光源和用于制造所述光源的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于集成在具有電路板的前照燈內的光源，在該電路板上布置至少一個發光二極管(LED)和用于給所述LED供電的轉換器單元；以及一種用于制造這樣的光源的方法。
【背景技術】
[0002]這樣的光源尤其是在機動車領域內越來越多地被應用在前照燈中，用于主燈功能或信號光功能，并且典型地與光學元件、如反射器、投射器和光導體相結合。
[0003]—種傳統的、在實踐中所使用的LED主前照燈例如具有一個或多個LED模塊，為了給所述LED供應恒定電流而具有一個或多個分離的電子鎮流器。LED模塊與鎮流器的連接借助插拔連接和電纜連接實現。因為為了控制LED使用脈沖寬度調制的信號，為此所必需的線路在以下區域內放射，該區域在電氣或電子設備中可能在周圍環境中引起干擾。這一問題通常是借助控制設備內的輸出濾波器來克服，但這在小的占空比的情況下帶來限制，因為小的占空比向下受到了濾波器元件的限制。此外，在分離的控制設備中所必需采用的升壓轉換器和降壓轉換器導致控制設備的效率差，并且要求相應大的散熱體。因此，LED主前照燈對于內部的電纜束提出更高的要求，并且另外需要比例如傳統的鹵素主前照燈更大的結構空間。
[0004]將轉換器單元和至少一個LED集成在共同的電路板上，具有以下優點，即:不必使用自身的、與LED模塊相分離的控制設備，并且因此該集成簡化了應用、即不僅前照燈的設計、而且光源的安裝，并且降低或避免電磁輻射。例如已知以下光源，其由完全封閉的、標準化的模塊構成并且向外提供所定義的熱接口、電氣接口和光學接口。在此，考慮設計上的自由度在光學特性和熱特性方面的不利限制，以便達到最大的可替換性和標準化。
[0005]在已知的光源中，四個或更多個LED串聯并且由共同的電壓轉換器、例如SEPIC電壓轉換器(SEPIC-Single Ended Primary Inductance Converter 單端初級電感轉換器)供電，所述轉換器使得可用的車載電網電壓相應地升壓和降壓；LED在此被實施為板上芯片模塊。兩項措施都降低了標準化光源的制造成本，但尤其是用于升壓轉換的電壓轉換器由于差的能效而要求相對昂貴或體積龐大的冷卻裝置。

【發明內容】

[0006]與此相對，本發明的任務在于，創造一種更加緊湊的光源，該光源另外容許以LED的可變裝配。
[0007]所述任務在開頭所述類型的光源中通過以下方式來解決，即:轉換器單元和至少一個LED被實施為表面貼裝器件(surface-mounted device, SMD)，其中轉換器單元具有一個或多個降壓轉換器。尤其是轉換器單元的全部轉換器電路是降壓轉換器。這種光源的特征在于，在電壓轉換中的損耗熱量特別少，因為單純的降壓轉換器具有比每個其他的開關調控器類型更高的電氣效率。因此，可使用更簡單且更緊湊的冷卻裝置。此外，由于被設置為SMD部件的LED和轉換器單元，光源在制造期間不用在電路板上進行改變而能夠靈活地適配于不同的要求。相對于電路板的完全裝配而言，以LED的裝配例如能夠被縮減和/或能夠適配地選擇裝配的位置。因此，總體而言，得到一種明顯更靈活以及更緊湊并且因此還能夠更易于集成且可通用的光源，該光源具有小的總重量并且該光源的安裝帶來最小化的布線花費。此外，通過系統功能的分割，實現組件在不同應用中最大可能的再利用，并且因此實現規模效應。
[0008]LED配置應該有利地選擇，使得每個LED具有等于或小于轉換器單元的供電電壓的供電電壓。在一種典型的為6至18V的車載電網電壓的條件下，這可以意味著，至多有兩個LED串聯。這種電路的另一個優點是，能夠簡單且可靠地借助測量LED支路電壓來診斷單個LED的失靈。
[0009]因此，優選地僅設置降壓轉換器、但不是升壓轉換器作為真正的轉換器。
[0010]如果需要更多數量的LED，那么適宜的是，轉換器單元具有多個降壓轉換器并且被實施為集成套件(系統級封裝System-1n-Package，SiP)。通過集成在SiP內，能夠相對于獨立的電壓轉換器相對小地保持空間需求，并且盡管如此可設置多個高效轉換器來給LED供電。
[0011]為了在使用兩個以上LED的情況下避免必需使用無效率的升壓轉換器，此外適宜的是，在電路板上布置有多個LED的并聯電路并且該并聯電路與轉換器單元相連接。通過所述并聯電路防止LED正向電壓的累加，并且也可僅設置(至少)一個降壓轉換器，以便由車載電網電壓給多個LED供電。
[0012]為了冷卻LED和轉換器單元，另外有利的是，電路板為熱基板，優選為尤其是具有鋁芯或銅芯的金屬芯電路板，。通過特殊的電路板，直接在LED中實現熱擴散，并且由此低地保持LED阻擋層溫度。
[0013]如果在與LED相對的側上冷卻裝置、優選為冷卻板或壓鑄件與電路板相連接、尤其是焊接，就能夠實現改進地導出LED和轉換器單元的所產生的損耗功率。由于所使用的電壓轉換器(降壓轉換器)相對高的效率，冷卻裝置通常能夠比已知光源中的更加緊湊。
[0014]對于最佳的熱量分布，有利的是，冷卻裝置由與電路板的金屬芯相同的材料構成。此外，可由此降低在電路板與冷卻裝置之間可能存在的機械應力，并且兩個部件例如借助焊接的連接被簡化。
[0015]已經表明為特別適宜的是，轉換器單元具有用于傳輸診斷和/或控制數據的接口，該接口優選被實施為單線接口，尤其是被實施為本地互聯網(LIN)接口。通過這樣的接口，中央監測裝置和/或控制裝置可與光源相連接，使得例如可能的故障功能可以被通知給其他系統并且不操控供電電壓就能夠控制光源。
[0016]如果連同轉換器單元和至少一個LED —起在電路板上布置分級編碼元件、尤其是分級編碼電阻，可以相對于現有技術實現進一步的改進。“分級”在該上下文中理解為，對所使用的LED根據其光效率和色彩偏差進行的分類。在已知的對所使用的LED的分級中，即便是在不同分類的LED的情況下，也能夠通過相應地調整供電電流來實現一致的光色。在一種在電路板上的布置中，分級編碼元件不必-像在現有技術中到目前為止所常見的那樣-通過額外的線路、例如供電接口從外面讀取，而是可直接地、也就是說在電路板上局部地調節與LED的分級、即分類相關聯的電流。通過以下方式能夠實現分級編碼元件的集成，即:所裝配的LED的分級在制造時是已知的，并且因此與相應的分級相關聯的分級編碼元件可立即被選出并且同樣被裝配。分級編碼元件例如可以是分級編碼電阻或者利用相應的分級設定來編程的邏輯構件。有利的是，這里說明的解決方案可靠得多，例如對于電路板上的濕度或污染更不敏感，避免了購買LED時的兼容性問題，并且同時比測量分級編碼電阻的成本更適宜。
[0017]此外，已經表明為適宜的是，用于測量LED電流的測量電阻與至少一個LED相串聯、優選連接在LED與地之間。由于LED和轉換器單元集成在僅一個電路板上，因而不需要LED驅動器、即轉換器單元在相對于地或者相對于供電電壓短路方面的抗短路強度。因此，用于電流測量的測量電阻或分流電阻在電壓方面既可被布置在LED支路的前面(“高側”)，又可被布置在LED支路的后面(“低側”)。在此，后置的布置-在LED與地之間-具有用于電流測量的明顯更低的電路花費的優點，使得能夠實現光源的減價。
[0018]開頭所述類型的方法通過以下方式解決上述任務，即:在制造上述類型的光源時，在光源的構造在其他方面相同的情況下，與電路板相連的LED的數量和位置被配置。因此，借助各當前的配置，可以制造一系列不同裝配的電路板，由此相對于完全標準化的光源，當前的光源在光學特性和熱特性方面的靈活性明顯提升。
[0019]在該上下文中已經被證明為特別適宜的是，至少一個LED通過回流焊接與電路板相連接。回流焊接實現簡單、快速且可靠的連接，并且能夠同時簡單地根據所配置的裝配通過以下方式進行調整，即:可能多余的焊接點被排除或不配備焊料。
【附圖說明】
[0020]下面借助尤其優選的實施例，并且參照附圖，更進一步地闡明本發明，但本發明不應該局限于所述實施例。在此，在附圖中詳細地:
[0021]圖1示出一種具有降壓轉換器的緊湊型光源的側視圖；
[0022]圖2示出根據圖1的光源的俯視圖；
[0023]圖3示出一種具有冷卻裝置的緊湊型光源的側視圖；
[0024]圖4示出一種緊湊型光源的剖面圖；
[0025]圖5a示出一種具有唯一的降壓轉換器的緊湊型光源的示意性框圖；
[0026]圖5b示出根據圖5a的光源的一種變型；
[0027]圖6a示出根據圖5a的示意性框圖另外具有邏輯構件；以及
[0028]圖6b示出根據圖6a的光源的一種變型。
【具體實施方式】
[0029]在圖1中示出了具有多個LED 2的光源I的側視圖。LED 2為SMD部件，其被布置在電路板3上或者與電路板3連接。光源I在LED 2的區域內的結構高度4在本實例中約為4_。此外，電路板3具有轉換器單元5，該轉換器單元同樣借助SMD工藝來裝配，并且具有連接件6，用于光源I與車載電網或前照燈電纜束的電氣連接。轉換器單元5被實施為集成套件或系統級封裝(SiP)，并且集成至少一個、優選多個降壓轉換器7 (參見圖5)。降壓轉換器7被設置用于由典型的車載電網范圍6至18V到LED正向電壓的電壓轉換，使得例如(分別)兩個串聯的LED 2可用恒定電流供電。在被實施為SiP的轉換器單元5中，具有功率MOSFET 8、所需的電感9和可能的電容