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Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere für Kraftfahrzeugscheinwerfer und
Kraftfahrzeugleuchten, die eine Leuchtdiodenanordnung mit einer
oder mehreren Leuchtdioden und mindestens einen Überwachungszweig, dem mindestens
eine Leuchtdiode der Leuchtdiodenanordnung und mindestens ein Überbrückungsglied
zur teilweisen oder vollständigen Überbrückung aller Leuchtdioden
des Überwachungszweig
zugeordnet ist, umfasst.
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Aus
der
DE 32 30 975 A1 ist
eine Kraftfahrzeugleuchte mit Leuchtdioden oder Leuchtdiodenchips
bekannt, bei der durch Parallelschaltung von Überbrückungsgliedern zu den einzelnen
Leuchtdioden oder Leuchtdiodenchips erreicht wird, dass beim Ausfall
einer einzelnen Leuchtdiode nur diese und nicht die gesamte Reihenschaltung
der in Reihe liegenden Leuchtdioden ausfällt. Bei Verwendung einer solchen
Kraftfahrzeugleuchte ist es jedoch nicht möglich, dass beispielsweise
ein im Kraftfahrzeug vorhandenes Steuergerät einen Defekt einer oder mehrerer
Leuchtdioden der Kraftfahrzeugleuchte erkennen kann, um dem Fahrer
den Defekt anzuzeigen oder auf eine andere geeignete Weise auf den
Defekt zu reagieren.
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Aus
der
DE 101 31 824
A1 ist eine Schaltungseinrichtung für die Ausfallerkennung von Leuchtdioden
in einem Kraftfahrzeug bekannt, welche den Ausfall einer Leuchtdiode
durch Messung des Potentials eines mehrere in Serie geschaltete Leuchtdioden
umfassenden Leuchtdiodenzweigs erkennt. Nachteilig an dieser Schaltung
ist, dass sie keine Kurzschlüsse
von einzelnen Leuchtdioden erkennen kann. Dies hat zur Folge, dass
beispielsweise eine Kraftfahrzeugleuchte, die eine oder mehrere etwa
auf Grund eines Defekts kurzgeschlossene Leuchtdioden aufweist,
von der Schaltung fälschlicherweise
als funktionsfähig
gemeldet wird, obwohl sie eine reduzierte Leuchtstärke besitzt.
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Aus
den Druckschriften
US
2007/0108843 A1 ,
DE 10 2005 044 437 A1 ,
DE 198 41 490 B4 ,
WO 01/33912 A1 ,
DE 103 58 447 B3 und
DE 10 2004 007 278
A1 sind Schaltungsanordnungen für Beleuchtungseinrichtungen
mit einer Serienschaltung aus Leuchtdioden bekannt. Diese Schaltungseinrichtungen
weisen, Überbrückungsglieder
auf, um eine defekte Leuchtdiode der Serienschaltung derart zu überbrücken, das
nicht defekte Leuchtdioden der Serienschalung weiter betrieben werden
können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung insbesondere für Kraftfahrzeugscheinwerfer
und Kraftfahrzeugleuchten zu schaffen, bei deren Betrieb eine Fehlfunktion
einzelner Leuchtdioden sicher erkannt wird und beim Ausfall einer Leuchtdiode
eine möglichst
geringe Zahl weiterer Leuchtdioden, insbesondere keine weitere Leuchtdiode
funktionslos wird, und die auch für den Betrieb einer hohen Anzahl
von Leuchtdioden besonders geeignet ist.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 vorgeschlagen. Diese Schaltungsanordnung weist eine
Kontrollschaltung zur Erkennung einer elektrischen Unterbrechung
und/oder eines Kurzschlusses in mindestens einer Leuchtdiode auf,
die Kontrollschaltung ist derart mit dem Überwachungszweig verbunden,
dass sie mit einer über
alle Leuchtdioden des Überwachungszweigs
abfallenden Spannung beaufschlagt ist und das Überbrückungsglied weist ein von der
Kontrollschaltung ansteuerbares Schaltmittel auf.
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Dadurch,
dass die Leuchtdiodenanordnung in mehrere Überwachungszweige aufgeteilt
ist, die jeweils eine oder mehrere in Serie geschaltete Leuchtdioden
umfassen, kann die Kontrollschaltung die Spannung, die an einer
relativ geringen Anzahl von Leuchtdioden abfällt, überwachen und somit Abweichungen
an einer einzelnen Leuchtdiode, wie beispielsweise eine Unterbrechung
oder einen Kurzschluss, sehr einfach erkennen. Unter einem Kurzschluss
einer Leuchtdiode soll eine Verringerung des Spannungsabfalls an
der Leuchtdiode auf einen Wert, der unterhalb eines Wertes liegt,
der bei einer korrekten Funktion der Leuchtdiode auftreten würde, verstanden
werden. Dementsprechend ist unter einer Unterbrechung einer Leuchtdiode
das Auftreten eines derart hohen Werts des Spannungsabfalls zu verstehen,
der bei einer korrekten Funktion der Leuchtdiode nicht auftreten
würde.
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Im
Gegensatz dazu wäre
bei einer Spannungsüberwachung
eines ganzen Leuchtdiodenstrangs, der eine Vielzahl in Serie geschalteter Leuchtdioden-Zweige
umfasst, nur mit einer sehr aufwändigen
Elektronik möglich.
Denn die durch den Kurzschluss bedingte Spannungsänderung
ist im Verhältnis
zu einer am gesamten Leuchtdiodenstrang anliegenden Spannung gering,
wohingegen sie im Verhältnis
zu einer an einem Zweig abfallenden Spannung wesentlich größer ist.
Dadurch, dass das Überbrückungsglied
von der Kontrollschaltung angesteuert wird, ist sichergestellt,
dass in dem Fall, dass alle Leuchtdioden des Überwachungszweigs intakt sind,
also keine Überbrückung notwendig
ist, kein Strom an den Leuchtdioden vorbei durch das Überbrückungsglied
fließt.
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Deshalb
ist insbesondere im Vergleich zu Schaltungsanordnungen mit passiven Überbrückungsgliedern,
die nicht von einer Kontrollschaltung aktiv angesteuert werden,
ein energiesparender und verlustleistungsarmer Betrieb der Schaltungsanordnung
möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Kontrollschaltung Meldemittel zur Erzeugung eines Fehlersignals,
das die Funktionsuntüchtigkeit
mindestens einer Leuchtdiode des Überwachungszweigs anzeigt, aufweist.
Das Fehlersignal kann beispielsweise an ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs
weitergeleitet werden, welches darauf in geeigneter Weise reagiert, beispielsweise
indem es dem Fahrer den Fehler anzeigt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Kontrollschaltung mindestens eine Koppelanordnung zur galvanisch
getrennten Auskopplung des Fehlersignals aufweist. Dabei ist bevorzugt,
dass die Koppelanordnung ein optisches und/oder ein magnetisches Koppelelement
aufweist. Durch die galvanische Entkopplung des Fehlersignals vom
Potential der Schaltungsanordnung wird eine zuverlässige und
störungsfreie Übermittlung
des Fehlersignals an einen Empfänger
wie beispielsweise ein Steuergerät
gewährleistet.
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Es
ist ferner bevorzugt, dass mindestens einem Überwachungszweig je ein erster
Schwellwertschalter mit einem Speicherelement zum Speichern eines
Bits zugeordnet ist, der durch Beaufschlagen mit einer Spannung,
die einen Maximalwert erreicht oder überschreitet, aktivierbar ist
und das Bit des Speicherelements durch Aktivieren des ersten Schwellwertschalters
setzbar ist. Mit Hilfe des ersten Schwellwertschalters kann eine
unterbrochene Leuchtdiode innerhalb des ihm zugeordneten Überwachungszweigs
erkannt werden, weil eine Unterbrechung einer Leuchtdiode des Überwachungszweigs
zu einem Ansteigen einer an ihm abfallenden Spannung führt. Wird
ein Überwachungszweig,
der eine Leuchtdiode umfasst, die eine Unterbrechung aufweist, durch
Einschalten des Schaltmittels überbrückt, dann
sinkt die an dem Überwachungszweig anfallende
Spannung wieder unter den Maximalwert des ersten Schwellwertschalters.
Durch Setzen des Bits des Speicherelements wird auf einfache Weise vermerkt,
dass eine Leuchtdiode des entsprechenden Überwachungszweigs eine Unterbrechung
aufweist und das Schaltmittel zur Überbrückung des Überwachungszweigs auch nach
einem Absinken der an ihm abfallenden Spannung eingeschaltet bleiben
muss.
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Hierbei
kann vorgesehen werden, dass das Speicherelement einen derart asymmetrischen
Aufbau aufweist, dass das Bit des Speicherelements beim Einschalten
einer Versorgungsspannung gelöscht
ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beim Einschalten
der Schaltungsanordnung sich das Bit des Speicherelements in demjenigen
definierten Zustand befindet, der einen fehlerfreien Überwachungszweig
anzeigt, ohne dass hierfür
spezielle Vorrichtungen zum Zurücksetzen
des Speicherelements (zum Beispiel Schaltung zum Erzeugen eines Reset-Signals)
erforderlich sind. Die Schaltungsanordnung kann somit unter Verwendung
weniger Bauteile realisiert werden.
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Des
Weiteren kann vorgesehen werden, dass zur Erkennung eines Kurzschlusses
in mindestens einer Leuchtdiode mindestens einem Überwachungszweig
je ein zweiter Schwellwertschalter zugeordnet ist, der durch Beaufschlagen
mit einer Spannung, die einen Minimalwert erreicht oder unterschreitet,
aktivierbar ist. Mit Hilfe eines solchen Schwellwertschalters kann
auf einfache Weise erkannt werden, dass mindestens eine Leuchtdiode
eines Überwachungszweigs
einen Kurzschluss aufweist.
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Es
kann außerdem
vorgesehen werden, dass die Kontrollschaltung mindestens ein Überwachungselement
umfasst, das einem einzelnen Überwachungszweig
zugeordnet ist. Durch dieses Untergliedern der Schaltungsanordnung
in Überwachungselemente
wird ein modularer Aufbau der Schaltungsanordnung erreicht, was
die Realisierung von Kontrollschaltungen, die eine große Anzahl
von Überwachungszweigen
aufweisen, stark vereinfacht. Die Realisierung der Schaltungsanordnung
wird weiter vereinfacht, wenn jedes Überwachungselement der Kontrollschaltung
identisch aufgebaut ist.
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Hierbei
kann vorgesehen werden, dass die Kontrollschaltung mehrere Überwachungselemente aufweist
und jedes Überwachungselement
zur Erzeugung eines Fehlersignals einen Signaleingang sowie einen
Signalausgang aufweist, wobei die Überwachungselemente in einer
Reihe angeordnet sind und der Signalausgang eines Überwachungselements
mit dem Signaleingang des jeweils in der Reihe nachfolgenden Überwachungselements
verbunden ist. Auf diese Weise kann eine logische Verknüpfung der
Fehlersignale der einzelnen Überwachungselemente
mit besonders geringem Schaltungsaufwand und besonders einfacher
Verdrahtung der Überwachungselemente
untereinander realisiert werden. Des Weiteren wird ein modularer
Aufbau der Schaltungsanordnung ermöglicht.
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Es
kann außerdem
vorgesehen werden, dass das einem Überwachungszweig zugeordnete Überwachungselement
mit der am Überwachungszweig
anliegenden Spannung betrieben wird.
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Dadurch
werden Leitungen zur Spannungsversorgung der einzelnen Überwachungselemente eingespart
und der Schaltungsaufwand der Schaltungsanordnung weiter verringert.
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Hierbei
ist es besonders bevorzugt, dass das Überbrückungsglied zur Überbrückung des
mindestens einen Überwachungszweigs
im eingeschalteten Zustand des Schaltmittels einen Spannungsabfall aufweist,
der einen zur Spannungsversorgung des Überwachungselements hinreichend
großen
Wert aufweist. Auf diese Weise wird ein zuverlässiger Betrieb des Überwachungselement
auch dann sichergestellt, wenn das Schaltmittel eingeschaltet ist,
das heißt
der Überwachungszweig überbrückt ist.
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Ferner
ist bevorzugt, dass der mindestens eine Überwachungszweig eine einzelne
Leuchtdiode oder mehrere in Serie geschaltete Leuchtdioden aufweist.
Bei einer solchen Verschaltung der einzelnen Leuchtdioden eines Überwachungszweigs
kann nämlich
das Auftreten eines Kurzschlusses einer Leuchtdiode oder einer Unterbrechung
einer Leuchtdiode besonders einfach und zuverlässig erkannt werden.
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Als
weitere Lösung
der oben genannten Aufgabe wird eine integrierte Schaltung zur Erkennung einer
elektrischen Unterbrechung und/oder eines Kurzschlusses in mindestens
einer Leuchtdiode mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen. Die
Integrierte Schaltung weist ein Überwachungselement
zur Erkennung einer elektrischen Unterbrechung und/oder eines Kurzschlusses
in mindestens einer Leuchtdiode einer Leuchtdiodenanordnung auf, wobei
das Überwachungselement
mit einem Überwachungszweig,
dem ein Teil der Leuchtdioden der Leuchtdiodenanordnung zugeordnet
ist, derart verbindbar ist, dass es mit einer über alle Leuchtdioden des Überwachungszweigs
abfallenden Spannung beaufschlagt ist, und das Überwachungselement weist mindestens
ein Schaltmittel auf, das zur teilweisen oder vollständigen Überbrückung aller
Leuchtdioden des Überwachungszweigs
einschaltbar ist. Denn durch Realisierung der Kontrollschaltung
mit Hilfe von integrierten Schaltungen kann die Schaltungsanordnung
besonders kompakt und vor allem bei großen Stückzahlen kostengünstig ausgeführt werden.
Die Schaltungsanordnung wird aus einer Kettenstruktur der in mehreren
integrierten Schaltungen enthaltenen Überwachungselementen gebildet. Diese
Kettenstruktur erlaubt eine einfache Verdrahtung der Leuchtdiodenanordnung,
weil nur benachbarte Überwachungselemente
verbunden werden müssen.
Da auf der Leuchtdiodenanordnung also nur wenig Platz für die Verdrahtung
vorgesehen werden muss, können
sehr kompakte, insbesondere schmale, Leuchtdiodenanordnungen realisiert
werden. Hierbei ist bevorzugt, dass eine integrierte Schaltung lediglich
ein Überwachungselement
aufweist, sodass diese besonders dicht an den Leuchtdioden des zugehörigen Überwachungszweigs
platziert werden kann. Der Vorteil dieser modular aufgebauten kettenartigen
Schaltungsanordnung wirkt sich besonders stark aus, wenn die Leuchtdiodenanordnung
der Schaltungsanordnung eine hohe Anzahl an Leuchtdioden aufweist.
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Die
integrierte Schaltung weist einen Signaleingang sowie einen Signalausgang
derart auf, dass sie zur Erzeugung eines Fehlersignals mit mindestens
einer weiteren gleichartigen integrierten Schaltung in einer Reihe
angeordnet werden kann, wobei der Signalausgang der integrierten
Schaltung mit dem Signaleingang der weiteren integrierten Schaltung
verbindbar ist. Denn mit Hilfe dieser Signalein- und Ausgänge lässt sich
die Kettenstruktur besonders einfach realisieren. Die integrierte
Schaltung braucht dann, falls sie nur ein Überwachungselement umfasst,
nur vier Anschlüsse
aufzuweisen.
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Nachfolgend
werden exemplarische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher
erläutert.
Gleiche Elemente tragen dieselben Bezugszeichen und werden in der
Regel nur einmal im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigen
in schematischer Darstellung:
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1 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform;
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3 ein Überwachungselement
gemäß der ersten
oder der zweiten Ausführungsform;
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4 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform;
und
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5 ein
Detail der in 4 gezeigten Darstellung.
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1 zeigt
eine Schaltungsanordnung 1 gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform.
Die Schaltungsanordnung 1 weist eine Leuchtdiodenanordnung 3 auf,
welche drei in Serie geschaltete Leuchtdioden 5 umfasst.
Die Leuchtdiodenanordnung 3 kann mit Energie versorgt werden,
indem zwischen einem ersten Versorgungsspannungsanschluss 7 und
einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 9 der Schaltungsanordnung 1 eine Spannung
angelegt wird. Die Schaltungsanordnung 1 weist drei Überwachungszweige 13 auf, wobei
jedem Überwachungszweig 13 je
eine Leuchtdiode 5 und je ein Überwachungselement 11 zugeordnet
ist.
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Selbstverständlich kann
die Schaltungsanordnung 1 auch eine andere, von der in
dem obigen Ausführungsbeispiel
genannten Anzahl an Überwachungszweigen
abweichende Anzahl aufweisen und kann jedem Überwachungszweig eine andere,
von der in dem obigen Ausführungsbeispiel
genannten Anzahl an Überwachungselementen
abweichende Anzahl zugeordnet werden.
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Die Überwachungselemente 11 sind
in Serie geschaltet, wobei ein erster Überwachungsanschluss 17 des
ersten Überwachungselements
mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 7 verbunden
ist und ein zweiter Überwachungsanschluss 19 eines
jeden Überwachungselements 11 mit
dem ersten Überwachungsanschluss 17 des
jeweils nachfolgenden Überwachungselements 11 verbunden
ist und der zweite Überwachungsanschluss 19 des
letzten Überwachungselements 11 mit
dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 9 der Schaltungsanordnung 1 verbunden
ist. Außerdem
weist die Leuchtdiodenanordnung 3 zwischen den einzelnen Überwachungszweigen 13 Abzweigungen 21 auf,
die mit den Verbindungen zwischen den Überwachungsanschlüssen 17 und 19 der
benachbarten Überwachungselemente 11 verbunden
sind. Dadurch wird erreicht, dass jedes Überwachungselement 11 an dem
ersten 17 und dem zweiten 19 Überwachungsanschluss mit einer
an dem dem Überwachungselement
zugeordneten Überwachungszweig 13 abfallende
Spannung beaufschlagt wird. Jedes Überwachungselement weist ein Überbrückungsglied 22 mit Schaltmittel
zur Überbrückung des
ihm zugeordneten Überwachungszweigs 13 auf.
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Ferner
weist jedes Überwachungselement 11 je
einen Signaleingang 23 und einen Signalausgang 25 auf.
Der Signaleingang 23 des letzten Überwachungselements 11 ist mit
dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 9 der Schaltungsanordnung 1 verbunden.
Der Signalausgang 25 eines jeden Überwachungselements 11 ist
mit dem Signaleingang 23 des jeweils vorhergehenden Überwachungselements 11 verbunden.
Zwischen dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 7 der
Schaltungsanordnung 1 und dem Signalausgang 25 des ersten Überwachungselements 11 ist
eine Leuchtdiode 27 eines Optokopplers 29 mit
vorgeschaltetem Widerstand R1 angeordnet.
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Schließlich weist
die Schaltungsanordnung 1 einen mit S+ bezeichneten ersten
Signalversorgungsspannungsanschluss 31 einen mit S– bezeichneten
zweiten Signalversorgungsspannungsanschluss 33 sowie einen
mit Serr bezeichneten Fehlersignalausgang 35 auf.
Der erste Signalversorgungsspannungsanschluss 31 ist mit
einem Kollektor eines Fototransistors 37 des Optokopplers 29 verbunden und
der Fehlersignalausgang 35 ist mit einem Emitter des Fototransistors 37 sowie über einen
Widerstand R2 mit dem zweiten Signalversorgungsspannungsanschluss 33 verbunden.
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Abweichend
von der gezeigten Ausführungsform
kann – etwa
um die Schaltungsanordnung an ein anzuschließendes Steuergerät anzupassen – eine andere
Beschaltung des Fototransistors 37 gewählt werden. Insbesondere kann
sich der Widerstand R2 auch am Kollektor des Fototransistors 37 befinden.
Ferner kann der Signalversorgungsspannungsanschluss 33 entfallen.
Je nach Anforderungen an den Optokoppler 29, kann dieser
auch einen anderen Aufbau aufweisen; anstelle des bipolaren Fototransistors 37 kann
insbesondere auch ein Foto-MOSFET oder auch eine Fotodiode eingesetzt werden.
Außerdem
kann anstelle des Optokopplers 29 auch ein Koppelelement
zur galvanisch getrennten Koppelung, das auf einem anderen Funktionsprinzip
wie beispielsweise einer magnetischen Kopplung beruht, eingesetzt
werden.
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Insgesamt
bilden die Überwachungselemente
zusammen mit der oben beschriebenen mit dem Optokoppler 29 realisierten
Schaltstufe, zu der auch die Widerstände R1 und R2 gehören, eine
Kontrollschaltung 38.
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Abweichend
von der ersten Ausführungsform
können Überwachungszweige 13 vorgesehen werden,
die eine höhere
Anzahl an Leuchtdioden 5 aufweisen. Beispielsweise kann
wie in der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform
jeder Überwachungszweig
zwei Leuchtdioden 5 aufweisen. Ferner kann die Gesamtzahl
der Überwachungszweige 13 beziehungsweise
Leuchtdioden 5 an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung
angepasst werden.
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Schaltungsanordnungen 1 mit
einer höheren Anzahl
an Überwachungszweigen 13 lassen
sich dadurch realisieren, dass eine entsprechend höhere Anzahl
an Überwachungselementen 11 vorgesehen wird
und die Überwachungselemente 11 gemäß dem oben
beschriebenen Verbindungsschema untereinander verbunden werden.
Somit ergibt sich innerhalb der Leuchtdiodenanordnung 3 eine
Menge von in Serie geschalteten Überwachungsabschnitten 13 und eine
zur Leuchtdiodenanordnung 3 parallel geschaltete Menge
von in Serie geschalteten Überwachungselementen 11,
wobei die Anzahl der Überwachungselemente 11 der
Anzahl der Überwachungsabschnitte 13 entspricht
und die Verbindungen zwischen dem ersten 17 und dem zweiten 19 Überwachungsanschluss
benachbarter Überwachungselemente 11 über die
Abzweigungen 21 mit der Leuchtdiodenanordnung 3 verbunden
sind.
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Die
Schaltungsanordnung 1 arbeitet folgendermaßen. Um
die Leuchtdioden 5 der Leuchtdiodenanordnung 3 zum
Leuchten zu bringen, muss die Leuchtdiodenanordnung 3 über den
ersten 7 und den zweiten 9 Versorgungsspannungsanschluss
auf geeignete Weise mit Energie versorgt werden. Dazu kann eine
geeignete Ansteuerschaltung für
Kraftfahrzeugleuchten beziehungsweise Kraftfahrzeugscheinwerfer
verwendet werden, die Teil eines Steuergerätes sein kann. Sind alle Leuchtdioden 5 der Leuchtdiodenanordnung 3 intakt,
ergibt sich an den einzelnen Überwachungszweigen 13 ein
im Wesentlichen von der Durchlassspannung der verwendeten Leuchtdioden
abhängiger
Spannungsabfall, der von den dem Überwachungszweigen 13 zugeordneten Überwachungselementen 11 zwischen
den ersten 17 und den zweiten 19 Überwachungsanschlüssen erfasst
werden kann.
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Die Überwachungselemente 11 überwachen diesen
Spannungsabfall des ihnen zugeordneten Überwachungszweigs 13.
Befindet sich der Spannungsabfall innerhalb eines zulässigen Bereichs, dann
geht das Überwachungselement 11 davon
aus, dass die Leuchtdioden 5 des im zugeordneten Überwachungszweiges 13 ordnungsgemäß funktionieren und
zeigt dieses dadurch an, dass es seinen Signalausgang 25 mit
seinem zweiten Überwachungsanschluss 19 verbindet.
Erreicht oder überschreitet
der Spannungsabfall, das heißt
die Spannung zwischen den Überwachungsanschlüssen 17 und 19,
einen Maximalwert, dann erkennt das Überwachungselement 11 einen
Defekt mindestens einer Leuchtdiode 5 des ihm zugeordneten Überwachungszweigs 13 und
signalisiert dies, indem es die Verbindung zwischen seinem Signalausgang 25 und
seinem zweiten Überwachungsanschluss 19 öffnet. Gleichzeitig schließt es das
Schaltmittel 22 zwischen den ersten 17 und dem
zweiten 19 Überwachungsanschluss, um
den Überwachungszweig 13 zu überbrücken und so
einen Ausfall der anderen Leuchtdioden 5 der Leuchtdiodenanordnung 3 zu
vermeiden. Erreicht oder unterschreitet der Spannungsabfall einen
Minimalwert, so deutet dies auf einen Kurzschluss mindestens einer
Leuchtdiode 5 des dem Überwachungselement 11 zugeordneten Überwachungszweigs 13 hin.
Dieser Fehler wird dadurch signalisiert, dass das Überwachungselement 11 die
Verbindung zwischen seinem Signalausgang 25 und seinem
zweiten Überwachungsanschluss 19 öffnet.
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Werden
alle Überwachungszweige 13 als
intakt erkannt, dann sind die Signalausgänge 25 und die Überwachungsanschlüsse 19 der
einzelnen Überwachungselemente 11 jeweils
miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine Katode der Leuchtdiode 27 des
Optokopplers 29 mit dem zweiten Überwachungsanschluss 19 des
direkt mit dem Optokoppler 29 verbundenen Überwachungselements 11 verbunden
und somit ein Stromkreis durch die Leuchtdiode 27 geschlossen.
Der Widerstand R1 dient zur Begrenzung des durch die Leuchtdiode 27 des
Optokopplers 29 fließenden
Stroms. Fließt
ein Strom durch die Leuchtdiode 27, dann bestrahlt diese den
Fototransistor 37 des Optokopplers 29, welcher dadurch
leitend wird, so dass der Fehlersignalausgang 35 mit dem
ersten Signalversorgungsspannungsanschluss 31 verbunden
wird und am Fehlersignalausgang 35 eine bezogen auf den
zweiten Signalversorgungsspannungsanschluss 33 hohe Spannung
anliegt.
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Tritt
an mindestens einem Überwachungszweig 13 ein
Fehler auf (Kurzschluss oder Unterbrechung einer Leuchtdiode 5),
dann öffnet
das entsprechende Überwachungselement
seine Verbindung zwischen seinem Signalausgang 25 und seinem zweiten Überwachungsanschluss 19.
Tritt der Fehler an demjenigen Überwachungselement 11 auf,
das mit dem Optokoppler 29 verbunden ist (das erste Überwachungselement 11),
dann wird der Stromkreis durch die Leuchtdiode 27 des Optokopplers 29 unmittelbar
unterbrochen. Tritt der Fehler jedoch an einem nicht mit dem Optokoppler 29 verbundenen Überwachungselement 11 auf,
dann ist der Signaleingang 23 des in der Reihe der Überwachungselemente 11 vorhergehende Überwachungselements 11 nicht
mehr mit dem zweiten Überwachungsanschluss 19 des Überwachungselements 11,
an dem der Fehler auftritt, verbunden. Die hat zur Folge dass das vorhergehende Überwachungselement
ebenfalls seine Verbindung zwischen seinem Signalausgang 25 und
seinem zweiten Überwachungsanschluss 19 öffnet. Dieses Öffnen der
Verbindung zwischen Signalausgang 25 und zweitem Überwachungsanschluss 19 der Überwachungselemente 11 setzt
sich in der Reihe der Überwachungselemente 11 solange
fort, bis schließlich
das erste Überwachungselement 11 seine
Verbindung zwischen seinem Signalausgang 25 und seinem
zweiten Überwachungsanschluss 19 öffnet. Dabei
wird der Stromkreis durch die Leuchtdiode 27 des Optokopplers 29 unterbrochen.
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Da
die Leuchtdiode 27 dann den Fototransistor 37 des
Optokopplers 29 nicht bestrahlt, sperrt der Fototransistor 37,
so dass sich am Fehlersignalausgang 35 eine bezogen auf
den zweiten Signalversorgungsspannungsanschluss 33 niedere
Spannung einstellt.
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Das
am Fehlersignalausgang 35 ausgegebene Fehlersignal kann
beispielsweise von einem Steuergerät ausgewertet werden, wobei
eine bezogen auf den zweiten Signalversorgungsspannungsanschluss 33 bezogene
niedere Spannung einen Fehler innerhalb der Leuchtdiodenanordnung 3 anzeigt.
Eine an die beiden Signalversorgungsspannungsanschlüsse 31 und 33 anzulegende
Signalversorgungsspannung kann beispielsweise dem Steuergerät, das das
Fehlersignal auswertet, entnommen werden.
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3 zeigt
eine mögliche
Schaltung eines Überwachungselements 11.
Die Schaltung weist einen ersten Schwellwertschalter 39 zum
Erkennen des Erreichens oder Überschreitens
eines Maximalwerts des Spannungsabfalls am Überwachungszweig 13 auf.
Dieser erste Schwellwertschalter 39 wird durch eine Serienschaltung
einer Zehnerdiode D1 und eines Widerstands R11 sowie durch einen Transistor
T1 gebildet, wobei der Gate-Anschluss des Transistors T1 mit der
Verbindung zwischen der Diode D1 und dem Widerstand R1 verbunden
ist. Ferner weist die Schaltung ein Speicherelement 41 auf,
das aus zwei Transistorstufen gebildet ist, die jeweils aus dem
Transistor T2 und dem Widerstand R12 sowie dem Transistor T3 und
dem Widerstand R13 bestehen. Die Gate-Anschlüsse dieser beiden Transistoren
T2 und T3 sind jeweils mit dem Drain-Anschluss des jeweils anderen
Transistors verbunden. Zum Setzen des Speicherelements 41 ist der
Drain-Anschluss von T1 mit dem Drain-Anschluss von T2 verbunden,
so dass T1 die Drain-Source-Strecke
des Transistors T2 überbrücken kann.
Der Drain-Anschluss des Transistors T3 bildet einen Ausgang des
Speicherelements 41.
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Des
Weiteren weist das Überwachungselement 11 ein
schaltbares Überbrückungsglied 22 auf, welches
aus einer Transistorstufe, die den Transistor T4 sowie den Widerstand
R14 und eine Diode D2 umfasst, gebildet ist. Der Gate-Anschluss des Transistors
T4 ist mit dem Ausgang des Speicherelements verbunden. Die Drain-Source-Strecke
des Transistors T4 kann die Katode der Diode D2 mit dem zweiten Überwachungsanschluss 19 verbinden,
und die Anode von D2 ist über
den Widerstand R14 mit dem ersten Überwachungsanschluss 17 des Überwachungselements 11 verbunden.
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Zur
logischen Verknüpfung
des Ausgangs des Speicherelements 41 mit dem Signaleingang 23 ist
ein durch die Transistoren T5 und T6 sowie den Widerstand R15 gebildete
NOR-Gatter 43 vorgesehen. Die Drain-Source-Strecken der
Transistoren T5 und T6 sind parallel geschaltet. Die Source-Anschlüsse mit
dem zweiten Überwachungsanschluss 19 verbunden
und die Drain-Anschlüsse über den Widerstand
R15 mit dem ersten Überwachungsanschluss 17 verbunden.
Der Ausgang des Speicherelements 41 ist mit dem Gate-Anschluss
von T5 verbunden, während
der Signaleingang 23 über
einen Widerstand R16 mit dem Gate-Anschluss des Transistors T6 verbunden
ist. Außerdem
ist der Gate-Anschluss des Transistors T6 über einen Widerstand R17 mit
dem ersten Überwachungsanschluss 17 verbunden.
Schließlich
weist das Überwachungselement 11 noch
einen Transistor T7 zum Verbinden des Signalausgangs 25 mit
dem zweiten Überwachungsanschluss 19 auf.
Der Gate-Anschluss dieses Transistors ist mit dem Ausgang des NOR-Gatters 43 also der
Drain-Anschlüsse
der Transistoren T5 und T6 verbunden.
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Die
Schaltung arbeitet folgendermaßen. Beim
Anlegen einer Versorgungsspannung am ersten Überwachungsanschluss 17 und
am zweiten Überwachungsanschluss 19 geht
das Speicherelement 41 in einen definierten zurückgesetzten
Zustand. Der Transistor T2 sperrt und der Transistor T3 leitet.
Dieser definierte Anfangszustand wird durch eine ungleiche Dimensionierung
der Widerstände R12
und R13 erreicht R12 muss nämlich
wesentlich geringer gewählt
werden als R13, so dass beim Anlegen der Versorgungsspannung T3
durchschaltet bevor T2 durchschalten kann und dadurch ein Durchschalten
von T2 verhindert. Ist T3 durchgeschaltet, dann weisen die Transistoren
T4 und T5 eine so geringe Gate-Source-Spannung auf, dass diese sperren.
Somit ist auch das Überbrückungsglied 22 aus R14
D2 und D4 geöffnet.
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Falls
die Spannung am Signaleingang 23 bezogen auf den zweiten Überwachungsanschluss 19 gering
ist, was der Fall ist, wenn der Transistor T7 des vorhergehenden Überwachungselements 11 durchgeschaltet
ist oder wenn das betrachtete Überwachungselement 11 das
letzte Überwachungselement 11 der
in Reihe geschaltete Überwachungselemente
ist, dann sperrt auch der Transistor T6, so dass sich am Gate-Anschluss
des Transistors T7 eine bezogen auf den zweiten Überwachungsanschluss 19 ausreichend
hohe Spannung ergibt, so dass der Transistor T7 durchschaltet und
den Signalausgang 25 mit dem zweiten Überwachungsanschluss 19 verbindet.
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Meldet
ein am Signaleingang 23 angeschlossenes vorhergehendes Überwachungselement 11 einen
Fehler, indem es seinen Transistor T7 sperrt und somit seinen Signalausgang 25,
der mit dem Signaleingang 23 des betrachteten Überwachungselements 11 verbunden
ist, offen lässt,
dann stellt sich am Transistor T6 eine hohe Gate-Source-Spannung ein, die zu einem Durchschalten
dieses Transistors führt,
so dass Transistor T7 sperrt.
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Sobald
auf Grund eines Defekts im Überwachungszweig 13 die
Spannung zwischen den beiden Überwachungsanschlüssen 17 und 19 den
Maximalwert erreicht oder überschreitet,
stellt sich am Transistor T1 eine ausreichend hohe Gate-Source-Spannung
ein, so dass dieser durchschaltet und die Drain-Source-Strecke des Transistors
T2 kurzschließt,
was zu einem Umschalten des Speicherelements führt, wobei der Transistor T3
sperrt. Ist der Transistor T3 gesperrt, dann weisen die Transistoren T4
und T5 eine verhältnismäßig hohe
Gate-Source-Spannung
auf, so dass beide Transistoren leiten.
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Dies
führt dazu,
dass der erste 17 und der zweite Überwachungsanschluss über den
Widerstand R14 die Diode D2 und die Drain-Source-Strecke des Transistors
T4 überbrückt werden.
Dabei sorgen der Widerstand R14 und die Diode D2 dafür, dass
die Überbrückung nicht
vollständig
ist, sondern zwischen den beiden Überwachungsanschlüssen 17 und 19 eine
Spannung abfällt,
die größenordnungsmäßig derjenigen
Spannung entspricht, die an einem intakten Überwachungszweig 13 abfällt. Dadurch wird
erreicht, dass die elektrischen Eigenschaften, insbesondere der
Spannungsabfall an der gesamten Leuchtdiodenanordnung 3,
beibehalten werden und dass das Überwachungselement 11 weiterhin über die Überwachungsanschlüsse 17 und 19 mit
Strom versorgt wird.
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Das
Durchschalten des Transistors T5 des NOR-Gatters bewirkt, dass die
Gate-Source-Spannung des Transistors T7 so weit absinkt, dass der Transistor
T7 sperrt. Der Signalausgang 25 wird dadurch vom zweiten Überwachungsanschluss 19 abgetrennt.
Dadurch wird der Fehler dem vorhergehenden Überwachungselement 11 signalisiert
dessen Signaleingang 23 wie aus den 1 und 2 ersichtlich
mit dem Signalausgang 25 des betrachteten Überwachungselements 11 verbunden
ist.
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Das
Schließen
des aus R14, D2 und T4 gebildeten Überbrückungsglieds 22 bewirkt
ein Absinken der Spannung zwischen dem ersten Überwachungsanschluss 17 und
dem zweiten Überwachungsanschluss 19 unter
den Maximalwert, so dass der Transistor T1 sperrt. Das Speicherelement 41 bewirkt,
dass der Transistor T4 dennoch durchgeschaltet bleibt, so dass das Überbrückungsglied 22 geschlossen
bleibt. So wird vermieden, dass beim Auftreten einer Unterbrechung
in einem Überwachungszweig 13 das Überbrückungsglied 22 in
einen unerwünschten Zwischenzustand
zwischen geschlossenem und geöffnetem
Zustand gerät
oder das Überwachungselement 11 zum
Schwingen angeregt wird.
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Bei
einem Kurzschluss in einem Überwachungszweig 13 sinkt
die Spannung zwischen dem ersten Überwachungsanschluss 17 und
dem zweiten Überwachungsanschluss 19 so
weit, dass der Transistor T7 keine zum Durchschalten ausreichende Gate-Source-Spannung erhält und der
Signalausgang 25 vom zweiten Überwachungsanschluss 19 getrennt
wird. Insofern bildet der Transistor T7 einen zweiten Schwellwertschalter 45,
der beim Beaufschlagen der beiden Überwachungsanschlüsse 17 und 19 mit
einer Spannung, die einen Minimalwert erreicht oder unterschreitet,
derart aktiviert wird, dass eine Verbindung zwischen dem Signalausgang 25 und
dem zweiten Überwachungsanschluss 19 geöffnet wird.
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Die
genaue Dimensionierung der Schaltung hängt von verschiedenen Faktoren
insbesondere der Art der verwendeten Leuchtdioden 5 und
der Anzahl der Leuchtdioden 5, die innerhalb eines Überwachungszweiges 13 angeordnet
sind, ab. Eine mögliche
Ausführung
der Schaltung aus 3 sieht vor, dass die Transistoren
T1 bis T3 sowie T5 bis T7 vom Typ BSS 123 und T4 vom Typ BSS 89
sind, die Diode D1 vom Typ BZX 79C6V8 ist, die Diode D2 vom Typ 1N4148
ist, die Widerstände
R11, R12, R14, R15 und R17 einen Wert von 10 KΩ aufweisen, der Widerstand
R13 einen Wert von 15 KΩ aufweist
sowie der Widerstand R16 einen Wert von 1 KΩ aufweist.
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Die
Schaltung eines Überwachungselements 11 kann
in einer nicht gezeigten Ausführungsform
auch mit anderen Bauteilen realisiert werden. Insbesondere können anstatt
der CMOS-Transistoren
vom Anreicherungstyp (Enhancement-Mode), die in der Schaltung von 3 gezeigt
sind, auch andere Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren
verwendet werden. Soll die Schaltung mit einer oder mehreren integrierten
Schaltungen ausgeführt
werden, dann sind bei der Auswahl der Bauteile und bei ihrer Dimensionierung
auch die Gegebenheiten der verwendeten Halbleitertechnologie zu
berücksichtigen.
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4 zeigt
einen möglichen
Aufbau einer Schaltungsanordnung 1 mit 14 Leuchtdioden 5.
Die Leuchtdioden 5 sind auf einer langen und schmalen Leiterplatte 41 angeordnet,
die je nach den sich bei einer Anwendung im Kraftfahrzeugbereich
ergebenden Anforderungen fest oder flexibel sein kann (übliche Abmessungen
von derartigen Leiterplatten 41 sind beispielsweise 8 × 500 mm).
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Um
die geringe Breite zu erreichen, sind die Überwachungselemente 11 als
integrierte Schaltungen 11 ausgeführt, die zwischen den einzelnen Leuchtdioden 5 angeordnet
sind. Dabei ist jeder Leuchtdiode 5 ein Überwachungselement 11 zugeordnet,
welches auf der Leiterplatte 41 links von der jeweiligen
Leuchtdiode 5 (bezogen auf die Darstellung der 4)
platziert ist. An einer Querkante der Leiterplatte befindet sich
ein elektrischer Anschluss 43 zur Verbindung der Schaltungsanordnung 1 mit anderen
Teilen einer Kraftfahrzeugleuchte oder eines Kraftfahrzeugscheinwerfers.
Der elektrische Anschluss 43 kann als Steckerelement eines
Steckverbinders ausgeführt
sein, welches in ein entsprechendes Buchsenelement eingesetzt werden
kann und dort lösbar
befestigt ist. Der Anschluss 43 weist Kontakte für die in 1 gezeigten
Versorgungsspannungsanschlüsse 7, 9 und
die Signalanschlüsse 31, 33, 35 auf.
Zwischen dem elektrischen Anschluss 43 und den Überwachungselementen 11 sind
der Optokoppler 29 und die beiden Widerstände R1 und
R2 (siehe hierzu auch 1) angeordnet. Anweichend von
der in 3 gezeigten Ausführungsform können diese Bauteile 11,
R1, R2 auch von der Leiterplatte 41 getrennt in einer anderen
Baugruppe einer Kraftfahrzeugleuchte bzw. eines Kraftfahrzeugscheinwerfers
untergebracht werden.
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Das
Verdrahtungsschema der Leuchtdioden 5 und der Überwachungselemente 11 ist
in 5 vergrößert dargestellt.
Der Signaleingang 23 und der Signalausgang 25 benachbarter Überwachungselemente 11 sind
jeweils mit einer ersten Leiterbahn 45 verbunden. Benachbarte
Leuchtdioden 5 sind mit Hilfe jeweils einer zweiten Leiterbahn 47 verbunden.
Die auch in 1 gezeigte Verbindung zwischen
den Überwachungsanschlüssen 17, 19 benachbarter Überwachungselemente 11 sowie
die Abzweigung 21 wird von jeweils einer dritten Leiterbahn 49 gebildet.
Der Signaleingang 23 des in der Reihe der Überwachungselemente 11 letzten Überwachungselements 11 (in
den 4 und 5 das am weitesten rechts angeordnete Überwachungselement 11)
ist mit dem zweiten Überwachungsanschluss 19 dieses Überwachungselements 11 verbunden.
Die mit der letzten Leuchtdiode 5 (in den 4 und 5 die
am weitesten rechts angeordnete Leuchtdiode 5) verbundene
dritte Leiterbahn 49 führt
auf der Leiterplatte 41 zum elektrischen Anschluss 43.
Sie bildet den zweiten Versorgungsspannungsanschluss 9.
Die mit der ersten Leuchtdiode 5 (in 4 die
am weitesten links angeordnete Leuchtdiode) verbundene zweite Leiterbahn 47 bildet
den ersten Versorgungsspannungsanschluss 7 und führt ebenfalls
zum elektrischen Anschluss 43.
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Abweichend
hiervon können
auch bei der Verwendung integrierter Schaltungen 11 Überwachungszweige 13 aufgebaut
werden, die mehr als eine Leuchtdiode 5 umfassen. Außerdem kann
in anderen Ausführungsformen
eine abweichende Anzahl von Leuchtdioden 5 vorgesehen werden.