AT515546A4 - Leuchtdiodenanordnung - Google Patents

Abstract

Bei einer Leuchtdiodenanordnung (1) umfassend eine Serienschaltung (11) aus wenigstens einer ersten Leuchtdiode (2) und einer zweiten Leuchtdiode (3), wobei ein erster Anschluss (21) der ersten Leuchtdiode (2) wenigstens mittelbar mit einem ersten Anschluss (41) einer Konstantstromquelle (4) verbunden ist, wobei die Leuchtdiodenanordnung (1) eine erste Überwachungsschaltung (5) zur Kurzschlussüberwachung aufweist, welche erste Überwachungsschaltung (5) schaltungstechnisch parallel zu den wenigstens zwei Leuchtdioden (2,3) angeordnet ist, wobei ein erster Anschluss (51) der ersten Überwachungsschaltung (5) mit dem ersten Anschluss (41) der Konstantstromquelle (4) verbunden ist, und wobei ein zweiter Anschluss (52) der ersten Überwachungsschaltung (5) mit Masse verbunden ist, wird vorgeschlagen, dass die erste Überwachungsschaltung (5) eine Serienschaltung aus jeweils abwechselnd schaltungstechnisch aufeinander folgenden Transistoren (61,65,69) und Widerständen (71,75,79) aufweist, dass eine Basis (62,66) der Transistoren (61,65,69) jeweils mit den Anschlüssen aufeinander folgender Leuchtdioden (2,3) verbunden ist, dass als Abschluss der Serienschaltung aus Transistoren (61,65,69) und Widerständen (71,75,79) ein Messwiderstand (53) mit einer Spannungsmessvorrichtung (54) gegen Masse angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenanordnung gemäß dem Oberbegriff desPatentanspruches 1.

Leuchtdioden werden zunehmend in Signalanlagen und anderen wichtigenBereichen eingesetzt. Hierbei werden oftmals mehrere Leuchtdioden in Seriegeschaltet, um die nötige Lichtintensität zu erreichen. Eine defekte Leuchtdiodemit einem Kurzschluss ist hierbei in der Serienschaltung der Leuchtdioden nurschwer zu detektieren. Hierbei sind Kurzschlussüberwachungsvorrichtungenbekannt, welche die einzelnen Leuchtdioden mittels Optokoppler überwachen.

Nachteilig an derartigen Leuchtdiodenanordnungen ist, dass diese aufwendig imAufbau sind. Weiters beinhalten derartige Leuchtdiodenanordnungen oftmalsBauelemente, welche eine geringere Lebensdauer als die Leuchtdioden an sichhaben, wodurch die Verfügbarkeit der gesamten Leuchtdiodenanordnungeingeschränkt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Leuchtdiodenanordnung der eingangsgenannten Art anzugeben, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werdenkönnen, mit welcher sicher der Ausfall einer einzigen Leuchtdiode in einer Kette anLeuchtdioden festgestellt werden kann, und welche dennoch einfach undzuverlässig aufgebaut ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bereits eine ausgefallene Leuchtdiode in derSerienschaltung an Leuchtdioden zuverlässig erkannt werden kann, wobei die ersteÜberwachungsschaltung zur Erkennung des Kurzschlusses besonders einfach undlanglebig ausgebildet werden kann. Hierbei sind pro Leuchtdiode lediglich einTransistor und ein Widerstand für die erste Überwachungsschaltung notwendig,wodurch die Leuchtdiodenanordnung besonders gut für lange Ketten anLeuchtdioden geeignet ist. Weiters sind für die erste Überwachungsschaltunglediglich besonders einfache und langlebige Bauteile notwendig, weshalb dieLeuchtdiodenanordnung besonders einfach in der Herstellung und langlebig ist,wodurch die Verfügbarkeit der gesamten Leuchtdiodenanordnung erhöht wird.

Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen,wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibungeingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, inwelchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind,näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der Leuchtdiodenanordnung alsBlockschaltbild; und

Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Leuchtdiodenanordnung alsBlockschaltbild.

Fig. 1 und 2 zeigen bevorzugte Ausführungsformen einer Leuchtdiodenanordnung 1umfassend eine Serienschaltung 11 aus wenigstens einer ersten Leuchtdiode 2 undeiner zweiten Leuchtdiode 3, wobei ein erster Anschluss 21 der ersten Leuchtdiode2 wenigstens mittelbar mit einem ersten Anschluss 41 einer Konstantstromquelle 4verbunden ist, wobei ein zweiter Anschluss 22 der ersten Leuchtdiode 2 mit einemersten Anschluss 31 der zweiten Leuchtdiode 3 verbunden ist, und wobei einzweiter Anschluss 32 der zweiten Leuchtdiode 3 wenigstens mittelbar mit einemzweiten Anschluss 42 der Konstantstromquelle 4 verbunden ist. Eine Leuchtdiode2,3,14, welche auch unter den Namen LED bekannt ist, ist eine Halbleiterdiode,welche bei einem fließenden Strom in Durchflussrichtung elektromagnetischeStrahlung abgibt, wobei die elektrische Spannung an der Leuchtdiode 2,3,14abfällt. Die Serienschaltung 11 umfasst wenigstens eine erste Leuchtdiode 2 undeine zweite Leuchtdiode 3, welche schaltungstechnisch in Serie geschaltet sein. DieSerienschaltung kann insbesondere noch weitere Leuchtdioden 14 umfassen,welche zwischen dem zweiten Anschluss 32 der zweiten Leuchtdiode 3 und demzweiten Anschluss 42 der Konstantstromquelle 4 schaltungstechnisch angeordnetsind.

Zur Stromversorgung der Leuchtdioden 2,3,14 ist eine Konstantstromquelle 4vorgesehen, wobei die Serienschaltung 11 der Leuchtdioden 2,3,14 schaltungstechnisch zwischen den beiden Anschlüssen 41,42 derKonstantstromquelle 4 angeordnet sind. Die Konstantstromquelle 4 sorgt dafür,dass jede Leuchtdiode 2,3,14 mit dem benötigten Betriebsstrom versorgt wird. DieLeistung der Leuchtdiodenanordnung 1 kann insbesondere mit einerKonstantstromquelle 4 mit einer Pulsweitenmodulation, kurz PWM, reguliertwerden. Eine derartige Konstantstromquelle 4 mit Pulsweitenmodulation istbeispielhaft in Fig. 2 dargestellt.

Die Leuchtdiodenanordnung 1 weist eine erste Überwachungsschaltung 5 zurKurzschlussüberwachung auf, welche erste Überwachungsschaltung 5schaltungstechnisch parallel zu den wenigstens zwei Leuchtdioden 2,3,14angeordnet ist, wobei ein erster Anschluss 51 der ersten Überwachungsschaltung 5mit dem ersten Anschluss 41 der Konstantstromquelle 4 verbunden ist, und wobeiein zweiter Anschluss 52 der ersten Überwachungsschaltung 5 mit Masse verbundenist. Die erste Überwachungsschaltung 5 ist hierbei eine Schaltungsanordnung zurKurzschlussüberwachung, welche vorgesehen ist die einzelnen Leuchtdioden 2,3,14zu überwachen und den Kurzschluss einer einzelnen Leuchtdiode 2,3,14 zudetektieren.

Vorgesehen ist, dass die erste Überwachungsschaltung 5 eine Serienschaltung ausjeweils abwechselnd schaltungstechnisch aufeinander folgenden Transistoren 61.65.69 und Widerständen 71,75,79 aufweist, dass jeder Leuchtdiode 2,3,14 einWiderstand 71,75,79 zugeordnet ist, dass eine Basis 62,66 der Transistoren 61.65.69 jeweils mit den Anschlüssen aufeinander folgender Leuchtdioden 2,3,14verbunden ist, dass als Abschluss der Serienschaltung aus Transistoren 61,65,69 undWiderständen 71,75,79 ein Messwiderstand 53 gegen Masse angeordnet ist, unddass die Leuchtdiodenanordnung 1 eine Spannungsmessvorrichtung 54 aufweist, zurÜberwachung des Spannungsabfalles an dem Messwiderstand 53. DerMesswiderstand 53 kann insbesondere zwischen dem letzten Transistor 61,65,69 derSerienschaltung aus Transistoren 61,65,69 und der Masse angeordnet sein.

Hierbei ist in der ersten Überwachungsschaltung jeder Transistor 61,65,69 derTransistorkette als imaginäre Stromquelle geschaltet, wobei jeder Transistor 61.65.69 der ersten Überwachungsschaltung 5 versucht einen Strom einzuprägen,welcher der an der Leuchtdiode 2,3,14 abfallenden Spannung durch den Widerstand des, dieser Leuchtdiode 2,3,14 parallel geschalteten, Widerstandes 71,75,79entspricht. Diese Serienschaltung der imaginären Stromquellen führt dazu, dassderjenige Transistor 61,65,69 die durch diesen fließende Stromstärke bestimmenkann, dessen parallel geschaltete Leuchtdiode 2,3,14 den kleinstenSpannungsabfall von allen Leuchtdioden 2,3,14 aufweist. Im Falle einesKurzschlusses einer Leuchtdiode 2,3,14 sinkt die Spannung an der Leuchtdiode 2.3.14 unter ihren für den eingeprägten Stromwert typischen Wert womit auch derzugeordnete Transistor 61,65,69 versucht einen wesentlich geringeren Stromeinzuprägen. Die Erfassung der durch die Reihe an Widerständen 71,75,79 undTransistoren 61,65,69 fließenden Stromstärke erfolgt hierbei durch die Messung desSpannungsabfalles an dem Messwiderstand 53.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bereits eine ausgefallene Leuchtdiode 2,3,14in der Serienschaltung an Leuchtdioden 2,3,14 zuverlässig erkannt werden kann,wobei die erste Überwachungsschaltung 5 zur Erkennung des Kurzschlussesbesonders einfach und langlebig ausgebildet werden kann. Hierbei sind proLeuchtdiode 2,3,14 lediglich ein Transistor 61,65,69 und ein Widerstand 71,75,79für die erste Überwachungsschaltung 5 notwendig, wodurch dieLeuchtdiodenanordnung 2,3,14 besonders gut für lange Ketten an Leuchtdioden 2.3.14 geeignet ist. Weiters sind für die erste Überwachungsschaltung 5 lediglichbesonders einfache und langlebige Bauteile notwendig, weshalb dieLeuchtdiodenanordnung 1 besonders einfach in der Herstellung und langlebig ist,wodurch die Verfügbarkeit der gesamten Leuchtdiodenanordnung 1 erhöht wird.

Die Transistoren 61,65,69 können insbesondere bipolare Transistoren, besondersbevorzugt pnp-Transistoren sein. Alternativ können auch andere geeigneteTransistorarten verwendet werden.

Die Widerstände 71,75,79 können insbesondere ohmsche Widerstände sein. Hierbeikönnen mehrere in Serie geschaltete Einzelwiderstände als ein Widerstand 71,75,79angesehen werden, wenn diese schaltungstechnisch wie ein einziger Widerstandwirken.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass ein erster Widerstand 71 der erstenÜberwachungsschaltung 5 zwischen dem ersten Anschluss 41 der

Konstantstromquelle 4 und einem Emitter 63 eines ersten Transistors 61 der erstenÜberwachungsschaltung 5 geschaltet ist, und dass ein zweiter Widerstand 75 derersten Überwachungsschaltung 5 mit einem Kollektor 64 des ersten Transistors 61verbunden ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Basis 62 des erstenTransistors 61 mit dem zweiten Anschluss 22 der ersten Leuchtdiode 2 und demersten Anschluss 31 der zweiten Leuchtdiode 3 verbunden ist. Der erste Transistor61 ist somit schaltungstechnisch zwischen dem ersten Widerstand 71 und demzweiten Widerstand 75 angeordnet, wobei die Basis 62 des ersten Transistors 61schaltungstechnisch zwischen der ersten Leuchtdiode 2 und der zweitenLeuchtdiode 3 angeordnet ist.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der zweite Anschluss 22 der erstenLeuchtdiode 2, der erste Anschluss 31 der zweiten Leuchtdiode 3 und die Basis 62des ersten Transistors 61 auf dem selben elektrischen Potenzial liegen.

Weiters kann vorgesehen sein, dass der zweite Widerstand 75 mit einem Emitter 67eines zweiten Transistors 65 verbunden ist, und dass eine Basis 66 des zweitenTransistors 65 mit dem zweiten Anschluss 32 der zweiten Leuchtdiode 3 verbundenist. Die Leuchtdiodenanordnung 1 kann daher eine Serie an seriell miteinandergekoppelten Elementen aufweisen, wobei ein Element eine Leuchtdiode 2,3,14einen Widerstand 71,75,79 und einen Transistor 61,65,69 aufweist, wobei durch dieAnordnung die Leuchtdiodenanordnung 1 im Wesentlichen eine beliebig großeAnzahl an diesen Elementen aufweisen kann. ln Fig. 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform dargestellt, welche lediglichüber die erste Leuchtdiode 2, welcher der erste Widerstand 71 und der ersteTransistor 61 zugeordnet ist, und die zweite Leuchtdiode 3, welcher der zweiteWiderstand 75 und der zweite Transistor 65 zugeordnet ist, verfügt.

In Fig. 2 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform dargestellt, welche zusätzlichüber eine Vielzahl an weiteren Leuchtdioden 14 verfügt, wobei einer weiterenLeuchtdiode 14 jeweils ein weiterer Widerstand 14 und ein weiterer Transistor 69zugeordnet ist, wie dies durch den strichlinierten Mittelteil der Fig. 2 angedeutetist.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der erste Widerstand 71, der zweiteWiderstand 75 und der Messwiderstand 53 jeweils im Wesentlichen identischeWiderstandswerte aufweisen. Dadurch kann ein besonders einfacher Aufbauerreicht werden.

Weiters kann vorgesehen sein, dass schaltungstechnisch parallel zu jederLeuchtdiode 2,3,14 ein Kondensator 12 zur Dämpfung elektromagnetischerStörungen angeordnet ist. Dadurch kann die Leuchtdiodenanordnung 1 gegenüberelektromagnetischen Störungen widerstandsfähiger sein.

Die Spannungsmessvorrichtung 54 hat die Aufgabe, den Spannungsabfall amMesswiderstand 53 zu messen, welcher Spannungsabfall der durch denMesswiderstand fließenden Stromstärke entspricht. Diese Stromstärke ist abhängigvon dem kleinsten Spannungsabfall an einer der Leuchtdioden 2,3,14, wodurch eineeinzelne kurzgeschlossene Leuchtdiode 2,3,14 zuverlässig erkannt werden kann.

Die Erfassung erfolgt durch die Spannungsmessvorrichtung 54.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Spannungsmessvorrichtung 54 mit einerVergleichsvorrichtung 55 zum Vergleich des Spannungsabfalles am Messwiderstand53 mit einem Grenzwert und Ausgabe eines Signals, sofern der Spannungsabfall denGrenzwert unterschreitet, verbunden ist. Dieser Grenzwert kann derart ausgebildetsein, dass dieser bei einem Kurzschluss zumindest einer Leuchtdiode 2,3,14unterschritten wird. Die Ausgabe des Signals kann beispielsweise an einerRecheneinheit erfolgen, welche dadurch durch den Ausfall einer Leuchtdiode 2,3,14 durch einen Kurzschluss in Kenntnis gesetzt ist. Alternativ kann die Ausgabedes Signals an eine Signalanlage erfolgen, welche Signalanlage bei Empfang desSignals ein Warnsignal, beispielsweise visuell und/oder akustisch ausgibt.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Leuchtdiodenanordnung 1weiters eine zweite Überwachungsschaltung 8 aufweist, und dass die zweiteÜberwachungsschaltung 8 im Wesentlichen gleich der erstenÜberwachungsschaltung 5 ausgebildet ist. Hierbei kann die zweiteÜberwachungsschaltung 8 insbesondere den selben Aufbau und die gleicheFunktionalität aufweisen, wie die erste Überwachungsschaltung 5. Durch denAufbau der ersten Überwachungsschaltung 5 und deren Anordnung bezüglich der

Serienschaltung 11 an Leuchtdioden 2,3,14 können in vorteilhafterWeise noch diezweite Überwachungsschaltung 8 und/oder noch weitere Überwachungsschaltung 8schaltungstechnisch parallel angeordnet werden, ohne dass sich die einzelnenÜberwachungsschaltungen 5,8 gegenseitig beeinflussen. Dadurch kann einfach einehohe Redundanz der Überwachungsschaltungen 5,8 erreicht werden, wodurch dieSicherheit der Leuchtdiodenanordnung 1 sehr hoch ausgebildet werden kann.

In der bevorzugten Ausführungsform in Fig. 2 ist eine zweiteÜberwachungsschaltung 8 ausgebildet, welche identisch zu der erstenÜberwachungsschaltung 5 ausgebildet ist. Zum Zwecke der besserenÜbersichtlichkeit sind die einzelnen Bauteile der zweiten Überwachungsschaltung 8nicht mit Bezugszeichen versehen.

Weiters kann vorgesehen sein, dass zwischen der ersten Leuchtdiode 2 und demersten Anschluss 41 der Konstantstromquelle 4 ein Transistor 13 zurTemperaturkompensation angeordnet ist. Hierbei kann der Kollektor diesesTransistors 13 mit der Basis dieses Transistors 13 verbunden sein. Durch diesenTransistor 13 kann die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung desersten Transistors 61 kompensiert werden. Durch den Aufbau derLeuchtdiodenanordnung 1 erfolgt in weiterer Folge automatisch auch eineKompensation der Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung derfolgenden Transistoren 65,69.

Patentansprüche:

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Leuchtdiodenanordnung (1) umfassend eine Serienschaltung (11) aus wenigstens einer ersten Leuchtdiode (2) und einer zweiten Leuchtdiode (3), wobeiein erster Anschluss (21) der ersten Leuchtdiode (2) wenigstens mittelbar miteinem ersten Anschluss (41) einer Konstantstromquelle (4) verbunden ist, wobei einzweiter Anschluss (22) der ersten Leuchtdiode (2) mit einem ersten Anschluss (31)der zweiten Leuchtdiode (3) verbunden ist, und wobei ein zweiter Anschluss (32)der zweiten Leuchtdiode (3) wenigstens mittelbar mit einem zweiten Anschluss (42)der Konstantstromquelle (4) verbunden ist, wobei die Leuchtdiodenanordnung (1)eine erste Überwachungsschaltung (5) zur Kurzschlussüberwachung aufweist,welche erste Überwachungsschaltung (5) schaltungstechnisch parallel zu denwenigstens zwei Leuchtdioden (2,3,14) angeordnet ist, wobei ein erster Anschluss(51) der ersten Überwachungsschaltung (5) mit dem ersten Anschluss (41) derKonstantstromquelle (4) verbunden ist, und wobei ein zweiter Anschluss (52) derersten Überwachungsschaltung (5) mit Masse verbunden ist, dadurchgekennzeichnet, dass die erste Überwachungsschaltung (5) eine Serienschaltungaus jeweils abwechselnd schaltungstechnisch aufeinander folgenden Transistoren (61.65.69) und Widerständen (71,75,79) aufweist, dass jeder Leuchtdiode (2,3,14)ein Widerstand (71,75,79) zugeordnet ist, dass eine Basis (62,66) der Transistoren (61.65.69) jeweils mit den Anschlüssen aufeinander folgender Leuchtdioden(2,3,14) verbunden ist, dass als Abschluss der Serienschaltung aus Transistoren (61.65.69) und Widerständen (71,75,79) ein Messwiderstand (53) gegen Masseangeordnet ist, und dass die Leuchtdiodenanordnung (1) eineSpannungsmessvorrichtung (54) aufweist, zur Überwachung des Spannungsabfalles an dem Messwiderstand (53).
2. 2. Leuchtdiodenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass ein erster Widerstand (71) der ersten Überwachungsschaltung (5) zwischendem ersten Anschluss (41) der Konstantstromquelle (4) und einem Emitter (63)eines ersten Transistors (61) der ersten Überwachungsschaltung (5) geschaltet ist,und dass ein zweiter Widerstand (75) der ersten Überwachungsschaltung (5) miteinem Kollektor (64) des ersten Transistors (61) verbunden ist.
3. 3. Leuchtdiodenanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass der zweite Widerstand (75) mit einem Emitter (67) eines zweiten Transistors(65) verbunden ist, und dass eine Basis (66) des zweiten Transistors (65) mit demzweiten Anschluss (32) der zweiten Leuchtdiode (3) verbunden ist.
4. 4. Leuchtdiodenanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurchgekennzeichnet, dass der erste Widerstand (71), der zweite Widerstand (75) undder Messwiderstand (53) jeweils im Wesentlichen identische Widerstandswerteaufweisen.
5. 5. Leuchtdiodenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass schaltungstechnisch parallel zu jeder Leuchtdiode (2,3,14)ein Kondensator (12) zur Dämpfung elektromagnetischer Störungen angeordnet ist.
6. 6. Leuchtdiodenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass die Spannungsmessvorrichtung (54) mit einerVergleichsvorrichtung (55) zum Vergleich des Spannungsabfalles am Messwiderstand(53) mit einem Grenzwert und Ausgabe eines Signals, sofern der Spannungsabfallden Grenzwert unterschreitet, verbunden ist.
7. 7. Leuchtdiodenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanordnung (1) weiters eine zweiteÜberwachungsschaltung (8) aufweist, und dass die zweite Überwachungsschaltung (8) im Wesentlichen gleich der ersten Überwachungsschaltung (5) ausgebildet ist.
8. 8. Leuchtdiodenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass zwischen der ersten Leuchtdiode (2) und dem ersten Anschluss (41) der Konstantstromquelle (4) ein Transistor (13) zurTemperaturkompensation angeordnet ist.