用于汽车前照灯的LED控制和电机控制的驱动单元的制作方法

本专利申请的发明涉及汽车应用中的前照灯的控制。

背景技术：

1、在现代汽车前照灯系统中，发光二极管（led）用作光源。led提供明亮的光，并且寿命长，并且可以被调节以提供特定颜色的光。通常，在汽车前照灯中，使用多个led来生成光。多个led中的各个led典型地以矩阵型排列来布置，这意味着阵列由各个led形成。如本文中所使用，阵列可以是（m×n）个led的排列，其中m和n是≥1的整数。在不失一般性的情况下，阵列的行可以由包括多个led的串形成。（1×n）的led阵列也可称为led串。为了使led阵列产生期望种类的光，控制各个led是必要的，从而设置亮度和颜色参数（如果多色led被使用）。行或串中的led可以串联连接，或者可以并联连接，例如通过led的子组实现，该子组是并联连接的。阵列中的不同行可以并联连接，但也可以串联连接，其中定义的绕接指示行的结束。

2、此外，在现代汽车前照灯系统中，由led生成的光不仅通过控制各个led本身来控制，而且在用现代汽车前照灯生成光中也涉及附加元件，诸如电机（例如，用于遮蔽、调平、旋转或通风）、矩阵管理器（例如，用于自适应驾驶功能）或传感器（例如，温度传感器）等。

3、由于涉及可能由多个制造商提供的不同元件，通常可以使用各种不同的通信标准来提供不同元件之间的通信。通常，这些通信标准包括以太网或总线系统通信。常用总线系统的一些示例是局域互联网络（lin）、控制局域网络（can）、串行外围接口（spi）、通用异步收发器（uart）和内部集成电路（i²c或i2c）。其中，一些通信标准可总体上优选用于交通工具的主控制之间的通信（例如，lin、can、uart或以太网），而一些通信标准可总体上优选用于led控制与外围设备（诸如led或前面提及的电机）之间的通信（例如，spi、uart或i2c总线系统）。技术人员将领会，这些通信系统的示例仅出于说明性目的而被标识并且本专利申请的范围不限于这些通信系统中的任何一个。

4、因此，本领域需要具有简单且成本效益高的结构的用于汽车前照灯的可靠驱动单元。

技术实现思路

1、由根据本发明的用于汽车前照灯的驱动单元解决了上述需要。本发明由独立权利要求限定。优选实施例在从属权利要求中列出。

2、根据本发明的驱动单元包括至少一个发光二极管（led）驱动器、至少一个电机驱动器和第一端子。

3、至少一个led驱动器被配置为可连接到一个或多个led。一个或多个led通常不是led驱动器的一部分。一个或多个led可以包括端子，并且led驱动器可以包括另一端子，以便能够将所述led连接到led驱动器。led和led驱动器可以焊接在衬底上。衬底的示例可以是印刷电路板（pcb）。在一些实施例中，led和led驱动器可以焊接在同一衬底上。led驱动器和一个或多个led的相应端子之间的连接可以经由专用线，或者如果led和led驱动器焊接在同一衬底上，则led驱动器和一个或多个led的相应端子之间的连接可以经由衬底上的迹线。在一些优选实施例中，一个或多个led可以由led串形成。一个或多个led可以是单色led，或者可以是多色led。

4、在一些应用中，多个led可以连接到至少一个led驱动器，并且多个led可以以矩阵型排列来布置。在一些示例中，可以提供两个或更多个led驱动器，并且led串可以连接到两个或更多个led驱动器中的每一个。例如，在此类排列中，单独的串可以表示矩阵型排列的行中的一个行，并且矩阵型排列的列由不同串的led形成。例如，（3×n）矩阵型排列可以由三个led串形成，每个led串具有n个led，其中每个led串可以优选地连接到led驱动器中的一个。led串可以被划分为led段。除了由led驱动器执行的led控制之外，矩阵管理器还可以提供对led的亮度的控制（例如调光）。矩阵管理器可以是外部组件，它可以是驱动单元的组件，或者它可以集成到led驱动器中的一个中。在一些实施例中，每个led驱动器连接到led串，并且矩阵管理器可以集成到每个led驱动器中，其中所述矩阵管理器被配置为控制连接到相应led驱动器的led串的亮度。在矩阵管理器用于控制led串的亮度的情况下，矩阵管理器也可以称为串管理器。

5、至少一个电机驱动器连接到至少一个led驱动器。至少一个电机驱动器可以经由信号接口连接到至少一个led驱动器。信号接口可以是电路系统（例如，有线的或蚀刻的），或者可以是驱动单元的内部总线系统。进一步地，至少一个电机驱动器可以被配置为可连接到一个或多个电动机。电动机可以提供对一个或多个led的位置或运动的调节和/或可以提供其他功能，诸如操作风扇通风以冷却led。这样，至少一个电动机可以提供遮蔽、调平、旋转或通风的任何组合。例如，遮蔽是指操作用于一个或多个led的光束遮光器的行为，这意味着相对于一个或多个led打开/关闭或移动遮光件。在一些示例中，镜子可用于操纵由汽车灯输出的光。一个或多个电动机可用于通过平移运动、倾斜运动或其组合来移动电机。这样，可以通过移动镜子来调节汽车灯的光输出。在其中led焊接到衬底（例如pcb）的一些示例中，可以通过移动衬底来调节光输出。与镜子类似，衬底可以通过平移、倾斜或其组合来移动。所有这些示例（无论是单独使用还是组合使用）都可以用来改变由一个或多个led生成的光束，或者可以用来在汽车前照灯的远光与近光之间切换。

6、相比之下，调平和旋转是指改变一个或多个led的定向或位置，例如，这可用于将生成的光束调节到交通工具的负载，或用于将生成的光与交通工具的转向方向耦合。

7、最后，通风可用于控制led的温度。这可用于避免由于过热导致的led故障，或用于将温度稳定在期望设定点处，以便减少生成的光的温度偏移。

8、可以由至少一个电动机执行的这些操作是有益于操作汽车led前照灯的操作的示例，但该操作列表并不是详尽的，并且电动机的操作不限于这些操作。可用于实现期望功能的电动机的示例是dc（直流）电机、无刷dc（bldc）电机、或步进电机。

9、在任何情况下，电动机的预期操作由至少一个电机驱动器控制，这意味着至少一个电机驱动器指令一个或多个电动机。

10、第一端子连接到led驱动器。第一端子可以经由信号接口连接到led驱动器。信号接口可以是电路系统（例如，有线的或蚀刻的），或者可以是驱动单元的内部总线系统。信号接口可以是与连接led驱动器和电机驱动器的信号接口相同的信号接口，或者它可以是另一信号接口。第一端子可以被配置为可连接到交通工具控制器。本技术意义上的交通工具控制器是交通工具的、不作为驱动单元的一部分的元件——换句话说，交通工具控制器是相对于驱动单元的外部组件。交通工具控制器可以是交通工具的主控件或主控件的子实体。进一步地，交通工具控制器用于对驱动单元进行寻址，以便同步前照灯的操作和交通工具的状态——例如，当交通工具操作员打开前照灯时，交通工具控制器将发出命令，该命令经由第一端子传输到前照灯的led驱动器。换句话说，第一端子通过在交通工具控制器与led驱动器之间提供连接来提供交通工具控制器与驱动单元之间的通信。第一端子可配置为可通过各种总线系统中的一个或多个连接到交通工具控制器，各种总线系统包括lin、can、uart、can或以太网上的uart。

11、如上所述，第一端子可以被配置为表示驱动单元与一个或多个外部组件的连接。进一步地，第一端子被配置为从交通工具控制器接收与照明场景相关联的信息。这里，术语照明场景是指一个或多个led的照明实例或顺序。例如，led串可以生成以顺序方式从led串的一端移动到另一端的光点。例如，这可以通过按如下方式控制led来实现：串的第一led打开达一定时间量，而所有其他led关闭。所述一定时间量可以被称为帧持续时间，并且第一led打开而其他led关闭的实例可以被称为帧。之后，即在第二帧期间，第一led关闭，第二led打开，并且所有其他led关闭。在第三帧中，前两个led关闭，第三led打开，并且所有其他led关闭，等等。技术人员将领会，从led串的一端移动到led串的另一端的光表示照明场景的相当简单的示例，并且驱动单元还被配置为生成任意其他照明场景。

12、在照明场景的另一示例中，多个led串连接到多个led驱动器。led驱动器可以行动来同时打开/关闭多个led串中的所有led。

13、在照明场景的另一示例中，至少一个led驱动器可以接收指示对向交通的信号（例如从相机获得的信号），并且至少一个led驱动器可以基于指示对向交通的信号选择性地关闭/打开led中的一些led。由此，可以提供自适应前照灯。指示对向交通的信号可以由交通工具控制器经由第一端子提供给led驱动器。

14、进一步地，技术人员将领会，除了打开/关闭led之外，led驱动器还可以调节led的亮度。亮度的调节可以表示在打开/关闭led时经过的中间状态，或者可以执行亮度的调节而不是完全关闭led。

15、根据本发明，至少一个led驱动器被配置为：经由第一端子接收与照明场景相关联的信息；根据照明场景来驱动一个或多个led；并且指令至少一个电机驱动器根据照明场景来驱动一个或多个电动机。

16、这样，至少一个led驱动器接收关于要生成的照明场景的信息，并控制由led生成的照明和附加组件的电机操作（诸如遮蔽、调平、旋转或通风）。在一些实施例中，至少一个led驱动器被配置为确定要如何执行一个或多个led和电机操作，并驱动led以及相应地指令至少一个电机驱动器。在这种情况下，led驱动器具有对照明场景的控制权，并且根据需要指令电机驱动器和外围组件（例如led）创建照明场景。

17、在其他实施例中，至少一个led驱动器接收可直接用于控制led操作和电机操作的信息——例如，led驱动器可以接收用于指令电机驱动器的指令，而不需要led驱动器根据与照明场景本身相关联的信息确定指令。在这种情况下，交通工具控制器具有对照明场景的控制权，并且向led驱动器提供指令，led驱动器可以直接应用这些指令来控制led，或者led驱动器可以将这些指令传递给电机驱动器。

18、所公开的发明具有如下益处：驱动单元的结构简单——即，led驱动器、电机驱动器和用于连接到外部/外围组件的第一端子的最小配置——同时能够通过操作led和驱动电机操作（例如，遮蔽、调平、旋转或通风）来控制复杂的照明场景。

19、换句话说，由于led驱动器执行照明场景的控制功能，因此不需要诸如微控制器之类的附加组件。

20、此外，led驱动器在执行电机驱动器控制时还可以执行诊断功能。例如，led驱动器可以获得由电机驱动器提供的传感器数据，传感器数据与电动机或电机驱动器相关联，并且led驱动器可以将获得的信息用于确定用于电机驱动器的指令。

21、在下文中，将更详细地描述根据本发明的驱动单元的优选实施例。

22、在一些优选实施例中，至少一个led驱动器、至少一个电机驱动器、以及电机驱动器与led驱动器之间的信号接口可以被封装在半导体封装中。将驱动单元的组件封装在半导体封装中具有如下优点：驱动单元以可以被容易地安装在交通工具内的期望位置的即用型（ready-to-use）配置被提供。此外，封装驱动单元的组件保护它们免受诸如灰尘之类的环境影响，并且改善寿命。至少一个led驱动器、至少一个电机驱动器、以及电机驱动器与led驱动器之间的信号接口可以被封装在公共半导体封装中，或者这些组件的子组可以被封装在单独的半导体封装中。

23、进一步地，在封装的驱动单元的一些优选实施例中，至少一个led驱动器可以位于公共半导体封装内的第一集成电路上，并且至少一个电机驱动器可以位于该公共半导体封装内的第二集成电路上。这两个集成电路都可以通过易于布线、接口或总线系统连接。

24、替代地，在封装的驱动单元的一些其他优选实施例中，至少一个led驱动器和至少一个电机驱动器可以位于半导体封装内的公共集成电路上。在同一集成电路上提供led驱动器和电机驱动器可以具有如下优点：由于组件位于单个芯片上，因此驱动单元的结构甚至更加简化。

25、在这些示例中，由集成电路提供的连接可以形成相应组件之间的信号接口。

26、在一些实施例中，被配置为指令至少一个电机驱动器根据照明场景来驱动一个或多个电动机的至少一个led驱动器被配置为：指令电机驱动器通过电动机引起以下各项中的一项或多项：调平运动、旋转运动、遮蔽或通风。

27、在一些实施例中，驱动单元可以包括连接到led驱动器并被配置为可连接到至少一个矩阵管理器的第二端子。矩阵管理器可用于控制单独的led的亮度和/或颜色。例如，如果led阵列以矩阵型方式来布置，则矩阵管理器可以关闭阵列内单独的led。例如，这可以通过短路一个或多个led来实现。因此，至少一个led驱动器可以进一步被配置为指令所述矩阵管理器根据照明场景来控制一个或多个led中的至少一个。在一些实施例中，控制led可以通过短路led中的一个或多个来执行。

28、在一些实施例中，至少一个led驱动器可以包括被配置为可连接到一个或多个led的矩阵管理器。换句话说，矩阵管理器的功能可以集成到led驱动器中的一者中。与具有作为外围组件的矩阵管理器相比，减少了组件的总数，这使得前照灯控制系统更加简单。与在驱动单元内具有作为单独组件的矩阵管理器相比，驱动单元的结构可以通过将矩阵管理器集成到led驱动器中来简化。

29、矩阵管理器的操作可以基于由驱动单元控制的照明场景。

30、在一些实施例中，至少一个led驱动器可以进一步被配置为从一个或多个温度传感器接收温度数据。进一步地，当由led驱动器执行时，根据照明场景来驱动一个或多个led、指令至少一个电机驱动器根据照明场景来驱动一个或多个电动机、或这两者可以是基于温度数据的。温度数据可以是led中的一个或多个的温度数据，或者可以是led的周边环境的温度。通常，led的行为受到其操作所处温度的影响。由于所述温度在操作期间可能会改变——例如由于环境条件或由led发光生成的废热——因此在操作期间对led的控制作出调节可能是必要的。这可以通过确定温度并且针对驱动一个或多个led的操作计及温度来实现。此外，在一些实施例中，电机驱动器可以被配置为驱动与通风相关联的电机。通过易于通风，可以降低温度。

31、温度数据可以以多种不同的方式提供。在一些实施例中，驱动单元可以包括一个或多个第三端子，该一个或多个第三端子被配置为可连接到一个或多个温度传感器。第三端子可以是通用输入/输出。进一步地，温度数据可以从一个或多个温度传感器经由一个或多个第三端子提供。

32、在一些其他实施例中，驱动单元可以包括一个或多个温度传感器。这些温度传感器可以集成到驱动单元中，并且可以连接到至少一个led驱动器，以便使温度传感器能够向至少一个led驱动器提供温度数据。

33、在一些其他实施例中，至少一个电机驱动器可以被配置为从一个或多个电动机获得温度数据。例如，电动机可以包括一个或多个温度传感器。附加地或替代地，温度可以从电动机本身获得。例如，电动机可以包括传感器，在这种情况下，温度数据可以作为诊断数据的一部分提供，或者电动机可以包括线圈，并且线圈的温度可以被确定。

34、在一些实施例中，驱动单元可以包括一个或多个第三端子，该一个或多个第三端子被配置为可连接到一个或多个分档（binning）电阻器。总体而言，可以使用分档电阻器来调节一个或多个led的参数。例如，分档电阻器可以用于将一个或多个led设置为特定的基础级光输出。基础级光输出可以指光学域，即基础级亮度或基础级颜色，或者基础级光输出可以指电学域，即基础级电压或基础级电流。进一步地，多个分档电阻器可用于对齐多个led的相应基础级光输出。在使用不同类型的led的情况下或为了考虑到相同类型led的公差，调节基础级光输出可能是必要的。基础级光输出可以与led的特定颜色相关联。例如，特定的基础级电压或电流可以与特定的颜色相关联，使得基础级电压/电流的变化会改变led的光输出的颜色。在校准驱动单元和led时，分档电阻器可用于改善校准。附加地或替代地，由led驱动器提供的用于电机驱动器的指令可以基于分档电阻器。

35、可连接到一个或多个分档电阻器的第三端子可以是通用输入/输出。进一步地，至少一个led驱动器可以被配置为：经由一个或多个第三端子从一个或多个分档电阻器读取数据；并且当由led驱动器执行时，根据照明场景来驱动一个或多个led、指令至少一个电机驱动器根据照明场景来驱动一个或多个电动机、或这两者可以基于led驱动器从一个或多个分档电阻器读取的数据。

36、在一些实施例中，至少一个led驱动器可以被配置为向交通工具控制器提供诊断数据。如上所述，对于led驱动器存在各种方法来获得诊断数据，例如通过从led、电机驱动器或电动机或其他外部组件读取传感器数据。在一些实施例中，诊断数据可以被提供给交通工具控制器，并且交通工具控制器可以基于诊断数据来提供附加指令。然而，在一些实施例中，led驱动器可以处理诊断数据，可以检测潜在问题，并基于诊断数据来控制led和/或电机驱动器，以便抵消问题并避免故障。在一些实施例中，led驱动器可以确定容错时间（ftt），并且可以基于ftt来确定：是led驱动器自身可决定如何控制led/电机，还是交通工具控制器要决定。

37、此外，上述需要也通过包括根据本发明的驱动单元和交通工具前照灯的系统来满足。驱动单元可以是上述驱动单元中的任何一个。