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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten, jeweils wenigstens eine Leuchtdiode umfassenden Leuchtdiodenanordnungen und einer zu den Leuchtdiodenanordnungen ebenfalls in Reihe geschalteten Stromquellenschaltung, bei welchem Verfahren die Reihenschaltung aus den Leuchtdiodenanordnungen und der Stromquellenschaltung mit einer elektrischen Betriebsspannung zum Versorgen der Leuchtdiodenanordnungen mit elektrischer Energie im bestimmungsgemäßen Leuchtbetrieb beaufschlagt wird, wobei ein Wert für die elektrische Betriebsspannung erfasst und mit einem vorgegebenen Spannungsvergleichswert verglichen wird und bei einem kleineren erfassten Wert für die Betriebsspannung als dem Spannungsvergleichswert eine erste der Leuchtdiodenanordnungen mittels einer zu der ersten Leuchtdiodenanordnung parallelgeschalteten Schalteinheit deaktiviert wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten, jeweils wenigstens eine Leuchtdiode umfassenden Leuchtdiodenanordnungen, einer zu den Leuchtdiodenanordnungen ebenfalls in Reihe geschalteten Stromquellenschaltung, einem Energieversorgungsanschluss zum Anschließen der Reihenschaltung aus den Leuchtdiodenanordnungen und der Stromquellenschaltung an eine elektrische Betriebsspannung zum Versorgen der Leuchtdiodenanordnungen mit elektrischer Energie im bestimmungsgemäßen Leuchtbetrieb, einer zu einer ersten der Leuchtdiodenanordnungen parallelgeschalteten Schalteinheit und einer Unterspannungserfassungseinheit, die ausgebildet ist, zu diesem Zweck einen Wert für die elektrische Betriebsspannung zu erfassen und mit einem vorgegebenen Spannungsvergleichswert zu vergleichen, wobei die Unterspannungserfassungseinheit ausgebildet ist, bei einer kleineren erfassten Wert für die elektrische Betriebsspannung als dem Spannungsvergleichswert die erste der Leuchtdiodenanordnungen mittels der Schalteinheit zu deaktivieren. Schließlich umfasst die Erfindung auch eine Leuchteinrichtung mit einem leuchtdiodenbasierten Leuchtmittel und einem Energieversorgungsanschluss zum Zuführen von elektrischer Energie zur Leuchteinrichtung.
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Schaltungsanordnungen, Verfahren zu deren Betrieb sowie Leuchteinrichtungen mit einem leuchtdiodenbasierten Leuchtmittel sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es hierfür eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises nicht bedarf. Leuchteinrichtungen der gattungsgemäßen Art dienen unter anderem der Beleuchtung eines vorgegebenen Bereichs, beispielsweise innerhalb oder auch außerhalb eines Gebäudes und/oder dergleichen. Darüber hinaus dienen derartige Leuchteinrichtungen beispielsweise bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, zur Bereitstellung einer vorschriftsmäßigen Beleuchtungsfunktion, beispielsweise als Scheinwerfer, insbesondere als Frontscheinwerfer, als Rückfahrscheinwerfer und/oder dergleichen.
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#Bei Leuchteinrichtungen der gattungsgemäßen Art werden zunehmend leuchtdiodenbasierte Leuchtmittel eingesetzt, die es ermöglichen, bei einem hohen Wirkungsgrad zugeführte elektrische Energie zum Zwecke der Lichtabgabe umzuwandeln. Zu diesem Zweck können eine oder mehrere Leuchtdioden vorgesehen sein, die einzeln oder auch wenigstens teilweise gemeinsam angesteuert und mit elektrischer Energie versorgt werden. Um die bestimmungsgemäße Beleuchtungsfunktion mit einer vorgegebenen Lichtstärke erreichen zu können, werden in der Regel jedoch mehrere Leuchtdioden als Leuchtmittel vorgesehen, die zumindest teilweise zu diesem Zweck in Reihenschaltung betrieben werden. Je nach Bedarf kann jedoch auch zusätzlich eine Parallelschaltung von Leuchtdioden vorgesehen sein, beispielsweise auch nach Art einer Matrixschaltung und/oder dergleichen.
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Gerade bei nicht-stationärem Betrieb der Leuchteinrichtungen, insbesondere bei Fahrzeugen, kann eine Energieversorgung, insbesondere eine Betriebsspannung, schwanken und so zu einer unerwünschten Reduktion der Lichtabgabe führen. Mittels der Stromquellenschaltung kann hier eine teilweise Kompensation erreicht werden, sodass Auswirkungen von Betriebsspannungsschwankungen reduziert werden können.
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Gleichwohl können weiterhin Betriebszustände auftreten, bei denen auch unter Nutzung eines Regelbereichs der Stromquellenschaltung eine zuverlässige Lichtabgabe durch die Leuchtdioden nicht weiter gewährleistet werden kann. Um hier eine Verbesserung bewirken zu können, sind die in Reihe geschalteten Leuchtdioden zu wenigstens zwei Leuchtdiodenanordnungen zusammengefasst, wobei jede der Leuchtdiodenanordnungen zumindest eine der Leuchtdioden umfasst. Zu einer ersten der Leuchtdiodenanordnungen ist eine Schalteinheit parallelgeschaltet, die mittels einer Unterspannungserfassungseinheit gesteuert werden kann. Dadurch kann bei einer erfassten Unterspannung die erste Leuchtdiodenanordnung mittels der Schalteinheit deaktiviert werden, insbesondere indem sie mittels einer Schaltstrecke der Schalteinheit im Wesentlichen kurzgeschlossen wird. Dadurch kann die Betriebsspannung den weiteren Leuchtdiodenanordnungen zur Verfügung gestellt werden, wodurch eine Lichtabgabe von deren Leuchtdioden verbessert oder sogar erst ermöglicht werden kann.
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Die Schalteinheit nimmt vorzugsweise wenigstens zwei Schaltzustände ein, nämlich einen eingeschalteten Zustand, in dem mittels der Schalteinheit ein sehr niedriger elektrischer Widerstand, insbesondere im Wesentlichen ein Kurzschluss, bereitgestellt wird, sowie einen zweiten Schaltzustand, in dem die Schalteinheit einen sehr hohen elektrischen Widerstand bereitstellt, der vorzugsweise einer elektrischen Unterbrechung gleichkommt.
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Mittels der Unterspannungserfassungseinheit kann nun eine ein Wert für die Betriebsspannung erfasst werden, indem diese mit einem vorgegebenen Spannungsvergleichswert verglichen wird. Bei einem erfassten Wert für die Betriebsspannung kleiner als dem Spannungsvergleichswert wird die erste der Leuchtdiodenanordnungen mittels der zu der ersten Leuchtdiodenanordnung parallelgeschalteten Schalteinheit deaktiviert, zu welchem Zweck die Schalteinheit den eingeschalteten Zustand bereitstellt. Die Unterspannungserfassungseinheit stellt hierfür ein Unterspannungssignal bereit, mittels welchem die Schalteinheit gesteuert werden kann. Der Wert für die Betriebsspannung kann durch die Betriebsspannung selbst gebildet sein. Es kann aber auch ein Wert herangezogen werden, der von der Betriebsspannung abhängig ist, zum Beispiel eine mittels eines Spannungsteilers bereitgestellte Teilspannung der Betriebsspannung, deren Wert zum Zwecke des Vergleichens mit dem Spannungsvergleichswert herangezogen werden kann.
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Dadurch kann die erste Leuchtdiodenanordnung mittels der Schalteinheit kurzgeschlossen werden, sodass deren Lichtabgabe deaktiviert ist. Zugleich kann dadurch aber auch erreicht werden, dass an der ersten Leuchtdiodenanordnung im Wesentlichen keine elektrische Spannung mehr abfällt, sodass an der wenigstens zweiten Leuchtdiodenanordnung eine entsprechend höhere elektrische Spannung zum bestimmungsgemäßen Leuchtbetrieb zur Verfügung steht. Infolgedessen kann erreicht werden, dass die wenigstens zweite der Leuchtdiodenanordnungen weiterhin zuverlässig für die Lichtabgabe zur Verfügung steht.
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Gerade im Bereich der nicht-stationären Anwendung der Leuchteinrichtungen der gattungsgemäßen Art, insbesondere bei Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen oder dergleichen, werden derartige Leuchteinrichtungen durch eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung überwacht. Die übergeordnete Fahrzeugsteuerung stellt fest, ob eine Unterbrechung vorliegt, was einem Fehlerfall einer ausgefallenen Leuchteinrichtung entspricht, und gibt eine entsprechende Meldung ab. Darüber hinaus ist es häufig üblich, in einem solchen Fall die entsprechende Leuchteinrichtung, bei der ein derartiger Fehler detektiert wurde, vollständig zu deaktivieren. Dadurch kann vermieden werden, dass der beschädigten beziehungsweise ausgefallenen Leuchteinrichtung elektrische Energie zugeführt wird, die, je nach Art des Ausfalls beziehungsweise der Störung, weitere Schäden zur Folge haben könnte.
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Ist jedoch die erste Leuchtdiodenanordnung deaktiviert, wird sie durch diese Überwachungsfunktion nicht mehr erfasst. Es kann also insbesondere auch keine Meldung erfolgen, dass bei der Leuchteinrichtung ein Fehler in vorliegt, der im Bereich der ersten Leuchtdiodenanordnung verortet ist. Aus verschiedenen technischen Gründen sowie gegebenenfalls auch aus Normen oder Vorschriften können sich jedoch Anforderungen ergeben, auch in einem solchen Betriebszustand eine entsprechende Überwachungsfunktion bereitzustellen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Überwachung von Schaltungsanordnungen der gattungsgemäßen Art zu verbessern.
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Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, eine Schaltungsanordnung sowie eine Leuchteinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die erste Leuchtdiodenanordnung mit einer Prüfspannung beaufschlagt wird, ein durch die Prüfspannung bewirkter Leuchtdiodenanordnungsstrom durch die erste Leuchtdiodenanordnung erfasst, der Leuchtdiodenanordnungsstrom mit einem Stromvergleichswert verglichen und bei einem kleineren Leuchtdiodenanordnungsstrom als dem Stromvergleichswert das Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung durch die Schalteinheit blockiert wird.
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Bezüglich einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass diese eine Funktionserfassungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, die erste Leuchtdiodenanordnung mit einer Prüfspannung zu beaufschlagen, einen durch die Prüfspannung bewirkten Leuchtdiodenanordnungsstrom durch die erste Leuchtdiodenanordnung zu erfassen, den erfassten Leuchtdiodenanordnungsstrom mit einem Stromvergleichswert zu vergleichen und bei einem kleineren Leuchtdiodenanordnungsstrom als dem Stromvergleichswert das Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung durch die Schalteinheit zu blockieren.
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Bezüglich einer gattungsgemäßen Leuchteinrichtung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass das leuchtdiodenbasierten Leuchtmittel eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung umfasst.
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Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass sich bei Leuchtdioden ein Fehlerzustand häufig nach Art einer Unterbrechung zwischen einem Anodenanschluss und einem Kathodenanschluss der Leuchtdiode zeigt. Die Erfindung basiert ferner auf dem Gedanken, dass ein Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung nicht realisiert wird, wenn eine Störung im Bereich der ersten Leuchtdiodenanordnung im Sinne eines hohen elektrischen Widerstands, beispielsweise einer Unterbrechung und/oder dergleichen, vorliegt. Dadurch kann ein typischer Fehler, wie er bei Leuchtdiodenanordnungen der gattungsgemäßen Art auftritt, nicht zuverlässig erkannt werden.
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Die Erfindung schafft hier eine Verbesserung, weil mittels der Erfindung nämlich in solchen Fall das Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung verhindert werden kann, sodass mit der übergeordneten Steuerung weiterhin die zuverlässige Überwachungsfunktion realisiert werden kann, die dann die Störung erkennen und gegebenenfalls auch melden kann. Dadurch kann die Sicherheit in Bezug auf Leuchteinrichtungen sowie auch Schaltungsanordnungen deutlich verbessert werden.
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So kann zum Beispiel ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs eine Meldung erhalten, wenn eine Leuchteinrichtung einen Defekt aufweist, insbesondere eine Unterbrechung im Bereich des Leuchtmittels, welches hier durch die Schaltungsanordnung und insbesondere deren Leuchtdiodenanordnungen gebildet ist. Die im Stand der Technik vorhandene Problematik, dass ein deaktivierter Teil des Leuchtmittels hinsichtlich seiner Verfügbarkeit für den bestimmungsgemäßen Betrieb nicht überwacht werden kann, kann somit beseitigt werden. Die Erfindung erlaubt es, eine vollständige Überwachung der Leuchteinrichtung beziehungsweise ihres leuchtdiodenbasierten Leuchtmittels vorzunehmen.
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Die Erfindung eignet sich natürlich besonders für den Einsatz bei Fahrzeugleuchten, die Leuchteinrichtungen mit leuchtdiodenbasierten Leuchtmitteln nutzen. Die Erfindung ist jedoch nicht herauf beschränkt. Gleichermaßen kann die Erfindung natürlich auch bei anderen Leuchteinrichtungen mobiler Art genutzt werden, die an tragbaren Geräten angeordnet sind, beispielsweise Handlampen, Baustellenampeln und/oder dergleichen sowie auch bei stationären Leuchteinrichtungen, wie beispielsweise in oder auch außerhalb von Gebäuden für Beleuchtungszwecke eingesetzt werden.
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Die Erfindung ist aber nicht nur darauf beschränkt, bei Unterspannung genutzt zu werden, sondern es kann gleichermaßen vorgesehen sein, dass mittels der Betriebsspannung bewusst unterschiedliche Betriebszustände der Leuchteinrichtung eingestellt werden, um auf diese Weise die Lichtabgabe, insbesondere in Bezug auf die Lichtstärke oder dergleichen, einstellen zu können.
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Die Erfindung basiert auf der weiteren Erkenntnis, dass sich gezeigt hat, dass Leuchtdioden als Störung viel häufiger eine Unterbrechung zeigen als andere Fehler, wie zum Beispiel einen Kurzschluss. Dadurch kann mit der Erfindung der überwiegende Teil von etwaigen, auftretenden Störungen zuverlässig erfasst werden.
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Die Leuchtdioden der Leuchtdiodenanordnungen sind vorzugsweise so verschaltet, dass sie von einem gleichen Leuchtdiodenstrom in Durchlassrichtung durchströmt werden, sodass die Leuchtdioden in vorgegebener Weise Licht abgeben. Umfasst eine Leuchtdiodenanordnung mehr als eine einzelne Leuchtdiode, gilt dies natürlich auch für die Verschaltung innerhalb der Leuchtdiodenanordnung.
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Der Energieversorgungsanschluss dient zum Anschließen der Reihenschaltung aus den Leuchtdiodenanordnungen und der Stromquellenschaltung an die elektrische Betriebsspannung, sodass die Leuchtdiodenanordnungen mit elektrischer Energie versorgt werden, damit ein bestimmungsgemäßer Leuchtbetrieb erreicht werden kann. Der Energieversorgungsanschluss ist vorzugsweise ein zweipoliger Anschluss, an dem eine Gleichspannung, beispielsweise eine geglättete Gleichspannung, aber auch eine pulsierende Gleichspannung, bereitgestellt wird. Ist hingegen die Betriebsspannung eine Wechselspannung, kann ergänzend am Energieversorgungsanschluss ein Gleichrichter vorgesehen sein, der dem Gleichrichten der Wechselspannung dient. Die gleichgerichtete Wechselspannung wird dann der Schaltungsanordnung zugeführt.
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Die Schalteinheit umfasst ein Schaltelement, welches beispielsweise als Halbleiterschalter ausgebildet sein kann. Dem Grunde nach kann das Schaltelement natürlich auch als elektromechanisches Schaltelement nach Art eines mittels eines Relais steuerbaren Schaltkontakts oder dergleichen ausgebildet sein. Der Halbleiterschalter ist vorzugsweise durch einen Transistor, beispielsweise einen bipolaren Transistor, einem Feldeffekttransistor, insbesondere einen Metalloxid Semiconductor Field Effekt Transistor (MOSFET) oder dergleichen gebildet. Dem Grunde nach kann er auch durch einen Isolated Gate Bipolar Transistor (IGBT) oder auch durch einen Gate-Turn-Off-Thyristor oder dergleichen gebildet sein. Das Schaltelement stellt eine Schaltstrecke bereit, die zumindest die beiden vorgenannten Schaltzustände, nämlich den eingeschalteten Schaltzustand und den ausgeschalteten Schaltzustand, einzunehmen vermag. Zu diesem Zweck ist das Schaltelement steuerbar und weist wenigstens eine Steuerelektrode auf, über die der Schaltzustand der Schaltstrecke eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck wird die Steuerelektrode mit einem geeigneten elektrischen Schaltsignal beaufschlagt.
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Die Stromquellenschaltung ist eine elektronische Schaltung, die in Reihe zu den Leuchtdiodenanordnungen geschaltet ist und die dazu dient, einen Betriebspunkt der Leuchtdioden im bestimmungsgemäßen Leuchtbetrieb einzustellen. Im einfachsten Fall kann die Stromquellenschaltung durch einen elektrischen Widerstand gebildet sein. Es kann darüber hinaus jedoch auch ein Widerstandsnetzwerk vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Stromquellenschaltung eine elektronische Schaltung umfasst, die einen im Wesentlichen konstanten Strom in einem vorgegebenen Bemessungsspannungsbereich bereitstellt. Dadurch kann eine möglichst gleichmäßige Stromversorgung der Leuchtdioden und damit auch eine möglichst gleichmäßige Lichtabgabe der Leuchtdioden innerhalb dieses Bereichs erreicht werden. Dem Grunde nach kann hier an dieser Stelle auch eine Reihe von weiteren Schaltungsmöglichkeiten vorgesehen sein, die eine entsprechende Stromversorgung der Leuchtdioden ermöglichen, beispielsweise mittels Operationsverstärkern und/oder dergleichen.
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Darüber hinaus eignet sich die Erfindung natürlich auch für einen Einsatz bei einer Schaltungsanordnung, bei der die Leuchtdiodenanordnung lediglich teilweise deaktiviert wird, indem die Schalteinheit zusätzlich eingeschaltet wird und sich der durch die Stromquellenschaltung bereitgestellte Strom auf die Leuchtdiodenanordnung und die Schalteinheit aufteilt, wodurch ein Übergangsbereich gebildet werden kann. Hierbei braucht die Leuchtdiodenanordnung nicht zwingend vollständig deaktiviert zu sein. Die Schalteinheit kann hierfür abweichend zumindest teilweise in einem Linearbetrieb betrieben werden. Der Linearbetrieb kann vorzugsweise mit dem Schaltbetrieb kombiniert sein.
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Die Unterspannungserfassungseinheit erfasst vorzugsweise direkt einen Wert für die Betriebsspannung. Er kann aber auch indirekt erfasst werden, beispielsweise durch Erfassen einer von der Betriebsspannung vorzugsweise unmittelbar abhängigen elektrischen Spannung, indem nämlich zum Beispiel eine Stromquellenspannung an der Stromquellenschaltung ermittelt wird. Dies kann durch unmittelbare Messung oder dergleichen erfolgen. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass die Stromquellenspannung von der Betriebsspannung abhängig ist. Bei einer Stromquellenschaltung, die einen im Wesentlichen konstanten Strom bereitstellt, kann hier im Wesentlichen ein unmittelbarer Zusammenhang, vorzugsweise ohne einen Umrechnungsfaktor, erreicht werden.
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Die Unterspannungserfassungseinheit vergleicht den erfassten Wert der Betriebsspannung mit dem vorgegebenen Spannungsvergleichswert, der dazu dient, eine Schaltschwelle zum Aktivieren der Schalteinheit zu bereitzustellen. Bei einem kleineren erfassten Wert für die Betriebsspannung als dem Spannungsvergleichswert liefert die Unterspannungserfassungseinheit ein Schaltsignal an die Schalteinheit, den eingeschalteten Zustand einzunehmen. In diesem Betriebszustand wird mittels der Schalteinheit die erste der Leuchtdiodenanordnungen deaktiviert. Wie oben bereits erläutert, bildet die Schalteinheit nahezu einen Kurzschluss, der die erste Leuchtdiodenanordnung im Wesentlichen kurzschließen kann.
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Die Funktionserfassungseinheit dient vorliegend dem Prüfen der ersten Leuchtdiodenanordnung. Der elektrische Widerstand der ersten Leuchtdiodenanordnung gibt einen Anhaltspunkt dafür, ob die erste Leuchtdiodenanordnung betriebsbereit oder gestört ist. Zu diesem Zweck ist die Funktionseinheit ausgebildet, die erste Leuchtdiodenanordnung mit einer vorgegebenen Prüfspannung zu beaufschlagen, einen durch die Prüfspannung bewirkten Leuchtdiodenanordnungsstrom zu erfassen, den erfassten Leuchtdiodenanordnungsstrom mit einem Stromvergleichswert zu vergleichen und bei einem kleineren Leuchtdiodenanordnungsstrom als dem Stromvergleichswert das Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung durch die Schalteinheit zu blockieren. Dem Grunde nach kann also der elektrische Widerstand der ersten Leuchtdiodenanordnung erfasst werden. Ist der erfasste Leuchtdiodenanordnungsstrom kleiner als der Stromvergleichswert, liefert die Funktionserfassungseinheit ein Schaltsignal, welches der Schalteinheit ebenfalls zugeführt wird und mittels welchem das Einnehmen des eingeschalteten Zustands durch die Schalteinheit blockiert wird. Dadurch wird das Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung durch die Schalteinheit blockiert.
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Obwohl aufgrund der zu geringen Betriebsspannung ein Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung vorgesehen werden würde, wird aufgrund der erfassten Störung der ersten Leuchtdiodenanordnung das Schalten der Schalteinheit in den eingeschalteten Schaltzustand verhindert. Dies braucht nicht nur für das Einschalten der Betriebsspannung für die Schaltungsanordnung vorgesehen zu sein, sondern es kann darüber hinaus auch während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Schaltanordnung vorgesehen sein.
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Dadurch, dass die Funktionserfassungseinheit die Funktion der ersten Leuchtdiodenanordnung überwacht, kann erreicht werden, dass bei einer Störung diese nicht mehr durch die Schalteinheit kurzgeschlossen und damit die Störung außer Kraft gesetzt werden kann, sondern die Störung der ersten Leuchtdiodenanordnung bleibt weiterhin vorhanden, weil die Umschaltung der Schalteinheit in den eingeschalteten Schaltzustand nicht vorgenommen worden ist. Dadurch kann die übergeordnete Steuerung zum Beispiel die Störung erkennen.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn eine Funktion der Schaltungsanordnung mittels einer Überwachungseinheit überwacht wird. Die Überwachungseinheit ist vorzugsweise eine übergeordnete Steuerung, bei einem Kraftfahrzeug beispielsweise eine übergeordnete Kraftfahrzeugsteuerung oder dergleichen. Die Überwachungseinheit überwacht vorzugsweise den bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaltungsanordnung, insbesondere der Leuchteinrichtung, zu welchem Zweck die Betriebsspannung sowie auch ein zugehöriger Betriebsstrom, der die Schaltungsanordnung insgesamt durchströmt, erfasst werden. Aus den ermittelten Werten sowie entsprechenden vorgegebenen Vergleichswerten bezüglich der Betriebsspannung und des Betriebsstroms kann dann ein Betriebsfenster ermittelt werden, mittels welchem die Überwachungseinheit feststellen kann, ob die Schaltungsanordnung im bestimmungsgemäßen Betrieb zuverlässig und ungestört betrieben wird. Treten dagegen Abweichungen auf, beispielsweise bei einer Unterbrechung bei einer der Leuchtdiodenanordnungen, fällt zum Beispiel ein erfasster Wert des Betriebsstroms aus dem Betriebsstromfenster heraus, sodass die Überwachungseinheit eine Störung der Schaltungsanordnung beziehungsweise der Leuchteinrichtung erfassen kann.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Blockieren der Schalteinheit zumindest so lange aufrechterhalten wird, wie die ein Wert der Betriebsspannung größer als ein vorgegebener Betriebsspannungsvergleichswert ist. Der Betriebsspannungsvergleichswert ist vorzugsweise derart gewählt, dass er einem Wert für die Betriebsspannung entspricht, bei der im ungestörten Fall der ersten Leuchtdiodenanordnung die Schalteinheit den eingeschalteten Zustand eingenommen hat. Mittels dieser Vorgehensweise kann erreicht werden, dass nach Art einer Selbsthaltung die Schalteinheit weiterhin den ausgeschalteten Zustand beibehält, auch wenn der Wert der Betriebsspannung wieder eine ausreichende Größe erreicht, sodass auch die erste Leuchtdiodenanordnung wieder aktiviert werden könnte. Hierdurch kann ferner erreicht werden, dass die Schaltungsanordnung nicht erneut zur Lichtabgabe aktiviert werden kann. Hierdurch kann eine Meldefunktion erreicht werden, die es einem Nutzer erlaubt festzustellen, dass die Schaltungsanordnung beziehungsweise die Leuchteinrichtung defekt ist.
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Vorteilhaft erweist es sich, wenn die erste Leuchtdiodenanordnung in der Reihenschaltung zwischen der Stromquellenschaltung und der wenigstens einen zweiten der Leuchtdiodenanordnungen angeschlossen ist. Dadurch kann eine Überwachung von Leuchtdiodenanordnungen erreicht werden, die nicht unmittelbar einem der Anschlüsse der Betriebsspannung angeschlossen sind.
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Vorteilhaft ist wenigstens zwischen der ersten und der zweiten der Leuchtdiodenanordnungen eine Diode zwischengeschaltet. Dadurch kann eine Entkopplungsfunktion der Funktionserfassungseinheit von den weiteren Einheiten, insbesondere von der zweiten Leuchtdiodenanordnung oder auch der Schalteinheit, erreicht werden.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Schalteinheit zur Reihenschaltung aus der ersten Leuchtdiodenanordnung und der Diode parallelgeschaltet ist. Dadurch kann eine unerwünschte Wechselwirkung mit der Funktionserfassungseinheit zur Erfassung der Funktion der ersten Leuchtdiodenanordnung weitgehend vermieden werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Funktionserfassungseinheit einen Erfassungsanschluss aufweist, der an einen Verbindungsanschluss der ersten Leuchtdiodenanordnung mit der zweiten Leuchtdiodenanordnung angeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, dass die Funktionserfassungseinheit den Prüfstrom in die erste Leuchtdiodenanordnung einzuspeisen vermag. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn zusätzlich die Diode zwischen den Leuchtdiodenanordnungen in Reihe geschaltet ist und der Verbindungsanschluss unmittelbar an eine Verbindungsstelle der Diode mit der ersten Leuchtdiodenanordnung angeschlossen ist. Hierdurch kann eine Entkopplung mittels der Diode erreicht werden, sodass eine zuverlässige selektive Funktionserfassung der Funktion der ersten Leuchtdiodenanordnung erreicht werden kann.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Merkmale, Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für die Schaltungsanordnung sowie auch die mit der Schaltungsanordnung der Erfindung ausgerüstete Leuchteinrichtung und Umgekehrt. Insofern können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
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Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
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Es zeigen:
- 1 in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine erste Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung; und
- 2 in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine zweite Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die im Wesentlichen auf der Schaltungsanordnung gemäß 1 basiert.
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1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine erste Schaltungsanordnung 10 gemäß der Erfindung. Die Schaltungsanordnung 10 weist zwei in Reihe geschaltete Leuchtdiodenanordnungen 14, 16 auf, die jeweils zwei ebenfalls zwei in Reihe geschaltete Leuchtdioden D5, D7 sowie D8, D1 umfassen. Zu den Leuchtdiodenanordnungen 14, 16 ist ferner eine Stromquellenschaltung 18 in Reihe geschaltet, die vorliegend durch einen elektrischen Widerstand R12 gebildet ist. Ferner ist zwischen der ersten Leuchtdiodenanordnung 16 und der zweiten Leuchtdiodenanordnung 14 eine Diode D2 in Reihe geschaltet. Sämtliche Dioden sind derart in Reihe geschaltet, dass sie vom gleichen elektrischen Strom im Wesentlichen durchströmt werden können, sodass die Leuchtdiodenanordnungen 14, 16 in bestimmungsgemäßer Weise Licht abgeben.
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Die Schaltungsanordnung 10 umfasst ferner einen Energieversorgungsanschluss 20, der vorliegend zweipolig ausgebildet ist. Ein erster von zwei Anschlusspolen des Energieversorgungsanschlusses 20 ist an ein elektrisches Bezugspotential 40 der Schaltungsanordnung 10 angeschlossen. Ein zweiter der zwei Anschlusspole des Energieversorgungsanschlusses 20 ist an eine Gleichrichtereinheit 32 angeschlossen, die eine einzige Diode D9 umfasst. An einer Kathode der Diode D9 ist hingegen die vorgenannte Reihenschaltung angeschlossen. Dadurch ist sichergestellt, dass die Leuchtdioden D1, D5, D7 und D8 lediglich in Durchlassrichtung mit elektrischer Energie beaufschlagt werden. Der Energieversorgungsanschluss 20 dient dem Anschließen der Reihenschaltung aus den Leuchtdiodenanordnungen 14, 16 und der Stromquellenschaltung 18 an eine nicht weiter dargestellte elektrische Spannungsquelle zum Versorgen der Leuchtdiodenanordnungen 14, 16 mit elektrischer Energie im bestimmungsgemäßen Leuchtbetrieb. An der Reihenschaltung liegt somit die Betriebsspannung an.
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Zu der ersten der Leuchtdiodenanordnungen 16 ist eine Schalteinheit 22 parallelgeschaltet. Die Schalteinheit 22 ist vorliegend durch einen Halbleitertransistor als Schaltelement gebildet, der vorliegend als MOSFET U6, und zwar als N-Kanal-MOSFET, ausgebildet ist und der eine Schaltstrecke zwischen seinem Source-Anschluss und seinem Drain-Anschluss bereitstellt. Die Schaltstrecke des MOSFET U6 wird mittels eines Gate-Anschlusses 34 gesteuert, sodass die Schaltstrecke zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand geschaltet werden kann.
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Die Schaltungsanordnung 10 umfasst ferner eine Unterspannungserfassungseinheit 24, die mit einem nicht bezeichneten Sensoranschluss an einen Verbindungsanschluss 38 angeschlossen ist, an dem auch die erste Leuchtdiodenanordnung 16 sowie die Stromquellenschaltung 18 angeschlossen sind. Die Unterspannungserfassungseinheit ist ausgebildet, eine elektrische Stromquellenspannung an der Stromquellenschaltung 18 zu ermitteln. Diese ist abhängig von der Betriebsspannung. Die Unterspannungserfassungseinheit ist ferner ausgebildet, die elektrische Stromquellenspannung mit einem vorgegebenen Spannungsvergleichswert zu vergleichen. Bei einer kleineren Stromquellenspannung als dem Spannungsvergleichswert liefert die Unterspannungserfassungseinheit 24 ein Schaltsignal an den Gate-Anschluss 34 der Schalteinheit 22, mittels dem die Schalteinheit 22 in den eingeschalteten Schaltzustand geschaltet wird, sodass die erste Leuchtdiodenanordnung 16 durch die eingeschaltete Schaltstrecke der Schalteinheit 22, die durch den MOSFET U6 bereitgestellt wird, nahezu kurzgeschlossen wird. Dadurch ist die erste Leuchtdiodenanordnung 16 deaktiviert. Lediglich die zweite Leuchtdiodenanordnung 14 wird nunmehr noch mit der in Reihe geschalteten Stromquellenschaltung 18 mit der Betriebsspannung beaufschlagt. Dadurch kann auch bei reduzierter Betriebsspannung die zweite Leuchtdiodenanordnung 14 zuverlässig im Leuchtbetrieb betrieben werden.
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Die Unterspannungserfassungseinheit 24 weist vorliegend einen Spannungsteiler von zwei in Reihe geschalteten elektrischen Widerständen R18 und R3 auf, wobei diese Reihenschaltung am Verbindungsanschluss 38 und am Bezugspotential 40 angeschlossen ist, an dem auch die Stromquellenschaltung 18 mit einem ihrer beiden Anschlüsse angeschlossen ist. Die Stromquellenschaltung 18 ist somit parallel zu der Reihenschaltung aus dem Widerstand R18 und dem Widerstand R3 geschaltet.
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Parallel zum Widerstand R3 ist ferner ein Kondensator C8 geschaltet, der zum Einstellen eines dynamischen Verhaltens sowie einer Störunterdrückung dient.
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An einem Verbindungspunkt des Widerstands R3 mit dem Widerstand R18 ist ferner eine Basis eines bipolaren NPN-Transistors Q2 angeschlossen, dessen Emitter ebenfalls an das Bezugspotential 40 angeschlossen ist. Dessen Kollektor ist zur Bereitstellung des entsprechenden Steuersignals an den Gate-Anschluss 34 des MOSFET U6 angeschlossen.
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Durch die elektrischen Widerstände R18 und R3 wird ein Arbeitspunkt des NPN-Transistors Q2 eingestellt, sodass dieser die Funktionen der Unterspannungserfassungseinheit 24 zu realisieren vermag. Der Spannungsvergleichswert ist hier durch eine Basis-Emitter-Durchbruchspannung gebildet, wobei bekanntermaßen bei Überschreiten dieser Spannung ein signifikanter Basisstrom in die Basis des NPN-Transistors Q2 zu fließen beginnt. Mit den elektrischen Widerständen R18 und R3 kann eine entsprechende Einstellung des Arbeitspunktes vorgenommen werden, sodass die Vergleichsfunktion hierdurch auf einfache Weise realisiert werden kann.
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Ist die Stromquellenspannung größer als eine durch die Schaltungsanordnung der Unterspannungserfassungseinheit 24 gebildete Vergleichsspannung, ist der NPN-Transistor Q2 in einem eingeschalteten Zustand, sodass der Gate-Anschluss 34 im Wesentlichen auf das elektrisches Bezugspotential 40 gehalten wird. Der MOSFET U6 ist dadurch im ausgeschalteten Zustand, das heißt, die Schaltstrecke, die zwischen dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss gebildet ist, ist im ausgeschalteten Zustand. Dadurch ist die erste Leuchtdiodenanordnung 16 aktiviert und trägt ebenso wie die zweite Leuchtdiodenanordnung 14 zur Leuchtfunktion bei.
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Führt nunmehr ein Unterschreiten der Stromquellenspannung aufgrund eines Absinkens der Betriebsspannung zwischen dem Verbindungsanschluss 38 und dem Bezugspotential 40 zu einem Unterschreiten des Spannungsvergleichswerts, so schaltet der NPN-Transistor Q2 in den ausgeschalteten Zustand. In diesem Zustand kann der Gate-Anschluss 34 des MOSFET U6 mit einem positiven Potential beaufschlagt werden, sodass der MOSFET U6 eingeschaltet werden kann und dadurch die erste Leuchtdiodenanordnung 16 deaktiviert wird.
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Die Schaltungsanordnung 10 umfasst ferner eine Funktionserfassungseinheit 26, die dem Erfassen einer Funktionsbereitschaft der ersten Leuchtdiodenanordnung 16 dient. Zu diesem Zweck ist die Funktionserfassungseinheit 26 ausgebildet, die erste Leuchtdiodenanordnung 16 mit einer vorgegebenen Prüfspannung zu beaufschlagen, einen durch die Prüfspannung bewirkten Leuchtdiodenanordnungsstrom zu erfassen, den erfassten Leuchtdiodenanordnungsstrom mit einem Stromvergleichswert zu vergleichen und bei einem kleineren Leuchtdiodenanordnungsstrom als dem Stromvergleichswert das Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung 16 durch die Schalteinheit 22 zu blockieren.
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Hierfür umfasst die Funktionserfassungseinheit 26 vorliegend ebenfalls eingangsseitig einen aus den elektrischen Widerständen R5 und R1 gebildeten Spannungsteiler, wobei der Widerstand R1 an einem positiven Bezugspotential der Betriebsspannung angeschlossen ist. Ein hierdurch bereitgestellter Erfassungsanschluss 28 der Funktionserfassungseinheit 26 ist an einem Verbindungsanschluss 30 angeschlossen, an dem auch eine Kathode der Diode D2 und die erste Leuchtdiodenanordnung 16 angeschlossen sind. Bei intakter Leuchtdiodenanordnung 16 kann somit die Leuchtdiodenanordnung 16 mit der Prüfspannung beaufschlagt werden. Dadurch fließt durch den Spannungsteiler aus den elektrischen Widerständen R1 und R5 ein elektrischer Strom, abhängig von einem durch die erste Leuchtdiodenanordnung 16 bereitgestellten elektrischen Widerstand. Liegt hier eine Störung nach Art einer Unterbrechung vor, ist der Stromfluss entsprechend reduziert beziehungsweise im Wesentlichen null.
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Die elektrischen Widerstände R5 und R1 dienen - ebenso wie bei dem Transistor Q2 - zum Einstellen eines Arbeitspunktes eines PNP-Transistors Q1. Auch hier kann eine Vergleichsfunktion unter Nutzung der Eigenschaften der Basis-Emitter-Strecke realisiert werden. Hierdurch kann die Vergleichsfunktion erreicht werden, bei der der durch die Prüfspannung verursachte Prüfstrom mit einem Vergleichsstrom verglichen wird. Zu diesem Zweck ist ein Verbindungsanschluss der elektrischen Widerstände R1 und R5 an eine Basis des PNP-Transistors Q1 angeschlossen. Ein Emitter des PNP-Transistors ist an das positive Bezugspotential ebenso wie der elektrische Widerstand R1 angeschlossen. Ein Kollektor des PNP-Transistors Q1 ist über einen elektrischen Widerstand R16 an den Gate-Anschluss 34 des MOSFET U6 angeschlossen.
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Die Widerstände R5 und R1 dienen somit auch zum Einstellen eines Arbeitspunktes des PNP-Transistors Q1, sodass die Funktionserfassungseinheit 26 die gewünschte Vergleichsfunktion in Bezug auf die erste Leuchtdiodenanordnung 16 durchführen kann. Parallel zum elektrischen Widerstand R1 ist ferner ein elektrischer Kondensator C1 geschaltet, der zur Stabilisierung und Einstellung einer dynamischen Funktion des PNP-Transistors Q1 dient.
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Parallel zu einer Reihenschaltung aus dem Widerstand R16 und dem NPN-Transistor Q2 ist der Kollektor des PNP-Transistors Q1 ebenfalls über einen elektrischen Widerstand R7 an das negative Bezugspotential 40 angeschlossen. Der elektrische Widerstand R7 dient zusammen mit dem elektrischen Widerstand R16 dazu, wenn der PNP-Transistor Q1 im ausgeschalteten Zustand ist, den Gate-Anschluss 34 des MOSFET U6 an das Bezugspotential 40 anzuschließen. Dadurch kann erreicht werden, dass der MOSFET U6 nur dann eingeschaltet werden kann, wenn auch der PNP-Transistor Q1 eingeschaltet ist.
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Im bestimmungsgemäßen Betrieb, bei dem die Leuchtdiodenanordnung 16 ungestört ist, das heißt, deren Leuchtdioden D1 und D8 betriebsbereit sind, wird dies mit der Funktionserfassungseinheit 26 erfasst, woraufhin der PNP-Transistor Q1 in den leitfähigen Zustand übergeht. Die Widerstände R16 und R7 werden entsprechend mit dem positiven Betriebspotential beaufschlagt. Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, den MOSFET U6 in den eingeschalteten Zustand zu schalten.
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Ist ein Wert für die Betriebsspannung zwischen dem positiven Betriebsspannungsanschluss und dem Bezugspotential 40, der hier durch die Stromquellenspannung an der Stromquellenschaltung 18 bereitgestellt wird, größer als die Vergleichsspannung, ist zugleich auch der NPN-Transistor Q2 eingeschaltet, sodass, auch wenn der PNP-Transistor Q1 eingeschaltet ist, das elektrische Potential am Gate-Anschluss 34 trotzdem weiterhin auf das Bezugspotential 40 festgelegt ist. Dies ändert sich erst dann, wenn mit der Unterspannungserfassungseinheit 24 eine Unterspannung in Bezug auf die Betriebsspannung erfasst wird und der NPN-Transistor Q2 in den gesperrten Zustand übergeht. Dann wird das elektrische Potential des Gate-Anschlusses 34 über den Widerstand R16 auf das positive Bezugspotential der Betriebsspannung gezogen, woraufhin der MOSFET U6 seine Schaltstrecke in den eingeschalteten Zustand schaltet und somit die erste Leuchtdiodenanordnung 16 zusammen mit der Diode D2 kurzschließt.
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Ist hingegen die erste Leuchtdiodenanordnung 16 gestört, zum Beispiel weil eine ihrer beiden Leuchtdioden D1, D8 eine Unterbrechung aufweist, kann durch den aus den elektrischen Widerständen R1 und R5 gebildeten Spannungsteiler der Funktionserfassungseinheit 26 kein Strom aufgrund der hierdurch bereitgestellten Prüfspannung mehr fließen, weshalb der PNP-Transistor Q1 in den ausgeschalteten Zustand wechselt. Dadurch kann der MOSFET U6 nicht mehr eingeschaltet werden, weshalb das Deaktivieren der ersten Leuchtdiodenanordnung 16 blockiert ist.
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In diesem Betriebszustand kann eine übergeordnete Steuerung, beispielsweise eine Fahrzeugsteuerung oder dergleichen, die Störung der Schaltungsanordnung 10 erkennen und entsprechende Maßnahmen einleiten, beispielsweise eine Meldung absetzen, die elektrische Energieversorgung vollständig deaktivieren und/oder dergleichen.
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Vorliegend wurden die Funktionseinheiten und Schaltungen durch einfache elektronische Bauteile wie Widerstände und Transistoren realisiert. Es besteht darüber hinaus jedoch auch die Möglichkeit, weitere Schaltungsvarianten zu nutzen, um die gewünschten Funktionen zu realisieren. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Unterspannungsüberwachungseinheit, die Stromquellenschaltung, gegebenenfalls auch die Funktionserfassungseinheit und/oder auch sogar die Schalteinheit mittels geeigneter Operationsverstärkerschaltungen realisiert werden, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
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2 zeigt eine Schaltungsanordnung 12, die eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung 10 gemäß 1 ist. Im Wesentlichen funktioniert die Schaltungsanordnung 12 wie die Schaltungsanordnung 10 gemäß 1, weshalb ergänzend auf die Ausführungen zur Ausführungsform gemäß 1 verwiesen wird.
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Ein Unterschied der Schaltungsanordnung 12 in Bezug auf die Schaltungsanordnung 10 besteht darin, dass in Bezug auf die Schaltungsanordnung 10 gemäß 1 die Diode D2 bei der Schaltungsanordnung 12 durch einen Kurzschluss ersetzt ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass weniger Bauteile benötigt werden. Bezüglich der Funktion ergibt sich ein Unterschied dadurch, dass hier das Blockieren des Deaktivierens der ersten Leuchtdiodenanordnung 16 nur beim Einschalten der Betriebsspannung erfolgen kann. Während des Betriebs, insbesondere bei Unterspannung, ist eine Detektion eines Fehlers der ersten Leuchtdiodenanordnung 16 reduziert beziehungsweise kann sogar verhindert sein, weil durch die eingeschaltete Schalteinheit 22 mittels des Spannungsteilers aus den Widerständen R5 und R1 keine Detektion des elektrischen Widerstands der Leuchtdiodenanordnung 16 mehr möglich ist. Die eingeschaltete Schalteinheit 22 kann dies verhindern. Diese Ausgestaltung eignet sich deshalb unter anderem besonders für einen getakteten Betrieb, bei dem die Betriebsspannung, beispielsweise nach einem PWM-Verfahren, variiert.
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Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung und sollen diese nicht beschränken. So können natürlich die Funktionseinheiten auch weiter variiert werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Erfindung natürlich nicht nur für ausschließlich in Reihe geschaltete Leuchtdiodenanordnungen genutzt werden, sondern sie kann natürlich gleichermaßen auch für Leuchtdiodenanordnungen genutzt werden, bei denen Leuchtdioden in Matrixschaltung oder dergleichen verschaltet sind. Unter anderem sind Vergleichsfunktionen dann entsprechend anzupassen. Die Leuchtdiodenanordnungen brauchen darüber hinaus auch nicht die gleiche Anzahl an Leuchtdioden zu umfassen, um die erfindungsgemäße Funktion realisieren zu können.
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Darüber hinaus gelten die für das Verfahren angegebenen Wirkungen und Vorteile gleichermaßen auch für die Schaltungsanordnung und umgekehrt. Für Verfahrensmerkmale können somit auch Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schaltungsanordnung
- 12
- Schaltungsanordnung
- 14
- Leuchtdiodenanordnung
- 16
- Leuchtdiodenanordnung
- 18
- Stromquellenschaltung
- 20
- Eingangsspannungsanschluss
- 22
- Schalteinheit
- 24
- Unterspannungserfassungseinheit
- 26
- Funktionserfassungseinheit
- 28
- Erfassungsanschluss
- 30
- Verbindungsanschluss
- 32
- Gleichrichtereinheit
- 34
- Gate-Anschluss
- 38
- Verbindungsanschluss
- 40
- Bezugspotential
- U6
- MOSFET
- C1
- Kondensator
- C8
- Kondensator
- Q1
- PNP-Transistor
- Q2
- NPN-Transistor
- D2, D9
- Diode
- D1, D5, D7, D8
- Leuchtdioden
- R1, R3, R5, R7, R12, R16, R18
- Widerstand
