半导体灯模块
2019-11-22

半导体灯模块

本发明涉及一种半导体灯模块,其具有一体的电子驱动装置,在所述半导体灯模块中半导体光源(3)安装在表面导电的盘状的模块上,并且所述模块具有良好的导热性,并且其中所述电子驱动装置围绕所述半导体光源定位,并且其中所述电子驱动装置由具有至少两个带状导线平面的印刷电路板(500)组成,并且第一平面(510)在安装状态下向外指向发光方向,而第二平面(515)由集成在模块内的封闭的空腔包封。

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的半导体灯模块。

因此本发明的目的是,提供一种半导体灯模块,在所述半导体灯模块中与上述现有技术相比改善了电磁适应性。

背景技术

背景技术

除了凸耳状的形成的部分109和空心圆柱形的腹板105以外,借助导热的糊状物充满的槽115构成在凸起103中。与温度有关的电阻(525)设置在槽115上,所述电阻与导热的糊状物接触并且用作温度传感器,以便测量发光二极管芯片3的工作温度。侧壁102具有沿着外壳100的圆周设置的三个切口1021、1022、1023,在所述切口内分别设置有平行于外壳底部101延伸的表面120、130、140。这些表面120、130、140具有超出外壳底部101的相同的高度并且分别通过指向外壳100的内部的缺口1141、1142、1143限定。朝外壳底部101的方向阶梯状变小的穿通的孔121设置在第一表面120内,所述孔从表面120延伸至外壳底部101的外侧。孔121构成为使得圆柱形的凹部122设置在表面120内,所述圆柱形的凹部的外半径相当于孔121的第一大半径并且其内半径相当于所述孔的第二小半径。孔121的深度在第一大半径范围内只有几毫米,而孔121的在第二小半径范围内的区域从凹部122的底部延伸至外壳底部101的外侧。也就是说,凹部122的超出外壳底部101的底部的高度只比表面120、130、140的超出外壳底部101的高度小几毫米。穿通的孔131、141同样分别设置在其它两个表面130、140内,所述孔的半径分别与第一孔121的窄的区域的半径一致。此外,两个通孔150设置在外壳底部101内,所述通孔用于使电连接电缆穿过,所述电连接电缆用于给操作设备的装配在装配印刷电路板上的部件供电。此外,外壳底部101最好具有用于固定散热体(未画出)的三个其它的孔。同样,除了纯电缆型式外还可使用如在第二实施形式中的具有插头的变形方案。

如从上述现有技术中可看出,半导体光源日益增加地被直接应用在散热体,这保证了明显提高的散热。但是驱动电路依然将在印刷电路板上获得空间,因此出现驱动电路和半导体光源如何能够在半导体灯模块上获得空间的问题。因为例如LED(发光二级管)或OLED(有机发光二极管)的新式的半导体光源借助高的电流和常常以脉冲形式激励,所以半导体灯模块常常具有电磁干扰的问题。在机动车辆中的使用总是要结合少量的可用空间,并且因为由于维护能力的原因必须允许模块的简单的更换,所以需要半导体光源的激励和半导体光源形成尽可能紧凑的单元。

与在普通照明中的应用相比,在汽车上的应用具有提高的要求结构。它必须克服如非常高和非常低的温度、湿度和喷水的不利的环境影响,并且机械构造由于在汽车中出现的碰撞和振动明确地更结实地构成。对电子装置也提出了特殊的要求。为此包括非常大的输入电压范围,这与相对于电磁适应性的非常严格的控制完全一样,可经受住来自汽车电气系统的大的电压跃变和过压峰值。

第二实施形式与第一实施形式的不同在于,散热体一体地形成在半导体灯模块上。因为在其它方面结构类型与在第一实施形式中的相同,所以在这里只说明相对于第一实施形式的不同之处。

在第一平台1031的区域内,凸起103具有两个设置在平台1031的不同侧的分别具有销钉1090、1100的凸耳状的形成的部分109、110。销钉1090、1100用于铆固装配印刷电路板500,所述装配印刷电路板500压在第一平台1031和第二平台1032的顶部以及三个此外分别设有销钉1110、1120、1130的支承面111、112、113上。上述支承面111、112、113等距离地沿着分布在侧壁102的内侧上的环形腹板114设置。装配印刷电路板500(图9a、9b)具有两个基本上矩形的穿孔501、502,中间部分1030和腹板105、106以及销钉107、108凸起穿过所述穿孔。用于发光二极管芯片3的工作设备的部件装配在装配印刷电路板上。工作设备尤其包括内部的电源509、故障检测逻辑电路512、降低定额值逻辑电路508和用于位于带状线路平面510上的直流变压器的驱动逻辑电路,以及用于从机动车辆的位于第二带状线路平面上的汽车电气系统电压给LED供电的输入端滤波器(506)和直流变压器(507)。与温度有关的电阻525,尤其是所谓的NTC(具有负温度系数的电阻)连接在降低定额值逻辑电路508上。该逻辑电路确保在高温的情况下借助降低的电能驱动发光二极管芯片3。故障检测512通过状态输出端540(插头,例如借助于开路集电极实施)用信号传递LED或LED串的故障。因此可能在机动车辆仪表板上指示。输入端滤波器506确保导线连接的干扰不能够通过载流引线传向外界。因此,由于其脉冲的工作导致强的电磁干扰的承载电能的大的部件全部位于第二带状导线平面515上,所述第二带状导线平面515在印刷电路板500的安装状态下向内指向内部空间。因此,在指向发光方向的第一带状线路平面510上只存在借助来自内部的电源509的小信号电压操纵的逻辑组件。印刷电路板500通过五个固定点1090、1100、1110、1120、1130与外壳100连接。固定能够通过螺纹连接、铆接、焊料焊接、熔焊焊接、热压等实现。印刷电路板优选铆接在外壳上。这种固定产生连接孔5090、5100、5110、5120、5130的相对于外壳100的良好的导电能力。连接孔最好与只带有地电位的第三带状导线平面连接。第三带状线路平面内置在第一和第二带状线路平面之间的印刷电路板内。第三带状线路平面屏蔽所有由于承载电能的部件在第二带状线路平面515上产生的干扰。导线连接的干扰通过在Π形布局中的输入端滤波器(506)被过滤。在此首先十分重要的是,LED驱动电路的输入端滤波器具有在驱动电路的接地带状导线平面上的非常好的耦合。这个耦合能够以DC或AC的方式进行。如果由于电路技术的原因直接的DC连接是不可能的,那么以AC的方式建立连接。以AC的方式意味着通过耦合电容器(:*^。几乎圆盘状的装配印刷电路板500的边缘终止于用于密封环600的环状的支承面114的内侧,使得装配印刷电路板500与接地的带状导线平面和外壳底部101以及环状腹板114或位于其上的密封环600—起形成空腔,所述空腔包围所有的干扰部件并且向外屏蔽干扰。因此半导体灯模块呈现出最佳的电磁兼容性(EMV)性能。 为了除了最佳的EMV性能还保证发光二极管芯片3的最佳的工作,驱动电路应该还具有其它的特征。对于发光二极管芯片3的最佳的驱动,稳流调节是必需的。由于不稳定的机动车辆电气系统推荐一种升压-降压(Boost-Buck)变压器布局(直流变压器的同时增高和降低转换器)。为了保持在框架内的半导体灯模块的发热,驱动电路必须具有超过80%的良好的效率。故障诊断电路和降低定额值逻辑电路的特征在前面已经讨论,因此在这里不再重复。为了同样保持超过寿命的前照灯的发光,能够提供光输出调节(在预设的窗口中调节LED的光通量)。对于其它的应用,例如组合的倒车/刹车灯或在普通照明中的可调暗的照明设备,能够设有用于借助于PWM(脉冲宽度调制)调暗的输入端530。为了排除由于例如连接半导体灯模块的错误的极化连接的不正确的操作而导致的损坏,能够设有极性颠倒保护二极管。如果半导体灯模块被设计用于机动车辆应用,那么过压保护(如果由于尤其是电感的负载转换突然在机动车辆电气系统中出现高于通常的电气系统电压的电压,那么不会毁坏驱动电路。)通常是必需的。也能够设有用于发光二极管芯片3的输出端的短路强度。 从上述在机动车辆(Kfz)中的用于半导体灯模块的LED驱动电路应该具有特征中,可以改进一种具有随后在图8中所示的框图的电路。为了使用于LED的驱动电路具有高的效率,必须使用直流变压器507。所以LED驱动器的核心件是直流变压器507,所述直流变压器507根据连接的发光二极管3的数量具有增高或降低转换器特性或者两者的组合。因为直流变压器507以确定的频率工作,所以由于EMV技术的原因需要在目前的直流变压器507前面设置输入端滤波器(例如Π形滤波器)。为了不影响滤波器的工作方式,这个输入端滤波器应该直接或至少间接地连接在直流变压器的系统接地(535)上并且因此也连接在冷却的元件上(在这里:具有或不具有散热体的外壳100)。滤波器的交流方式的连接能够借助于耦合电容实现。因为,由于电路技术的原因输入端滤波器接地545能够具有与剩下的LED驱动电路(系统接地535)不同的参考接地,所以实施上述措施。防止LED驱动电路极性颠倒的极性颠倒保护二极管连接在输入端滤波器506的后面。除了在图8中示出的借助于二极管的被动的保护外,当然肖特基二极管(Schottky-Diode)是有利的,借助于MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的主动的极性颠倒保护是可能的。连接有温度探头的降低定额值电路508负责与温度有关的电流调节用于防止二极管热损坏。温度探头525通过热耦合在LED(或者LED串或LED列)上来监控LED的温度。LED的在禁止的范围(根据使用的LED的数据页)内的导通电流Im的过范围立刻导致该电流的减弱。除了温度监控电路508(降低定额值)外还提供故障检测电路512。如果在LED驱动器输出端存在至少由一个LED组成的LED串中的中断或者没有连接LED,那么在故障检测输出端540用信号传递。有利的是,输出端构成为开路集电极。因此提供了连接具有用于继续处理故障信号的不同的电压的不同的逻辑电路(例如通过上拉电阻连接)的可能性。

与在普通照明中的应用相比,在汽车上的应用具有提高的要求结构。它必须克服如非常高和非常低的温度、湿度和喷水的不利的环境影响,并且机械构造由于在汽车中出现的碰撞和振动明确地更结实地构成。对电子装置也提出了特殊的要求。为此包括非常大的输入电压范围,这与相对于电磁适应性的非常严格的控制完全一样,可经受住来自汽车电气系统的大的电压跃变和过压峰值。

根据本发明的第一实施形式的半导体灯模块包括基本上圆柱形对称的罐状铝质外壳100,其具有圆盘状的底部101和在底部101上形成的侧壁102,所述侧壁102沿着圆柱体的外壳表面延伸。底部101和侧壁102形成内部空间。外壳100尤其构成为压铸铝质件。外壳100的底部101在其内侧具有一体地与底部101构成的凸起103,所述凸起103具有高的中间部分1030和两个更深地存在的平台1031、1032。中间部分1030的顶部的超出外壳100的底部101的高度高于两个设置在中间部分的不同侧上的平台1031、1032。中间部分的顶部形成用于由陶瓷制品组成的支座板的支承面,所述陶瓷制品用作五个发光二极管芯片和主光学单元的支座。支座板2确保了在金属的外壳100,尤其是凸起103和发光二极管芯片3之间的电绝缘。五个发光二极管芯片3成一排地设置在支座板2上并且由框架壁包围。但是也能够成两排地设置六个发光二极管芯片。发光二极管芯片3发出蓝色的光并且设有荧光材料涂层(芯片层涂层),以便改变由发光二极管芯片3产生的部分电磁放射的波长,使得照明设备在其工作期间发出显现白色的光。发光二极管芯片3例如为薄膜发光二极管芯片,例如在文献1.Schnitzeretal.,Appl.Phys.Lett.63(16),18.0ktober1993,2174-2176中说明了所述薄膜发光二极管芯片的基本原理。支座板2借助于自动插入元件设备以预定的距离和以相对于设置在第一平台1031上的空心圆柱形的腹板105和设置在第二平台1032上的长孔104明确地定义的方向粘合在平台103的中间部分1030的顶部。具有设置在其上的发光二极管芯片3的支座板2设置在长孔104和空心圆柱形腹板105之间。圆柱形的空心腹板105的顶部和具有椭圆形横向腹板的腹板106的顶部具有与中间部分1030的顶部相同的超出外壳101的高度。

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的半导体灯模块。