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Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Leuchtvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteter LED-Leuchtmittel, einer Anode, einer Kathode und einer Treiberelektronik zum Betreiben der LED-Leuchtmittel. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer LED-Leuchtvorrichtung.
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LED-Leuchtvorrichtungen haben gegenüber konventionellen, glühwendelbasierten Leuchtvorrichtungen diverse Vorteile. Ein besonderer Vorteil ist ein wesentlich höherer Wirkungsgrad, sodass zum Erreichen derselben Lichtintensität eine LED-Leuchtvorrichtung einen wesentlich geringeren Stromverbrauch als eine konventionelle Leuchtvorrichtung aufweist. Dies liegt insbesondere daran, dass bei der LED-Leuchtvorrichtung weniger elektrische Energie in Verlustwärme umgewandelt wird. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Lebensdauer. Während konventionelle Leuchtvorrichtungen aufgrund der hohen Betriebstemperaturen einer sehr hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind und daher oftmals nur wenige hundert Betriebsstunden aufweisen, sind Lebenszeiten von über 100.000 Betriebsstunden bei LED-Leuchtvorrichtungen keine Besonderheit mehr. Zudem verkürzt sich die Lebensdauer von konventionellen Leuchtvorrichtungen bei intermittierendem Betrieb wesentlich stärker als bei LED-Leuchtvorrichtungen. Aus diesem Grund sind LED-Leuchtvorrichtungen zuverlässiger und somit wartungsärmer als konventionelle Leuchtvorrichtungen. Schließlich sind die Herstellungskosten von LED-Leuchtvorrichtungen gegenüber konventionellen Leuchtmitteln aufgrund verbesserter Herstellungsverfahren sowie wachsender Stückzahlen drastisch gesunken.
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Wegen der vielen Vorteile gegenüber konventionellen Leuchtmitteln wächst der Einsatz von LED-Leuchtvorrichtungen, insbesondere mit LED-Hochleistungsleuchtmitteln, fortschreitend, während die Verbreitung konventioneller Leuchtvorrichtungen stark rückläufig ist. Beispielsweise in der Automobilindustrie werden LED-Leuchtvorrichtungen als Scheinwerfer sowie sonstige Beleuchtungsvorrichtungen verwendet. Ein Nachteil bekannter Leuchtvorrichtungen ist, dass eine Fehlererkennung oftmals nicht zuverlässig oder nur sehr aufwendig gewährleistbar ist. Bekannte LED-Leuchtvorrichtungen weisen beispielsweise LED-Leuchtmittel auf, welche in einer Reihenschaltung miteinander verschaltet sind. Eine Unterbrechung der Reihenschaltung durch ein defektes bzw. durchgebranntes LED-Leuchtmittel ist bei diesen LED-Leuchtvorrichtungen noch relativ einfach ermittelbar, da in diesem Fall ein Stromfluss durch die LED-Leuchtvorrichtung unterbrochen ist.
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Gleichwohl kann es im Betrieb einer LED-Leuchtvorrichtung bei einem LED-Leuchtmittel zu einem Kurzschluss kommen. Dies liegt insbesondere an geänderten LED-Aufbautechniken sowie einer aus Konstruktionsgründen vorherrschenden Ausreizung der LED-Leuchtmittel bis an die Leistungsgrenze, um aus einem möglichst günstigen LED-Leuchtmittel eine besonders hohe Lichtausbeute zu erzielen. Derartige Kurzschlüsse sind mit steigender Anzahl an in Reihe geschalteter LED-Leuchtmittel schwerer zu detektieren, da eine hierdurch bewirkte Veränderung eines Spannungsverlaufs nur sehr gering ausfällt. Dies hat zur Folge, dass oftmals nur der Kurzschluss von mehreren LED-Leuchtmitteln diagnostizierbar ist. Überdies ist eine messtechnische Einzelüberwachung der LED-Leuchtmittel aufgrund der hohen Anzahl an Verkabelungen sowie Schnittstellen zu einer Treiberelektronik der LED-Leuchtvorrichtung verhältnismäßig teuer und daher für eine Serienfertigung nur bedingt geeignet.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer LED-Leuchtvorrichtung sowie einem Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine LED-Leuchtvorrichtung und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die ausgebildet sind, einen Defekt eines LED-Leuchtmittels auf eine einfache sowie kostengünstige Art und Weise zu erkennen.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine LED-Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine LED-Leuchtvorrichtung gelöst. Die LED-Leuchtvorrichtung weist eine Mehrzahl von in Reihe geschalteter LED-Leuchtmittel, eine Anode, eine Kathode und eine Treiberelektronik zum Betreiben der LED-Leuchtmittel auf. Erfindungsgemäß sind mehrere LED-Leuchtmittel jeweils mittels einer Zusatzschaltung überbrückt, wobei ein Schaltungseingang der Zusatzschaltung mit einer Anodenseite des jeweiligen LED-Leuchtmittels und ein Schaltungsausgang der Zusatzschaltung mit einer Kathodenseite des jeweiligen LED-Leuchtmittels elektrisch gekoppelt sind. Die Zusatzschaltungen weisen einen Transistor auf und bilden miteinander eine logische UND-Verknüpfung, wobei die logische UND-Verknüpfung der Zusatzschaltungen mit der Treiberelektronik der LED-Leuchtvorrichtung elektrisch koppelbar ist.
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Die LED-Leuchtvorrichtung ist vorzugsweise als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Im Wesentlichen weist die LED-Leuchtvorrichtung zwei Baugruppen auf, wobei die eine Baugruppe die LED-Leuchtmittel und die andere Baugruppe die Treiberelektronik aufweist. Die beiden Baugruppen sind vorzugsweise über eine Kabelverbindung miteinander elektrisch koppelbar.
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Die LED-Leuchtmittel der erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung sind miteinander in einer Reihenschaltung elektrisch geschaltet, wobei die LED-Leuchtvorrichtung erfindungsgemäß auch eine Parallelschaltung mehrerer solcher Reihenschaltungen aufweisen kann. Zum elektrischen Koppeln der LED-Leuchtmittel mit der Treiberelektronik weist die LED-Leuchtvorrichtung die Anode sowie die Kathode auf. Die Treiberelektronik ist ausgebildet, die LED-Leuchtmittel gezielt mit elektrischem Strom zu versorgen.
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Die LED-Leuchtvorrichtung weist mehrere Zusatzschaltungen auf, welche mehrere LED-Leuchtmittel überbrücken. Dies kann beispielsweise als Überbrückung eines einzelnen LED-Leuchtmittels durch eine Zusatzschaltung oder einer Gruppe in Stromflussrichtung benachbarter LED-Leuchtmittel durch eine Zusatzschaltung realisiert sein. Die LED-Leuchtmittel weisen jeweils eine Anodenseite, welche der Anode zugewandt ist, und eine Kathodenseite, welche der Kathode zugewandt ist, auf. Durch elektrisches Koppeln mit einer Kathodenseite und einer Anodenseite eines LED-Leuchtmittels oder eine Gruppe von LED-Leuchtmitteln, ist mittels der Zusatzschaltung eine Parallelschaltung realisiert. Die Zusatzschaltung ist dabei derart ausgebildet, dass ein Stromfluss durch die LED-Leuchtmittel nur geringfügig beeinträchtigt wird und weist daher vorzugsweise einen elektrischen Eigenwiderstand auf, welcher wesentlich größer als ein elektrischer Widerstand eines LED-Leuchtmittels ist.
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Die Zusatzschaltungen weisen jeweils einen Transistor auf. Der Transistor ist vorzugsweise als PNP-Transistor mit einem Kollektor, einer Basis sowie einem Emitter ausgebildet. Der Kollektor ist vorzugsweise mit der Anodenseite des jeweiligen LED-Leuchtmittels elektrisch gekoppelt. Überdies kann die Zusatzschaltung noch weitere elektronische Bauteile aufweisen, um die bestimmungsgemäße Funktionsweise der Zusatzschaltung sicherzustellen.
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Die Zusatzschaltung ist ausgebildet, im Betrieb der LED-Leuchtvorrichtung bei einem einwandfrei funktionierenden LED-Leuchtmittel ein erstes Signal, insbesondere über den Emitter, abzugeben. Ferner ist die Zusatzschaltung ausgebildet, bei einem Kurzschluss des jeweiligen LED-Leuchtmittels, insbesondere über den Emitter, ein zweites Signal abzugeben, welches sich wesentlich vom ersten Signal unterscheidet. Die Zusatzschaltungen bilden die UND-Verknüpfung. Das bedeutet, dass die Zusatzschaltungen, insbesondere die Emitter derart logisch miteinander verknüpft sind, dass im Falle eines defekten LED-Leuchtmittels eine besonders große Verstimmung, beispielsweise eines Kodierwiderstands der LED-Leuchtvorrichtung, bewirkbar ist. Somit reicht bereits ein von einer Zusatzschaltung ausgegebenes zweites Signal aus, um einen Defekt der LED-Leuchtvorrichtung zu diagnostizieren.
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Eine erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtung hat gegenüber herkömmlichen LED-Leuchtvorrichtungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Kurzschluss eines LED-Leuchtmittels der LED-Leuchtvorrichtung zuverlässig detektierbar ist. Es sind keine aufwendigen Zusatzleitungen zwischen den LED-Leuchtmitteln und der Treiberelektronik erforderlich. Überdies sind für die LED-Leuchtmittel keine separaten analogen Messkanäle an der Treiberelektronik vonnöten, sodass die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen LED-Leuchtvorrichtungen geringer sind.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer LED-Leuchtvorrichtung vorgesehen sein, dass die Zusatzschaltung mindestens zwei in Reihe geschaltete Widerstände aufweist, wobei ein erster Widerstand der Widerstände mit der Anodenseite des jeweiligen LED-Leuchtmittels und ein zweiter Widerstand der Widerstände mit der Kathodenseite des jeweiligen LED-Leuchtmittels elektrisch gekoppelt ist. Mittels der Widerstände ist auf vorteilhafte Weise ein Gesamtwiderstand der Zusatzschaltung derart erhöhbar, dass bei einer Parallelschaltung von LED-Leichtmittel und Zusatzschaltung im Betrieb ein größerer Strom durch das LED-Leuchtmittel als durch dir Zusatzschaltung fließt.
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Es ist erfindungsgemäß weiter bevorzugt, dass ein Kollektor eines Transistors mit der Anodenseite des jeweiligen LED-Leuchtmittels und eine Basis des Transistors mit einem Bereich zwischen dem jeweiligen ersten Widerstand und dem jeweiligen zweiten Widerstand elektrisch gekoppelt ist, wobei die Emitter der Transistoren der Zusatzschaltungen miteinander die logische UND-Verknüpfung bilden. Vorzugsweise sind mehrere, insbesondere sämtliche, Zusatzschaltungen gleichermaßen aufgebaut. Eine derartige Verschaltung ist mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar und für eine zuverlässige Diagnose defekter LED-Leuchtmittel besonders geeignet.
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Weiter bevorzugt kann bei einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung vorgesehen sein, dass einzelne LED-Leuchtmittel mittels der Zusatzschaltung überbrückt sind. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass jedes LED-Leuchtmittel mit einer Zusatzschaltung parallelgeschaltet ist. Alternativ können beispielsweise einzelne LED-Leuchtmittel mit jeweils einer Zusatzschaltung parallelgeschaltet und andere LED-Leuchtmittel in Gruppen zusammengefasst sowie mit jeweils einer Zusatzschaltung pro Gruppe parallelgeschaltet sein. Die Überbrückung einzelner LED-Leuchtmittel hat den Vorteil, dass ein Kurzschluss des LED-Leuchtmittels besonders zuverlässig detektierbar ist.
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In einer besonders bevorzugten, alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die LED-Leuchtmittel in Gruppen mittels der Zusatzschaltung überbrückt. Dies bedeutet, dass mehrere LED-Leuchtmittel mit einer Zusatzschaltung parallelgeschaltet sind. Beispielsweise können sämtliche LED-Leuchtmittel der LED-Leuchtvorrichtung in Gruppen zusammengefasst sein, wobei jede Gruppe mit einer Zusatzschaltung parallelgeschaltet ist. Alternativ kann auch nur ein Teil der LED-Leuchtmittel zu solchen Gruppen zusammengefasst sei, wobei jede Gruppe mit einer Zusatzschaltung parallelgeschaltet ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Anzahl der mit einer Zusatzschaltung parallel geschalteter LED-Leuchtmittel derart gewählt wird, dass ein Kurzschluss eines LED-Leuchtmittels ausreicht, eine Verstimmung, beispielsweise eines Kodierwiderstands der LED-Leuchtvorrichtung, mittels der Zusatzschaltung zu bewirken. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache sowie kostengünstige Art und Weise die Kosten für eine LED-Leuchtvorrichtung reduzierbar sind, da nicht mehr jedes LED-Leuchtmittel mit einer Zusatzschaltung parallelgeschaltet ist.
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Vorzugsweise sind die LED-Leuchtmittel als Hochleistungs-LED-Leuchtmittel ausgebildet. Hochleistungs-LED-Leuchtmittel werden auch als H-LED-Leuchtmittel bzw. H-LED bezeichnet und zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass diese mit höheren Strömen als 20 mA betreibbar sind. Bei Leistungen von über einem Watt sind zudem Kühlvorrichtungen, insbesondere Kühlrippen oder dergleichen, zum Kühlen der H-LED vorzugsweise vorgesehen. Hochleistungs-LED-Leuchtmittel haben gegenüber herkömmlichen LED-Leuchtmitteln den Vorteil, dass diese bei verhältnismäßig geringem Bauraumbedarf eine besonders hohe Lichtstärke aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Treiberelektronik ausgebildet, eine durch einen Defekt eines LED-Leuchtmittels bewirkte Verstimmung eines Kodierwiderstands der LED-Leuchtvorrichtung durch die UND-Verknüpfung der Zusatzschaltungen zu detektieren. Im Betrieb der LED-Leuchtvorrichtung ist somit ein Kurzschluss eines LED-Leuchtmittels von der Treiberelektronik detektierbar, sodass beispielsweise eine Überlastung der Treiberelektronik durch entsprechendes Entgegenwirken der Treiberelektronik mit einfachen Mitteln sowie auf kostengünstige Art und Weise vermeidbar ist.
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Besonders bevorzugt ist die Treiberelektronik ausgebildet, auf Basis einer Detektierten Verstimmung des Kodierwiderstands ein Warnsignal auszugeben und/oder einen Betriebsmodus der LED-Leuchtvorrichtung zu verändern. Das Warnsignal ist beispielsweise als akustisches Warnsignal, insbesondere mittels eines Piezo-Elements oder dergleichen, und/oder als optisches Warnsignal, insbesondere mittels einer Kontrollleuchte und/oder einer Anzeige eines Bordcomputers oder dergleichen, ausgebbar. Auf diese Weise sind Insassen, insbesondere ein Fahrer, des Kraftfahrzeugs darauf aufmerksam machbar, dass die LED-Leuchtvorrichtung einen Defekt aufweist. Zum Verändern des Betriebsmodus ist die Treiberelektronik beispielsweise derart ausgebildet, defekte LED-Leuchtmittel mittels anderer LED-Leuchtmittel zu kompensieren. Ferner kann die Treiberelektronik ausgebildet sein, eine LED-Reihenschaltung der LED-Leuchtvorrichtung, welche das defekte LED-Leuchtmittel aufweist, mit einer veränderten Stromstärke, insbesondere einer geringeren Stromstärke, anzusteuern. Auf diese Weise ist eine Überlastung der nicht defekten LED-Leuchtmittel der LED-Reihenschaltung vermeidbar. Dies kann beispielsweise als sicherer Betriebsmodus bezeichnet werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einer LED-Leuchtvorrichtung gelöst. Erfindungsgemäß ist die LED-Leuchtvorrichtung als erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtung ausgebildet.
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Bei dem beschriebenen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer LED-Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Kurzschluss eines LED-Leuchtmittels der LED-Leuchtvorrichtung des Kraftfahrzeugs zuverlässig detektierbar ist. Es sind keine aufwendigen Zusatzleitungen zwischen den LED-Leuchtmitteln und der Treiberelektronik der LED-Leuchtvorrichtung erforderlich. Überdies sind für die LED-Leuchtmittel keine separaten analogen Messkanäle an der Treiberelektronik vonnöten, sodass die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung im Vergleich zu einem herkömmlichen Kraftfahrzeug mit einer herkömmlichen LED-Leuchtvorrichtung geringer sind.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 schematisch einen Schaltplan einer herkömmlichen LED-Leuchtvorrichtung,
- 2 schematisch einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung, und
- 3 schematisch in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
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In 1 ist ein Schaltplan einer herkömmlichen LED-Leuchtvorrichtung 1 nach dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Die LED-Leuchtvorrichtung 1 weist eine Mehrzahl von LED-Leuchtmitteln 2 auf, welche in Reihe geschaltet sind. Eine Anode 3 der LED-Leuchtvorrichtung 1 und eine Kathode 4 der LED-Leuchtvorrichtung 1 sind mit einer Treiberelektronik 5 der LED-Leuchtvorrichtung 1 elektrisch gekoppelt. Die LED-Leuchtmittel 2 weisen jeweils eine der Anode 3 zugewandte Anodenseite 8 und eine der Kathode 4 zugewandte Kathodenseite 10 auf. Ferner weist die LED-Leuchtvorrichtung 1 einen Kodierwiderstand 16 zum Detektieren von größeren Defekten der LED-Leuchtvorrichtung 1, wie beispielsweise einer Unterbrechung der Reihenschaltung oder ein Kurzschluss mehrerer LED-Leuchtmittel 2, auf. Der Kodierwiderstand 16 ist hierfür mit der Treiberelektronik 5 elektrisch gekoppelt.
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2 zeigt einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung 1. Die erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtung 1 weist eine Mehrzahl von LED-Leuchtmitteln 2 auf, welche in Reihe geschaltet sind. Die LED-Leuchtmittel 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils mit einer Zusatzschaltung 6 parallelgeschaltet. Eine Anode 3 der LED-Leuchtvorrichtung 1 und eine Kathode 4 der LED-Leuchtvorrichtung 1 sind mit einer Treiberelektronik 5 der LED-Leuchtvorrichtung 1 elektrisch gekoppelt. Die LED-Leuchtmittel 2 weisen jeweils eine der Anode 3 zugewandte Anodenseite 8 und eine der Kathode 4 zugewandte Kathodenseite 10 auf.
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Die Zusatzschaltung 6 weist einen Schaltungseingang 7 und einen Schaltungsausgang 9 auf. Der Schaltungseingang 7 ist mit der Anodenseite 8 des LED-Leuchtmittels 2 elektrisch gekoppelt. Der Schaltungsausgang 9 ist mit der Kathodenseite 10 des LED-Leuchtmittels 2 elektrisch gekoppelt. Ferner weist die Zusatzschaltung 6 einen Transistor 11 mit einem Kollektor 13, einer Basis 14 und einem Emitter 15 sowie zwei in Reihe geschaltete Widerstände 12 auf. Ein erster Widerstand 12a der Widerstände 12 ist mit dem Schaltungseingang 7 und der Basis 14 elektrisch gekoppelt. Ein zweiter Widerstand 12b der Widerstände 12 ist mit der Basis 14 und dem Schaltungsausgang 9 elektrisch gekoppelt. Der Kollektor 13 ist mit dem Schaltungseingang 7 elektrisch gekoppelt. Die Emitter 15 der Zusatzschaltungen 6 bilden zusammen eine logische UND-Verknüpfung und sind über diese mit einem Kodierwiderstand 16 der LED-Leuchtvorrichtung 1 elektrisch gekoppelt, sodass der Kodierwiderstand 16 durch ein verändertes Signal bereits eines Emitters 15 verstimmbar ist. Somit ist die erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtung 1 ausgebildet, bereits einen Kurzschluss eines LED-Leuchtmittels zu detektieren.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 17 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 17 weist eine erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtung 1 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- LED-Leuchtvorrichtung
- 2
- LED-Leuchtmittel
- 3
- Anode
- 4
- Kathode
- 5
- Treiberelektronik
- 6
- Zusatzschaltung
- 7
- Schaltungseingang
- 8
- Anodenseite
- 9
- Schaltungsausgang
- 10
- Kathodenseite
- 11
- Transistor
- 12
- Widerstand
- 12a
- erster Widerstand
- 12b
- zweiter Widerstand
- 13
- Kollektor
- 14
- Basis
- 15
- Emitter
- 16
- Kodierwiderstand
- 17
- Kraftfahrzeug
