DE102004027676A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen wenigstens eines LED-Strangs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen wenigstens eines LED-Strangs Download PDF

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Abstract

Eine Prüfvorrichtung für wengistens einen LED-Strang enthält: eine Spannungsquelle (10, 12), mittels der an eine Parallelschaltung aus einem Prüfwiderstand und den LED-Strang wahlweise wenigstens eine Kaltprüfspannung oder eine Warmprüfspannung legbar ist, und eine Auswerteeinrichutng (12), die den bei anliegender Kaltprüfspannung fließenden Kaltprüfstrom erfasst und einen Fehler diagnostiziert, wenn der Kaltprüfstrom überschwellig von einem Sollwert abweicht. Eine Prüfeinrichtung (28) enthält ein in Reihe zu dem Prüfwiderstand (24) liegendes Schaltelement und eine mit dem wenigstens einen LED-Strang verbundene Fehlerschaltung, die während der Warmprüfung eine überschwellige Abweichung eines durch den wenigstens einen LED-Strang fließenden Stroms von einem vorbestimmten Wert erfasst und bei überschwelliger Abweichung das Schaltelement (30) öffnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen wenigstens eines LED-Strangs.
  • In Kraftfahrzeugen werden zunehmend Glühbirnen durch Felder von lichtemittierenden Dioden ersetzt. Diese Felder bestehen üblicherweise aus mehreren parallelen Strängen mit jeweils mehreren elektrisch in Reihe geschalteten Dioden.
  • Aus Gründen der Verkehrssicherheit ist es erforderlich, Lichtquellen von Kraftfahrzeugen, insbesondere rückwärtige Leuchten und Fahrtrichtungsanzeiger, zu überprüfen, damit ein Funktionsausfall sofort erkannt wird.
  • Aus der DE 199 05 709 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen eines Lampenausfalls bekannt, bei dem Strom und Spannung eines Lampenstromkreises gemessen werden und die gemessenen Werte mit gespeicherten Referenzwerten verglichen werden. Wenn sich die gemessenen Werte von den gespeicherten Referenzwerten um mehr als einen Schwellwert unterscheiden, wird ein Fehlersignal erzeugt.
  • Aus der DE 200 11 115 U1 ist eine Überwachungseinrichtung, insbesondere für Signalleuchten von Kraftfahrzeugen, bekannt, bei der ein elektronischer Schalter vorgesehen ist, mit dem ein Notpfad zur Signalleuchte bei Störung von deren Steuerung freischaltbar ist.
  • In der DE 198 0 512 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Fehlersignals beschrieben, wobei Fehler in einem Bremslichtstromkreis detektiert werden. Dabei wird das Bremslicht, wenn kein Bremspedal betätigt wird, während einer vorgegebenen Zeitdauer mit einer Stromstärke angesteuert, die nicht zu einem Leuchten des Bremslichts führt. Während dieser Zeitdauer wird der Strom- und/oder Spannungsabfall erfasst und bei überschwelliger Abweichung von Sollwerten als Fehler detektiert.
  • 4 zeigt ein Diodenfeld, das beispielsweise eine Bremsleuchte eines Kraftfahrzeugs bildet, mit einer an sich bekannten Prüfeinrichtung. Gemäß 4 ist eine Batterie 10 über eine elektronische Schalteinrichtung 12 und eine Zuleitung 14 mit einem LED-Modul 16 verbunden. Das LED-Modul 16 enthält eine Diode 18 zum Schutz gegen Verpolung und eine Mehrzahl von parallel geschalteten LED-Strängen 201 –20n , die jeweils ein Widerstandselement 201 –20n enthalten, mit dem durch Toleranzen der einzelnen LEDs bedingte Leuchtstärkenunterschiede ausgeglichen werden. Parallel zu den LED-Strängen 20 liegt ein Prüfwiderstand 24.
  • Die elektronische Schalteinrichtung 12 hat wenigstens einen Eingang 26, der beispielsweise bei Betätigung eines Bremsschalters seinen Signalzustand ändert, woraufhin die elektrische Schalteinrichtung 12 die Batterie 10 niederohmig mit dem LED-Modul 16 verbindet, so dass die einzelnen LEDs aufleuchten.
  • Durch ein internes Programm oder einen weiteren Eingang gesteuert, stellt die elektronische Schalteinrichtung 12 bei nicht betätigtem Bremspedal eine hochohmige Verbindung zwischen der Batterie 10 und dem LED-Modul her, wobei die an den einzelnen LED-Strängen liegende Spannung nicht zur Durchschaltung der LEDs ausreicht (Kaltprüfung), so dass die LEDs nicht leuchten. Dennoch fließt durch die Schalteinrichtung 12 dabei infolge des Prüfwiderstandes 24 ein vorbestimmter Strom, dessen Stärke in der elektronischen Schalteinrichtung 12 erfasst wird, wobei ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn dieser Strom von einem Sollstrom um mehr als einen vorbestimmten Wert abweicht. Eine Abweichung nach unten deutet auf einen Ausfall der Zuleitung 14, beispielsweise einen Leitungsbruch.
  • Es ist ohne weiteres möglich, den bei betätigter Bremse, d.h. durchgeschalteter Schalteinrichtung und damit normalerweise leuchtenden Leuchtdioden fließenden Strom zu messen (Warmprüfung) und daraus auf etwaige Fehler in den Leuchtdioden zu schließen. Wenn beispielsweise fünf LED-Stränge vorhanden sind und ein LED-Strang ausfällt, liegt der dabei fließende Strom um etwa 20% unter dem Sollstrom, der fließt, wenn das LED-Modul in Ordnung ist. Diese 20%ige Abweichung lässt jedoch wegen der starken Temperaturabhängigkeit des Widerstandes der Leuchtdioden und gegebenenfalls weiterer Einflussgrößen keine zwingende Aussage über den Ausfall eines LED-Strangs zu. Eine Möglichkeit, den Ausfall eines LED-Strangs zu erfassen, wäre, die Ströme oder die Spannungsabfälle an den Widerstandselementen 22 oder den nachgeschalteten LED-Strängen zu erfassen und auf Unterschiede auszuwerten. Dazu wäre jedoch mindestens eine weitere Leitung erforderlich, die das LED-Modul mit der elektronischen Schalt- und Auswerteeinrichtung verbindet.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehler in dem LED-Modul zu diagnostizieren, ohne dass eine weitere Zuleitung bzw. Verbindungsleitung zwischen dem LED-Modul und der elektronischen Schalt- und Auswerteeinrichtung erforderlich ist.
  • Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 erzielt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einem Fehler in einem LED-Modul der elektronischen Schalt- und Auswerteeinrichtung das Fehlen des Prüfwiderstandes vorgetäuscht, so dass bei der sogenannten Kaltprüfung, bei der das LED-Modul lediglich mit einer Spannung beaufschlagt wird, die nicht zu einem Leuchten der LEDs führt, ein Fehler signalisiert wird.
  • Die Ansprüche 2 und 3 kennzeichnen vorteilhafte Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Der Anspruch 4 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zur Lösung der Erfindungsaufgabe.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit den Merkmalen der Ansprüche 5 bis 12 in vorteilhafter Weise weiter gebildet.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
  • In den Figuren stellen dar:
  • 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 3 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
  • 4 eine an sich bekannte Schaltung zur Stromversorgung und Prüfung eines Diodenmoduls.
  • In den Figuren werden für sich entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet, so dass die anhand der 4 bereits erläuterten Umfänge nicht nochmals beschrieben werden.
  • Gemäß 1 unterscheidet sich die erfindungsgemäße Anordnung von der der 4 dadurch, dass eine Prüfeinrichtung 28 vorgesehen ist, die ein in Reihe zu dem Prüfwiderstand 24 geschaltetes Schaltelement 30 enthält. Die Prüfeinrichtung 28 ist über Leitungen jeweils mit einem Punkt in den LED-Strängen derart verbunden, dass der Spannungsabfall an deren Widerstandselementen 201 –20n gemessen werden kann. Weiter enthält die Prüfeinrichtung 28 eine nicht dargestellte, in ihrem Aufbau an sich bekannte Vergleichsschaltung, die bei überschwelliger Abweichung der Spannungsabfälle an den Widerstandselementen 201 –20n untereinander ein Fehlersignal erzeugt. Zusätzlich enthält die Prüfeinrichtung 28 eine Hilfsenergiequelle 32, im dargestellten Beispiel einen Kondensator, der beispielsweise mit dem zum Prüfwiderstand 24 führenden Eingang der Prüfeinrichtung 28 verbunden ist.
  • Die Funktion der Prüfeinrichtung 28 im Zusammenwirken mit der elektronischen Schalt- und Auswerteeinrichtung 12 ist folgende:
    Das Schaltelement 30 ist normalerweise geschlossen. Wenn die elektronische Schalt- und Auswerteeinrichtung 12 bei betätigter Bremse das LED-Modul 16 niederohmig mit der Batterie 10 verbindet, leuchten im einwandfreien Zustand des LED-Moduls die LEDs, und die Spannungsabfälle an den Widerstandselementen 201 –20n unterscheiden sich um weniger als einen Schwellwert.
  • Wenn einer der LED-Stränge ausfällt, tritt am zugehörigen Widerstandselement kein Spannungsabfall auf. Bei Kurzschluss einer LED tritt ein zu großer Spannungsabfall aus. Bei einem Fehler unterscheiden sich die Spannungsabfälle an den Widerstandselementen 201 –20n somit überschwellig. Dies wird von der Prüfeinrichtung 28 als Fehler gewertet, woraufhin das Schaltelement 30 von der Hilfsenergiequelle 32, die geladen wird, sobald das LED-Modul spannungsbeaufschlagt ist, geöffnet wird.
  • Nach Beendigung der Betätigung der Bremse (Ende der niederohmigen Verbindung des LED-Moduls mit der Batterie 10 bzw. der Warmprüfung) erfolgt eine Kaltprüfung, indem die Schalt- und Auswerteein-Richtung eine hochohmige Verbindung zwischen Batterie 10 und LED-Modul 16 derart herstellt, dass die LEDs nicht durchschalten. Während der Kaltprüfung bleibt das mit Energie aus der Hilfsenergiequelle 32 geöffnete Schaltelement 30 zunächst weiterhin geöffnet, so dass kein Strom durch das LED-Modul 16 bzw. die elektronische Schalt- und Auswerteeinrichtung 12 fließt, was von dieser als Fehler gewertet wird. Wenn die Energie der Hilfsenergiequelle 32 nicht mehr ausreicht, das Schaltelement 30 geöffnet zu halten, schließt das Schaltelement 30.
  • Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, ist es mit der Anordnung gemäß 1 möglich, einen Ausfall eines der LED-Stränge zu erkennen, ohne dass zwischen dem LED-Modul 16 und der elektronischen Schalt- und Auswerteeinrichtung 12 eine zur Leitung 14 zusätzliche Leitung erforderlich ist.
  • 2 zeigt eine Abwandlung gegenüber 1. Die Abwandlung besteht vor allem darin, dass die LED-Stränge 201 –20n über einen Messwiderstand 34 angeschlossen sind, durch den der gesamte, durch die LED-Stränge fließende Strom fließt. Von der Prüfeinrichtung 28 wird der Spannungsabfall am Messwiderstand 34 und der Spannungsabfall an einem der Widerstandselemente 22 erfasst. Wenn das Verhältnis zwischen dem durch den Messwiderstand 34 fließenden Summenstrom und dem durch einen der LED-Stränge fließenden Strangstrom von einem vorbestimmten Wert überschwellig abweicht, wird dies als ein Fehler in zumindest einem der LED-Stränge gewertet.
  • 2 ist zusätzlich ein Ausführungsbeispiel der Prüfeinrichtung als Blockschaltbild dargestellt:
    Eine parallel zum Messwiderstand 34 liegende Stromspiegelschaltung 50 wandelt den Strom durch den Messwiderstand 34 in einen Spannungsabfall an einem Strom/Spannungswandler 52 um. Diese Spannung und die über dem Widerstandselement 221 abfallende Spannung werden einer Differenzstufe 54 zugeführt. Bei überschwelliger Ungleichheit dieser beiden Spannungen steuert eine Fensterkomparatorschaltung 56 ein aus der Hilfsenergiequelle 32 versorgtes Kippglied 58 an, so dass dieses das Schaltelement 30 öffnet. Ein Gleichrichterelement 66 verhindert, dass die Hilfsenergiequelle 32 bei geöffnetem Schaltelement 30 über den Prüfwiderstand 24 vorzeitig entladen wird.
  • Das Schaltelement 30 ist in diesem Beispiel vorteilhaft als P- Kanal-Verarmungstyp-MOSFET ausgeführt.
  • Man könnte das Schaltelement 30 auch Versorgungsseitig oberhalb des Prüfwiderstands 24 anordnen und dann als N-Kanal-Verarmungstyp-MOSFET ausführen. Die Hilfsenergiequelle 32 wäre dann ebenfalls an die Versorgungsseite anzuschließen.
  • Weiterhin könnte man den Messwiderstand 34 auch masseseitig unterhalb der Widerstandselemente 22 anordnen und statt eines Stromspiegels einen Umkehrverstärker einsetzen.
  • Der Vorteil der Anordnung gemäß 2 gegenüber der der 3 liegt darin, dass nicht jeder der LED-Stränge über eine gesonderte Leitung mit der Prüfeinrichtung 28 verbunden sein muss, was insbesondere im Falle von vielen LED-Strängen aufwendig ist und zu zusätzlichem Aufwand in der Schaltung der Prüfeinrichtung 28 führt.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der mehrere Anordnungen gemäß 2 vorgesehen sind. Ein erstes LED-Modul 161 mit Prüfeinrichtung 281 ist wie bei der Anordnung gemäß 2 an die Diode 18 angeschlossen. Parallel dazu ist an die Diode 18 ein weiteres LED-Modul 162 mit Messwiderstand 342 und Prüfeinrichtung 282 angeschlossen. Die Schaltelemente 301 und 302 der Prüfeinrichtungen 281 und 282 sind mit dem Prüfwiderstand 24 in Reihe geschaltet. Wie ohne weiteres ersichtlich, ist mit der Anordnung gemäß 3, entsprechend der weiteren LED Module und Prüfeinrichtungen geschaltet werden können, eine große Vielzahl von LED-Strängen überwachbar, wobei in der elektronischen Schalt- und Auswerteeinrichtung 12 jedoch nur insgesamt der Ausfall eines der LED-Stränge detektierbar ist und nicht auf den jeweiligen Strang geschlossen werden kann.
  • Die Erfindung kann in vielfältiger Weise ausgeführt und abgeändert werden. Beispielsweise können in der 3 auch Anordnungen gemäß 1 zusammengeschaltet werden. Der Aufbau der elektronischen Schalt- und Auswerteeinrichtung kann in unterschiedlichster Weise erfolgen, beispielsweise durch ein Halbleiterschaltelement, dessen Durchgangswiderstand mittels einer entsprechenden Ansteuerung steuerbar ist. Auch das Schaltelement 30 der Prüfeinrichtung 28 kann in unterschiedlichster Weise ausgeführt sein, beispielsweise durch einen Halbleiterschalter, der mit der am Kondensator 32 liegenden Spannung geöffnet wird, wenn ein Fehler in den zugehörigen LED-Strängen erkannt wird. Der Kondensator bzw. die Hilfsenergiequelle ist nicht zwingend, da die Spannungsversorgung für das Schaltelement 30 auch der während der Betriebs- bzw. Warmprüfphase anliegenden Versorgungsspannung entnommen werden kann und das Schaltelement 30 derart ausgebildet sein kann, dass es während einer vorbestimmten Zeitdauer (z.B. Bimetallelement) oder dauerhaft (z.B. bistabiles Element) geöffnet bleibt. Wenn die Versorgungsspannung für die Hilfsenergiequelle 32 vom Fehlerzustand in den LED-Strängen abhängt, kann aus der Schließdauer des Schaltelements 30, die in der elektronischen Schalt- und Auswerteeinrichtung 12 erfassbar ist, zusätzlich auf die Art des Fehlers geschlossen werden. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der Spannungsabfall in einem LED-Strang an dem jeweiligen Widerstandselement 22 gemessen. Es versteht sich, dass der Spannungsabfall auch an der Reihenschaltung der LEDs eines Strangs gemessen werden kann. Die LED-Stränge müssen nicht zwangsläufig einander gleich sein. Die Ungleichheit kann beispielsweise durch entsprechende in einem Speicher der elektronischen Schalt- und Auswerteeinheit gespeicherte Sollwerte berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise sind die LED-Stränge, deren Reihen- bzw. Vorschaltwiderstände (die nicht zwingend sind), der Prüfwiderstand 24, die Prüfeinrichtung 28, der Kondensator 32 und gegebenenfalls der Messwiderstand 34 auf einem gemeinsamen Grundkörper zu einem Modul zusammengefasst. Die Anzahl der LED-Stränge kann variieren, wobei auch lediglich ein LED-Strang überwacht werden kann.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Prüfen wenigstens eines LED-Strangs, bei welchem Verfahren eine Warmprüfung erfolgt, bei der an den wenigstens einen LED-Strang (20) und einen dazu parallel geschalteten Prüfwiderstand (24) eine über der Durchschaltspannung des LED-Stranges liegende Warmprüfspannung gelegt wird, während der Warmprüfung überprüft wird, ob ein durch den wenigstens einen LED-Strang fließender Strom überschwellig von einem vorbestimmten Wert abweicht, bei überschwelliger Abweichung ein in Reihe mit dem Prüfwiderstand liegendes Schaltelement (30) geöffnet wird, bei geöffnetem Schaltelement eine Kaltprüfung durchgeführt wird, bei der an den wenigstens einen LED-Strang (20) und den dazu parallel geschalteten Prüfwiderstand (24) eine unter der Durchschaltspannung des LED-Strangs liegende Kaltprüfspannung gelegt wird und als Fehler diagnostiziert wird, wenn der dabei fließende Kaltprüfstrom von einem Sollwert um mehr als einen vorbestimmten Wert abweicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem Verfahren vor der Warmprüfung eine Kaltprüfung erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere LED-Stränge (201 –20n ) mit etwa gleicher Durchschaltspannung parallel zu dem Prüfwiderstand (24) liegen und während der Warmprüfung überprüft wird, ob Ströme durch die LED-Stränge überschwellig von vorbestimmten Werten abweichen.
  4. Vorrichtung zum Prüfen wenigstens eines LED-Strangs, welche Vorrichtung enthält einen parallel zu dem wenigstens einen LED-Strang (20) geschalteten Prüfwiderstand (24), eine Prüfspannungsquelle (10, 12), mittels der an die Parallelschaltung aus Prüfwiderstand und LED-Strang wahlweise wenigstens eine unter einem Durchschaltwiderstand des LED-Strangs liegende Kaltprüfspannung oder eine über dem Durchschaltwiderstand liegende Warmprüfspannung legbar ist, und eine Auswerteeinrichtung (12), welche den bei anliegender Kaltprüfspannung fließenden Kaltprüfstrom erfasst und einen Fehler diagnostiziert, wenn der Kaltprüfstrom überschwellig von einem Sollwert abweicht, gekennzeichnet durch eine Prüfeinrichtung (28) mit einem in Reihe zu dem Prüfwiderstand (24) liegenden Schaltelement (30) und einer mit dem wenigstens einen LED-Strang verbundenen Fehlerschaltung, die während der Warmprüfung eine überschwellige Abweichung eines durch den wenigstens einen LED-Strang (20) fließenden Stroms von einem vorbestimmten Wert erfasst und bei überschwelliger Abweichung das Schaltelement (30) öffnet, so dass die Auswerteeinrichtung (12) bei einer anschließend an die Warmprüfspannung an der Parallelschaltung aus Prüfwiderstand und wenigstens einer LED-Strang liegender Kaltprüfspannung einen Fehler diagnostiziert.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei an der Parallelschaltung aus Prüfwiderstand (24) und dem LED-Strang (20) liegender Warmprüfspannung eine Hilfsenergiequelle (32) geladen wird, mit deren Energie das Schaltelement (30) im Fehlerfall geöffnet wird und so lange offengehalten wird, wie die Energie in der Hilfsenergiequelle über einem vorbestimmten Wert liegt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Prüfspannungsquelle und die Auswerteeinrichtung zu einer programmgesteuerten Schalt- und Auswerteeinrichtung (12) gehören.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergiequelle (32) durch einen Kondensator gebildet ist, an dem die Warmprüfspannung liegt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (30) geschlossen wird, wenn die Kondensatorspannung einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere LED-Stränge (201 , ..., 20n ) zueinander parallel geschaltet sind und die Fehlerschaltung (28) eine überschwellige Abweichung von Spannungsabfällen an den LED-Strängen und vorbestimmten Sollwerten als Fehler erfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Stränge (201 , ..., 20n ) einander gleich sind und die Fehlerschaltung (28) eine überschwellige Abweichung zwischen den Spannungsabfällen an den LED-Strängen als Fehler erfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihenschaltung aus einem Messwiderstand (34) und der Parallelschaltung aus mehreren LED-Strängen (201 , ..., 20n ) parallel zu dem Prüfwiderstand (24) geschaltet ist und die Fehlerschaltung (28) den Spannungsabfall an dem Messwiderstand und den Spannungsabfall an wenigstens einem der LED-Stränge erfasst.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Module (161, 162) mit jeweils mehreren LED-Strängen (20, 22) und einer Prüfeinrichtung (281 , 282 ) vorgesehen sind, wobei die Prüfspannungsquelle mit einer Parallelschaltung aus dem Prüfwiderstand (24) und diesem in Reihe nachgeschalteten Prüfschaltern (301 , 302 ) der Prüfeinrichtungen und aus den in Reihe geschalteten LED-Strängen jedes Moduls verbunden ist.
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