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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine LED-Einheit für Lichtsignalgeber insbesondere für Bahnübergänge und einen mit einer entsprechenden Einheit versehenen Lichtsignalgeber insbesondere für Bahnübergänge.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Auf dem Gebiet der Erfindung sind Lichtsignalgeber für Bahnübergänge bekannt. Sie dienen dazu, an Bahnübergängen optische Signale zu erzeugen, die Verkehrsteilnehmer vor einem herannahenden Zug warnen. Üblicherweise sind sie so aufgebaut, dass an einem Pfosten über einem sogenannten Andreaskreuz eine gelbe und eine rote Signalleuchte angeordnet sind, wobei bei Herannahen eines Zuges zunächst die gelbe Signalleuchte eingeschaltet wird, um den Verkehrsteilnehmern Gelegenheit zu geben, den unmittelbaren Gefahrenbereich zu räumen, worauf dann nach einer gewissen Zeitspanne, z.B. 3 bis 5 Sekunden, das rote Signallicht eingeschaltet wird, um anzuzeigen, dass in den Gefahrenbereich nicht mehr eingefahren bzw. eingetreten werden darf.
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Es sind konventionelle Lichtsignalgebern bekannt, die sogenannte Zwei-Faden-Glühlampen verwenden, die jeweils einen sogenannten Haupt- und einen Nebenfaden (auch Ersatzfaden genannt) besitzen, die in der Glühlampe räumlich versetzt angeordnet sind, wobei der Nebenfaden dazu dient, ein Funktionieren der Glühlampe bei Ausfall des Hauptfadens zu sichern und somit quasi eine interne "Ersatzlampe" bildet. Bei Ausfall des Hauptfadens erfolgt die Umschaltung auf den Nebenfaden automatisch, wobei das Umschalten gleichzeitig als Störung erkannt wird, so dass der erforderliche Lampentausch dem Wartungspersonal angezeigt werden kann.
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Aus der
DE 199 47 688 A1 ist ein LED-Lichtsignal bekannt, das zum Ersatz der konventionellen Zwei-Faden-Glühlampen dient und die das Verhalten einer konventionellen Zwei-Faden-Glühlampe simuliert, so dass in einem die Funktion eines damit ausgestatteten Lichtsignalgebers überwachenden Stellwerk insbesondere durch eine konventionelle Stromüberwachung ein Ausfall eines "Hauptfadens" festgestellt und auf den "Nebenfaden" umgeschaltet werden kann.
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Werden einige hundert LEDs pro Lichtsignal verwendet, kommt es zu sogenannten Tiefenreflexphantomen, die bei ungünstigem Tageslichteinfall dazu führen, dass das Signal für einen Betrachter so erscheint, als wenn es angeschaltet wäre. Die LEDs sind nämlich üblicherweise auf ihrer dem Betrachter abgewandten Rückseite mit kleinen Reflektoren versehen, die das abgestrahlte Licht in Richtung auf den Betrachter bündeln. Will man nun eine Vielzahl von "normalen" LEDs durch wenige Hochleistungs-LEDs ersetzen, besteht das Problem, dass die bekannte Stromüberwachung versagt, wenn eine LED aufgrund eines internen Kurzschlusses ausfällt. Bei einem solchen Kurzschluss fließt weiter ein Strom, so dass die bekannte Stromüberwachung keinen Fehler meldet.
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Es sind ferner sogenannte konventionelle "BÜSTRA-Anlagen" bekannt, bei denen der Bahnübergangslichtsignalgeber zusätzlich als Seitenlicht an einem vorhandenen Straßenverkehrslichtsignalgeber (i.d.R. einer Ampel) angebracht wird. Solche Anordnungen finden sich bei Straßeneinmündungen im Bereich eines Bahnübergangs. Für spezielle Anwendungsfälle gibt es auch Lichtsignalgeber als sogenannte "Einzellichter" in den Farben gelb, rot und grün.
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Aus der
EP 1 045 360 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtzeichensignalanlage bekannt, bei welchem das Rotlicht des Straßenverkehrslichtsignalgebers gleichzeitig als Rotlicht für einen Bahnübergangslichtsignalgeber verwendet werden soll, so dass auf gesonderte, nebeneinander angeordnete Lichtsignalgeber für Bahnübergang und Straßenverkehr verzichtet werden kann.
EP 1 045 360 A1 schlägt vor, das jeweilige Rotsignal durch eine Mehrzahl von LEDs zu bilden, die auf mehrere Reihenschaltungen aufgeteilt sind. Dabei besteht ebenfalls das Problem der Funktionstüchtigkeitsüberwachung beim Einsatz von Hochleistungs-LEDs.
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Die
EP 1 992 542 A2 zeigt eine LED-Einheit für Lichtsignalgeber, umfassend:
- – eine Leuchteinheit, umfassend einen ersten LED-Strang und einen zweiten LED-Strang,
- – eine erste Schalteinrichtung mit einer Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges an einen ersten Stromquellenpol und eine zweite Schalteinrichtung mit einer Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges an einen zweiten Stromquellenpol,
- – einen Gegenpol für sowohl den ersten als auch den zweiten Stromquellenpol,
- – einen den ersten und zweiten LED-Strängen gemeinsamen Rückleiteranschluss an den Gegenpol, wobei jeder der ersten und zweiten LED-Stränge zwischen einer der ersten bzw. zweiten Schalteinrichtungen und den Gegenpol geschaltet ist,
- – eine Steuerung der ersten und zweiten Schalteinrichtungen, welche eine erste Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der ersten und zweiten LED-Stränge mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen umfasst und
- – eine Messeinheit der Steuerung mit einer Funktion zur Detektion eines Ausfalls bei der Leuchteinheit,
wobei der Gegenpol einem Batteriemittelabgriff entspricht, und die ersten und zweiten Stromquellenpole einem Paar aus Batterieplus- und Batterieminuspol entsprechen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, LED-Einheiten mit hoher Betriebssicherheit für Lichtsignalgeber, insbesondere für Bahnübergänge, zu ermöglichen, die unter wenigstens einem der folgenden Aspekte verbessert sind: Betriebssicherheit, Kosten, geringer Nachrüstaufwand, Wartungsaufwand, Lebensdauer.
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Die Erfindung betrifft dazu eine LED-Einheit für Lichtsignalgeber, umfassend:
- – eine Leuchteinheit, umfassend einen ersten LED-Strang und einen zweiten LED-Strang,
- – eine erste Schalteinrichtung mit einer Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges an einen ersten Stromquellenpol und eine zweite Schalteinrichtung mit einer Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges an einen zweiten Stromquellenpol,
- – einen Gegenpol für sowohl den ersten als auch den zweiten Stromquellenpol,
- – einen den ersten und zweiten LED-Strängen gemeinsamen Rückleiteranschluss an den Gegenpol, wobei jeder der ersten und zweiten LED-Stränge zwischen einer der ersten bzw. zweiten Schalteinrichtungen und den Gegenpol geschaltet ist,
- – eine Steuerung der ersten und zweiten Schalteinrichtungen, welche eine erste Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der ersten und zweiten LED-Stränge mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen umfasst und
- – eine Messeinheit der Steuerung mit einer Funktion zur Detektion eines Ausfalls der Leuchteinheit.
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Die Erfindung ist insbesondere bei den in der
EP 1 992 542 A2 gezeigten LED-Anordnungen anwendbar, wobei die Offenbarung von
EP 1 992 542 A2 durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung einbezogen ist.
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Erfindungsgemäß weist die LED-Einheit folgende Funktionen auf: eine Funktion der zweiten Schalteinrichtung zum Anschließen des zweiten LED-Stranges an den Gegenpol, eine zweite Steuerfunktion der Steuerung zum nicht-alternierenden bzw. unterbrochenen Anschluss des ersten Stromquellenpols an den ersten LED-Strang mit der ersten Schalteinrichtung und Anschließen des zweiten LED-Stranges an den Gegenpol mit der zweiten Schalteinrichtung bei Trennung von dem zweiten Stromquellenpol und – eine Umschaltfunktion der Steuerung zum Umschalten von der ersten auf die zweite Steuerfunktion bei Detektion des Ausfalls mit der Messeinheit. Ein Ausfall eines Lichtsignalgebers kann damit bei der LED-Einheit selbst bei beschädigtem Rückleiter vermieden werden. Vorteilhaft kann ein Schadensdiagnosesignal der Messeinheit für eine Fehlermeldung genutzt werden.
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Ein Rückleiterausfall kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass die Funktion zur Detektion umfasst:
- – eine erste Strommessfunktion des Dioden-Flussstroms des ersten LED-Strangs bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol mit der ersten Schalteinrichtung,
- – eine zweite Strommessfunktion des Dioden-Flussstroms des zweiten LED-Strangs bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol mit der zweiten Schalteinrichtung,
- – eine Addition der Dioden-Flussströme, die mit den ersten und zweiten Strommessfunktionen ermittelt sind,
- – eine Ausfalldetektionssignalausgabe, wenn die Addition wenigstens einen Wert unterhalb eines Schwellenwertes ergibt.
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Um kostengünstig detailliertere Fehlermeldungen, insbesondere bei Durchlegierung einer oder mehrerer einzelner LEDs eines der LED-Stränge zu ermöglichen, umfasst die Messeinheit vorteilhaft eine weitere Funktion zur Detektion, umfassend:
- – eine erste Spannungsmessfunktion der Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol mit der ersten Schalteinrichtung,
- – eine zweite Spannungsmessfunktion der Dioden-Flussspannung des zweiten LED-Strangs bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol mit der zweiten Schalteinrichtung,
- – einen Vergleich der mit den ersten und zweiten Spannungsmessfunktionen ermittelten Dioden-Flussspannungen,
- – eine Ausfalldetektionssignalausgabe, wenn der Vergleich wenigstens einen Absolutwert einer Spannungsdifferenz oberhalb eines Schwellenwertes ergibt.
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Insbesondere wenn der erste und der zweite LED-Strang je einen Satz von Hochleistungs-LEDs und ein gleiches Binning für einander angeglichene Leistungsaufnahmen aufweisen, ist dann leicht eine Durchlegierung einer oder mehrerer einzelner LEDs eines der LED-Stränge zu durch Vergleich der LED-Stränge, insbesondere ihrer Flussspannungen möglich und eine Eingangsspannungsmessung ermöglicht eine Bestimmung, ob ein LED-Strang eingeschaltet ist. Jeder Satz kann z.B. drei bis sechs Hochleistungs-LEDs aufweisen.
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Dabei kann für den Schwellenwert ein erster Wert bei einer ersten Ausführung der ersten Steuerfunktion bei einer Initialisierung der LED-Einheit und ein zweiter Wert bei jeder weiteren Ausführung der ersten Steuerfunktion, d.h. pro Zyklus des alternierenden Einschaltens der LED-Stränge, vorgesehen sein, wobei der erste Wert niedriger als der zweite Wert ist.
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Vorteilhaft umfasst die LED-Einheit:
- – einen ersten Gleichspannungswandler, wobei der erste LED-Strang zwischen den ersten Gleichspannungswandler und den Gegenpol geschaltet ist und die erste Schalteinrichtung einen spannungsgesteuerten Schalter des ersten Gleichspannungswandlers für die Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges an den ersten Stromquellenpol umfasst,
- – einen zweiten Gleichspannungswandler, wobei der zweite LED-Strang zwischen den zweiten Gleichspannungswandler und den Gegenpol geschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung einen spannungsgesteuerten Schalter des zweiten Gleichspannungswandlers für die Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges an den zweiten Stromquellenpol umfasst. Der erste Gleichspannungswandler kann eine Abwärtswandlertopologie und der zweite Gleichspannungswandler eine Aufwärtswandlertopologie, eine Synchronwandlertopologie oder ebenfalls eine Abwärtswandlertopologie besitzen. Auch können beide Gleichspannungswandler eine Synchronwandlertopologie oder, derzeit besonders bevorzugt, eine Abwärtswandlertopologie besitzen, so dass vorteilhaft einheitliche Baugruppen verwendet werden können. Die Gleichspannungswandler können Teil der in EP 1 992 542 A2 veranschaulichten Konstantstromquellen sein.
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Vorteilhaft ist die LED-Einheit auf einer Platine angeordnet, was nicht nur die Nachrüstung bei Lichtsignalgebern erleichtern, sondern auch eine thermische Kopplung der LEDs beider Stränge sicherstellen und somit zuverlässigere Vergleiche gemessener Spannungen unter den ersten und zweiten LED-Strängen ermöglichen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst von einem Lichtsignalgeber, insbesondere in Form einer Signalleuchte für Bahnübergänge, dessen Leuchtmittel durch eine LED-Einheit der Erfindung auf einer Platine und eine Optik gebildet ist, die einen Kollimator und/oder eine Streulinse zur Ausrichtung von Licht umfasst, das von den LED-Strängen abgestrahlt wird.
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Der Lichtsignalgeber bzw. seine LED-Einheit können gemäß einem Verfahren entsprechend den Funktionen der LED-Einheit bzw. ihrer Steuerung betrieben werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Durch eine erfindungsgemäß vorsehbare Spannungsüberwachung wird es auch möglich, den Ausfall einer einzelnen LED eines Strangs zuverlässig zu detektieren.
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Unter dem Begriff "LED-Strang" wird hier eine Reihenschaltung von LEDs verstanden. Vorzugsweise hat ein LED-Strang gemäß der Erfindung zwei bis acht LEDs, bevorzugt drei bis sechs LEDs, insbesondere vier LEDs. Bevorzugt unterscheidet sich die Flussspannung unter den ersten und zweiten LED-Strängen um nicht mehr als 0,7 V, bevorzugt nicht mehr als 0,5 V. Bevorzugt werden bei der Erfindung Hochleistungs-LEDs mit einer Leistungsaufnahme von 3 bis 7 W, insbesondere 5 W eingesetzt.
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Unter dem Begriff "Ausfall bei der Leuchteinheit" wird hier ein vollständiger Ausfall eines LED-Strangs, beider LED-Stränge und/oder einzelner LEDs in einem LED-Strang verstanden.
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Unter dem Begriff "Ausfall der Leuchteinheit" wird hier ein unterbrochener Stromfluss durch beide LED-Stränge verstanden.
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Der Gegenpol 4 kann ein Batterieminuspol und jeder der ersten und zweiten Stromquellenpole je ein Batteriepluspol einer separaten Stromquelle sein oder der Gegenpol kann einem Batteriemittelabgriff entsprechen, wenn die ersten und zweiten Stromquellenpole einem Paar aus Batterieplus- und Batterieminuspol entsprechen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 veranschaulicht schematisch eine erfindungsgemäße LED-Einheit.
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2 veranschaulicht als Schaltbild eine weitere erfindungsgemäße LED-Einheit.
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3 veranschaulicht als Schaltbild eine Spannungsüberwachung einer erfindungsgemäßen LED-Einheit.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bei den in den Figuren veranschaulichten Beispielen wiesen der erste und der zweite LED-Strang 11, 12 je einen Satz von vier Hochleistungs-LEDs mit gleichem Binning auf. Gleiches Binning bedeutet, dass LEDs einer Herstellungscharge und daher mit im Wesentlichen gleicher Flussspannung und im Wesentlichen gleicher Leistungsaufnahme so verwendet werden, dass die beiden Sätze im Wesentlichen eine homogene Leistungsaufnahme haben.
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Wie in 1 veranschaulicht, umfasst eine erfindungsgemäße LED-Einheit für Lichtsignalgeber eine Leuchteinheit, umfassend einen ersten LED-Strang 11 und einen zweiten LED-Strang 12, eine erste Schalteinrichtung 21 mit einer Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges 11 an einen ersten Stromquellenpol 31 und eine zweite Schalteinrichtung 22 mit einer Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an einen zweiten Stromquellenpol 32, einen Gegenpol 4 für sowohl den ersten als auch den zweiten Stromquellenpol 31, 32, einen den ersten und zweiten LED-Strängen gemeinsamen Rückleiteranschluss an den Gegenpol 4, wobei jeder der ersten und zweiten LED-Stränge 11, 12 zwischen einer der ersten bzw. zweiten Schalteinrichtungen 21, 22 und den Gegenpol 4 geschaltet ist, eine Steuerung (in 1 nicht vollständig gezeigt) der ersten und zweiten Schalteinrichtungen 21, 22, welche eine erste Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der ersten und zweiten LED-Stränge 11, 12 mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen 21, 22 umfasst.
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Die Steuerung umfasst eine Messeinheit, von der in 1 Spannungsmesseinrichtungen 51, 52, 61, 62 und Strommesseinrichtungen 81, 82 gezeigt sind, und weist eine Funktion zur Detektion eines Ausfalls der Leuchteinheit und eine weitere Funktion zur Detektion eines Ausfalls bei der Leuchteinheit auf.
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Die zweite Schalteinrichtung 22 besitzt eine Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den Gegenpol 4. Die Steuerung weist eine zweite Steuerfunktion auf, um bei Trennung von dem zweiten Stromquellenpol 32 den ersten Stromquellenpol nicht-alternierend an den ersten LED-Strang 11 mit der ersten Schalteinrichtung 21 und den zweiten LED-Stranges 12 an den Gegenpol 4 mit der zweiten Schalteinrichtung 22 anzuschließen.
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Zur Sicherung des Betriebs der LED-Einheit bei Unterbrechung des Rückleiteranschlusses dient eine Umschaltfunktion der Steuerung zum Umschalten von der ersten auf die zweite Steuerfunktion, wenn die Messeinheit einen Ausfall detektiert.
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Eine erste Teileinheit T1 der Messeinheit besitzt eine Eingangsspannungsmesseinheit 51 zur Bestimmung, ob der erste LED-Strang 11 ausgeschaltet und folglich der zweite LED-Strang 12 (gemäß der Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der LED-Stränge) an den zweiten Stromquellenpol 32 mit der zweiten Schalteinrichtung 22 angeschlossen ist. Dazu ist diese Eingangsspannungsmesseinheit 51 parallel zu dem ersten LED-Strang 11 zwischen die erste Schalteinrichtung 21 und den Rückleiteranschluss geschaltet.
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Die erste Teileinheit T1 der Messeinheit besitzt ferner eine Dioden-Flussspannungsmesseinheit 62, um die Dioden-Flussspannung an dem zweiten LED-Strang 12 zu messen. Die Eingangsspannungsmesseinheit 51 und die Dioden-Flussspannungsmesseinheit 62 sind Teil einer Spannungsmessfunktion der Dioden-Flussspannung des zweiten LED-Strangs 12 bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol 32 mit der zweiten Schalteinrichtung 22.
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Eine zweite Teileinheit T2 der Messeinheit besitzt eine Eingangsspannungsmesseinheit 52 zur Bestimmung, ob der zweite LED-Strang 12 ausgeschaltet und folglich der erste LED-Strang 11 (gemäß der Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der LED-Stränge) an den ersten Stromquellenpol 31 mit der ersten Schalteinrichtung 21 angeschlossen ist. Dazu ist diese Eingangsspannungsmesseinheit 52 parallel zu dem zweiten LED-Strang 12 zwischen die zweite Schalteinrichtung 22 und den Rückleiteranschluss geschaltet.
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Die zweite Teileinheit T2 der Messeinheit besitzt ferner eine Dioden-Flussspannungsmesseinheit 61, um die Dioden-Flussspannung an dem ersten LED-Strang 11 zu messen. Die Eingangsspannungsmesseinheit 52 und Dioden-Flussspannungsmesseinheit 61 sind Teil einer Spannungsmessfunktion der Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs 11 bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol 31 mit der ersten Schalteinrichtung 21.
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Die Funktion zur Detektion der Messeinheit umfasst einen Vergleich der mit den beiden genannten Teileinheiten T1, T2 und Spannungsmessfunktionen ermittelten Dioden-Flussspannungen und eine Ausfalldetektionssignalausgabe, wenn der Vergleich wenigstens einen Absolutwert einer Spannungsdifferenz oberhalb eines Schwellenwertes ergibt. Insbesondere ist vorgesehen, dass für den Schwellenwert ein erster Wert bei einer ersten Ausführung der ersten Steuerfunktion bei einer Initialisierung der LED-Einheit und ein zweiter Wert bei jeder weiteren Ausführung der ersten Steuerfunktion vorgesehen ist, wobei der erste Wert niedriger als der zweite Wert ist. So ist beispielswiese der erste Wert auf 0,7 V und der zweite Wert auf 1,0 V festgelegt.
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1 zeigt auch eine erste Dioden-Flussstrommesseinheit 81 für eine erste Strommessfunktion, wobei der erste LED-Strang 11 zwischen diese und den Rückleiteranschluss geschaltet ist und eine zweite Dioden-Flussstrommesseinheit 82 für eine zweite Strommessfunktion, wobei der zweite LED-Strang 12 zwischen diese und den Rückleiteranschluss geschaltet ist. Dabei umfasst die Funktion zur Detektion der Messeinheit:
- – die erste Strommessfunktion und zwar zur Messung Dioden-Flussstroms des ersten LED-Strangs 11 bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol 31 mit der ersten Schalteinrichtung 21,
- – die zweite Strommessfunktion und zwar zur Messung des Dioden-Flussstroms des zweiten LED-Strangs 12 bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol 32 mit der zweiten Schalteinrichtung 22,
- – eine Addition der Dioden-Flussströme, die mit den ersten und zweiten Strommessfunktionen ermittelt sind, und
- – eine Ausfalldetektionssignalausgabe, wenn die Addition wenigstens einen Wert unterhalb eines Schwellenwertes ergibt.
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Bei den ersten und zweiten Strommessfunktionen erfolgt die Bestimmung, ob der erste bzw. zweite LED-Strang mit der jeweiligen Schalteinrichtung 21, 22 an den jeweiligen Stromquellenpol 31, 32 angeschlossen ist, entsprechend den oben in Verbindung mit den Teileinheiten T1, T2 und ihren Eingangsspannungsmesseinheiten 51, 52 beschriebenen Funktionen.
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Die Schalteinrichtungen 21, 22 sind jede Teil einer pulsweitenmodulierten Stromquelle (PWM-Stromquelle) des jeweiligen LED-Strangs 11, 12, den sie an einen der Stromquellenpole 31, 32 anschließen können. Gemäß der Umschaltfunktion der Erfindung schalten gemäß der ersten Steuerfunktion die PWM-Stromquellen vom Pluspol als Stromquellenpol 31, 32 abwechselnd je einen der LED-Stränge 11, 12 an, die über den Rückleiteranschluss bzw. einen Rückleiter, der gegen Minus geschaltet sind. Ist der Rückleiter unterbrochen, beispielsweise in Folge von Vandalismus an einem Bahnübergangssignal, kann gemäß der ersten Steuerfunktion kein Strom mehr fließen, die LED-Stränge 11, 12 bleiben dunkel. Sobald der Fehler durch die Steuerung erkannt wird, schaltet der Ausgang der Stromquelle mit der zweiten Schalteinrichtung 22 an den Gegenpol 4, d.h. Minuspol durch, und die Stromquelle mit der ersten Schalteinrichtung 21 übernimmt die Stromversorgung der beiden LED-Stränge 11, 12. Der Stromkreis ist dann mit Reihenschaltung der LED-Stränge 11, 12 wieder geschlossen. Es leuchten beide LED-Stränge 11, 12. Somit ist es möglich, die Stromquellen so umzustellen, dass bei der Rückleiter-Trennung ein Lichtsignalgeber mit der LED-Einheit, z.B. ein Bahnübergangslicht weiter leuchtet. Der Minus- bzw. Pluspol kann beispielsweise der einer Batterie wie z.B. einer 36 V-Batterie sein. Entsprechend führt eine erfindungsgemäße LED-Einheit mit der in 1 veranschaulichten Schaltung im Normalbetrieb die erste Steuerfunktion und bei Ausfall des Rückleiteranschlusses die zweite Steuerfunktion aus.
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Die LED-Einheit ist auf einer Platine mit thermischer Kopplung unter den ersten und zweiten LED-Strängen 11, 12 ausgebildet.
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Wie beschrieben umfasst die in der mit 1 veranschaulichte Ausführung die Funktion zur Detektion eine erste Strommessfunktion des Dioden-Flussstroms des ersten LED-Strangs 11 bei Einschaltung des ersten LED-Strangs 11, eine zweite Strommessfunktion des Dioden-Flussstroms des zweiten LED-Strangs 12 bei Einschaltung des zweiten LED-Strangs 12, eine Addition der Dioden-Flussströme, die mit den ersten und zweiten Messfunktionen ermittelt sind, und eine Detektionssignalausgabe, wenn die Addition einen Wert unterhalb eines Schwellenwertes ergibt.
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2 veranschaulicht detaillierter eine Ausführung ohne die in 1 veranschaulichten Teileinheiten T1, T2, die weiter dadurch von der in 1 veranschaulichten Ausführung abgewandelt ist, dass bei den ersten und zweiten Strommessfunktionen die Bestimmung, ob der erste bzw. zweite LED-Strang mit der jeweiligen Schalteinrichtung 21, 22 an den jeweiligen Stromquellenpol 31, 32 angeschlossen ist, mit Eingangsstrommesseinheiten 71, 72 erfolgt. Die Eingangsspannungsmesseinheit 71 dient zur Bestimmung, ob der erste LED-Strang 11 ausgeschaltet und folglich der zweite LED-Strang 12 (gemäß der Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der LED-Stränge) an den zweiten Stromquellenpol 32 mit der zweiten Schalteinrichtung 22 angeschlossen ist. Dazu ist diese Eingangsspannungsmesseinheit 71 zwischen die erste Dioden-Flussstrommesseinheit 81 und den ersten LED-Strang 11 geschaltet.
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Die Eingangsspannungsmesseinheit 72 dient zur Bestimmung, ob der zweite LED-Strang 12 ausgeschaltet und folglich der erste LED-Strang 11 (gemäß der Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der LED-Stränge) an den ersten Stromquellenpol 31 mit der ersten Schalteinrichtung 21 angeschlossen ist. Dazu ist diese Eingangsspannungsmesseinheit 72 zwischen die zweite Dioden-Flussstrommesseinheit 82 und den zweiten LED-Strang 12 geschaltet.
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Wie in 2 veranschaulicht, umfassen die Eingangsstrommesseinheiten 71, 72 und Dioden-Flussstrommesseinheiten 81, 82 jeweils eine Kombination aus einem Messwiderstand R1, R2, R3, R4 und einem Komparator N1, N2, N3, N4, die passend gewählt und geschaltet sind, um am Komparatorausgang jeweils ein Signal zu erhalten, das dem Eingangsstrom bzw. dem Durchflussstrom des ersten LED-Strangs 11 bzw. des zweiten LED-Strangs 22 repräsentiert.
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Bis auf die beschriebenen Unterschiede der Messeinrichtung entspricht die in 2 veranschaulichte Ausführung der zu 1 beschriebenen Ausführung.
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Wie in 2 veranschaulicht, haben die oben genannten Stromquellen pulsweitenmodulierte Gleichspannungswandler. Der erste LED-Strang 11 ist zwischen einen ersten der Gleichspannungswandler und den Gegenpol 4 geschaltet und die erste Schalteinrichtung 21 umfasst einen MOSFET als spannungsgesteuerten Schalter 91 für die Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges 11 an den ersten Stromquellenpol 31. Der zweite LED-Strang 12 ist zwischen einen zweiten der Gleichspannungswandler und den Gegenpol 4 geschaltet und die zweite Schalteinrichtung 22 umfasst zwei MOSFETs als spannungsgesteuerten Schalter 92 für die Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den zweiten Stromquellenpol 32 bzw. als weiteren spannungsgesteuerten Schalter 112B zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den Gegenpol 4. Gemäß der Schaltungstopologie sind der erste der und der zweite Gleichspannungswandler Abwärtswandler bzw. Buck-Konverter.
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An einem Gatter des Weiteren spannungsgesteuerten Schalters 112B zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den Gegenpol 4 ist ein Signalgeber 112A vorgesehen. Ein Gatter des spannungsgesteuerten Schalters 92 zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den zweiten Stromquellenpol 32 und der Signalgeber 112A empfangen über einen Schaltungssignalwiderstand 92A ein gemeinsames Signal der Steuerung. Damit umfasst der erste Gleichspannungswandler:
- – den spannungsgesteuerten Schalter 91 der ersten Schalteinrichtung 21 und für die Funktion zum Anschließen des ersten LED-Strangs 11 an den ersten Stromquellenpol 31,
- – eine Drosselspule 101, die zwischen den ersten LED-Strang 11 und diesen spannungsgesteuerten Schalter 91 geschaltet ist,
- – eine Diode als Gleichrichtereinrichtung 111, die zwischen eine Verzweigung unter dem Schalter 91 und der Drosselspule 101 einerseits und den Gegenpol 4 andererseits geschaltet ist,
- – einen Elektrolytkondensator 131, der zwischen eine Verzweigung unter dem ersten LED-Strang 11 und der Drosselspule 101 einerseits und den Gegenpol 4 andererseits geschaltet ist, und
- – einen weiteren Kondensator 121, der zur Stabilisierung zwischen den ersten Stromquellenpol 31 und den Gegenpol 4 geschaltet ist.
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Der zweite Gleichspannungswandler umfasst:
- – den spannungsgesteuerten Schalter 92 der zweiten Schalteinrichtung 22 und für die Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Strangs 12 an den zweiten Stromquellenpol 32,
- – eine Drosselspule 102, die zwischen den zweiten LED-Strang 12 und den spannungsgesteuerten Schalter 92 geschaltet ist,
- – eine Kombination aus dem Signalgeber 112A und weiteren spannungsgesteuerten Schalter 112B als Gleichrichtereinrichtung, die zwischen eine Verzweigung unter dem spannungsgesteuerten Schalter 92 und der Drosselspule 102 einerseits und den Gegenpol 4 andererseits geschaltet ist, und
- – einen Kondensator 122, der zwischen eine Verzweigung unter dem zweiten LED-Strang 12 und der Drosselspule 102 einerseits und den Gegenpol 4 andererseits geschaltet ist, und
- – einen Elektrolytkondensator 132, der zwischen eine Verzweigung unter dem weiteren spannungsgesteuerten Schalter 112B und den Gegenpol 4 einerseits und den zweiten Stromquellenpol 32 andererseits geschaltet ist.
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Bei der in 2 veranschaulichten Schaltung ist vorgesehen, dass eine Kombination aus Signalgeber 112A und weiterem spannungsgesteuerten Schalter 112B der Funktion der zweiten Schalteinrichtung 22 zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den Gegenpol 4 dient.
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Alle in 2 gezeigten Schalter 91, 92, 112B sind als MOSFETs ausgeführt. Sie sind über Schaltersignalwiderstände 91A, 92A von der Steuerung (nicht gezeigt) angesteuert. Mit der Steuerung wird über die Gleichspannungswandler die erste und zweite Steuerfunktion sichergestellt. Der der Signalgeber 112A erzeugt ein Signal auf Basis des an den Schalter 92 abgegebenen Signals, um einen Synchrongleichspannungswandlermodus im Normalbetrieb mit einer Stromversorgung entsprechend jener des Gleichstromwandlers am ersten Stromquellenpol 31 sicherzustellen.
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Bei den im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen kann alternativ vorgesehen werden, dass der Gegenpol 4 einem Batteriemittelabgriff entspricht, und die ersten und zweiten Stromquellenpole 31, 32 einem Paar aus Batterieplus- und Batterieminuspol entsprechen.
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3 veranschaulicht die Spannungsüberwachung mit den Teileinheiten T1 und T2 der zu 1 beschriebenen Ausführung, wobei jedoch vorgesehen ist, dass der Gegenpol 4 einem Batteriemittelabgriff, der erste Stromquellenpol 31 einem Batteriepluspol und der zweiten Stromquellenpol 32 einem Batterieminuspol entspricht. Die veranschaulichte Spannungsüberwachung ist so insbesondere zur Spannungsüberwachung von zwei Batterien verwendbar. Die Strommesseinheiten und die Funktion der zweiten Schalteinrichtung zum Anschließen des zweiten LED-Strangs an den Gegenpol sind zur Vereinfachung nicht dargestellt, und von den in 2 veranschaulichten ersten und zweiten Gleichspannungswandlern ist der zweite Gleichspannungswandler zur Vereinfachung als Abwärtswandler mit dem Gegenpol 4 und dem zweiten Spannungsquellenpol 32 als Spannungsausgang und dem zweiten LED-Strang 12 und dem zweiten Spannungsquellenpol 32 am Spannungseingang und mit einer Diode 112 anstelle der in 2 veranschaulichten Kombination aus Signalgeber 112A und weiterem spannungsgesteuerten Schalter 112B dargestellt. Als Gegenpol 4 ist ein durch einen Batteriemittelabgriff erhaltener Pol vorgesehen. Der zweite Stromquellenpol 32 ist bei der veranschaulichten Ausführungsform der Batterieminuspol.
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Wie in 3 gezeigt, sind mit jeweils dem ersten Gleichspannungswandler am ersten Stromquellenpol 31 und dem ersten LED-Strang 11 bzw. dem zweiten Gleichspannungswandler am zweiten Stromquellenpol 32 und dem zweiten LED-Strang 12 jeweils eine der Teileinheiten T1 bzw. T2 für Spannungsmessungen über Sätze von Widerständen R5, R7 bzw. R6, R8 verbunden. Jede der Teileinheiten T1, T2 weist dabei je zwei Kombinationen aus einem Komparator N5, N6, N7, N8 und einem die Komparatoreingänge verbindenden Messwiderstand R5, R6, R7, R8 auf.
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In jeder der Teileinheiten T1, T2 sind die Komparatoren über Eingänge unterschiedlicher Polung miteinander verbunden und die entsprechende Verbindung verzweigt zu dem Gegenpol 4, d.h. dem Batteriemittelabgriff. Ein aus Komparatoren N5, N6 der ersten und zweiten Teileinheit T1, T2 gebildetes Komparatorpaar ist dabei mit seinen Plus-Eingängen jeweils über Widerstände R9, R12 mit dem ersten LED-Strang 11 verbunden, und zwar mit seinem mit der Drosselspule 101 des ersten Gleichspannungswandlers verbundenen Ende. Entsprechend ist ein anderes Paar von aus der ersten und zweiten Teileinheit T1, T2 gewählten Komparatoren N7, N8 mit seinen Minuseingängen jeweils über Widerstände R10, R11 mit dem zweiten LED-Strang 12 verbunden, und zwar mit seinem mit der Drosselspule 102 des zweiten Gleichstromwandlers verbundenen Ende. Dabei ist vorgesehen, dass am Ausgang des Komparators N5 eine Eingangsspannung des ersten LED-Strangs 11 erhalten wird, am Ausgang des Komparators N6 eine Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs 11 erhalten wird, am Ausgang des Komparators N7 eine Eingangsspannung des zweiten LED-Strangs 12 erhalten wird und am Ausgang des Komparators N8 eine Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs 11 erhalten wird. Unter erhaltener Spannung ist dabei ein die entsprechende Spannung repräsentierender Spannungswert zu verstehen.
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Die LEDs beider LED-Stränge 11, 12 sind auf einer Platine und mit thermischer Kopplung angeordnet, durch eine gemeinsame Platzierung der LEDs der ersten und zweiten Gruppen auf einer Leiterkarte und einem Kühlkörper. Auf diese Weise ist es möglich, das Verfahren der Spannungsüberwachung so umzustellen, dass LEDs mit unterschiedlichen Spannungs-BINs bis zu dem zulässigen maximalen Leitungswiderstand betrieben werden können. Die Spannungsüberwachung eines zweikanaligen Signalgebers mit der LED-Einheit ist auf einen bestimmten LED-Typ mit festgelegtem Spannungs-BIN ausgelegt. Wenn dieser Typ nicht verfügbar ist, kann ein Ersatztyp nicht erst nach Änderung eines Sollwerts zur Spannungsüberwachung eingesetzt werden.
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Durch die Spannungsüberwachung kann zuverlässig ein Kurzschluss bei einem LED-Strang 11, 12 erkannt werden. Somit wird profitiert von einer Spannungsüberwachung auf Basis eines Vergleichs der beiden LED-Stränge 11, 12. Bei den ersten beiden Einschaltungen der beiden LED-Stränge 11, 12 wird als Initialisierung die Spannung beider LED-Stränge 11, 12 ermittelt. Der Unterschied der beiden Spannungen darf nicht größer sein als 0,7 V. Wenn dies als Initialisierung sichergestellt ist, beginnt die Betriebsphase (Normalbetrieb). In der Betriebsphase wird dann überwacht, ob von dem letzten Spannungswert kein Spannungssprung > 1 V erfolgt ist. Eine Temperaturnachführung der Spannungsgrenzen entfällt.
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Ein mit der LED-Einheit ausgeführtes Verfahren funktioniert bei entsprechender Toleranzvorgabe des Vergleichs unabhängig vom Spannungs-BIN der LEDs. Kommt es zu einem Ausfall einer LED, wird eine Differenz der Dioden-Durchflussspannungen beider LED-Stränge 11, 12 ≠ 0 und über- oder unterschreitet dieser eine vorgesehene detektierbare Toleranz. Es ist eine enge Toleranzvorgabe erlaubt, da durch Vergleich von Vorwärtsspannungen der ersten und zweiten Gruppe Vorwärtsspannungsschwankungen aufgrund von Produktionstoleranzen der LEDs gemittelt sind. Bei der Überwachung des Paars aus erstem und zweitem LED-Strang 11, 12 ist vorgesehen, dass die LEDs in jedem der Stränge von einem gleich großen LED-Strom durchflossen werden.
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Gemäß der Erfindung können die in 2 und 3 veranschaulichten Schaltungsmerkmale in einer LED-Einheit zu einer Schaltung kombiniert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- erster LED-Strang
- 12
- zweiter LED-Strang
- 21
- erste Schalteinrichtung
- 22
- zweite Schalteinrichtung
- 31
- erster Pol
- 32
- zweiter Pol
- 4
- Gegenpol
- 51, 52
- Eingangsspannungsmesseinheit
- 61, 62
- Dioden-Flussspannungsmesseinheit
- 71, 72
- Eingangsstrommesseinheit
- 81, 82
- Dioden-Flussstrommesseinheit
- 91, 92
- Schalter
- 91A, 92A
- Schaltersignalwiderstand
- 101, 102
- Drosselspule
- 111, 112
- Diode
- 112A
- Signalgeber
- 112B
- weiterer Schalter
- 121, 122
- Kondensator
- 131, 132
- Elektrolytkondensator
- N1–N8
- Komparator
- R1–R12
- Widerstand
- T1, T2
- Teileinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19947688 A1 [0004]
- EP 1045360 A1 [0007, 0007]
- EP 1992542 A2 [0008, 0011, 0011, 0017]
