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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von
Leuchtdiodenketten mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Leuchtdiodenketten
werden insbesondere im Automobilbereich für die Lichterzeugung
in Bremsleuchten, Blinkern wie auch Hauptscheinwerfern verwendet.
Um die Lichtausbeute hoch zu gestalten, sind mehrere Leuchtdioden
in Reihe geschaltet, zu welchen wiederum mehrere in Reihe geschaltete
Leuchtdioden parallel geschaltet sind. Diese Maßnahme ermöglicht
die Ansteuerung aus einer Stromquellenschaltung; zugleich erfolgt
hierdurch eine besonders ökonomische Ausnutzung von Ressourcen.
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Um
die Leuchtdiodenketten gleichmäßig zu betreiben
und um eine gleichmäßige Lichtausbeute zu erreichen,
werden parallel geschaltete Leuchtdiodenketten möglichst
mit gleichen Strömen angesteuert. Um dies zu erreichen,
werden die Leuchtdiodenketten über Stromteiler angesteuert,
welche jeder Leuchtdiodenkette einen nahezu gleichstarken Strom
zuleiten. Es haben sich hierfür Stromteiler bekannter Art
als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Aus
EP 0 753 892 B1 ist
eine Halbleiteranordnung mit einer Schutzvorrichtung bekannt. Hierbei
handelt es sich um eine elektrostatische Schutzschaltung für
elektronische Bauteile.
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Aus
DE 10 2004 034 359
B3 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtzeichens
offenbart. Es sind mehrere parallel geschaltete Leuchtdiodenketten
vorhanden, denen jeweils eine Konstantstromquelle zugeordnet ist,
wobei die Konstantstromquellen aus einer gemeinsamen Spannungsquelle
gespeist werden. Um eine exakte Auslegung bei erhöhtem
Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung zu erreichen, ist vorgesehen,
dass die Konstantstromquellen jeweils über eine Oder-Verknüpfung
mit einem gemeinsamen Schaltungselement zur Regelung der Referenzspannung
der Konstantstromquellen verbunden sind.
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Aus
DE 10 2004 008 896
A1 ist ein Verfahren und ein Apparat zur Steuerung von
Leuchtdioden bekannt. Eine Leuchtdiodenschaltung enthält
eine Vielzahl von in einer hybridparallelen Reihenschaltungskonfiguration
verbundenen Leuchtdioden und eine Stromregulierungsschaltung, die
ein an eine erste Kette einer Vielzahl von Leuchtdiodenketten angeschlossenes
Stromregulierungselement und eine Vielzahl von Stromspiegelelementen
enthält, wobei jedes Stromspiegelelement an eine jeweilige
Kette der Vielzahl von LED-Ketten angeschlossen ist.
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Bei
der beschriebenen Ansteuerung von Leuchtdiodenketten mit Stromquellenschaltungen
ist zu berücksichtigen, dass die Kettenströme
stabil und unter Beachtung der Kettenspannungen aufzuteilen sind.
Ursache für unterschiedliche Kettenspannungen sind die
verwendeten Bauelemente sowie deren Streuungen und Temperatureinflüsse.
Um dies zu kompensieren, werden modifizierte Stromspiegel eingesetzt,
die eine Überwachung dieser Aufgabe ermöglichen.
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Nachteilig
bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass Störursachen,
wie ein Riss oder ein Kurzschluss in einer Leuchtdiodenkette, die
vorhandenen Kettenregeltransistoren überlasten und die Stromquellenschaltung
durch Überspannung oder die Leuchtdioden durch Überstrom
zerstört werden können. Aus diesem Grund sind
verschiedene Sicherheitsaspekte zu beachten, die erfordern, dass parallel
geschaltete Leuchtdiodenketten im Störungsfall zusammen
abgeschaltet werden müssen. Außerdem soll ein
Nachglimmen unterbunden werden. Die Diagnose solcher Zustände
ist sehr aufwendig, da unterschiedliche Parameter, wie Strom, Spannung,
Verlustleistung etc. gleichzeitig und mehrfach erfasst werden müssen.
Der ökonomische Vorteil eines preiswerten Stromteilers
mit Stromspiegel kann daher nicht ausgenutzt werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für
den Betrieb von mindestens zwei Leuchtdiodenketten aufzuzeigen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll unter Einsatz möglichst
weniger Standardbauelemente ein Stromteiler, der den Strom auf die
Leuchtdiodenketten verteilt, überwacht und im Störungsfall
mit geeigneten Maßnahmen abgeschaltet werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst. Hierzu werden nicht mehrere einzelne oder verschiedene
Parameter der einzelnen Schaltungskomponenten überwacht,
sondern es werden ausschließlich die Spannungsabfälle
an den Leuchtdiodenketten überwacht. In vorteilhafter Ausgestaltung
werden die Spannungsabfälle an den Transistoren, im Weiteren mit
Kettenregeltransistoren bezeichnet, überwacht, über
die die Leuchtdiodenketten angesteuert werden, die Rückschlüsse
auf die Betriebszustände der Leuchtdiodenketten zulassen.
In einer vorteilhaften konkreten Ausgestaltung einer elektrischen
Schaltung zur Umsetzung der Erfindung werden die Spannungsabfälle über
den Kettenregeltransistoren und/oder Strommesswiderstände überwacht,
da sich diese in einem Störungsfall stark verändern.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der abhängigen
Ansprüche sowie der weiteren Beschreibung und insbesondere
der Beschreibung anhand konkreter Ausführungsbeispiele.
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Die
Leuchtdiodenketten werden über eine Stromquellenschaltung
mit Strom versorgt. Die Leuchtdiodenketten sind über eine
Stromteilerschaltung mit der Stromquelle bzw. der Stromquellenschaltung
verbunden.
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Die
vorliegende Erfindung nutzt die Eigenschaft einer Stromteilerschaltung
derart aus, dass jede Störung mit der Erhöhung
mindestens eines Spannungsabfalls über den entsprechenden
Regelelementen der Stromteilerschaltung einhergeht. Werden diese
Spannungen addiert, lässt sich anhand der Summierung dieser
Einzelspannungen der Gesamtzustand der Stromteilerschaltung und
damit die Zustände der Leuchtdiodenketten, insbesondere
jeder einzelnen Leuchtdiodenkette, diagnostizieren. Dies lässt
sich auch anhand der Überwachung der Spannungsabfälle über
den Kettenregeltransistoren diagnostizieren. Große Summenspannungen
entsprechen großen Spannungsdifferenzen. Für die
Auswertung bietet sich zum einen eine Softwareüberwachung
an, zum anderen die Verwendung eines Triggers. Erstere erkennt durch
Lernfähigkeit schleichende Veränderungen. Der
Trigger erkennt Grenzwertüberschreitungen bei plötzlich
auftretenden Überbeanspruchungen und schaltet unmittelbar
ab, so dass größere Schäden vermieden
werden können. Zusätzlich erfolgt ein Schutz der
Hardware bei auftretenden Softwareproblemen. Bei der Abschaltung läuft
die Stromquelle, welche den Strom für die Leuchtdiodenketten
liefert, auf ihre physikalischen Grenzen hoch. Bei den physikalischen
Grenzen handelt es sich in einem konkreten Ausführungsbeispiel um
eine Kurzschlussstrombelastung der Stromquelle(n) und/oder um eine
Spannungsüberlastung.
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Eine
entsprechend zu diagnostizierende Situation und eine entsprechende
plötzliche Spannungsunsymmetrie durch Spannungsunterschiede über
den Leuchtdiodenketten und/oder deren Regelelementen tritt beispielsweise
ein bei einem Riss einer der Diodenkette, einem Kurzschluss, dem
Ausfall oder der Beschädigung einzelner Dioden oder zu großer
Unsymmetrie der Spannungen und Leistungen zwischen den einzelnen
Leuchtdiodenketten.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Betrieb
eines Leuchtmittels. Das Leuchtmittel besteht aus mindestens zwei
parallel geschalteten Leuchtdiodenketten aus jeweils mindestens
zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden. Das Leuchtmittel wird entweder
von einer Stromquelle mit Stromteiler oder aus separaten Stromquellen,
oder einer Stromquellenschaltung gespeist, welche für jede
der mindestens zwei Leuchtdiodenketten einen definierten Strom über
die jeweiligen Ausgänge bereitstellt. Vorzugsweise ist
der Strom nahezu konstant. Außerdem sind eine Diagnoseeinheit
und eine Abschalteinheit vorhanden, welche den Spannungsabfall über
jeder der mindestens zwei Leuchtdiodenketten des Leuchtmittels überwachen.
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Vorteilhaft
nach Patentanspruch 2 ist, dass die Leuchtdioden der Leuchtdiodenketten
des Leuchtmittels baugleich sind. Damit werden Unsymmetrien und
ungleiche Spannungsverteilungen der Leuchtdiodenketten nahezu vermieden.
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Vorteilhaft
nach Patentanspruch 3 ist, dass die Diagnoseschaltung die mindestens
zwei Leuchtdiodenketten auf Ungleichmäßigkeiten
und/oder Unsymmetrien des Spannungsabfalls über den mindestens
zwei Leuchtdiodenketten den Leuchtdiodenkettenregeltransistoren überwacht
und ein proportionales Signal ausgibt. Das proportionale Signal
wird z. B. über einen Analog-Digital-Konverter und/oder über eine
entsprechende Software ausgewertet. Hierdurch kann eine Beschädigung
des Leuchtmittels durch Bauteil veränderungen der integrierten
elektrischen Bauelemente erkannt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich
oder alternativ der Spannungsabfall über den Leuchtdiodenkettenregeltransistoren
auf Ungleichmäßigkeit und/oder Unsymmetrie des
Spannungsabfalls überwacht.
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Vorteilhaft
nach Patentanspruch 4 ist, dass die Diagnoseeinheit die Werte der
Spannungsabfälle über den mindestens zwei Leuchtdiodenketten
in einen elektrischen/elektronischen Speicher abspeichert. Hierdurch
kann dann eine Langzeitanalyse vorgenommen werden und es können
schleichende Veränderungen der Leuchtdiodenketten erkannt
werden. Dies ist besonders beim Einsatz im automotiven Bereich von
Bedeutung, da auf diese Weise bereits frühzeitig Ausfälle
diagnostiziert werden können.
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Vorteilhaft
nach Patentanspruch 5 ist, dass die Abschalteinheit die Stromquellenschalter
oder den Stromteiler oder die Stromquellen oder die Stromquelle
abschaltet, sobald die Summenspannung über den mindestens
zwei Leuchtdiodenketten einen vordefinierten Wert überschreitet.
Hierdurch erfolgt ein schnelles und sicheres Abschalten. Es wird vermieden,
dass weitere Bauelemente beschädigt werden.
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Vorteilhaft
nach Patentanspruch 6 ist, dass die Abschalteinheit auf schnelle Änderungen
des Spannungsabfalls über den Leuchtdiodenketten reagiert.
Hierdurch wird vermieden, dass weitere Bauelemente beschädigt
werden.
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Vorteilhaft
nach Patentanspruch 7 ist, dass die Stromquellenschaltung von einem
Stromteiler aus zwei parallel geschalteten Transistoren gebildet ist,
wobei im Emitterzweig des ersten Transistors ein erster Widerstand
und im Emitterzweig des zweiten Transistors ein zweiter Widerstand
liegt, wobei der erste und der zweite Widerstand an einer Spannungsquelle
oder Stromquelle angeschlossen sind, wobei der erste und der zweite
Widerstand Unsymmetrien von Spannungen und somit der Ströme
in den Emitterzweigen der beiden Transistoren liniearisieren. Dies
stellt einen einfachen und kostengünstigen Aufbau eines
Stromteilers dar.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
8 ist bevorzugt, dass der erste und der zweite Widerstand Unsymmetrien von
Spannungen und somit die Ströme in den Emitterzweigen der
beiden Transistoren linearisieren.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
9 ist bevorzugt, dass der erste und zweite Transistor und der erste
und zweite Widerstand baugleich sind oder gleiche elektrische Parameter
aufweisen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
10 ist bevorzugt, dass zwischen den beiden Basen des ersten und
zweiten Transistors ein dritter Transistor mit seinem Emitter angeordnet
und am Kollektor des dritten Transistors ein dritter Widerstand
angeschlossen ist, wobei an der Basis des dritten Transistors ein
vierter Widerstand angeschlossen ist, wobei der dritte und vierte Widerstand
auf Masse geführt sind und wobei die Kollektoren des ersten
und des zweiten Transistors über beispielsweise vier Dioden
verbunden sind. Die Anzahl der Dioden ist abhängig von
der Art der und der Anzahl der eingesetzten Transistoren.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
11 ist bevorzugt, dass die Transistoren pnp-Transistoren oder npn-Transistoren
oder Feldeffekttransistoren sind.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
12 ist bevorzugt, dass die Transistoren als komplementäre
Darlington-Transistoren geschaltet sind. Bei den beiden Transistoren handelt
es sich um Leuchtdiodenkettenregeltransistoren.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
13 ist bevorzugt, dass die Diagnoseschaltung aus einem vierten Transistor und
einem fünften, sechsten, siebten und achten Widerstand
besteht, wobei der fünfte Widerstand am Emitter des vierten
Transistors angeschlossen ist, der sechste Widerstand zwischen Kollektor
des vierten Transistors und Masse gelegt ist und der siebte Widerstand
von der Basis an die erste Leuchtdiodenkette und der achte Widerstand
von der Basis an die zweite Leuchtdiodenkette geschaltet ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
14 ist bevorzugt, dass eine Softwareüberwachung des Leuchtmittels
mittels eines Abgriffs der Spannung im Kollektorzweig des vierten
Transistors erfolgt, wobei dort die Summen der Fehlspannungen zwischen
dem ersten und zweiten Transistor (Leuchtdiodenkettenregeltransistoren) bzw.
den Leuchtdiodenketten anliegen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
15 ist bevorzugt, dass ein fünfter Transistor vorgesehen
ist, wobei der Emitter des fünften Transistors an der Stromquelle
bzw. Spannungsquelle anliegt und an die Basis des fünften
Transistors ein neunter, ein zehnter und ein elfter Widerstand angeschlossen
sind, wobei das der elfte Widerstand an die Stromquelle/Spannungsquelle
angeschlossen ist und der neunte Widerstand an die erste Leuchtdiodenkette
und der zehnte Widerstand an die zweite Leuchtdiodenkette des Leuchtmittels geschaltet
ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
16 ist bevorzugt, dass bei der Abschalteinheit die Spannung über
den ersten und zweiten Transistor zusammen mit den Spannungsabfällen über
den ersten und zweiten Widerstand abgebildet und summiert wird,
so dass die Abschalteinheit beim Vorliegen größerer
Ströme und Spannungsdifferenzen zwischen den beiden Leuchtdiodenketten
den Stromteiler oder die Stromquelle abschaltet.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
17 ist bevorzugt, dass der erste und zweite Transistor Leuchtdiodenkettenregeltransistoren
sind.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
18 ist bevorzugt, dass weitere Leuchtdiodenketten von weiteren Leuchtdiodenkettenregeltransistoren
angesteuert werden und dass von deren Verbindungspunkt weitere Widerstände
zu den Basisanschlüssen des vierten und fünften
Transistors geschaltet sind.
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Im
Folgenden wird die erfindungsgemäße Funktion der
Vorrichtung zum Betreiben von Leuchtdiodenketten und deren Aufbau
anhand konkreter Ausführungsbeispiele anhand von Figuren
näher erläutert. Zur besseren Verständlichkeit
und Übersichtlichkeit der Figuren wurden für gleiche
Elemente in allen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Die
weitere Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele
stellt keine Einschränkung der Erfindung auf eine konkrete
Ausführungsform dar. Es handelt sich hier lediglich um
beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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1 zeigt
den schematischen Aufbau der Schutzschaltung für die Diodenketten;
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2 zeigt
ein konkretes, hardwaremäßiges Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt
ein weiteres konkretes, hardwaremäßiges Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist
eine Stromquellenschaltung S dargestellt, welche definierte Ströme
an ihren Ausgängen SL1 bis SLn bereitstellt. Diese Ströme
mit definierter Stromstärke werden einem Leuchtmittel L, welches
aus mehreren Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn besteht, zugeführt,
wobei die Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn aus mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden
DL1 bis DLn bestehen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
kommen Leuchtdioden gleicher Bauart zum Einsatz. Eine Leuchtdiodenkette
LL1 bis LLn besteht aus mindestens zwei Leuchtdioden DL1 bis DLn.
Die Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn sind parallel geschaltet, so
dass jedem Stromausgang SL1 bis SLn der Stromquellenschaltung S
eine Leuchtdiodenkette LL1 bis LLn im Leuchtmittel L zugeordnet
ist.
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Im
Weiteren sind eine Diagnoseschaltung DIAG sowie eine Abschaltschaltung
A angeordnet. Die Diagnoseschaltung DIAG ermittelt die Spannungsabfälle über
jeder der Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn und überprüft
den Spannungsabfall über den einzelnen Leuchtdiodenketten
LL1 bis LLn auf Ungleichmäßigkeit und Unsymmetrie.
Das Summensignal dieser Spannungen wird einer Auswerteschaltung
zugeführt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
enthält die Auswerteschaltung einen Mikroprozessor. In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt
eine Abbildung des jeweiligen Spannungsabfalls über jeder
der Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn anhand des Spannungsabfalls über
einen jeweils einer Leuchtdioden kette LL1 bis LLn zugeordneten Leuchtdiodenkettenregeltransistors
bzw. einer zugeordneten Regelungsschaltung.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die von der
Diagnoseschaltung DIAG ermittelten Werte in einer angeschlossenen
Speichereinheit gespeichert, so dass über einen längeren Zeitraum
eine Diagnose des Leuchtmittels L, bezogen auf die Spannungsabfälle über
jede der einzelnen Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn möglich
ist. Auf diese Weise können geringfügige und schleichende Veränderungen
im Leuchtmittel L festgestellt werden. Die Speicherung der Spannungswerte
erfolgt zu definiert vorgegebenen Zeitpunkten. Diese Zeitpunkte können
frei gewählt werden, wobei aber die Speicherungen in vorteilhafter
Weise zu äquidistanten Zeitpunkten erfolgen.
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Die
Abschalteinheit A überwacht ebenfalls den Spannungsabfall
an jeder der Leuchtdiodenkette LL1 bis LLn des Leuchtmittels L.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an jedem einzelnen Leuchtdiodenkettenregeltransistor
bzw. der Regelungsschaltung. Bei plötzlichen oder erheblichen
Veränderungen der einzelnen überwachten Spannungen,
wobei ein Delta für die Abweichung vorgebbar ist, schaltet
die Abschalteinheit A die Stromquellenschaltung S ab. Der Zufluss
von Strom an das Leuchtmittel L wird dadurch dann unterbunden.
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2 zeigt
ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es werden
zwei Leuchtdiodenketten L1 und L2 im Leuchtmittel L betrieben, welche parallel
zueinander geschaltet sind. Die erste Leuchtdiodenkette L1 wird
von vier in Reihe geschalteten Leuchtdioden D11, D12, D13 und D14
gebildet. Die zweite Leuchtdiodenkette L2 bilden die vier in Reihe geschalteten
Leuchtdioden D21, D22, D23 und D24.
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Die
Leuchtdiodenketten L1 und L2 werden über eine Stromquellenschaltung
S mit Energie versorgt. Die Stromquellenschaltung S weist einen Stromteiler,
bestehend aus den Widerständen R1 und R2, sowie den Transistoren
Q1 und Q2, auf wobei zwischen den beiden Basen der Transistoren
Q1 und Q2 ein dritter Transistor Q3 angeordnet ist. Die Basis des
dritten Transistors Q3 ist über einen Widerstand R4 auf
Masse geführt. Der Kollektor des dritten Transistors Q3
ist ebenfalls über einen Widerstand R3 auf Masse geführt.
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Bei
den Transistoren Q1 und Q2 handelt es sich vorzugsweise um baugleiche
Transistoren. Die Widerstände R1 und R2 haben vorzugsweise
gleiche Widerstandswerte. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung sind die beiden Widerstände R1 und R2 bzw. und
die beiden Transistoren Q1 und Q2 gleich.
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Dem
Stromteiler liegt der Grundsatz zugrunde, dass sich Transistoren
gleicher Größe und Bauart gleich verhalten. Gleiche
Basisemitterspannungen erzeugen gleiche Kollektorströme.
Dies gilt für die beiden Transistoren Q1 und Q2. Verbleibende
Unsymmetrien werden durch die Einfügung der beiden Widerstände
R1 und R2 in den Emitterzweig der zweiten Transistoren Q1 und Q2
linearisiert, da ein höherer Kollektorstrom, beispielsweise
des zweiten Transistors Q2, auch einen höheren Emitterstrom
zur Folge hätte, der am Widerstand R2 einen höheren Spannungsabfall
erzeugt. Da aber beide Zweige der Stromteilerschaltung am Punkt
B die gleiche Spannung haben, verkleinert sich dann die Basis-Emitterspannung
des zweiten Transistors Q2 und es kommt zu einer Abregelung mit
dem Ergebnis, dass die Ströme in beiden Zweigen sich angleichen.
Der am Punkt CC eingespeiste Strom verteilt sich also hälftig,
gleiche Bauelemente in den Zweigen vorausgesetzt. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung kommen mehrere parallel geschaltete
Leuchtdiodenketten zum Einsatz, wobei dann sinngemäß eine äquivalente
Aufteilung des Stromes auf die Leuchtdiodenketten erfolgt.
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Die
am Punkt B eingespeisten Basisströme für die Transistoren
Q1 und Q2 müssen gleich oder größer sein
als der Quotient aus den Kollektorströmen und der Stromverstärkung.
Der Transistor Q3 und der am Emitter vom Transistor Q3 angeschlossene
Widerstand R3 ist für den Extremfall höchster
notwendiger Basisströme, kleinster Leuchtdiodenkettenspannungen
und kleinster Temperatur ausgelegt. Das treibt aber die Verlustleistung
an diesem Widerstand R3 unnötig in die Höhe, vor
allem dann, wenn für eine sichere Abschaltung der Stromquellenschaltung
der Punkt B nach CC kurzgeschlossen wird und die treibende Stromquelle
an CC mit ihrer Spannung hochläuft. Um dies zu vermeiden,
werden der Transistor Q3 und der Widerstand R4 an deren Basis eingesetzt.
Die Kollektoren der beiden Transistoren Q1 und Q2 sind in diesem
konkreten Ausführungsbeispiel über die vier Dioden
D1, D2, D3 und D4 verbunden. Diese vier Dioden D1 bis D4 haben die
Aufgabe, die notwendigen Basisströme der Transistoren Q1 und
Q2 auf ein Minimum zu reduzieren. Steuert jetzt einer der beiden
Transistoren Q1 oder D2 vollkommen auf, würden die Dioden
D1 und D2 oder D3 und D4 mit ihrer kleineren Flussspannung die Basis-Emitterspannungen
der Transitstoren Q3 und Q1 bzw. Q2 unterschreiten und diese sperren.
So stellt sich für die Transistoren Q1 oder Q2 der Arbeitspunkt
Uce (Spannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors) bei
etwa 100...200 mV ein mit minimaler Verlustleistung und zwar an
demjenigen der beiden Transistoren Q1/Q2, der die Leuchtdiodenkette
L1/L2 mit der höchsten Flussspannung treibt. Der jeweils andere
Transistor Q1/Q2, der als Last die Leuchtdiodenkette L1/L2 mit kleinerer
Flussspannung treibt, muss die Spannungsdifferenz zwischen den Leuchtdiodenketten
L1/L2 aufnehmen und in wärme umsetzen. Ohne die Dioden
D1 bis D4 würde sich der Spannungsabfall Uce (Spannungsabfall über
dem Kollektor zur Basis des Transistors) der Transistoren Q1 und
Q2 um etwa 1,5 V erhöhen und es müsste unnötig
Wärme in jedem Kanal zusätzlich umgesetzt werden.
Dies würde den Wirkungsgrad erheblich verschlechtern.
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Die
zweite Aufgabe der Dioden D1 bis D4 ist die Abschaltung der Gesamtschaltung
bei Riss einer der beiden Leuchtdiodenketten L1 oder L2.
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Im
Falle des Risses der Leuchtdiodenkette L1 fließt durch
den Emitterwiderstand R1 kein Strom mehr. Die Spannungsdifferenz
zwischen dem Punkt B und CC beträgt dann nur noch den Spannungswert Ube
(Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors) des Transistors
Q1. Daher sperrt dann der Transistor Q2. Gleichzeitig ziehen die
Dioden D1 und D2 den Basisstrom des dritten Transistors Q3. Dies
führt zusätzlich zur Sperrung des zweiten Transistors
Q2. Es fließen nur noch Restströme um 1 mA durch
den Transistor Q2. Dies führt allerdings ggf. zum Nachglimmen
der Leuchtdiodenkette L2. Dies muss aber nicht in jedem Fall störend
sein.
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Bei
Kurzschluss einer der Leuchtdiodenketten L1 oder L2 liegt am jeweiligen
zugehörigen Kettenregeltransistor Q1/Q2 die volle Spannung
der gegenüberliegenden Leuchtdiodenkette L1/L2, an bei gleich
gebliebenem Kettenstrom, was eine erhebliche Überlast darstellen
kann. Bei Kurzschluss der Leuchtdiodenkette L1 liegt am ersten Transistor
Q1 die Spannung der gegenüberliegenden Leuchtdiodenkette
L2 an, wobei der Stromfluss weiterhin konstant bleibt.
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Der
Stromteiler kann mehr als die zwei in 2 dargestellten
Leuchtdiodenketten L1, L2 versorgen. Entsprechend müssen
dann weitere Kettenregeltransistoren und zugehörige Widerstände
angeordnet werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden pnp-Transistoren
oder npn-Transistoren oder Feldeffekttransistoren eingesetzt.
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Die
Stromquellenschaltung S und die angeschlossenen Leuchtdiodenketten
L1 und L2 werden von einer Diagnoseeinheit DIAG überwacht.
Diese Diagnoseeinheit DIAG besteht aus dem Transistor Q5 und den
beiden Widerständen R51 und R52, sowie dem Widerstand R58,
der am Emitter des Transistors Q5 angeschlossen ist. Weiterhin ist
am Kollektor des Transistors Q5 der Widerstand R59 vorhanden, der
auf Masse gelegt ist.
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Der
Diagnoseeinheit DIAG liegt der Gedanke zugrunde, dass sich Differenzen
zwischen den Kettenspannungen der Leuchtdiodenketten L1 und L2 prinzipiell
bei Laständerungen und Temperatur nicht wesentlich verändern.
Für die Diagnose und Softwareüberwachung, welche
am Punkt D abgreift, werden nur die Teilspannungen Uce (Spannung
zwischen Kollektor und Emitter des Transistors) an den Punkten C1,
C2 und über den Kettenregeltransistoren Q1 und Q2 mit den
Widerständen R51 und R52 am Summationspunkt S1 der Stromquellenschaltung S
mit dem Transistor Q5 aufgeschaltet, dessen Emitterwiderstand R58
direkt an einen Emitterwiderstand eines Kettenregeltransistors Q1
angeschlossen wird oder dessen mehrere Emitterwiderstände
R58 an die Emitter der weiteren Kettenregeltransistoren angeschlossen
werden. Die entstehende Fehlbelastung der Stromquellenschaltung
S ist im allgemeinen vernachlässigbar. Der erzeugte Strom
wird am Widerstand R59 abgebildet und lässt eine Diagnose
der gesamten Fehlspannungen über den Kettenregeltransistoren
Q1 und Q2 bzw. über die Differenzspannungen der Leuchtdiodenketten
L1 und L2 zu. Schleichende Veränderungen werden von der
Software sicher erkannt. Der Arbeitspunkt des Transistors Q5 entspricht
etwa dem der Kettenregeltransistoren Q1, Q2, weshalb hinreichend
genau die Fehlspannungen am Widerstand R59 abge bildet werden. Für
eine vollständige Diagnose wird die sich einstellende Spannung
am Stromteilereingang CC zusätzlich softwaremäßig
erfasst.
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Um
eine schnelle Abschaltung der Stromquellenschaltung S bei plötzlichen
erheblichen Veränderungen zu erreichen, ist die Abschalteinheit
A vorgesehen, welche aus dem Transistor Q6, den beiden Widerständen
R61 und R62 sowie aus dem Widerstand R68 gebildet wird. Es erfolgt
eine Summierung der Spannungen am Punkt S2 von den gleichen Punkten
C1, C2, über die Widerstände R61, R62 und R68.
Es wird somit die Spannung über die Kettenregeltransistoren
Q1 und Q2, hier aber zusammen mit den Spannungsabfällen über
die Emitterwiderstände R1, R2 abgebildet und summiert,
so dass bei größeren Strömen, gleichbedeutend
mit größeren Verlustleistungen an den Kettenregeltransistoren
Q1 und Q2, bereits kleinere Spannungsdifferenzen an den Punkten
C1 und C2 zum Abschalten führen. Es wird also auf einfache
Weise die Verlustleistung bewertet. Durch den Abschaltvorgang steigen
die Spannungen über den Kettenregeltransistoren Q1 und
Q2, wodurch die Abschalteinheit A in den stabilen Abschaltpunkt
triggert. Die Kettenregeltransistoren Q1 und Q2 werden durch den
Kurzschluss der Basis des Transistors Q3 nach CC sicher gesperrt.
Es fließen äußerst geringe Restströme.
Es tritt kein Nachglimmen auf. Der Arbeitspunkt des Abschalttransistors Q6
entspricht dem Derating der Kettenregeltransistoren-Verlustleistung
der Kettenregeltransistoren Q1 und Q2. Es entsteht hier eine gewollte
Drift.
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3 zeigt
ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Diese Ausführungsbeispiel ist nahezu identisch zum Ausführungsbeispiel
in 2. Es ist aber hier der Widerstand R58.1 vorgesehen.
Dieser Widerstand R58.1 bildet die Teilspannung Uce (Spannung zwischen
Kollektor und Emitter des Transistors) des zweiten Transistors Q2 ab.
Hierdurch erfolgt eine genauere Erfassung der Spannungsdifferenzen.
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- L
- Leuchtmittel
- L1,
L2, LL1 bis LLn
- Leuchtdiodenketten
- DL1
bis DLn; D11 bis D24
- Leuchtdioden
- S
- Stromquellenschaltung
- A
- Abschalteinheit
- DIAG
- Diagnoseeinheit
- SL1
bis SLn
- Ausgänge
der Stromquellenschaltung
- Q1
bis Q6
- Transistoren
- R1
bis R68
- Widerstände
- D1
bis D4
- Dioden
- CC
- Stromeinspeisestelle
- C1,
C2, Cn, B
- Verbindungspunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0753892
B1 [0004]
- - DE 102004034359 B3 [0005]
- - DE 102004008896 A1 [0006]