car. The value of the vehicle electrical system voltage in the car, for example nominal 12 V, but is de facto usually in the range of 9 V to 19 V. Usually, that is at a value of the supply voltage V _s greater than 12 V, both switching means S1, S2 in the open state, so that no current flow through the switching means S1, S2 is possible. In this case, all four light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 are connected in series. The current flow in this case takes place from the positive pole of the supply voltage V _s via the light-emitting diodes L3, L4, forward-biased diode D1, the light-emitting diodes L1, L2, the switching path of the transistor T1 and the resistor R1 to the negative pole or ground connection of the supply voltage V _s . The current for all four light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 is controlled in this case by means of the first driver circuit T1, A1, R1.

Die beiden Schaltmittel S1, S2 werden von einer Steuereinheit M1 simultan in Abhängigkeit vom aktuellen Wert der verfügbaren Versorgungsspannung V_s geschaltet. Sinkt der Wert der aktuell verfügbaren Versorgungsspannung V_s auf Werte von kleiner oder gleich 11 V, so werden beide Schaltmittel S1, S2 mittels der Steuereinheit M1 geschlossen, sodass ein Stromfluss durch die Schaltmittel S1, S2 möglich ist. Bei geschlossenen Schaltmitteln S1, S2 ist das erste Leuchtdiodenpaar L1, L2 in einem ersten Stromzweig angeordnet, der von dem Schaltmittel S1, den Leuchtdioden L1, L2 und der Schaltstrecke des Transistors T1 gebildet wird, während das zweite Leuchtdiodenpaar L3, L4 in einem zweiten Stromzweig angeordnet ist, der von dem Schaltmittel S2, den Leuchtdioden L3, L4 und der Schaltstrecke des Transistors T2 gebildet wird und der parallel zum ersten Stromzweig geschaltet ist. Die Diode D1 sperrt in diesem Fall, und der Strom für die Leuchtdioden L1, L2 des ersten Leuchtdiodenpaars wird in diesem Fall mittels der ersten Treiberschaltung T1, A1, R1 geregelt, während der Strom für die Leuchtdioden L3, L4 des zweiten Leuchtdiodenpaars in diesem Fall mittels der zweiten Treiberschaltung T2, A2, R2 geregelt wird. An dem ersten und dem zweiten Stromzweig liegt jeweils die volle Versorgungsspannung V_s an. Erhöht sich der Wert der aktuell verfügbaren Versorgungsspannung V_s wieder, sodass er mindestens 12 V beträgt, so wechseln beide Schaltmittel S1, S2 mittels der Steuereinheit M1 wieder in den geöffneten Schaltzustand, sodass alle vier Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 wieder in Serie geschaltet betrieben werden.The two switching means S1, S2 are switched by a control unit M1 simultaneously in dependence on the current value of the available supply voltage V _s . If the value of the currently available supply voltage V _s drops to values of less than or equal to 11 V, then both switching means S1, S2 are closed by means of the control unit M1, so that a current flow through the switching means S1, S2 is possible. In the case of closed switching means S1, S2, the first light-emitting diode pair L1, L2 is arranged in a first current branch, which is formed by the switching means S1, the light-emitting diodes L1, L2 and the switching path of the transistor T1, while the second light-emitting diode pair L3, L4 in a second current branch is arranged, which is formed by the switching means S2, the light emitting diodes L3, L4 and the switching path of the transistor T2 and which is connected in parallel to the first branch current. The diode D1 blocks in this case, and the current for the light-emitting diodes L1, L2 of the first light-emitting diode pair is controlled in this case by means of the first driver circuit T1, A1, R1, while the current for the light-emitting diodes L3, L4 of the second light-emitting diode pair in this case is controlled by means of the second driver circuit T2, A2, R2. In each case the full supply voltage V _{s is applied} to the first and the second current branch. Increases the value of the currently available supply voltage V _s again, so that it is at least 12 V, so switch both switching means S1, S2 by means of the control unit M1 back into the open switching state, so that all four light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 again in series be operated switched.

Durch die oben beschriebene Betriebsweise ist gewährleistet, dass die vier Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 auch im Falle eines für die Serienschaltung aller vier Leuchtdioden zu geringen Wertes der Versorgungsspannung V_s mit einem Strom ausreichender Stromstärke von beispielsweise 1 A versorgt werden können. Im Fall eines zu geringen Wertes der Versorgungsspannung V_s werden die vier Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 durch die Schaltmittel S1, S2 paarweise aufgeteilt, sodass die in Serie zueinander geschalteten Leuchtdioden L1, L2 des ersten Leuchtdiodenpaars L1, L2 in einem Parallelzweig zu einem zweiten Leuchtdiodenpaar L3, L4 angeordnet ist, das von den in Serie zueinander geschalteten Leuchtdioden L3, L4 gebildet wird. Die vier Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 können in jedem Fall mit der erforderlichen Stromstärke von beispielsweise 1 A versorgt werden.By the above operation it is ensured that the four light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 _s can be supplied with a current of sufficient amperage, for example, 1 A even in the case of too low for the series connection of all four LEDs value of the supply voltage V. In the case of too low a value of the supply voltage V _s , the four light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 are split in pairs by the switching means S1, S2, so that the light-emitting diodes L1, L2 of the first light-emitting diode pair L1, L2 connected in series with one another in a parallel branch to a second light-emitting diode pair L3, L4 is arranged, which is formed by the series-connected light-emitting diodes L3, L4. The four light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 can in any case be supplied with the required current of, for example, 1 A.

In den 7 und 8 sind Details der Ansteuerungsvorrichtungen A1, A2 für die Transistoren T1, T2 der beiden Treiberschaltungen und Details der Schaltmittel S1, S2 und ihrer Steuereinheit M1 dargestellt. Identische Komponenten sind in den 6 bis 8 mit denselben Bezugszeichen versehen. Die in den 7 und 8 abgebildeten Komponenten sind in den Verbindungspunkten j1 bis j5 miteinander verbunden. Die beiden Treiberschaltungen für die Leuchtdiodenpaare L1, L2 und L3, L4 sind jeweils als linearer Spannungsregler und insbesondere als Längsregler ausgebildet. Die Ansteuerung der Transistoren T1, T2 und der Schaltmittel S1, S2 wird mit Hilfe eines Operationsverstärkerbauteils AMP durchgeführt, das vier Operationsverstärker umfasst und z.B. als SMD-Bauteil ausgebildet ist (surface mounted device).In the 7 and 8th Details of the driving devices A1, A2 for the transistors T1, T2 of the two driver circuits and details of the switching means S1, S2 and their control unit M1 are shown. Identical components are in the 6 to 8th provided with the same reference numerals. The in the 7 and 8th Imaged components are interconnected at junctions j1 to j5. The two driver circuits for the light-emitting diode pairs L1, L2 and L3, L4 are each designed as a linear voltage regulator and in particular as a series regulator. The activation of the Transistors T1, T2 and the switching means S1, S2 is carried out with the aid of an operational amplifier component AMP, which comprises four operational amplifiers and is designed, for example, as an SMD component (surface mounted device).

Das Operationsverstärkerbauteil AMP besitzt 14 Anschlüsse, wobei Anschluss 1 bis 14 folgendermaßen belegt sind:

Anschluss 1: Ausgang des ersten Operationsverstärkers
Anschluss 2: invertierender Eingang des ersten Operationsverstärkers
Anschluss 3: nicht-invertierender Eingang des ersten Operationsverstärkers
Anschluss 4: Versorgungsspannungsanschluss (Plus)
Anschluss 5: nicht-invertierender Eingang des zweiten Operationsverstärkers
Anschluss 6: invertierender Eingang des zweiten Operationsverstärkers
Anschluss 7: Ausgang des zweiten Operationsverstärkers
Anschluss 8: Ausgang des dritten Operationsverstärkers
Anschluss 9: invertierender Eingang des dritten Operationsverstärkers
Anschluss 10: nicht-invertierender Eingang des dritten Operationsverstärkers
Anschluss 11: Versorgungsspannungsanschluss (Minus)
Anschluss 12: nicht-invertierender Eingang des vierten Operationsverstärkers
Anschluss 13: invertierender Eingang des vierten Operationsverstärkers
Anschluss 14: Ausgang des vierten Operationsverstärkers.

The operational amplifier device AMP has 14 ports, with ports 1 to 14 being assigned as follows:

Terminal 1: Output of the first operational amplifier
Terminal 2: inverting input of the first operational amplifier
Terminal 3: non-inverting input of the first operational amplifier
Connection 4: Supply voltage connection (plus)
Terminal 5: non-inverting input of the second operational amplifier
Terminal 6: inverting input of the second operational amplifier
Terminal 7: Output of the second operational amplifier
Terminal 8: Output of the third operational amplifier
Terminal 9: inverting input of the third operational amplifier
Terminal 10: non-inverting input of the third operational amplifier
Connection 11: Supply voltage connection (minus)
Terminal 12: non-inverting input of the fourth operational amplifier
Terminal 13: inverting input of the fourth operational amplifier
Terminal 14: Output of the fourth operational amplifier.

Bei den Transistoren T1, T2 der als Längsregler ausgebildeten Treiberschaltungen für die Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 handelt es sich vorzugsweise jeweils um einen n-Kanal-Feldeffekttransistor, und die Schaltmittel S1, S2 sind jeweils als p-Kanal-Feldeffekttransistor ausgebildet.The transistors T1, T2 of the driver circuits designed as longitudinal regulators for the light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 are each preferably an n-channel field effect transistor, and the switching means S1, S2 are each formed as a p-channel field effect transistor.

Die Gate-Elektrode des Transistors T1 ist über den Verbindungspunkt j1 mit dem Anschluss 8 des Operationsverstärkerbauteils AMP und damit mit dem Ausgang des dritten Operationsverstärkers OP3 verbunden. Der Anschluss 9 des Operationsverstärkerbauteils AMP und damit der invertierende Eingang des dritten Operationsverstärkers OP3 ist über den Verbindungspunkt j2 mit einem Mittenabgriff zwischen der Source-Elektrode des Transistors T1 und dem Widerstand R1 verbunden. Der Anschluss 10 des Operationsverstärkerbauteils AMP und damit der nicht-invertierende Eingang des dritten Operationsverstärkers OP 3 ist mit einem Mittenabgriff zwischen den Widerständen R4, R5 eines Spannungsteilers D2, R3, R4, R5 verbunden, der zum Erzeugen einer Referenzspannung für die beiden Längsregler dient. Analog dazu ist die Gate-Elektrode des Transistors T2 über den Verbindungspunkt j3 mit dem Anschluss 14 des Operationsverstärkerbauteils AMP und damit mit dem Ausgang des vierten Operationsverstärkers OP4 verbunden. Der Anschluss 13 des Operationsverstärkerbauteils AMP und damit der invertierender Eingang des vierten Operationsverstärkers OP4 ist über den Verbindungspunkt j4 mit einem Mittenabgriff zwischen der Source-Elektrode des Transistors T2 und dem Widerstand R2 verbunden. Der Anschluss 12 des Operationsverstärkerbauteils AMP und damit der nicht-invertierende Eingang des vierten Operationsverstärkers OP4 ist mit dem Mittenabgriff zwischen den Widerständen R4, R5 des Spannungsteilers D2, R3, R4, R5 verbunden.The gate electrode of the transistor T1 is connected via the connection point j1 to the terminal 8 of the operational amplifier component AMP and thus to the output of the third operational amplifier OP3. The terminal 9 of the operational amplifier component AMP and thus the inverting input of the third operational amplifier OP3 is connected via the connection point j2 to a center tap between the source electrode of the transistor T1 and the resistor R1. The terminal 10 of the operational amplifier component AMP and thus the non-inverting input of the third operational amplifier OP 3 is connected to a center tap between the resistors R4, R5 of a voltage divider D2, R3, R4, R5, which serves to generate a reference voltage for the two series regulator. Analogously, the gate electrode of the transistor T2 is connected via the connection point j3 to the terminal 14 of the operational amplifier component AMP and thus to the output of the fourth operational amplifier OP4. The terminal 13 of the operational amplifier component AMP and thus the inverting input of the fourth operational amplifier OP4 is connected via the connection point j4 to a center tap between the source electrode of the transistor T2 and the resistor R2. The terminal 12 of the operational amplifier component AMP and thus the non-inverting input of the fourth operational amplifier OP4 is connected to the center tap between the resistors R4, R5 of the voltage divider D2, R3, R4, R5.

Der Spannungsteiler D2, R3, R4, R5 besteht aus einer Serienschaltung der Widerstände R3, R4 und R5, wobei den beiden Widerständen R4 und R5 eine Zenerdiode D2 parallelgeschaltet ist. Damit liegt an den hintereinander geschalteten Widerständen R4 und R5 stets die festgelegte Durchbruchspannung an, und der Spannungsteiler R4, R5 liefert am Mittenabgriff einen Bruchteil dieser Durchbruchspannung als feste Referenzspannung unabhängig von der Versorgungsspannung.The voltage divider D2, R3, R4, R5 consists of a series connection of the resistors R3, R4 and R5, wherein the two resistors R4 and R5, a Zener diode D2 is connected in parallel. Thus, the fixed breakdown voltage is always applied to the series-connected resistors R4 and R5, and the voltage divider R4, R5 supplies at the center tap a fraction of this breakdown voltage as a fixed reference voltage independent of the supply voltage.

Der dritte Operationsverstärker OP3 des Operationsverstärkerbauteils AMP, der Transistor T1, der Widerstand R1 und der Spannungsteiler D2, R3, R4, R5 bilden einen ersten Längsregler, der im Fall geöffneter Schaltmittel S1, S2 den Strom durch die Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 regelt und im Fall geschlossener Schaltmittel nur den Strom durch die Leuchtdioden L1, L2 regelt. Analog bilden der vierte Operationsverstärker OP4 des Operationsverstärkerbauteils AMP, der Transistor T2, der Widerstand R2 und der Spannungsteiler D2, R3, R4, R5 einen zweiten Längsregler, der im Fall geschlossener Schaltmittel S1, S2 den Strom durch die Leuchtdioden L3, L4 regelt. Der zweite Operationsverstärker OP2 des Operationsverstärkerbauteils AMP wird nicht benötigt. Demzufolge sind die Anschlüsse 5, 6 und 7 des Operationsverstärkerbauteils AMP hier nicht belegt.The third operational amplifier OP3 of the operational amplifier component AMP, the transistor T1, the resistor R1 and the voltage divider D2, R3, R4, R5 form a first series regulator, which in the case of open switching means S1, S2, the current through the light emitting diodes L1, L2, L3, L4 controls and in the case of closed switching means only the current through the light emitting diodes L1, L2 regulates. Analogously, the fourth operational amplifier OP4 of the operational amplifier component AMP, the transistor T2, the resistor R2 and the voltage divider D2, R3, R4, R5 form a second series regulator, which regulates the current through the light emitting diodes L3, L4 in the case of closed switching means S1, S2. The second operational amplifier OP2 of the operational amplifier device AMP is not needed. Consequently, the terminals 5, 6 and 7 of the operational amplifier component AMP are not occupied here.

Der Spannungsteiler D2, R3, R4, R5 stellt an seinem Widerstand R5 die Referenzspannung für die beiden Längsregler bereit. Mit Hilfe des dritten Operationsverstärkers OP3 des Operationsverstärkerbauteils AMP wird der Transistor T1 derart angesteuert, dass sich am Widerstand R1 der Wert der Referenzspannung einstellt. Der durch den Widerstand R1 fließende Strom stellt sich entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein. Derselbe Strom fließt im Fall geöffneter Schaltmittel S1, S2 auch durch die in Serie zu dem Widerstand R1 geschalteten Leuchtdioden L1, L2, L3 und L4 beziehungsweise im Fall geschlossener Schaltmittel S1, S2 auch durch die in Serie zum Widerstand R1 geschalteten Leuchtdioden L1 und L2. Der vorgenannte erste Längsregler regelt somit nicht nur die Spannung am Widerstand R1, sondern auch den Strom durch die Leuchtdioden L1, L2, L3 und L4 beziehungsweise L1 und L2. Analog hierzu wird mit Hilfe des vierten Operationsverstärkers OP4 des Operationsverstärkerbauteils AMP der Transistor T2 derart angesteuert, dass sich am Widerstand R2 der Wert der Referenzspannung einstellt. Der durch den Widerstand R2 fließende Strom stellt sich entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein. Derselbe Strom fließt im Fall geschlossener Schaltmittel S1, S2 auch durch die in Serie zum Widerstand R2 geschalteten Leuchtdioden L3 und L4. Der vorgenannte zweite Längsregler regelt somit nicht nur die Spannung am Widerstand R2, sondern auch den Strom durch die Leuchtdioden L3 und L4.The voltage divider D2, R3, R4, R5 provides at its resistor R5 the reference voltage for the two series regulators. With the aid of the third operational amplifier OP3 of the operational amplifier component AMP, the transistor T1 is driven in such a way that the value of the reference voltage is established at the resistor R1. The current flowing through the resistor R1 adjusts according to Ohm's law. In the case of open switching means S1, S2, the same current also flows through the light-emitting diodes L1, L2, L3 and L4 connected in series with the resistor R1 or, in the case of closed switching means S1, S2, also through the resistor R1 connected in series LEDs L1 and L2. The aforementioned first longitudinal regulator thus not only regulates the voltage across the resistor R1, but also the current through the light-emitting diodes L1, L2, L3 and L4 or L1 and L2. Analogously, with the aid of the fourth operational amplifier OP4 of the operational amplifier component AMP, the transistor T2 is driven in such a way that the value of the reference voltage is established at the resistor R2. The current flowing through the resistor R2 adjusts according to Ohm's law. In the case of closed switching means S1, S2, the same current also flows through the light-emitting diodes L3 and L4 connected in series with the resistor R2. The aforementioned second longitudinal regulator thus not only regulates the voltage across the resistor R2, but also the current through the light emitting diodes L3 and L4.

Der Widerstand R4 des Spannungsteilers D2, R3, R4, R5 kann als Kaltleiter ausgebildet sein, um ein sogenanntes Derating der Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 zu ermöglichen, sodass sie nicht thermisch überlastet werden. Der Widerstand R4 ist thermisch an die Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 gekoppelt. Bei starker Erwärmung der Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 und des Kaltleiters R4 nimmt sein Widerstandswert zu. Dadurch wird die Referenzspannung am Widerstand R5 entsprechend dem geänderten Widerstandsverhältnis beim Spannungsteiler D2, R3, R4, R5 reduziert. Entsprechend wird auch die Spannung am Widerstand R1 beziehungsweise R2 auf einen geringeren Wert geregelt und dadurch ein reduzierter Stromfluss durch die Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 erzeugt. Anstatt den Widerstand R4 als Kaltleiter auszubilden, kann für den selben Zweck alternativ der Widerstand R5 als Heißleiter (NTC) ausgebildet werden.The resistor R4 of the voltage divider D2, R3, R4, R5 may be formed as a PTC thermistor to allow a so-called derating of the LEDs L1, L2, L3, L4, so that they are not thermally overloaded. The resistor R4 is thermally coupled to the light emitting diodes L1, L2, L3, L4. If the light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 and the thermistor R4 become very hot, its resistance increases. As a result, the reference voltage at the resistor R5 is reduced according to the changed resistance ratio at the voltage divider D2, R3, R4, R5. Accordingly, the voltage across the resistor R1 or R2 is also regulated to a lower value, thereby producing a reduced current flow through the light-emitting diodes L1, L2, L3, L4. Instead of forming the resistor R4 as a PTC thermistor, for the same purpose, alternatively, the resistor R5 can be formed as a thermistor (NTC).

Der Schaltzustand der als p-Kanal-Feldeffekttransistoren ausgebildeten Schaltmittel S1, S2 wird mittels des ersten Operationsverstärkers OP1 des Operationsverstärkerbauteils AMP gesteuert. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe von Spannungsteilerwiderständen R6, R7 am Widerstand R7 der aktuelle Wert der Versorgungsspannung V_s gemessen und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 am Anschluss 2 des Operationsverstärkerbauteils AMP zugeführt. Der nicht-invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 am Anschluss 3 des Operationsverstärkerbauteils AMP wird zu dem vorgenannten Zweck mittels eines zweiten Spannungsteilers, der aus einer Zenerdiode D3 und Widerständen R8, R9 besteht, mit einer Referenzspannung für den am Widerstand R7 gemessenen Wert der Versorgungsspannung V_s versorgt. Der nicht-invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist ferner mittels eines Widerstands R10 zum Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 am Anschluss 1 des Operationsverstärkerbauteils AMP rückgekoppelt. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist durch einen Widerstand R11 und eine aus den Transistoren T3, T4 bestehende Push-Pull-Schaltung über den Verbindungspunkt j5 mit den Gate-Elektroden der beiden als p-Kanal-Feldeffekttransistoren ausgebildeten Schaltmittel S1, S2 verbunden. Die Push-Pull-Schaltung T3, T4 invertiert nur das Signal am Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1.The switching state of the switching means S1, S2 formed as p-channel field-effect transistors is controlled by means of the first operational amplifier OP1 of the operational amplifier component AMP. For this purpose, the actual value of the supply voltage V _{s is} measured with the aid of voltage divider resistors R6, R7 at the resistor R7 and supplied to the inverting input of the first operational amplifier OP1 at the terminal 2 of the operational amplifier component AMP. The non-inverting input of the first operational amplifier OP1 at terminal 3 of the operational amplifier component AMP is for the above purpose by means of a second voltage divider consisting of a Zener diode D3 and resistors R8, R9, with a reference voltage for the value of the supply voltage V measured at the resistor R7 _s supplied. The non-inverting input of the first operational amplifier OP1 is further fed back to the output of the first operational amplifier OP1 at terminal 1 of the operational amplifier component AMP by means of a resistor R10. The output of the first operational amplifier OP1 is connected through a resistor R11 and a push-pull circuit consisting of the transistors T3, T4 via the connection point j5 to the gate electrodes of the two switching means S1, S2 formed as p-channel field-effect transistors. The push-pull circuit T3, T4 inverts only the signal at the output of the first operational amplifier OP1.

Die Zenerdiode D3 und die Widerstandswerte der Widerstände R6, R7, R8, R9, R10 sind zur Steuerung des Schaltzustands der Schaltmittel S1, S2 derart aufeinander abgestimmt, dass die Drain-Source-Strecke der beiden Schaltmittel S1, S2 im Fall eines Werts der Versorgungsspannung V_s von größer oder gleich 12 V sich im elektrisch isolierenden Schaltzustand befindet, wodurch alle vier Leuchtdioden L1, L2, L3 und L4 in Serie geschaltet betrieben werden. Sinkt der Wert der Versorgungsspannung V_s unter 12 V, so verbleibt die Drain-Source-Strecke der beiden Schaltmittel S1, S2 zunächst im elektrisch isolierenden Schaltzustand. Sinkt der Wert der Versorgungsspannung V_s aber auf einen Schwellwert von kleiner oder gleich 11 V, so wird die Drain-Source-Strecke der beiden Schaltmittel S1, S2 in den elektrisch leitfähigen Zustand geschaltet, sodass die Leuchtdioden L1, L2 in einem Parallelzweig zu den Leuchtdioden L3, L4 angeordnet sind. Erhöht sich der Wert der Versorgungsspannung V_s wieder auf größer oder gleich 11 V, so verbleibt die Drain-Source-Strecke der beiden Schaltmittel S1, S2 zunächst im elektrisch leitfähigen Zustand. Bei weiterer Erhöhung des Werts der Versorgungsspannung auf einen zweiten Schwellwert von größer oder gleich 12 V wird die Drain-Source-Strecke der beiden Schaltmittel S1, S2 wieder in den elektrisch isolierenden Zustand geschaltet. Das Umschalten der Drain-Source-Strecke der Schaltmittel S1, S2 zwischen den beiden Schaltzuständen erfolgt also mit einer Hysterese. Dadurch wird im Fall von geringfügigen Schwankungen des Werts der Versorgungsspannung V_s ein ständiges Umschalten der Schaltmittel S1, S2 vermieden. Der Betrieb der Leuchtdioden L1, L2, L3, L4 der Beleuchtungseinrichtung funktioniert einwandfrei im Wertebereich von 6 V bis 19 V für die Versorgungsspannung V_s.The Zener diode D3 and the resistance values of the resistors R6, R7, R8, R9, R10 are adapted to control the switching state of the switching means S1, S2 such that the drain-source path of the two switching means S1, S2 in the case of a value of the supply voltage V _s of greater than or equal to 12 V is in the electrically insulating switching state, whereby all four light emitting diodes L1, L2, L3 and L4 are operated in series. If the value of the supply voltage V _s drops below 12 V, then the drain-source path of the two switching means S1, S2 initially remains in the electrically insulating switching state. If the value of the supply voltage V _s drops to a threshold value of less than or equal to 11 V, then the drain-source path of the two switching means S1, S2 is switched to the electrically conductive state, so that the light-emitting diodes L1, L2 are connected in parallel to the Light emitting diodes L3, L4 are arranged. If the value of the supply voltage V _{s increases} again to greater than or equal to 11 V, the drain-source path of the two switching devices S1, S2 initially remains in the electrically conductive state. Upon further increasing the value of the supply voltage to a second threshold of greater than or equal to 12 V, the drain-source path of the two switching means S1, S2 is switched back into the electrically insulating state. The switching of the drain-source path of the switching means S1, S2 between the two switching states thus takes place with a hysteresis. As a result, in the case of slight fluctuations in the value of the supply voltage V _s , continuous switching of the switching means S1, S2 is avoided. The operation of the light-emitting diodes L1, L2, L3, L4 of the illumination device functions properly in the value range of 6 V to 19 V for the supply voltage V _s .

Die obige Beleuchtungseinrichtung ist mit zwei Längsreglern ausgestattet. Optional kann auch ein einziger Längsregler realisiert werden, der den Strom sämtlicher Leuchtdioden regelt.The above lighting device is equipped with two longitudinal regulators. Optionally, a single longitudinal regulator can be realized, which regulates the current of all light-emitting diodes.

Bei der obigen, hier nicht beanspruchten Beleuchtungseinrichtung wird eine Referenzspannung durch den Spannungsteiler D2, R3, R4, R5 (vergleiche 8) erzeugt. Im Fall fester Widerstände R4 und R5 ergibt sich eine entsprechende feste Referenzspannung durch die vorgegebene Durchbruchspannung der Zenerdiode D2. Die Referenzspannung wird temperaturabhängig, wenn einer der Widerstände R4, R5 durch einen Thermistor ersetzt wird. Damit kann ein Derating der Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgen.In the above illumination device not claimed here, a reference voltage is determined by the voltage divider D2, R3, R4, R5 (cf. 8th ) generated. In the case of fixed resistors R4 and R5, a corresponding fixed reference voltage results from the predetermined breakdown voltage of the Zener diode D2. The reference voltage becomes temperature-dependent when one of the resistors R4, R5 is replaced by a thermistor becomes. This can be done depending on the temperature derating the lighting device.

Erfindungsgemäß soll nun aber auch ein Derating in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung möglich sein. Dazu wird die Serienschaltung R4, R5 durch die Serienschaltung R13, R14 von 2 ersetzt. Die an dem Spannungsteiler R13, R14 anliegende Spannung ist also nicht die Durchbruchspannung der Zenerdiode D2 (beziehungsweise Z1; vergleiche 1), sondern die Versorgungsspannung V_s. Der Operationsverstärker OP3 des Operationsverstärkerbauteils AMP wird gemäß 3 geschaltet. Dabei wird die Referenzspannung Uref durch die Gestaltung von 1 beziehungsweise die Serienschaltung D2, R3 von 8 erzeugt. Die Beschaltung des Transistors T1 erfolgt entsprechend der Beschaltung von Transistor T5 in 4. Dabei ist zu beachten, dass der selbstsperrende Transistor T1 von 6 durch den selbstleitenden Transistor T5 von 4 ersetzt wird.According to the invention, however, a derating as a function of the supply voltage should now also be possible. For this purpose, the series circuit R4, R5 by the series circuit R13, R14 of 2 replaced. The voltage applied to the voltage divider R13, R14 is therefore not the breakdown voltage of the zener diode D2 (or Z1, cf. 1 ), but the supply voltage V _s . The operational amplifier OP3 of the operational amplifier device AMP is driven according to 3 connected. In this case, the reference voltage Uref by the design of 1 or the series circuit D2, R3 of 8th generated. The wiring of the transistor T1 is carried out according to the wiring of transistor T5 in 4 , It should be noted that the normally-off transistor T1 of 6 by the normally-on transistor T5 of 4 is replaced.

Mit dieser Schaltung ist es nun möglich, einen Längsregler zu realisieren, dessen Referenzspannung nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Versorgungsspannung abhängt.With this circuit, it is now possible to realize a series regulator whose reference voltage depends not only on the temperature but also on the supply voltage.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung werden die Anforderungen nach einem Schutz von Steuergeräten oder Lichtquellen bei hohen Temperaturen und bei Überspannungen gleichzeitig umgesetzt. Insbesondere wird eine Messspannung, die von der Versorgungsspannung abhängt, mit einer Derating-Anforderung bezüglich der Temperatur korreliert. Somit kann eine Regelung einer Beleuchtungseinrichtung sowohl in Abhängigkeit von einer Temperatur als auch einer Überspannung durchgeführt werden. Speziell können sich dadurch Kostenersparnisse für die Schutzbeschaltung bei Automobil-Treibern, insbesondere für Linear-Treiber-Anwendungen, ergeben.With the circuit according to the invention, the requirements for protection of control devices or light sources at high temperatures and overvoltages are implemented simultaneously. In particular, a measurement voltage that depends on the supply voltage is correlated with a derating requirement with respect to the temperature. Thus, a regulation of a lighting device can be carried out both as a function of a temperature and an overvoltage. In particular, this can result in cost savings for the protective circuit in automotive drivers, in particular for linear driver applications.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2010/000610 A1 [0002]
DE 102013201766 A1 [0003, 0035]

Claims

Lighting device, in particular for a motor vehicle, having - a light source (L1, L2, L3, L4) and - a regulating device for regulating a current through the light source (L1, L2, L3, L4), wherein - the regulating device is a voltage sensor unit (R12, R13, R14, Z1) for providing a signal in linear dependence on a supply voltage of the light source and - a temperature sensor unit (R13), characterized in that - the temperature sensor unit (R13) is adapted to supply the signal of the voltage sensor unit (R12, R13, R14, Z1) in response to a temperature, whereby a temperature-dependent signal is formed, and - the control device is designed to regulate the current in dependence on the temperature-dependent signal.

Lighting device according to claim 1, wherein the voltage sensor unit (R12, R13, R14, Z1) and the temperature sensor unit (R13) have a common voltage divider having a thermistor.

Lighting device according to claim 2, wherein the thermistor has a negative temperature coefficient.

Lighting device according to one of the preceding claims, wherein the control device comprises a longitudinal regulator.

Lighting device according to claim 4, wherein the series regulator comprises a self-conducting MOSFET (T5), which is operated in the sub-threshold range.

Lighting device according to one of the preceding claims, wherein the voltage sensor unit (R12, R13, R14, Z1) comprises a Zener diode (Z1) for generating a reference voltage.

Lighting device according to one of the preceding claims, wherein the light source (L1, L2, L3, L4) is one of a plurality of semiconductor light sources of the illumination device, and the illumination device further comprises switching means (S1, S2), by which the semiconductor light sources are operable in groups.

Lighting device according to claim 7, wherein the switching means (S1, S2) are formed such that the illumination device is switched depending on the value of the supply voltage between two operating states, so that falls below a threshold value of the supply voltage, a first group of semiconductor light sources according to a first operating state in a parallel branch is connected to at least one further group of semiconductor light sources, and that upon reaching or exceeding this threshold value or a second higher threshold value of the supply voltage, the first and the at least one further group of semiconductor light sources are connected in series according to a second operating state.

Lighting device according to claim 7 or 8, wherein the switching means (S1, S2) are operated in dependence on a value of the voltage sensor unit (R12, R13, R14, Z1).

Motor vehicle with a lighting device according to one of the preceding claims.