DE10018760A1

DE10018760A1 - Schaltung zur Überwachung der Funktion einer Leuchtdiode

Info

Publication number: DE10018760A1
Application number: DE10018760A
Authority: DE
Inventors: Gerd Hoppe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-04-15
Filing date: 2000-04-15
Publication date: 2001-10-18

Abstract

Leuchtdioden, die im Sinne einer Warnung kritische Situationen anzeigen, wie zum Beispiel den Ausfall eines Airbags oder des ABS in einem Kraftfahrzeug, müssen in ihrer Funktion ständig überwacht werden. Bei Glühlampen als Anzeigeelement ist es bekannt, den durch die Glühlampe im eingeschalteten Zustand fließenden Strom zu überwachen und dann, wenn dieser ausfällt oder zu stark vom Nennwert abweicht, daraus eine Warnanzeige auszulösen. DOLLAR A Diese Lösung ist bei Leuchtdioden nicht mit genügender Sicherheit anwendbar, weil Leuchtdioden auch ohne Änderung des Betriebsstroms ausfallen können. DOLLAR A Aufgabe ist es, eine Schaltung zur Überwachung der Funktion einer Leuchtdiode zu schaffen, die bei Ausfall der Leuchtdiode auch dann anspricht, wenn sich der Betriebsstrom durch die Leuchtdiode bei fehlender Lichtemission nicht ändert. DOLLAR A Der Leuchtdiode (1) ist ein lichtempfindliches Bauteil (3) zugeordnet, das von dem von der Leuchtdiode (1) ausgesandten Licht (8) beaufschlagt ist und den Strom (I1) durch die Leuchtdiode (1) beeinflußt. Als lichtempfindliches Bauteil dient vorzugsweise ein Fotowiderstand, eine Fotodiode, ein Fototransistor oder ein Fotoelement. Ein Vorteil besteht darin, daß die Funktion der Leuchtdiode (1) unmittelbar an der Leuchtdiode überwacht wird und keine zusätzliche Steuer- oder Kontrolleitung zwischen der Leuchtdiode (1) und einer möglicherweise entfernten Steuerschaltung (2) für die Leuchtdiode (1) notwendig ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Überwachung der Funktion einer Leuchtdiode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Lichtemittierende Dioden oder Leuchtdioden, im allgemeinen mit LED (light emitting diode) bezeichnet, werden im großen Umfang zur Anzeige von Funktionen eingesetzt, zum Beispiel in elektrischen Geräten der Unterhaltungselektronik und in Kraftfahrzeugen. In vielen Fällen dient eine Leuchtdiode dazu, im Sinne einer Warnung einen fehlerhaften Zustand oder den Ausfall oder die mangelnde Funktion eines Bauteils oder einer Baugruppe anzuzeigen, zum Beispiel den Ausfall des Airbags oder des ABS in einem Kraftfahrzeug. Wenn die Leuchtdiode ausgefallen ist oder eine zu geringe Helligkeit hat und dies nicht bemerkt wird, besteht die Gefahr, daß die Warnanzeige eines gefährlichen Zustands ausbleibt. Es ist daher in vielen Fällen notwendig, die einwandfreie Funktion einer derartigen Leuchtdiode ständig zu überwachen.

Zur Überwachung der Funktion von Glühlampen, zum Beispiel für die einzelnen Systeme einer Scheinwerfereinheit eines Kraftfahrzeugs, ist es bekannt, im eingeschalteten Betrieb der Glühlampe den in die Glühlampe fließenden Strom zu messen. Wenn eine Glühlampe defekt ist, nimmt der Strom stark ab oder wird gleich null. Daraus kann dann eine Stellgröße zur Anzeige des Ausfalls der Glühlampe oder eine sonstige Maßnahme ausgelöst werden.

Diese Lösung mit der Überwachung des im eingeschaltetem Zustand fließenden Stroms ist bei Leuchtdioden nicht mit genügender Sicherheit anwendbar, da Leuchtdioden auch ohne Änderung des sie durchfließenden Stroms ausfallen können. Das heißt, die Leuchtdiode führt ihren unveränderten Nennstrom oder durch Kurzschluß sogar einen erhöhten Strom, emittiert aber kein Licht mehr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Überwachung der Funktion einer Leuchtdiode zu schaffen, die auch dann anspricht, wenn die Leuchtdiode für die Lichtemission ausgefallen ist, jedoch trotzdem ihren Nennbetriebsstrom oder einen erhöhten Strom führt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung ist der Leuchtdiode ein lichtempfindliches Bauteil zugeordnet, das von dem von der Leuchtdiode emittierten Licht beaufschlagt wird und den Strom durch die Leuchtdiode beeinflußt. Das lichtempfindliche Bauteil kann zum Beispiel durch einen Fotowiderstand, eine Fotodiode, einen Fototransistor oder ein Fotoelement gebildet sein. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird somit nicht der durch die Leuchtdiode fließende Strom überwacht, sondern unmittelbar das von der Leuchtdiode emittierte Licht. Dadurch wird eine besonders sichere Funktionsüberwachung erreicht, weil nunmehr der Lichtausfall der Leuchtdiode selbst ermittelt wird, unabhängig davon, aus welchem Grund die Lichtemission ausgefallen ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht in folgendem: Die Überprüfung der einwandfreien Funktion der Leuchtdiode erfolgt unmittelbar an der Leuchtdiode in der die Leuchtdiode steuernden Schaltung. Die Meldung über den Zustand der Leuchtdiode, ob einwandfrei oder defekt, erfolgt durch Beeinflussung des Stromes und wird somit über die ohnehin vorhandene Steuerleitung für die Leuchtdiode an die Steuereinheit zurückgemeldet. Die Erfindung benötigt also keine zusätzliche Steuer- oder Kontrolleitung zwischen der Schaltung der Leuchtdiode und dem Steuergerät, die oftmals relativ weit voneinander entfernt sind.

Eine Schwierigkeit kann in folgendem bestehen: Bei der Einschaltung der Leuchtdiode für eine Anzeigefunktion ist zunächst das lichtempfindliche Bauteil hochohmig, so daß kein oder nur ein geringer Strom durch die Leuchtdiode fließt. Die Leuchtdiode imitiert somit kein oder kaum Licht, so daß auch das lichtempfindliche Bauteil nicht niederohmig werden und die noch zu geringe Lichtemission nicht ansteigen kann. Die Schaltung würde dann nicht starten. Um diese Startschwierigkeit zu vermeiden, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Schaltung so bemessen, daß beim Einschalten der Leuchtdiode und einem zunächst hochohmigen oder gesperrten lichtempfindlichen Bauteil durch die Leuchtdiode ein eine Lichtemission bewirkender Strom fließt. Vorzugsweise ist dem lichtempfindlichen Bauteil ein von der Leuchtdiode nicht beeinflußter Parallelstromweg zugeordnet, zum Beispiel dem lichtempfindlichen Bauteil oder einem von dem lichtempfindlichen Bauteil gesteuerten Verstärkerelement ein Widerstand parallelgeschaltet.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung liegt zwischen dem Stromweg des lichtempfindlichen Bauteils und dem Stromweg der Leuchtdiode ein Verstärkerelement, insbesondere dann, wenn das lichtempfindliche Bauteil nicht den für den Betrieb der Leuchtdiode notwendigen Strom liefern kann. Beispielsweise ist ein im Stromweg des lichtempfindlichen Bauteils liegender Widerstand an die Basis/Emitter-Strecke eines Transistors angeschlossen, dessen Kollektor/Emitter-Strecke im Stromweg der Leuchtdiode liegt. Dabei ist vorzugsweise der Kollektor/Emitter-Strecke des Transistors ein Widerstand parallelgeschaltet, der auch bei zunächst gesperrtem Transistor einen eine Lichtemission bewirkenden Startstrom durch die Leuchtdiode bewirkt. Vorzugsweise liegt in Reihe zu der Leuchtdiode zusätzlich ein Strombegrenzungswiderstand.

Bei einem lichtempfindlichen Bauteil in Form eines Fotoelementes kann dieses direkt parallel zur Basis/Emitter-Strecke eines Transistors liegen, dessen Kollektor/Emitter- Strecke in Reihe zu der Leuchtdiode liegt. Diese Lösung beruht darauf, daß ein Fotoelement bei Lichteinwirkung selbsttätig, also ohne Anwendung einer äußeren Betriebsspannung, eine Spannung abgibt, mit der ein Verstärkerelement angesteuert, zum Beispiel ein Transistor an seiner Basis/Emitter-Strecke bis in die Sättigung leitend gesteuert werden kann.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die die von dem lichtempfindlichen Bauteil ermittelte Lichtemission der Leuchtdiode an eine die Leuchtdiode ansteuernde Steuerschaltung senden. Dabei liegt zum Beispiel ein im Stromweg des lichtempfindlichen Bauteils liegender Widerstand parallel zur Basis/Emitter-Strecke eines Transistors, dessen Kollektorwiderstand mit der Steuerschaltung verbunden ist.

Vorzugsweise sind dem lichtempfindlichen Bauteil Abschirmmittel für das Umgebungslicht zugeordnet, damit dieses Bauteil nur von dem von der Leuchtdiode imitierten Licht und nicht von dem Umgebungslicht beaufschlagt wird. Es ist auch möglich, zwischen der Leuchtdiode und dem lichtempfindlichen Bauteil einen Lichtleiter vorzusehen, der gezielt das von der Leuchtdiode emittierte Licht zu dem lichtempfindlichen Bauteil liefert und auf das Umgebungslicht nicht anspricht.

Die Leuchtdiode und das lichtempfindliche Bauteil können in ein Bauteil integriert oder in einem gemeinsamen Gehäuse enthalten sein. Dadurch können gleichzeitig eine Kosten- und Platzersparnis, eine gute Lichtübertragung von der Leuchtdiode zu dem lichtempfindlichen Bauteil und eine einwandfreie Abschirmung gegen Umgebungslicht erreicht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung,

Fig. 2 einen Teil der Schaltung von Fig. 1 mit einer Fotodiode als lichtempfindliches Bauteil,

Fig. 3 eine Abwandlung von Fig. 2 mit einem Fototransistor als lichtempfindliches Bauteil,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit einem Fotoelement als lichtempfindliches Bauteil und

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für eine Rückmeldung des Zustands der Leuchtdiode zu einer die Leuchtdiode ansteuernden Steuerschaltung.

Fig. 1 zeigt eine Leuchtdiode 1, die zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug eine Betriebsanzeige für einen für die Fahrsicherheit relevanten Parameter bewirkt. Die Leuchtdiode 1 wird von der Steuerschaltung 2 über die Klemmen a und b mit einer Betriebsgleichspannung angesteuert. Im Weg des von der Leuchtdiode 1 emittierten Lichts 8 liegt ein Fotowiderstand 3, der über einen Widerstand 4 an die Klemmen a und b angeschlossen ist. Der Widerstand 4 liegt parallel zur Basis/Emitter-Strecke eines Transistors 5 dessen Kollektor/Emitter-Strecke in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 6 und der Leuchtdiode 1 ebenfalls an die Klemmen a und b angeschlossen ist. Parallel zur Kollektor/Emitter-Strecke des Transistors 5 liegt ein Widerstand 7.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: Zum Einschalten der Leuchtdiode 1, zum Beispiel zur Anzeige eines Warnzustands, wird von der Steuerschaltung 2 an die Klemmen a und b eine Betriebsspannung angelegt. Die Leuchtdiode 1 leuchtet zunächst nicht, so daß der Fotowiderstand 3 hochohmig, die Spannung über dem Widerstand 4 nur gering und somit der Transistor 5 gesperrt ist. Über den Transistor 5 kann somit kein Strom 11 durch die Leuchtdiode 1 fließen. Der Transistor 5 kann jedoch nur durch das von der Leuchtdiode 1 zu dem Fotowiderstand 3 emittierte Licht 8 leitend gesteuert werden. Die Leuchtdiode 1 kann andererseits nur dann Licht 8 aussenden, wenn der Transistor 5 leitend gesteuert wird. Die Schaltung könnte also ohne zusätzliche Maßnahmen nicht starten.

Der Widerstand 7 bewirkt jetzt auch bei noch gesperrtem Transistor 5 bereits einen geringen Strom 11 durch die Leuchtdiode 1. Dieser geringe Strom bewirkt bereits eine Lichtemission der Leuchtdiode 1 und verringert den Wert des Fotowiderstandes 3, so daß die Spannung am Widerstand 4 ansteigt und schließlich der Transistor 5 leitend wird, wodurch der Strom 11 und die Stärke des emittierten Lichtes 8 erhöht werden usw. Durch diese positive Rückkopplung oder kumulative Wirkung wird der Transistor 5 schnell voll durchgeschaltet. Es fließt dann der Nennstrom I1 durch die Leuchtdiode 1, so daß diese Licht 8 mit der gewünschten Stärke emittiert. Der Widerstand 6 begrenzt den Strom 11 durch die Leuchtdiode 1 bei voll durchgeschaltetem Transistor 5 auf den Nennwert.

Wenn die Leuchtdiode 1 zur Anzeige eines Betriebszustandes durch Anlegen der Spannung an die Klemmen a und b eingeschaltet wird, jedoch durch einen Defekt der Leuchtdiode 1 kein Licht 8 emittiert, kann trotz der fehlenden Lichtemission der Nennstrom I1 oder sogar ein erhöhter Strom fließen. Wenn die Lichtemission 8 ausfällt, wird jedoch der Fotowiderstand 3 wieder hochohmig, der Transistor 5 gesperrt und der Strom I1 durch die Leuchtdiode 1 und somit auch der über die Klemmen a und b fließende Strom beträchtlich verringert. Dies wird in der Steuerschaltung 2 als Ausfall der Leuchtdiode 1 registriert, so daß eine Anzeige für diesen Fehlerzustand oder eine sonstige Gegenmaßnahme getroffen werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Teil der Schaltung von Fig. 1. Der Unterschied besteht darin, daß anstelle des Fotowiderstands 3 von Fig. 1 eine Fotodiode 9 verwendet wird. Ansonsten ist die Wirkungsweise gleich der von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 2, bei der als lichtempfindliches Bauteil ein Fototransistor 11 verwendet wird.

In Fig. 4 dient als lichtempfindliches Bauteil ein Fotoelement 12, das wieder vom Licht 8 der Leuchtdiode 1 beaufschlagt wird und parallel zur Basis/Emitter-Strecke des Transistors 5 liegt. Wenn kein Licht 8 auf das Fotoelement 12 trifft, gibt dieses keine Spannung ab. Der Transistor 5 ist dann wie in den Fig. 1-3 gesperrt. Wenn Licht 8 auf das Fotoelement 12 auftrifft, gibt das Fotoelement 12 eine Gleichspannung ab, wirkt also wie eine an die Basis/Emitter-Strecke des Transistors 5 angeschlossene Batterie. Diese von dem Fotoelement 12 selbst erzeugte Spannung reicht aus, den Transistor 5 bis in die Sättigung zu steuern. Die Wirkungsweise ist ansonsten die gleiche wie in den Fig. 1-3, wobei lediglich die Ansteuerung des Transistors 5 ohne Verwendung einer Betriebsspannung erfolgt.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Schaltung, bei der der Zustand der Leuchtdiode 1 über eine zusätzliche Kontrolleitung 13 an das Steuergerät 2 gemeldet wird. Die Messung der Intensität des Lichtes 8 erfolgt mittels der Fotodiode 9. Wenn die Leuchtdiode 1 kein Licht 8 emittiert, ist die Fotodiode hochohmig oder gesperrt, der Strom durch den Widerstand 15 gering oder null, der Transistor 14 gesperrt und die Spannung U1 am Punkt c etwa gleich der Spannung an der Klemme a. Diese Spannung U1 meldet dadurch über die Kontrolleitung 13 an die Steuerschaltung 2, daß die Leuchtdiode 1 kein Licht emittiert.

Wenn die Leuchtdiode 1 Licht 8 emittiert, ist die Fotodiode 9 niederohmig oder durchgeschaltet, der Transistor 14 durchgeschaltet, die Spannung an der Klemme c etwa gleich der Spannung an der Klemme b. Diese verringerte Spannung U1 meldet dann über die Kontrolleitung 13 an das Steuergerät 2, daß die Leuchtdiode 1 kein Licht emittiert. Das kann dann wieder bei an sich eingeschalteter Leuchtdiode 1 für eine Warnanzeige für den Ausfall der Leuchtdiode oder für eine andere Maßnahme verwendet werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Leuchtdiode

2

Steuerschaltung

3

Widerstand

4

Widerstand

5

Transistor

6

Widerstand

7

Widerstand

8

Licht

9

Fotodiode

11

Fototransistor

12

Fotoelement

13

Kontrolleitung

14

Transistor

15

Widerstand

16

Widerstand
I1 Strom durch die Leuchtdiode

1

U1 Spannung

Claims

1. Schaltung zur Überwachung der Funktion einer Leuchtdiode, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtdiode (1) ein lichtempfindliches Bauteil (3, 9, 11, 12) zugeordnet ist, das von dem von der Leuchtdiode (1) emittierten Licht (8) beaufschlagt ist und den Strom (11) durch die Leuchtdiode (1) beeinflußt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Bauteil durch einen Fotowiderstand (3) gebildet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Bauteil durch eine Fotodiode (9) gebildet ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Bauteil durch einen Fototransistor (11) gebildet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindlichen Bauteil durch ein Fotoelement (12) gebildet ist.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung so bemessen ist, daß beim Einschalten der Leuchtdiode (1) und einem zunächst hochohmigen lichtempfindlichen Bauteil durch die Leuchtdiode (1) ein eine Lichtemission bewirkender Strom (I1) fließt.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem lichtempfindlichen Bauteil (3, 9, 11, 12) ein von der Leuchtdiode (1) nicht beeinflußter Parallelstromweg zugeordnet ist.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem lichtempfindlichen Bauteil oder einem von dem lichtempfindlichen Bauteil gesteuerten Verstärkerelement (5) ein Widerstand (7) parallelgeschaltet ist.

9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stromweg des lichtempfindlichen Bauteils (3, 9, 11, 12) und dem Stromweg der Leuchtdiode (1) ein Verstärkerelement (5) liegt.

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Stromweg des lichtempfindlichen Bauteils (3, 9, 11, 12) liegender Widerstand (4) an die Basis/Emitter-Strecke eines Transistors (5) angeschlossen ist, dessen Kollektor/Emitter-Strecke im Stromweg der Leuchtdiode (1) liegt.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor/Emitter-Strecke des Transistors (5) ein Widerstand (7) parallelgeschaltet ist.

12. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu der Leuchtdiode (1) ein Strombegrenzungswiderstand (6) liegt.

13. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fotoelement (12) unmittelbar an die Basis/Emitter-Strecke eines im Stromweg der Leuchtdiode (1) liegenden Transistors (5) angeschlossen ist.

14. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die von dem lichtempfindlichen Bauteil (3, 9, 11, 12) ermittelte Lichtemissionen der Leuchtdiode (1) an eine die Leuchtdiode (1) ansteuernde Steuerschaltung (2) senden.

15. Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Stromweg des lichtempfindlichen Bauteils (9) liegender Widerstand (15) parallel zur Basis/Emitter-Strecke eines Transistors (14) liegt, dessen Kollektorwiderstand (16) mit der Steuerschaltung (2) verbunden ist.

16. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Bauteil (3, 9, 11, 12) mit Abschirmmitteln für das Umgebungslicht versehen ist.

17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (1) über einen Lichtleiter mit dem lichtempfindlichen Bauteil (3, 9, 11, 12) verbunden ist.

18. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (1) und das lichtempfindliche Bauteil (3, 9, 11, 12) in ein Bauteil integriert oder in einem gemeinsamen Gehäuse enthalten sind.