Brevet FR3078383A1 — publié le 20190830

MODULE LUMINEUX POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UNE PLURALITE DE BRANCHES DE SOURCES LUMINEUSES L'invention a trait au domaine de l'éclairage et/ou de la signalisation lumineuse, notamment pour véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention a trait au domaine du montage et de la connexion électrique de sources lumineuses du type diode électroluminescente, LED. L'invention a trait à un module comprenant entre autres un support pour source(s) lumineuse(s) et un support secondaire pour une unité de contrôle du courant électrique alimentant les sources lumineuses. Une diode électroluminescente, LED, est un composant électronique capable d'émettre de la lumière lorsqu'il est parcouru par un courant électrique. L'intensité lumineuse émise par une LED est en général dépendante de l'intensité du courant électrique qui la traverse. Entre autres, une LED est caractérisée par une valeur seuil d'intensité de courant électrique. Ce courant direct (« forward current ») maximal est en général décroissant à température croissante. De même, lorsqu'une LED émet de la lumière, on observe à ses bornes une chute de tension égale à sa tension directe (« forward voltage »). Dans le domaine automobile, on a de plus en plus recours à la technologie LED pour diverses solutions de signalisation lumineuse. Les LEDs sont utilisées afin d'assurer des fonctions lumineuses telles que les feux diurnes, les feux de signalisation etc... Les composants LEDs issus d'un même procédé de production peuvent néanmoins présenter des caractéristiques (capacité d'émission, tension directe, ...) différentes. Afin de regrouper les composants ayant des caractéristiques semblables, les LEDs produites sont triées par groupes, appelés également BIN, chaque BIN regroupant des LEDs ayant des caractéristiques semblables. Il est connu dans l'art d'utiliser un circuit de pilotage pour piloter l'alimentation électrique d'un ensemble ou groupe de LEDs. Le circuit définit le courant électrique appliqué à une branche montée en charge et comprenant le groupe de LEDs branchées en série. Dans le domaine des dispositifs lumineux pour véhicules automobiles, il est particulièrement important de pouvoir assurer une luminosité constante afin de garantir la sécurité des utilisateurs du véhicule et des acteurs du trafic routier. Afin de fournir une alimentation constante, des circuits de pilotage connus utilisent différents types de convertisseurs, DC/DC, linéaire, résistif, etc... pour convertir le courant électrique continu fourni par exemple par une batterie de voiture en un courant continu de charge, apte à alimenter les LEDs en question. Lorsque plusieurs branches parallèles, chacune comprenant un groupe de LEDs branchées en série sont utilisées, il est connu de régler l'intensité du courant électrique de chaque branche moyennant une source de courant par branche. Cependant, pour certaines applications, notamment lorsque pour des raisons de conception ou d'espace un grand nombre de LEDs, par exemple 80 LEDs, doit être placé sur un substrat courbé, cette solution présente l'inconvénient de nécessiter une pluralité d'interconnexions entre le substrat abritant les 2 LEDs et un circuit de pilotage de leur alimentation électrique. En plus, si on désire séparer le circuit de pilotage du substrat abritant les sources lumineuses de type LED, leurs multiples interconnexions présentent un risque accru de capter des signaux parasites et d'interférence électromagnétique, ce qui rend le pilotage de l'alimentation des LEDs prônes à des erreurs. 5 L'invention a pour objectif de pallier à au moins un des problèmes posés par l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un module lumineux dans lequel le nombre d'interconnexions entre une unité de contrôle de l'alimentation électrique d'un nombre important de sources lumineuses et un substrat abritant ces sources lumineuses, est limité 10 Selon un premier aspect de l'invention, un module lumineux pour un véhicule automobile est proposé. Le module comprend un premier montage électrique qui comprend une pluralité de branches montées en parallèle, chaque branche comprenant des sources lumineuses montées en série. Au moins une des branches comprend transistor monté en série avec les sources lumineuses. 15 De préférence, les sources lumineuses d'une même branche peuvent présenter des caractéristiques électriques et luminescentes semblables ou identiques. Le module comprend aussi une unité de contrôle de l'alimentation électrique des sources lumineuses, l'unité de contrôle comportant une boucle d'asservissement d'une branche de référence. Le module est remarquable en ce que le premier montage électrique est disposé sur un premier support, en ce que l'unité de contrôle est 20 disposée sur un deuxième support, distinct du premier support, et en ce que la boucle d'asservissement est reliée aux transistors du premier montage électrique, de sorte à ce que l'intensité du courant électrique qui circule dans les branches de sources lumineuses respectives, i.e., qui comprennent un transistor, soit une fonction de l'intensité du courant électrique qui circule dans la branche de référence. 25 De préférence, la branche de référence peut comprendre des composants électroniques, et au moins une partie des composants peuvent être disposés sur le deuxième support, les autres composants étant disposés sur le premier support. 30 De manière préférée, tous les composants de la branche de référence peuvent être disposés sur le premier support. Alternativement, tous les composants de la branche de référence peuvent être disposés sur le deuxième support. 35 La branche de référence peut préférentiellement comprendre au moins une résistance. 3 De préférence, la branche de référence peut comprendre un élément semi-conducteur, par exemple une diode. De préférence les composants de la branche de référence réalisent une charge électrique équivalente à la charge d'une des branches du premier montage électrique. 5 La branche de référence peut de préférence être une des branches du premier montage électrique. De manière préférée, l'intensité du courant électrique qui circule dans les branches de sources lumineuses peut être sensiblement égale à l'intensité du courant électrique qui circule dans la branche de référence, ou elle peut présenter un rapport prédéfini avec cette dernière, le rapport 10 étant prédéterminé par des valeurs de résistances de la branche de référence et des branches du premier montage électrique. De préférence, le premier support peut comprendre un substrat flexible. Le premier support peut de préférence comprendre un substrat rigide non-plan, par exemple courbé. 15 Les sources lumineuses peuvent de préférence comprendre des sources lumineuses à élément semiconducteur émetteur de lumière. Il peut par exemple s'agir de diodes électroluminescentes, LED. De préférence, les transistors du premier montage comprennent des transistors bipolaires de type 20 NPN, la sortie de l'unité de commande étant reliée à la base de chacun des transistors, de manière à ce que l'intensité de ladite sortie permet de piloter l'intensité du courant électrique qui traverse le transistor du collecteur à l'émetteur. En utilisant les mesures proposées par la présente invention, il devient possible de proposer un 25 module lumineux dans lequel un premier support abrite une pluralité de sources lumineuses, de préférence de type diode électroluminescente, LED, regroupées en branches parallèles. Un deuxième support abrite une unité de contrôle de l'alimentation électrique des sources lumineuses. L'unité de contrôle comprend une boucle d'asservissement et agit sur le courant électrique traversant une branche de référence, tandis que les multiples branches abritant les LEDs suivent le 30 pilotage de la branche de référence. Ceci réduit le nombre de connexions entre le deuxième support et le premier support. Selon des modes de réalisation de l'invention, cette solution permet notamment de produire un circuit imprimé réalisant l'unité de contrôle indépendamment des caractéristiques des LEDs présentes sur un circuit imprimé à part. Ce dernier peut présenter un substrat courbé ou flexible afin d'assurer un flux lumineux homogène par l'ensemble des LEDs. 35 Les éléments électroniques critiques au contrôle de l'alimentation électrique des LEDs sont abrités hors du substrat courbé ou flexible ce qui en augmente la durabilité et diminue des complications lors de leur maintenance. Selon des modes de réalisation de l'invention, l'incidence d'interférences 4 électromagnétiques sur la boucle d'asservissement de l'unité de contrôle peut être réduite, notamment lorsque la branche de référence se situe sur le même circuit imprimé que l'unité de contrôle, physiquement séparée du substrat abritant les multiples branches de sources lumineuses. 5 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description des exemples et des dessins parmi lesquels : - la figure 1 montre un schéma correspondant à un mode de réalisation préféré d'un module lumineux selon l'invention ; - la figure 2 montre un schéma correspondant à un mode de réalisation préféré d'un module 10 lumineux selon l'invention ; - la figure 3 montre un schéma correspondant à un mode de réalisation préféré d'un module lumineux selon l'invention. Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détail pour un 15 mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d'autres modes de réalisation décrits à titre d'exemples et de manière non limitative. Des numéros de référence similaires seront utilisés pour décrire des concepts semblables à travers différents modes de réalisation de l'invention. Par exemple, les références 100, 200 et 300 désignent trois modes de réalisation d'un module lumineux selon l'invention. 20 L'illustration de la figure 1 montre un module lumineux 100 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Un premier support 110 est illustré à droite. Il s'agit par exemple d'une carte de circuit imprimé rigide ou flexible, plane ou courbée. Un premier montage électrique 112 est réalisé sur le support 110. Le montage comprend une pluralité de branches parallèles 114, chaque branche 25 comprenant une pluralité de sources lumineuses 115 du type diode électroluminescente, LED, branchées en série. Dans l'exemple donnée, chaque branche comprend trois LEDs, tandis que d'autre nombres de LEDs sont réalisables sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. De préférence, les sources lumineuses d'une même branche sont issues d'un même jeu de production et présentent des caractéristiques semi-conductrices semblables. Les sources lumineuses 30 d'une même branche sont donc caractérisées par un BIN identique. La valeur des résistances R1, R2, R3, ... dépend des valeurs de BIN relatives des branches 114 desquelles elles font part. Chacune des branches 114 du montage 112 comprend un transistor 116, de préférence de type bipolaire à jonctions NPN. Comme illustré, le collecteur du transistor 116 est connecté à la cathode d'une LED du branchement en série, tandis que l'émetteur est relié à a résistance de shunt. Le 35 degré d'ouverture du transistor 116, piloté par la différence de potentiel appliquée entre sa base et son émetteur, permet d'impacter l'intensité du courant électrique qui circule à travers la branche de LEDs 114. 5 Dans l'exemple de la figure 1, une des branches du premier montage 112 fait office de branche de référence 130 pour une boucle d'asservissement en courant électrique 124. A cet effet, la branche de référence est reliée à une entrée d'un élément comparateur d'une unité de contrôle 122 de 5 l'alimentation électrique des sources lumineuses. L'élément comparateur peut par exemple être réalisé par un amplificateur opérationnel. L'unité de contrôle 122 est par exemple réalisée par un élément microcontrôleur programmé à cet effet. Il compare le signal obtenu sur la branche de référence 130 à une tension de référence afin de produire un signal de correction, qui est relié aux bases des transistors 116 de toutes les branches 114 du montage électrique 112. Cette connexion 10 permet d'impacter l'intensité du courant électrique qui circule à travers chaque branche, en fonction de l'intensité du courant électrique qui circule à travers de la branche de référence 130. Dépendant des valeurs des résistances de shunt R1, R2, R3, ... respectives, l'intensité du courant électrique qui traverse une branche donnée peut être sensiblement égale à l'intensité du courant électrique qui traverse la branche de référence, ou elle peut présenter un rapport prédéterminé avec 15 cette dernière. Il est intéressant de pouvoir générer des courants électriques d'intensités différentes par branches pour affecter l'intensité du flux lumineux émis par branche. En effet, lorsque le support 110 est courbé, il peut être nécessaire d'émettre des flux lumineux d'intensités différentes par branche, afin d'assurer l'émission d'un flux lumineux global homogène par toutes les branches. Ceci est rendu possible par le dimensionnement adéquat des résistances de shunt R1, R2, R3 20 comme l'intensité du flux lumineux émis par une branche de LEDs est une fonction de l'intensité du courant électrique qui la traverse. Il est à noter que l'unité de contrôle 122 réside sur un deuxième support 120 montré à gauche, physiquement distinct du premier support 130. Cette disposition permet de réduire le nombre de 25 composants sur le premier support tout en réduisant le nombre d'interconnexions entre les deux supports. Le module lumineux peut comprendre d'autres éléments tels que des éléments optiques pour guider le faisceau lumineux émis par les sources lumineuses. Ces éléments ne seront pas décrits dans le 30 cadre de la présente invention puisqu'ils n'interagissent pas de manière fonctionnelle avec les dispositions selon l'invention. L'illustration de la figure 2 montre un module lumineux 200 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Un premier support 210 est illustré à droite. Un premier montage 35 électrique 212 est réalisé sur le support 210. Le montage comprend une pluralité de branches parallèles 214, chaque branche comprenant une pluralité de sources lumineuses 215 comme dans l'exemple de la figure 1. La valeur des résistances R1, R2, R3, ... dépend des valeurs de BIN 6 relatives des branches 214 desquelles elles font part. Chacune des branches 214 du montage 212 comprend un transistor 216, de préférence de type bipolaire à jonctions NPN. A la différence du mode de réalisation de la figure 1, l'exemple de la figure 2 présente la particularité que la branche de référence 230 est répartie entre le premier support 210 et le deuxième support 220. 5 Tandis qu'une des branches du montage 212 fait office de branche de référence 230 pour la boucle d'asservissement en courant électrique 224, le transistor Q1 ainsi que la résistance de shunt R1, qui reflète le BIN des diodes électroluminescentes D11, D12 et D13 de la branche de référence, sont disposées sur le deuxième support 230 qui abrite l'unité de contrôle 222. Le fonctionnement de la 10 boucle d'asservissement 224 est semblable à celui qui a été expliqué pour le premier mode de réalisation en rapport avec la figure 1. Cependant, dans l'exemple de la figure 2, l'obtention du signal d'entrée à l'unité de contrôle 222 issu de la branche de référence 230 se fait localement sur le deuxième support 220. Par rapport aux dispositions du premier mode de réalisation, ceci réduit en plus le risque de capter des interférences électromagnétiques sur l'entrée de l'amplificateur 15 opérationnel. L'illustration de la figure 3 montre un module lumineux 300 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Un premier support 310 est illustré à droite. Un premier montage électrique 312 est disposé sur le support 310. Le montage comprend une pluralité de branches parallèles 314, chaque 20 branche comprenant une pluralité de sources lumineuses 315 comme dans l'exemple des modes de réalisations décrits précédemment. La valeur des résistances R1, R2, R3, ... dépend des valeurs de BIN relatives des branches 314 desquelles elles font part. Chacune des branches 314 du montage 312 comprend un transistor 316, de préférence de type bipolaire à jonctions NPN. Ce mode de réalisation de l'invention présente la particularité que la branche de référence 330 se situe 25 entièrement sur le deuxième support 320 montré à gauche. Aucune des branches du montage 312 ne fait office de branche de référence pour la boucle d'asservissement en courant électrique 324. La branche de référence 330 comprend une charge R_LOAD, un transistor QO ainsi qu'une résistance de shunt RO, qui détermine le courant électrique 30 nominal circulant dans la branche de référence. Tous les composants de la branche de référence sont disposés sur le deuxième support 330 qui abrite l'unité de contrôle 322. A part ceci, le fonctionnement de la boucle d'asservissement 324 est semblable à celui qui a été expliqué pour le premier mode de réalisation en rapport avec la figure 1 : la boucle d'asservissement agit par rapport à la branche de référence 330 pour commander les transistors 316 de chacune des branches 314 du 35 montage 312 qui se situe sur le premier support 310. Dépendant des valeurs des résistances de shunts R1, R2, R3, ... respectives, l'intensité du courant électrique qui traverse une branche donnée peut être sensiblement égale à l'intensité du courant électrique qui traverse la branche de référence, 7 ou elle peut présenter un rapport prédéterminé avec cette dernière. La taille de la boucle d'asservissement est réduite, et l'asservissement se fait en local sur le deuxième circuit imprimé 320. Le dimensionnement de la charge R_LOAD est choisi de manière à ce qu'elle soit équivalente à la charge des LEDs qui se situent sur chacune des branches 314 du premier montage 312. La 5 charge R_LOAD peut être réalisée par une résistance, ou par un montage en série de trois diodes ayant des caractéristiques semi-conductrices similaires aux trois LEDs des branches 314 du premier montage 312. De préférence, la charge R_LOAD comprend un montage en série d'au moins une résistance avec au moins une diode. Par rapport aux dispositions du premier mode de réalisation, la provision de la boucle d'asservissement sur le deuxième support 320 réduit en plus le risque de 10 capter des interférences électromagnétiques sur l'entrée de l'amplificateur opérationnel. Par rapport aux dispositions du deuxième mode de réalisation, les provisions du troisième mode de réalisation permettent de produire le deuxième circuit imprimé 330 indépendamment de la valeur de BIN des sources lumineuses 315 d'une des branches 314 du premier circuit imprimé 310. 15 D'autres modes de réalisation visant la même fonctionnalité sont envisageables sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, la charge factice R_LOAD de la boucle de référence 330 de la figure 3 peut être réalisée par au moins deux composants R_LOAD1 et R_LOAD2 montés en série. Dans un mode de réalisation non-illustré il s'agit d'une diode et d'une résistance. Au lieu de disposer les deux composants sur le support 320 de la figure 3, le premier 20 composant de charge R_LOAD1 est disposé sur le premier support 310, alors que le deuxième composant de charge R_LOAD2 est disposé sur le deuxième support 320, afin d'équilibrer la répartition des charges entre les deux circuits imprimés. D'autres partitionnements entre des composants de la charge R_LOAD sont envisageables selon les applications visées. 25 L'étendue REVENDICATIONS1. Module lumineux (100, 200, 300) pour un véhicule automobile, comprenant : - un premier montage électrique (112, 212, 312) qui comprend une pluralité de branches (114, 214, 314) montées en parallèle, chaque branche comprenant des sources lumineuses (115, 215, 315) montées en série, au moins une des branches comprenant un transistor (116, 216, 316) monté en série avec les sources lumineuses; - une unité de contrôle (122, 222, 322) de l'alimentation électrique des sources lumineuses, l'unité de contrôle comportant une boucle d'asservissement (124, 224, 324) d'une branche de référence (130, 230, 330); caractérisé en ce que le premier montage électrique (112, 212, 312) est disposé sur un premier support (110, 210, 310), en ce que l'unité de contrôle (122, 222, 322) est disposée sur un deuxième support (120, 220, 320), distinct du premier support, et en ce que la boucle d'asservissement (124, 224, 324) est reliée aux transistors (116, 216, 316) du premier montage électrique, de sorte à ce que l'intensité du courant électrique qui circule dans les branches de sources lumineuses respectives soit une fonction de l'intensité du courant électrique qui circule dans la branche de référence. 2. Module lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche de référence (230, 330) comprend des composants électroniques, et en ce que au moins une partie des composants sont disposés sur le deuxième support (220, 320), les autres composants étant disposés sur le premier support (210, 310). 3. Module lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les composants de la branche de référence (130) sont disposés sur le premier support (110). 4. Module lumineux selon a revendication 2, caractérisé en ce que tous les composants de la branche de référence (330) sont disposés sur le deuxième support (310). 5. Module lumineux selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la branche de référence comprend au moins une résistance. 6. Module lumineux selon la revendication 5, caractérisé en ce que la branche de référence comprend un élément semi-conducteur. 9 7. Module lumineux selon la revendication 3, caractérisé en ce que la branche de référence (130) est une des branches du premier montage électrique (112). 8. Module lumineux selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'intensité du 5 courant électrique qui circule dans les branches de sources lumineuses est sensiblement égale à l'intensité du courant électrique qui circule dans la branche de référence, ou présente un rapport prédéfini avec cette dernière, le rapport étant prédéterminé par des valeurs de résistances de la branche de référence et des branches du premier montage électrique. 10 9. Module lumineux selon une des revendication 1 à 8, caractérisé en ce que le premier support (110, 210, 310) comprend un substrat flexible. 10. Module lumineux selon une des revendication 1 à 9, caractérisé en ce que les sources 15 lumineuses (115, 215, 315) comprennent des sources lumineuses à élément semi- conducteur émetteur de lumière.