DE102004046337B3

DE102004046337B3 - Schaltung und Verfahren zur Ansteuerung einer Vielzahl von Leuchtelementen, insbesondere von Leuchdioden eines Signals einer sicherungstechnischen Einrichtung

Info

Publication number: DE102004046337B3
Application number: DE102004046337A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Röhl; Harald Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2024-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Vielzahl von Leuchtelementen (LD), insbesondere von Leuchtdioden eines Signals einer sicherungstechnischen Einrichtung, die zur Erzeugung des Leuchteffekts von einem elektrischen Strom durchflossen werden, wobei jeweils zumindest zwei in Reihe geschaltete Leuchtelemente (LD) eine Kette (LK) bilden und jede Kette (LK) mindestens zwei Teilketten (TK) umfasst, wobei eine Teilkette (TK) auch aus einem einzelnen Leuchtelement (LD) gebildet sein kann. Um zu gewährleisten, dass bei Ausfall eines Leuchtelements der Betrieb der übrigen Leuchtelemente sichergestellt ist, wird vorgeschlagen, dass jede Kette (LK) mittels einer eigenen Konstantstromquelle (I) versehen ist und dass eine durch Hochohmigkeit eines Leuchtelements (LD) ausgefallene Teilkette (TK) durch selbsttätige Zuschaltung einer Konstantspannungsquelle (U) strommäßig überbrückt ist, die als aktive Konstantspannungsquelle (U) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Vielzahl von Leuchtelementen, insbesondere von Leuchtdioden eines Signals einer sicherungstechnischen Einrichtung, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4.
Schaltungen zur Ansteuerung von Leuchtdioden sind allgemein bekannt, wobei die Leuchtdioden an eine Versorgungsspannung angeschlossen werden. Mehrere Dioden können dabei in Reihe als auch parallel zueinander geschaltet sein, wobei die Leuchtdioden einer Reihenschaltung jeweils eine Diodenkette bilden; als Spezialfall umfasst eine Diodenkette eine einzelne Leuchtdiode. Beim Stromfluss durch die Dioden senden diese Licht aus.
Dioden werden heute auch für Lichtsignale von sicherungstechnischen Einrichtungen im schienengebundenen Nah- und Fernverkehr eingesetzt.
Nachteilig ist, dass bei Ausfall einzelner Leuchtdioden oder Leuchtdiodenketten nicht immer auszuschließen ist, dass es zu einer Beeinträchtigung des Betriebs der Lichtsignale kommen kann.
Aus der US 2003/0117088 A1 ist bereits eine Schaltung für eine Vielzahl von Leuchtdioden (LED) bekannt, die alle in Reihe geschaltet an eine Versorgungsspannung angeschlossen sind, welche einen elektrischen Stromfluss bewirkt, der die Leuchtdioden zum Leuchten bringt. Jede Leuchtdiode kann dabei mit einer eigenen Konstantstromschaltung versehen sein, so dass es bei Ausfall einer Leuchtdiode zu deren Überbrückung kommt. Ein Ausfall der gesamten Kette wird auf diese Weise verhindert. Die dabei zum Einsatz kommende Konstantstromschaltung arbeitet mit hochgenauen Zenerdioden, deren Zenerspannung mittels eines Spannungsteilers einstellbar ist. Nachteilig ist dabei, dass es sich dabei um eine aufwendige und teure Schaltung handelt.
Weiter ist aus der DE 198 41 490 A1 eine Schaltungsanordnung bekannt, die eine Serienschaltung aus mindestens zwei Leuchtdioden vor dem Ausfall schützt. Zur strommäßigen Überbrückung wird eine so genannte „MOS-Diode" verwendet, die mit einem MOSFET ein aktives elektronisches Bauelement aufweist.
Allgemein zeigt die EP 0 877 900 B1 die Verwendung von Leuchtdiodenketten in Signalen von sicherungstechnischen Einrichtungen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur Ansteuerung einer Vielzahl von Leuchtelementen vorzuschlagen, die gewährleistet, dass bei Ausfall eines Leuchtelements eine große Verfügbarkeit sichergestellt ist.
Die Lösung ist bezogen auf die Schaltung und das Verfahren durch die in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmale gegeben. Die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche enthalten jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen.
Die Lösung sieht bezogen auf die Schaltung und das Verfahren vor, aus der Versorgungsspannung mittels eines aus dieser gespeisten Operationsverstärkers eine Spannungsquelle gebildet ist, dass der Ausgang des Operationsverstärkers über eine Entkoppeldiode mit mindestens einer Teilkette verbunden ist und dass eine durch Hochohmigkeit eines Leuchtelements ausgefallene Teilkette durch den Operationsverstärker und die Entkoppeldiode strommäßig überbrückt wird. Es wird dazu jede Leuchtelementkette aus einer der jeweiligen Kette zugeordneten Konstantstromquelle gespeist. Beim Niederohmigwerden von fehlerhaften Leuchtelementen ist ein für die übrigen Leuchtdioden ungestörter weiterer Betrieb möglich, da die Konstantstromquelle den Strom unverändert fließen lässt. Beim Hochohmigwerden eines Leuchtelements einer Teilkette fallen nur die Leuchtelemente dieser Teilkette aus, da die andere Teilkette strommäßig überbrückt wird, und zwar durch Zuschaltung einer aktiven Spannungsquelle, die unter Verwendung eines Operationsverstärkers als kostengünstige Präzisionsspannungsquelle ausgebildet sein kann.
Technisch am einfachsten ist es dabei, wenn die Konstantstromquelle jeweils zwischen die Teilketten geschaltet ist.
Müssen die Konstantstromquellen auf gemeinsamen Potential betrieben werden, wird vorgeschlagen, dass die zwischen der einen Teilkette und der zugehörigen Konstantstromquelle geschaltete Teilkette mittels einer Zenerdiode als passive Konstantspannungsquelle strommäßig überbrückt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schaltung zur Ansteuerung von Leuchtdioden einer Leuchtdiodenkette,
2 eine Schaltung gemäß 1 mit mehreren parallelen Leuchtdiodenketten,
3 eine Schaltung analog zu 1 mit zwei unabhängigen Spannungsquellen und
4 eine Schaltung zur Ansteuerung von Leuchtdioden mit auf Massepotential liegenden Konstantstromquellen.
1 zeigt eine Schaltung zur Ansteuerung von Leuchtdioden LD1, LD2 als Leuchtelemente in Form von LED's eines nicht gezeigten Signals einer sicherungstechnischen Einrichtung. (Die Leuchtdioden sind in allen Figuren mit LD und einer Indexzahl bezeichnet.) Die beiden in Reihe geschalteten Leuchtdioden LD1, LD2 sind an eine Versorgungsspannung V1 angeschlossen. Die Versorgungsspannung V1 erzeugt einen Diodenstrom durch die beiden Leuchtdioden LD1, LD2, welche durch eine zwischen die beiden Leuchtdioden LD1, LD2 geschaltete Konstantstromquelle I1 konstant gehalten wird.
Selbstverständlich kann jede Leuchtdiode LD1, LD2 selbst wieder aus mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden LD bestehen und so eine Teilkette TK1, TK2 bilden; in 1 stehen die Leuchtdioden LD1, LD2 entsprechend für zwei in Reihe geschaltete Teilketten TK1, TK2, die wiederum eine Leuchtdiodenkette LK bilden.
Die Stromquelle I1 kann dadurch so bemessen werden, dass es möglich ist, mit kleinen Spannungsreserven bezogen auf V1 auszukommen.
Weiter ist in 1 eine mittels eines Operationsverstärkers 1 gebildete Spannungsquelle U1 vorhanden, welche über die Koppeldioden D3, D4 mit den Leuchtdioden LD1, LD2 verbunden ist. Die Dioden D3, D4 sind dabei zueinander antiparallel geschaltet. Die Spannungsquelle U1 ist so eingestellt, dass sie gleich der halben Versorgungsspannung V1 ist.
Fällt die Leuchtdiode LD1 (Teilkette TK1) aus und wird sie dabei hochohmig, so wird die Spannungsquelle U1 über die Diode D3 zugeschaltet und es kann wieder der von der Konstantstromquelle I1 geregelte konstante Strom durch die Leuchtdiode LD2 (Teilkette TK2) fließen. Es fällt in diesem Fall also nur die Leuchtdiode LD1 aus. Wird dagegen LD2 hochohmig (Ausfall der Leuchtdiode LD2 bzw. der Teilkette TK2), so schaltet die zu diesem Zeitpunkt gesperrte Diode D4 auf Durchlass und der Diodenstrom fließt über die Spannungsquelle U1 ab.
Die Spannungsquelle U1 überbrückt in beiden Fällen die jeweils ausgefallene Teilkette TK1 bzw. TK2 strommäßig, so dass die nicht ausgefallene Teilkette TK2 bzw. TK1 weiterleuchten kann.
2 zeigt eine Schaltung gemäß 1 mit mehreren parallel geschalteten Leuchtdiodenketten LK; insgesamt sind in 2 drei Leuchtdiodenketten LK dargestellt, die alle an ein und dieselbe Spannungsquelle U1 jeweils über eine zugeordnete Diode D angekoppelt sind. Analog zu den Teilketten TK1, TK2 (Leuchtdiodenkette LK1) sind in 2 jeweils parallel geschaltet noch die beiden Teilkettenpaare TK3, TK4 und TK5, TK6 der Leuchtdiodenketten LK2 und LK3 vorhanden.
Die Schaltung in 3 verwendet im Unterschied zu der in 1 zwei unabhängige Spannungsquellen U1, U2. Die Schaltung wird vorzugsweise eingesetzt, wenn die Spannungen frei einstellbar (über die Spannungsteiler R1, R2 und R3, R4) sein sollen, beispielsweise zur Anpassung an die Schwellenspannungen der Dioden D.
Die Schaltung in 2 lässt sich ebenfalls für jede der Leuchtdiodenketten LK analog zur Schaltung von 3 mit zwei Spannungsquellen U1, U2 aufbauen.
Die in 4 gezeigte Schaltung hat den Vorteil, dass die Konstantstromquellen I1, I2, I3 auf einem gemeinsamen Poten tial betrieben werden. Dabei werden die in 4 oben dargestellten Leuchtdioden LD1, LD5, LD9 analog zu denen der 1 von einer aktiven Spannungsquelle U1 strommäßig überbrückt, wenn eine von ihnen durch Hochohmigkeit ausfällt. Die in der 4 weiter unten liegenden Leuchtdioden LD2, LD6, LD10 sind von einer passiven konstanten Spannungsquelle in Form von Z-Dioden ZD4, ZD8, ZD12 strommäßig überbrückt. Beim Ausfall einer der Leuchtdioden LD2, LD6 oder LD10 fließt der Strom über die jeweilige Z-Diode ZD4, ZD8 bzw. ZD12

LD: Leuchtdioden
V1: Versorgungsspannung
LK: Leuchtdiodenkette
TK1, TK2: Leuchtdiodenteilkette
I1, I2, I3: Konstantstromquelle
U1, U2: Spannungsquelle
D: Koppeldiode
ZD: Z-Diode

Claims

Schaltung zur Ansteuerung einer Vielzahl von Leuchtelementen (LD), insbesondere von Leuchtdioden eines Signals einer sicherungstechnischen Einrichtung, die zur Erzeugung des Leuchteffekts von einem elektrischen Strom durchflossen werden, wobei die Schaltung von einer Versorgungsspannung (V1) gespeist wird, wobei jeweils zumindest zwei in Reihe geschaltete Leuchtelemente (LD) eine Kette (LK) bilden und jede Kette (LK) mindestens zwei Teilketten (TK) umfasst, wobei eine Teilkette (TK) auch aus einem einzelnen Leuchtelement (LD) gebildet sein kann, wobei jede Kette (LK) mittels einer eigenen Konstantstromschaltung (I) versehen ist und wobei eine durch Hochohmigkeit eines Leuchtelements (LD) ausgefallene Teilkette (TK) strommäßig überbrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Versorgungsspannung (V1) mittels eines aus dieser gespeisten Operationsverstärkers (1) eine Spannungsquelle (U) gebildet ist, dass der Ausgang des Operationsverstärkers (1) über eine Entkoppeldiode (D) mit mindestens einer Teilkette (TK) verbunden ist und dass eine durch Hochohmigkeit eines Leuchtelements (LD) ausgefallene Teilkette (TK) durch den Operationsverstärker (1) und die Entkoppeldiode (D) strommäßig überbrückt wird.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle (I) jeweils zwischen die Teilketten (TK) geschaltet ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquellen (I) auf gleichem Potential betrieben werden, wobei die zwischen der einen Teilkette (TK) und der zugehörigen Konstantstromquelle (I) geschaltete Teilkette (TK) mittels einer Zenerdiode strommäßig überbrückt ist.
Verfahren zur Ansteuerung einer Vielzahl von Leuchtelementen (LD), insbesondere von Leuchtdioden eines Signals einer sicherungstechnischen Einrichtung, die zur Erzeugung des Leuchteffekts von einem elektrischen Strom durchflossen werden, wobei die Schaltung von einer Versorgungsspannung (V1) gespeist wird, wobei jeweils zumindest zwei in Reihe geschaltete Leuchtelemente (LD) eine Kette (LK) bilden und jede Kette (LK) mindestens zwei Teilketten (TK) umfasst, wobei eine Teilkette (TK) auch aus einem einzelnen Leuchtelement (LD) gebildet sein kann, wobei jede Kette (LK) mittels einer eigenen Konstantstromschaltung (I) versehen ist und wobei eine durch Hochohmigkeit eines Leuchtelements (LD) ausgefallene Teilkette (TK) strommäßig überbrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Versorgungsspannung (V1) mittels eines aus dieser gespeisten Operationsverstärkers (1) eine Spannungsquelle (U) gebildet ist, dass der Ausgang des Operationsverstärkers (1) über eine Entkoppeldiode (D) mit mindestens einer Teilkette (TK) verbunden ist und dass eine durch Hochohmigkeit eines Leuchtelements (LD) ausgefallene Teilkette (TK) durch den Operationsverstärker (1) und die Entkoppeldiode (D) strommäßig überbrückt wird.