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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Leuchtdiode
sowie eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Leuchtdiode.
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Verfahren
und Schaltungsanordnungen zur Versorgung von Leuchtdioden finden
beispielsweise Einsatz bei Hintergrundbeleuchtungen von Anzeigen,
Automobilanwendungen und Blitzlichtanordnungen. Häufig werden
dabei Leuchtdioden, abgekürzt LED,
verwendet, die mit einem hohen Versorgungsstrom betrieben werden.
Zur Überwachung
einer Temperatur der Leuchtdiode wird dabei häufig ein Temperatursensor wie
etwa ein NTC-Widerstand nahe
der Leuchtdiode angeordnet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
zum Betreiben einer Leuchtdiode bereitzustellen, die mit einem geringen
Aufwand eine Temperatur der Leuchtdiode erfassen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und dem
Gegenstand des Patentanspruches 11 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen
sind jeweils Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst
ein Verfahren zum Betrieb einer Leuchtdiode folgende Schritte: Eine
Flussspannung einer Leuchtdiode wird abgegriffen. Dazu wird die über der
Leuchtdiode anfallende Spannung abgegriffen. Bei diesem Verfahrensschritt
ist die Leuchtdiode in einem Betriebszustand, der für Beleuchtungs-
oder Signalisierungszwecke vorgesehen ist. Die Leuchtdiode gibt
somit Photonen während
des Abgreifens der Flussspannung ab. Die Flussspannung wird ausgewertet
und daraus ein Temperatursignal ermittelt, welches eine Temperatur der
Leuchtdiode wiedergibt.
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Es
ist ein Vorteil dieses Verfahrens, dass das Temperatursignal sehr
schnell einem Temperaturanstieg in der Leuchtdiode folgen kann,
dadurch dass die Temperatur direkt an dem Ort, an dem eine elektrische
Leistung von der Leuchtdiode umgesetzt wird, durchgeführt wird
und nicht in einem Abstand von der Leuchtdiode. Das Temperatursignal
wird daher auch nicht von einem Temperaturgradienten zwischen Messort
und Leuchtdiode beeinflusst. Es ist ein Vorteil des Verfahrens,
dass zur Bestimmung der Temperatur der Leuchtdiode kein Temperatursensor
wie etwa ein NTC-Widerstand benötigt
wird. Eine Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens ist somit mit weniger Bauelementen und Verbindungsleitungen realisierbar
und ist deswegen kosteneffektiver als eine Anordnung für ein Verfahren,
bei dem die Temperatur der Leuchtdiode mit einem zusätzlichen
Bauelement, nämlich
einem Temperatursensor, ermittelt wird.
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In
einer Weiterbildung wird das Temperatursignal oder ein Wert der
Temperatur unter Berücksichtigung
eines Versorgungsstroms der Leuchtdiode ermittelt, welcher der durch
die Leuchtdiode fließende
Strom ist.
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Eine
in der Leuchtdiode umgesetzte elektrische Leistung ist näherungsweise
gleich dem Produkt aus Flussspannung und Versorgungsstrom.
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Die
Flussspannung weist eine Abhängigkeit von
dem Versorgungsstrom und der Temperatur gemäß folgender Gleichung auf:
wobei Uf die Flussspannung,
n ein Idealitätsfaktor,
k die Bolzmannkonstante, T die Temperatur der Leuchtdiode, q die
Elementarladung, If der Versorgungsstrom der Leuchtdiode, Io ein
Sättigungssperrstrom
der Leuchtdiode und Rs ein Bahnwiderstand der Leuchtdiode ist.
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Da
der Versorgungsstrom der Leuchtdiode in einem aktiviertem Betriebszustand
deutlich größer als
der Sättigungssperrstrom
ist, kann obige Gleichung vereinfacht werden zu:
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Bei
Vernachlässigung
des Bahnwiderstandes vereinfacht sich obige Gleichung zu folgender Gleichung:
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In
einer Weiterbildung ist vorgesehen, den Versorgungsstrom der Leuchtdiode
auf einen konstanten Wert einzustellen. Dazu kann die Leuchtdiode
seriell zu einer Stromquelle, welche den vorgegebenen konstanten
Wert des Versorgungsstroms abgibt, geschaltet sein.
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Bei
einem konstanten und bekannten Wert des Versorgungsstromes hängt die
Flussspannung gemäß obigen
Gleichungen nur noch von der Temperatur als variabler Größe ab. Die
Temperatur ist somit mittels der obigen Gleichungen und den Werten
für die
Flussspannung und den Versorgungsstrom berechenbar.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, eine relative Änderung
der Temperatur der Leuchtdiode zu bestimmen. Der Versorgungsstrom wird
dabei auf einem konstantem Wert gehalten. Zu einem ersten Zeitpunkt
wird ein erster Wert S1 der Flussspannung oder des Temperatursignals
abgegriffen und gespeichert. Der Zeitpunkt kann beispielsweise unmittelbar
nach dem Beaufschlagen der Leuchtdiode mit dem Versorgungsstrom
vorgesehen sein. Ein zweiter Wert S2 der Flussspannung oder des
Temperatursignals wird abgegriffen und ein Differenzwert DST = S2 – S1 mittels
der beiden Werte S1, S2 ermittelt. Da gemäß diesem Verfahren ein Wert der
Temperatur zu dem ersten Zeitpunkt nicht bekannt ist, stellt dies
eine Bestimmung der relativen Änderung
der Temperatur der Leuchtdiode dar.
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In
einer Weiterbildung ist vorgesehen, den Differenzwert mit einem
Schwellwert zu vergleichen. Ist die Temperatur zu dem zweiten Zeitpunkt
höher als
die Temperatur der Leuchtdiode zu dem ersten Zeitpunkt und ist der
Betrag des Differenzwertes größer als
der Betrag des Schwellwertes, so wird gemäß dem Verfahren eine Aktion
ausgelöst,
wie etwa eine Abgabe eines Warnsignals, ein Ausschalten des Versorgungsstromes
oder ein Einstellen des Versorgungsstromes derart, dass der Betrag
des Schwellwertes nicht überschritten
wird.
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In
einer Weiterbildung kann ein absoluter Wert der Temperatur der Leuchtdiode
bestimmt werden, dadurch dass bei einem ersten Temperaturwert T1
ein erster Wert S1 der Flussspannung oder des Temperatursignals
und bei einem zweiten Temperaturwert T2 ein zweiter Wert S2 der
Flussspannung oder des Tempe ratursignals ermittelt und gespeichert werden,
wobei der Versorgungsstrom konstant gehaltenen ist. Dies kann in
einem Kalibrierschritt während
oder nach der Herstellung der Leuchtdiode oder einer Schaltungsanordnung
mit der Leuchtdiode durchgeführt
werden. In einer Ausführungsform
dieser Weiterbildung kann der erste und der zweite Temperaturwert
mittels eines während
der Kalibrierung nahe der Leuchtdiode angeordneten Temperatursensors
ermittelt werden. Zur Einstellung zweier verschiedener Temperaturwerte
bei einem konstanten Wert des Versorgungsstroms kann beispielsweise die
Leuchtdiode auf einer geheizten Oberfläche oder in einer Temperaturkammer
angeordnet sein. Die geheizte Oberfläche kann eine geheizte Oberfläche, englisch
hot chuck, eines Waferprobers sein.
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Im
Betrieb kann gemäß dieser
Weiterbildung ein aktueller Wert Ta der Temperatur mittels linearer Interpolation
zwischen den beiden Stützstellen
T1, T2 bestimmt werden. Der aktuelle Wert Ta der Temperatur kann
somit gemäß der Gleichung
ermittelt werden:
wobei Ta der absolute Wert
der Temperatur der Leuchtdiode bei dem aktuellen Wert Sac der Flussspannung
beziehungsweise des Temperatursignals, S1 und S2 der erste und der
zweite Wert der Flussspannung beziehungsweise des Temperatursignals, T1
der erste Temperaturwert, vorliegend bei dem ersten Wert S1, und
T2 der zweite Temperaturwert, vorliegend bei dem zweiten Wert S2,
sind.
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Mit
Vorteil können
der erste und der zweite Temperaturwert T1, T2 derart ausgewählt sein,
dass die in einem realen Betrieb auftretenden Temperaturwerte Ta
zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturwert T1, T2 oder in
der Umgebung des ersten oder des zweiten Temperaturwertes T1, T2
sind.
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In
einer Ausführungsform
kann im Betrieb die Leuchtdiode mit zwei oder mehr vorbestimmten
Versorgungsströmen
beaufschlagt sein. Zur Bestimmung der absoluten Temperatur im Betrieb
können daher
die Stützstellen
für die
lineare Interpolation gemäß obiger
Gleichung für
beide beziehungsweise für mehrere
Werte des Versorgungsstromes ermittelt werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann der absolute Wert der Temperatur dadurch ermittelt werden,
dass bei einer konstanten Temperatur die Durchflussspannung oder
das Temperatursignal bei mehreren vorbestimmten Werten des Versorgungsstroms
ermittelt und gespeichert wird. Mittels eines aktuellen Wertes der
Flussspannung beziehungsweise des Temperatursignals und den gespeicherten Werten
kann der Absolutwert der Temperatur ermittelt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens kann der absolute Wert der Temperatur mit folgenden
Schritten ermittelt werden: Die Parameter einer Näherungsfunktion
zur Berechnung des Temperaturwerts aus der Flussspannung werden
in einem Kalibriervorgang bei unterschiedlichen Versorgungsströmen ermittelt.
Dazu werden mittels gemessener Werte der Flussspannung oder des
Temperatursignals sowie der Temperatur und des Versorgungsstroms
Parameter der Näherungsfunktion
bestimmt. Die Messung kann bei unterschiedlichen Temperaturen mittels
einer temperierbaren Anordnung erfolgen. Die Parameter werden gespeichert. Der
aktuelle Wert der Flussspannung oder des Temperatursignals werden
ermittelt. In Abhängigkeit
des aktuellen Wertes und der gespeicherten Parameter wird der absolute
Wert der Temperatur bestimmt. Zusätzlich kann der aktuelle Wert
des Versorgungsstroms bei der Ermittlung des absoluten Wertes der Temperatur
berücksichtigt
werden.
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Der
Wert des Versorgungsstromes kann in einer Ausführungsform mittels einer Strommessung bestimmt
werden. In einer alternativen Ausführungsform kann als aktueller
Wert des Versorgungsstromes ein vorbestimmter Wert der Stromquelle,
welcher seriell zu der Leuchtdiode geschaltet ist, berücksichtigt
werden.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Temperatursignal oder
der aktuelle Temperaturwert mit einem Schwellwert verglichen. In
einer Ausführungsform
wird ein Warnsignal ausgegeben, sobald das Temperatursignal oder
der aktuelle Temperaturwert den Schwellwert überschreitet. In einer alternativen
Ausführungsform
wird bei Überschreiten des
Temperaturschwellwertes eine Versorgungsquelle, die mit der Leuchtdiode
gekoppelt ist, oder die Stromquelle, die seriell zu der Leuchtdiode
geschaltet ist, deaktiviert.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
wird die Versorgungsquelle oder die Stromquelle derart eingestellt,
dass das Temperatursignal oder der aktuelle Temperaturwert den Temperaturschwellwert
nicht überschreiten.
Nähert
sich der aktuelle Temperaturwert dem Temperaturschwellwert, so kann
beispielsweise der Versorgungsstrom mittels einer Regelungsanordnung
derart verringert werden, dass die in der Leuchtdiode umgesetzte
elektrische Leistung abnimmt, so dass der in der Leuchtdiode auftretende
Temperaturwert den Temperaturschwellwert nicht überschreitet. Mit Vorteil kann
somit eine Überhitzung
der Leuchtdiode und damit eine Überhitzung
der Umgebung der Leuchtdiode vermieden werden. Mit Vorteil wird
somit eine längere
Lebensdauer der Leuchtdiode erreicht.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine Schaltungsanordnung einen ersten Anschuss zum Anschließen einer
Leuchtdiode und eine Messanordnung. Die Messanordnung weist einen
ersten Eingang und einen Ausgang auf. Der erste Eingang der Messanordnung
ist mit dem ersten Anschluss der Schaltungsanordnung verbunden.
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Der
erste Eingang der Messanordnung greift eine Flussspannung der Leuchtdiode
oder ein von der Flussspannung abgeleitetes Signal ab. An dem Ausgang
der Messanordnung wird ein Temperatursignal bereitgestellt, das
eine Temperatur der Leuchtdiode wiedergibt. Das Temperatursignal
wird von der Messanordnung mittels der gemessenen Flussspannung
beziehungsweise mittels des gemessenen Signals, das von der Flussspannung
abgeleitet ist, gebildet.
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Es
ist ein Vorteil der Anordnung, dass zur Temperaturbestimmung kein
weiteres Bauelement wie ein Temperatursensor benötigt wird.
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In
einer Weiterbildung weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit
auf. Der Ausgang der Messanordnung ist mit einem Eingang der Steuereinheit
verbunden. Die Steuereinheit kann eine analoge Schaltung umfassen.
Zusätzlich
oder alternativ kann die Steuereinheit einen Digitalschaltkreis
umfassen. Die Steuereinheit kann einen Mikrocontroller umfassen.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die Schaltungsanordnung einen zweiten Anschluss zum Anschließen der
Leuchtdiode. Dabei sind ein Anschluss der Leuchtdiode an dem ersten
Anschluss der Schaltungsanordnung und ein weiterer Anschluss der Leuchtdiode
an dem zweiten Anschluss der Schaltungsanordnung angeschlossen.
Gemäß dieser
Ausführungsform
weist die Messanordnung einen zweiten Eingang auf. Der zweite Eingang
der Messanordnung ist mit dem zweiten Anschluss der Schaltungsanordnung
verbunden.
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In
einer Ausführungsform
weist die Schaltungsanordnung eine Versorgungsquelle auf, die ausgangsseitig
an dem ersten Anschluss der Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Schaltungsanordnung eine Stromquelle.
In einer Ausführungsform
ist die Stromquelle zwischen den zweiten Anschluss der Schaltungsanordnung
und einem Bezugspotenzialanschluss geschaltet. Die Stromquelle kann
zur Einstellung des Versorgungsstroms der Leuchtdiode verwendet
werden. Die Stromquelle kann als Stromsenke ausgebildet sein. In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Stromquelle zwischen den ersten Anschluss der Schaltungsanordnung
und der Versorgungsquelle geschaltet.
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In
einer Ausführungsform
weist die Messanordnung ein erstes und ein zweites Filter auf, die
an den ersten und den zweiten Eingang der Messanordnung angeschlossen
sind. Bevorzugt sind das erste und das zweite Filter als Tiefpass
ausgebildet. Mit Vorteil können
damit Störungen,
wie sie beispielsweise durch einen gepulsten Betrieb der Versorgungsquelle
hervorgerufen werden können,
mittels der Tiefpässe
verringert werden.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Messanordnung einen Differenzverstärker, der
an einem ersten und an einem zweiten Eingang mit einem Ausgang des
ersten Filters beziehungsweise mit einem Ausgang des zweiten Filters
verbunden ist.
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In
einer Weiterbildung weist die Messanordnung einen Analog/Digital-Wandler
auf, der zwischen einem Ausgang des Differenzverstärkers und
dem Ausgang der Messanordnung geschaltet ist.
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In
einer Ausführungsform
weist die Steuereinheit einen Speicher zur Speicherung von Messwerten
oder Parametern für
die Auswertung auf. Der Speicher kann als elektrisch programmierter
Speicher, englisch Electrically Erasable Programmable Read-Only
Memory, abgekürzt
EEPROM, oder mittels Sicherungen, englisch fuses, realisiert sein.
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In
einer Ausführungsform
ist die Steuereinheit ausgangsseitig mit der Stromquelle zum Abschalten
der Stromquelle oder zum Einstellen eines Stromwertes der Stromquelle
verbunden. Die Steuereinheit kann alternativ auch mit der Versorgungsquelle
zum Abschalten oder zum Einstellen der Versorgungsquelle verbunden
sein. Die Steuereinheit, sofern sie zum Einstellen des Stromwertes
der Stromquelle oder zum Einstellen der Versorgungsquelle eingesetzt
ist, kann als Regeleinheit ausgebildet sein und einen Regelverstärker umfassen.
In einer alternativen Ausführungsform
kann die Steuereinheit an einem Ausgang ein Signal bereitstellen,
das zu Warnzwecken oder zum Einschalten einer Kühlung wie beispielsweise einem
Ventilator oder einem Peltierelement dient.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren näher
erläutert.
Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente tragen gleiche
Bezugszeichen. Insoweit sich Schaltungsteile oder Bauelemente in
ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder
der folgenden Figuren wiederholt.
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1A und 1B zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Leuchtdiode nach dem
vorgeschlagenen Prinzip,
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2 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Messanordnung,
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3 zeigt
eine Serienschaltung von mehreren Leuchtdioden,
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4 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Schaltungsanordnung zum Betrieb mehrerer Leuchtdioden nach
dem vorgeschlagenen Prinzip.
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1A zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
der Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Leuchtdiode 4 nach
dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Schaltungsanordnung 1 weist
einen ersten und einen zweiten Anschluss 2, 3 auf,
zwischen denen die Leuchtdiode 4 geschaltet ist. Die Schaltungsanordnung
umfasst darüber
hinaus eine Versorgungsquelle 6, eine Stromquelle 5,
eine Messanordnung 10 und eine Steuereinheit 40.
Die Versorgungsquelle 6 ist ausgangsseitig mit dem zweiten
Anschluss 2 der Schaltungsanordnung 1 verbunden. Der
zweite Anschluss 3 der Schaltungsanordnung 1 ist über die
Stromquelle 5 mit einem Bezugspotenzialanschluss 8 der
Schaltungsanordnung verbunden. Die Messanordnung 10 ist
an einem ersten Eingang 11 mit dem ersten Anschluss 2 und
an einem zweiten Eingang 12 mit dem zweiten Anschluss 3 der
Schaltungsanordnung verbunden.
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Die
Messanordnung 10 weist ein erstes und ein zweites Filter 13, 14 sowie
einen Differenzverstärker 15 auf.
Ein Eingang des Differenzverstärkers 15 ist über das
erste Filter 13 mit dem ersten Eingang 11 der
Messanordnung 10 und ein zweiter Eingang des Differenzverstärkers 15 ist über das
zweite Filter 14 mit dem zweiten Eingang 12 der
Messanordnung verbunden. Das erste und das zweite Filter 13, 14 sind jeweils
als Tiefpass ausgebildet. Das erste Filter 13 umfasst einen
Widerstand 22 und einen Kondensator 23. Der erste
Eingang 11 der Messanordnung 10 ist über den
Widerstand 22 mit dem Ausgang des ersten Filters 13 verbunden.
Der Ausgang des ersten Filters 13 ist über den Kondensator 23 mit
dem Bezugspotenzialanschluss 8 gekoppelt. Das zweite Filter 14 weist
einen Widerstand 24 und einen Kondensator 25 auf
und ist analog zu dem ersten Filter 13 aufgebaut. Der Differenzverstärker 15 umfasst
vier Widerstände 18, 19, 20, 21 und
einen Verstärker 17.
Ein invertierender Eingang des Verstärkers 17 ist über den
Widerstand 18 mit dem ersten Eingang des Differenzverstärkers 15 und über den
Widerstand 19 mit einem Ausgang des Verstärkers 17 verbunden.
Ein nicht-invertierender Eingang des Verstärkers 17 ist über den
Widerstand 20 mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 15 und über den
Widerstand 21 mit einem weiteren Bezugspotenzialanschluss 8' verbunden.
Der Ausgang des Verstärkers ist
mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 15 und damit
mit dem Ausgang 16 der Messanordnung 10 verbunden.
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Die
Steuereinheit 40 umfasst einen Speicher 41. Die
Steuereinheit 40 ist ausgangsseitig mit der Versorgungsquelle 6 verbunden.
Die Steuereinheit 40 ist ausgangsseitig mit einem Ausgang
der Schaltungsanordnung 1 verbunden. Die Versorgungsquelle 6 ist
an zwei Anschlüssen
der Schaltungsanordnung 1 angeschlossen, zwischen denen
eine Induktivität 9 geschaltet ist.
Weiter ist die Versorgungsquelle 6 an einem Eingang der
Schaltungsanordnung 1 angeschlossen, an den eine Spannungsquelle 7 angeschlossen
ist.
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Die
Leuchtdiode 4 wird von der Versorgungsquelle 6 mit
elektrischer Energie versorgt, so dass sie sich in einem aktivierten
Betriebszustand befindet. Dabei stellt sich eine Temperatur T in
der Leuchtdiode 4 ein. Eine Spannung, die zwischen den
beiden Anschlüssen
der Leuchtdiode 4 auftritt, kann zwischen dem ersten und
dem zweiten Anschluss 2, 3 als Flussspannung Uf
abgegriffen werden. Ein Strom, der durch die Leuchtdiode 4 fließt, fließt als Versorgungsstrom
If von der Versorgungsquelle 6 über den ersten Anschluss 2 der
Schaltungsanordnung 1 zur Leuchtdiode 4 und von
der Leuchtdiode 4 durch den zweiten Anschluss 3 der
Schaltungsanordnung 1 über
die Stromquelle 5 zu dem Bezugspotenzialanschluss 8.
An dem ersten und dem zweiten Eingang 11, 12 der
Messanordnung 10 liegt ebenfalls die Flussspannung Uf an.
Die Eingänge 11, 12 der
Messanordnung 10 sind hochohmig aufgebaut, so dass ein
Stromfluss durch den ersten und den zweiten Eingang 11, 12 der
Messanordnung gering gehalten ist.
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Das
erste und das zweite Filter 13, 14 dienen zum
Verringern von Störungen,
wie sie beispielsweise durch einen pulsartigen Betrieb der Versorgungsquelle 6 erzeugt
werden. Das erste und das zweite Filter 13, 14 sind
auf die Frequenzen der Störungen hin
ausgelegt. Eine Grenzfrequenz des ersten und des zweiten Filters 13, 14 ist
niedriger als einen Frequenz, die von dem pulsartigen Betrieb der
Versorgungsquelle 6 generiert wird. Da die Flussspannung Uf
die Differenz der Potenziale an dem ersten und an dem zweiten Eingang 11, 12 der
Messanordnung 10 ist, umfasst die Messanordnung den Differenzverstärker 15,
der an seinem Ausgang ein Spannungssignal bereit stellt, das auf
ein Potenzial des weiteren Bezugspotenzialanschlusses 8' bezogen ist
und die Flussspannung Uf repräsentiert.
Das Potenzial des weiteren Bezugspotenzialanschlusses 8' ist von einem
Potenzial des Bezugspotenzialanschlusses 8 verschieden.
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Die
Widerstände 18, 20 weisen
näherungsweise
einen ersten Wert sowie die Widerstände 19, 21 näherungsweise
einen zweiten Wert auf. Der Widerstand 19 weist einen größeren Wert
als der Widerstand 18 auf, so dass die Spannung an dem
Ausgang des Verstärkers 17 größer als
die Flussspannung Uf ist. An dem Ausgang 16 der Messanordnung 10 ist ein
Temperatursignal St abgreifbar, welches die Spannung an dem Ausgang
des Differenzverstärkers 15 ist.
Das Temperatursignal St wird der Steuereinheit 40 zugeführt. In
der Steuereinheit 40 wird daraus ein aktueller Temperaturwert
Ta ermittelt. Zur Ermittlung werden Speicherwerte vorangegangener
Messungen oder Kalibrierdaten, welche in dem Speicher 41 abgelegt
sind, eingesetzt. An dem Ausgang 42 der Steuereinheit 40 und
damit an dem Ausgang der Schaltungsanordnung 1 ist ein
Signal Sout abgreifbar, das von der Steuereinheit 40 in
Abhängigkeit
von dem Temperatursignal St gebildet und als Warnsignal ausgelegt
ist. Über
die Verbindung der Steuereinheit 40 mit der Versorgungsquelle 6 wird
die Versorgungsquelle 6 ausgeschaltet, wenn der von der
Steuereinheit 40 ermittelte Temperaturwert einen vorgegebenen
Schwellwert überschreitet.
Die Versorgungsquelle stellt die Durchflussspannung Uf und die Spannung,
die über
der Stromquelle 5 abfällt,
ausgangsseitig unter Verwendung einer Batteriespannung Ub, die von
der Spannungsquelle 7 abgegeben wird, zur Verfügung. Die
Induktivität
dient für
einen Buck-, Boost- oder Buck-Boost-Betrieb der Versorgungsquelle 6.
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Mit
Vorteil ist mittels der Schaltungsanordnung 1 eine direkte
Bestimmung der Temperatur T der Leuchtdiode 4 möglich. Es
ist ein Vorteil der Schaltungsanordnung, dass dazu keine weiteren Bauelemente
oder Verbindungsleitungen zu der Leuchtdiode 4 nötig sind.
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Alternativ
kann anstelle einer Kopplung der Steuereinheit 40 mit der
Versorgungsquelle 6 ein Ausgang der Steuereinheit 40 mit
einem Eingang der Stromquelle 5 verbunden sein. Die Stromquelle 5 kann
mittels des Steuersignals, welches von der Steuereinheit 40 bereitgestellt
wird, in einen inaktiven Betriebszustand geschaltet werden, sofern
der aktuelle Temperaturwert größer als
der Temperaturschwellwert ist.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
kann die Stromquelle 5 derart eingestellt werden, dass
der aktuelle Temperaturwert den Temperaturschwellwert nicht überschreitet.
Dazu wird bei Annähern
des aktuellen Temperaturwerts an den Temperaturschwellwert der in.
der Stromquelle 5 eingestellte Versorgungsstrom If reduziert.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist der Ausgang des Differenzverstärkers 15 anstelle
auf das Potenzial des weiteren Bezugspotenzialanschlusses 8' auf das Potenzial
des Bezugspotenzialanschlusses 8 bezogen.
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1B zeigt
eine alternative beispielhafte Ausführungsform der Schaltungsanordnung 1.
In der Schaltungsanordnung 1 gemäß 1B ist
im Unterschied zu der Schaltungsanordnung nach 1A die Stromquelle 5 zwischen
der Versorgungsquelle 6 und den ersten Anschluss 2 der
Schaltungsanordnung 1 geschaltet. Der zweite Anschluss 3 der
Schaltungsanordnung 1 ist direkt an dem Bezugspotenzialanschluss 8 angeschlossen.
Die Messanordnung 10 umfasst das erste Filter 13 und
eine Verstärkeranordnung 30.
Die Verstärkeranordnung 30 weist
einen Verstärker 26 sowie
zwei Widerstände 27, 28 auf. Der
Verstärker 26 ist
an einem nicht-invertierenden Eingang mit dem Ausgang des ersten
Filters 13 verbunden. Ein invertierender Eingang des Verstärkers 26 ist über den
Widerstand 27 mit einem Ausgang des Verstärkers 26 und über den
Widerstand 28 mit dem Bezugspotenzialanschluss 8 verbunden.
Ein Ausgang des Verstärkers 26 ist
mit dem Ausgang 16 der Messanordnung 10 verbunden.
Die Versorgungsquelle 6 ist mit zwei Kondensatoren 60, 61 gekoppelt. Die
Versorgungsquelle 6 ist als Ladungspumpe ausgelegt.
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Da
der zweite Eingang 12 der Messanordnung 10 sich
auf dem Potenzial des Bezugspotenzialanschluss 8 befindet,
liegt an dem ersten Eingang 11 der Messanordnung 10 die
Flussspannung Uf an und ist eine Verstärkeranordnung 30 anstelle
des Differenzverstärkers 15 vorgesehen,
um das Temperatursignal St bereitzustellen.
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Mit
Vorteil kann auch bei der Anordnung der Stromquelle 5 zwischen
der Leuchtdiode 4 und der Versorgungsquelle 6 die
Flussspannung Uf der Leuchtdiode 4 abgegriffen werden und
daraus ein Temperatursignal St und ein aktueller Temperaturwert
Ta erzeugt werden.
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2 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Messanordnung 10, wie sie beispielsweise als Messanordnung 10 in 1A eingesetzt
werden kann. Im Unterschied zu der Messanordnung gemäß 1A weist
die Messanordnung gemäß 2 einen
Analog/Digital-Wandler 31 auf, der zwischen den Differenzverstärker 15 und
den Ausgang 16 der Messanordnung 10 geschaltet
ist. An dem Ausgang des Analog/Digital- Wandlers 31 ist somit das Temperatursignal
St in digitalisierter Form abgreifbar.
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Entsprechend
kann auch die Messanordnung 10 gemäß 1B in
einer alternativen Ausführungsform
einen Analog/Digital-Wandler
aufweisen, der zwischen der Verstärkeranordnung 30 und
den Ausgang 16 der Messanordnung 10 geschaltet
ist.
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3 zeigt
eine Serienschaltung von Leuchtdioden 4, 60, 61, 62,
die zwischen den ersten und den zweiten Anschluss 2, 3 der
Schaltungsanordnung 1 geschaltet werden können. Durch
jede dieser Leuchtdioden 4, 60, 61, 62 fließt der Versorgungsstrom
If. Zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss 2, 3 der
Schaltungsanordnung 1 ist eine Flussspannung Uf abgreifbar,
die die Summe der Flussspannungen der vier Dioden 4, 60, 61, 62 ist.
Mit einer Messanordnung, wie sie beispielhaft in 1A, 1B und 2 gezeigt
ist, kann ein Temperatursignal St ermittelt werden, das einen mittleren Temperaturwert
der vier Leuchtdioden repräsentiert.
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Mit
Vorteil ist die Erfassung einer mittleren Temperatur auch von mehreren,
seriell geschalteten Leuchtdioden möglich.
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4 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
der Schaltungsanordnung 1 nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
die eine Weiterentwicklung der Schaltungsanordnung 1 gemäß 1A ist.
Die Schaltungsanordnung 1 dient zum Betrieb von vier Leuchtdioden 4, 60, 61, 62.
Die äußeren Anschlüsse dieser
Serienschaltung sind mit den beiden Anschlüssen 2, 3 der
Schaltungsanordnung 1 verbunden. Ebenso sind Knoten zwischen
den vier Leuchtdioden 4, 60, 61, 6 an
drei weiteren Anschlüssen
der Schaltungsanordnung 1 angeschlossen. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst
vier Messanordnungen 10, 53, 54, 55,
die ein gangsseitig mit dem ersten und dem zweiten Anschluss 2, 3 und
den drei weiteren Anschlüssen
der Schaltungsanordnung 1 verbunden sind. Ausgangsseitig
sind an den vier Messanordnungen 10, 53, 54, 55 vier
Temperatursignale St, St1, St2, St3 abgreifbar, welche die Temperaturen
T, T', T'', T''' der entsprechenden Leuchtdioden 4, 60, 61, 62 wiedergeben.
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Mit
Vorteil kann somit die Temperatur jeder einzelnen der vier seriell
geschalteten Leuchtdioden 4, 60, 61, 62 ermittelt
werden. Somit ist ein Ausschalten der Versorgungsquelle 6 oder
der Stromquelle 5 sowie ein Einstellen der Versorgungsquelle 6 oder der
Stromquelle 5 derart möglich,
dass bei keiner der vier Leuchtdioden 4, 60, 61, 62 der
Temperaturwert den Temperaturschwellwert überschreitet.
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Somit
kann auch bei einer Serienschaltung von Leuchtdioden ein sicherer
Betrieb der Leuchtdioden gewährleistet
und eine Übertemperatur
vermieden werden.
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- 1
- Schaltungsanordnung
- 2
- erster
Anschluss
- 3
- zweiter
Anschluss
- 4
- Leuchtdiode
- 5
- Stromquelle
- 6
- Versorgungsquelle
- 7
- Batterie
- 8
- Bezugspotenzialanschluss
- 8'
- weiterer
Bezugspotentialanschluss
- 10
- Messanordnung
- 11
- erster
Eingang
- 12
- zweiter
Eingang
- 13
- erstes
Filter
- 14
- zweites
Filter
- 15
- Differenzverstärker
- 16
- Ausgang
- 17
- Verstärker
- 18-21
- Widerstand
- 22
- Widerstand
- 23
- Kondensator
- 24
- Widerstand
- 25
- Kondensator
- 26
- Verstärker
- 27,
28
- Widerstand
- 30
- Verstärkeranordnung
- 31
- Analog/Digital-Wandler
- 40
- Steuereinheit
- 41
- Speicher
- 42
- Ausgang
- 53-55
- Messanordnung
- 56-58
- weiterer
Anschluss
- 60-62
- Leuchtdiode
- 101-103
- Messanordnung
- If
- Versorgungsstrom
- Sout
- verarbeitetes
Temperatursignal
- St,
St1, St2, St3
- Temperatursignal
- T,
T', T'', T'''
- Temperatur
- Ub
- Batteriespannung
- Uf
- Flussspannung
