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Die Erfindung betrifft ein Steuer- und/oder Regelungsmittel für ein Leuchtdiodenfeld. Eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung.
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Leuchtdiodenfelder bestehend aus einer Vielzahl von Leuchtdioden sind zurzeit dabei, die klassischen Glühlampen in Scheinwerfern moderner Kraftfahrzeuge abzulösen. Leuchtdioden bieten nicht nur eine hohe Lichtausbeute und mehr Sicherheit, sondern auch viele Gestaltungsfreiräume und ein hohes Energieeinsparpotential. Neben gestalterischen Lichtkonzepten bieten neuartige Entwicklungen die Möglichkeit unterschiedliche Lichtverteilungen z.B. für Stadt- oder Landstraßen, Schlechtwetter- oder Autobahnlicht zu erzeugen. Hierfür ist es notwendig, dass die Helligkeit und die Lichtleistung der einzelnen Leuchtdioden oder von mehreren zu einer Gruppe zusammengefassten Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenfeld genau gesteuert werden kann.
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Dazu ist es notwendig die Helligkeitswerte der Leuchtdioden zu reduzieren bzw. zu dimmen. Eine Möglichkeit die Helligkeitswerte der Leuchtdioden zu beeinflussen ist die Pulsweitenmodulation, bei der durch getaktetes Ein- und Ausschalten der Leuchtdioden innerhalb einer Taktperiode die Helligkeitswerte angepasst werden. Dies wird üblicherweise bei einer gleichbleibenden Impulshöhe des Stromes durchgeführt.
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Üblicherweise werden für die Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden Bauteile eingesetzt, die über unterschiedliche integrierte Diagnosefunktionen verfügen. Eine integrierte Diagnosefunktion kann beispielsweise das Erkennen eines Kurzschlusses an einer oder mehrerer Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes sein. Dieser Kurzschluss deutet auf einen Defekt der bestreffenden Leuchtdiode hin. Zur intergierten Kurzschlusserkennung wird der Spannungsabfall über einer Leuchtdiode oder einer Gruppe von Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes gemessen und mit einem festgelegten Grenzwert verglichen. Wird der Grenzwert unterschritten, wird dies als Kurzschluss gewertet und die Stromzufuhr zu den Leuchtdioden abgeschaltet. Auch andere Fehler oder Ausfälle in einem Leuchtdiodenfeldes können auftreten und an einem von dem Spannungsabfall im störungsfreien Normalbetrieb abweichenden Spannungsabfall erkannt werden.
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Bei der Anpassung der Helligkeitswerte durch Pulsweitenmodulation hat sich diese integrierte Kurzschlusserkennung als nachteilig herausgestellt. Ist es bei geringen Helligkeitswerten nicht möglich mindestens eine LED über die gesamte Taktperiode eingeschaltet zu lassen, besteht die Möglichkeit, dass der gemessene Spannungsabfall über den Leuchtdioden unter den Grenzwert für die Kurzschlusserkennung fällt, ohne das ein tatsächlicher Kurzschluss vorliegt. Die Stromzufuhr zu den Leuchtdioden wird in diesem Fall automatisch unterbrochen. Wird in einer der nachfolgenden Taktperioden wieder mindestens eine Leuchtdiode eingeschaltet, ist es erforderlich, dass die Stromquelle zunächst wieder in Betrieb genommen wird. Dies kann zu einer zeitlichen Verzögerung bei der Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden führen. Diese Verzögerung kann sich optisch als Flackern für einen Betrachter zeigen. Dieses Flackern ist in vielen Fällen unerwünscht.
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An diesem Punkt setzt die Erfindung an.
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Der Erfindung lag das Problem zugrunde die bekannte Ansteuerung eines Leuchtdiodenfeldes so zu verbessern, dass eine fehlerhafte Erkennung von Kurzschlüssen innerhalb des Leuchtdiodenfeldes und ein Flackern der Leuchtdioden nach einem fehlerhaften Erkennen eines Kurzschlusses vermieden werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den erfindungsgemäßen Betrieb eines Steuer- und/oder Regelungsmittel für ein Leuchtdiodenfeld gelöst, wobei das Steuer- und/oder Regelungsmittel
- - wenigstens zwei erste Ausgänge aufweist, an denen Steuersignale zum Steuern von steuerbaren Schaltelementen des Leuchtdiodenfeldes abgreifbar sind,
- - wenigstens einen zweiten Ausgang aufweist, an welchem Steuer- und/oder Regelungssignale zum Steuern und/oder Regeln einer steuerbaren und/oder regelbaren Stromquelle abgreifbar sind,
- - wenigstens einen Messsignaleingang aufweist, an welchen Sensorsignale von wenigstens einem ersten Spannungssensor anlegbar sind, wobei mittels des ersten Spannungssensors der Spannungsabfall über dem Leuchtdiodenfeld messbar ist und bei einem Unterschreiten eines festgelegten Spannungswertes durch das Steuer- und/oder Regelungssignal des Steuer- und/oder Regelungsmittels die steuerbare und/oder regelbare Stromquelle abschaltbar ist,
- - wobei an dem wenigstens einen Messsignaleingang ein kontantes Sensorsignal anliegt, wobei das Sensorsignal größer als der festgelegte Spannungswert ist.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass die Schaltungsanordnung wenigstens eine Spannungsquelle aufweist, wobei ein zweiter Spannungssensor, dessen Ausgang mit dem wenigstens einen Messsignaleingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden ist, den Spannungsabfall der einen Spannungsquelle an den Messsignaleingang übergibt und dass die Spannungsquelle ein Spannungssignal liefert, welches größer ist als der festgelegte Spannungswert bei welchem das Steuer- und/oder Regelungsmittel die steuerbare und/oder regelbare Stromquelle abschaltet.
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Durch das Anlegen des Messsignals des zweiten Spannungssensors an den Messsignaleingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels, das die Spannung der einen Spannungsquelle anzeigt, wird ein Ausschalten der steuerbare und/oder regelbare Stromquelle durch das Steuer- und/oder Regelungssignal verhindert, wenn die Spannung über dem Leuchtdiodenfeld in einer Taktperiode absinkt.
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Es besteht die Möglichkeit, dass zu jeder Leuchtdiode ein steuerbares Schaltelement parallel geschaltet ist. Vorzugsweise steuert das Steuer- und/oder Regelungsmittel die steuerbaren Schaltelemente jeweils separat und unabhängig voneinander an. Die steuerbaren Schaltelemente ermöglichen einen pulsweitenmodulierten Betrieb jeder einzelnen Leuchtdiode. Vorzugsweise sind die steuerbaren Schaltelemente Kurzschlussschalter. Wird der Kurzschlussschalter zum Schließen angesteuert, fällt an der Leuchtdiode nahezu keine Spannung ab. Die Leuchtdiode ist ausgeschaltet. Durch das Ansteuern der Kurzschlussschalter besteht die Möglichkeit die einzelnen Leuchtdioden im Leuchtdiodenfeld so Ein- und/oder Auszuschalten, dass eine gewünschte Lichtverteilung entsteht.
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Es besteht die Möglichkeit, dass bei einer gewünschten Lichtverteilung keine Leuchtdiode einer Reihenschaltung innerhalb einer Taktperiode eingeschaltet ist. In diesem Fall ist der Spannungsabfall über dieser Reihenschaltung sehr klein, vorzugsweise nahezu 0V. Dieser geringe Spannungsabfall über der Reichenschaltung des Leuchtdiodenfeldes würde bei einer bekannten Schaltungsanordnung dazu führen, dass der festgelegte Spannungswert an dem Messsignaleingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels unterschritten wird. Dies würde von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel als Kurzschluss bzw. Defekt der Leuchtdiode gewertet und es würde ein Signal zum Abschalten an die steuer- und/oder regelbare Stromquelle gegeben. In dem Fall, dass durch die Pulsweitenmodulation alle Leuchtdioden einer Reihenschaltung während einer Taktperiode ausgeschaltet sind, liegt in vielen Fällen tatsächlich gar kein Kurzschluss bzw. Defekt vor.
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Das konstante Sensorsignal an dem Messsignaleingang führt dazu, dass der festgelegte Spannungswert, welcher zu einem Abschalten der steuerbaren und/oder regelbaren Stromquelle führt, nicht unterschritten wird. Eine Fehlinterpretation des Spannungswertes als Defekt wird in diesem Fall vermieden.
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Durch das konstante Spannungssignal wird die Funktion der Kurzschlusserkennung umgangen. Diese Funktion ist jedoch in vielen Fällen trotzdem wünschenswert. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung ein Detektionsmittel aufweist, wobei das Detektionsmittel dazu ausgebildet ist, innerhalb einer Taktperiode
- - einen Sollwert für den Spannungsabfall für alle eingeschalteten Leuchtdioden einer Reihenschaltung zu ermitteln,
- - den tatsächlichen Spannungsabfall über der Reihenschaltung zu erfassen und
- - bei einem tatsächlichen Spannungsabfall kleiner dem Sollwert für den Spannungsabfall ein Signal an das Steuer- und/oder Regelungsmittel zu übergeben.
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Das Detektionsmittel ist vorzugsweise ein Mikrokontroller und/oder Komparator. Es ist weiterhin auch eine Kombination der beiden vorstellbar. Es ist möglich, dass das Detektionsmittel den Sollwert nicht ermittelt, sondern dem Detektionsmittel der Sollwert bekannt gemacht wird, zum Beispiel vom Steuer- und/oder Regelungsmittel, oder das der Sollwert dem Detektionsmittel bekannt ist.
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Es besteht die Möglichkeit, dass mit dem Detektionsmittel der Spannungsabfall über jeder Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes separat erfassbar ist. Das Detektionsmittel vergleicht den Sollwert für den Spannungsabfall über der Reihenschaltung, der sich durch die pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Leuchtdioden innerhalb einer Taktperiode einstellen wird mit dem tatsächlichen Spannungsabfall innerhalb einer Taktperiode. Liegt ein Kurzschluss bzw. Defekt an einer oder mehreren Leuchtdioden vor, stimmen der Sollwert für den Spannungsabfall und der tatsächliche Spannungsabfall nicht überein. Im Normalfall liegt der tatsächliche Spannungsabfall unterhalb des erwarteten Spannungsabfalls. Das Detektionsmittel gibt in diesen Fällen ein Signal an einen Eingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels. Daran anschließend gibt das Steuer- und/oder Regelungsmittel ein Signal an die steuer- und/oder regelbare Stromquelle um diese abzuschalten. Durch das Detektionsmittel ist die Funktionalität einer Kurzschlusserkennung innerhalb des Steuer- und/oder Regelungsmittel, welche durch das konstante Spannungssignal am Messsignaleingang umgangen wird, trotzdem gegeben.
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Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gelöst, wobei das Verfahren wenigstens die nachfolgenden Schritte aufweist:
- - mittels des Steuer- und/oder Regelungsmittel werden die steuerbaren Schaltelemente zum Öffnen und/oder Schließen angesteuert,
- - die wenigstens eine Spannungsquelle liefert an den zweiten Spannungssensor (10) ein Spannungssignal, welches größer ist als der festgelegte Spannungswert bei welchem das Steuer- und/oder Regelungsmittel die steuerbare und/oder regelbare Stromquelle abschaltet,
- - der zweite Spannungssensor, welcher mit dem wenigstens einen Messsignaleingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden ist, übergibt das Messsignal des Spannungsabfalls der einen Spannungsquelle an den Messsignaleingang.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass das Detektionsmittel innerhalb einer Taktperiode der vorzugsweise pulsweitenmodulierten Steuer- und/oder Regelungssignale
- - einen Sollwert für den Spannungsabfall für alle eingeschalteten Leuchtdioden einer Reihenschaltung ermittelt,
- - den tatsächlichen Spannungsabfall über der Reihenschaltung erfasst und
- - bei einem tatsächlichen Spannungsabfall kleiner dem Sollwert für den Spannungsabfall ein Signal an das Steuer- und/oder Regelungsmittel übergibt,
- - wobei nach der Übermittelung des Signals an das Steuer- und/oder Regelungsmittel das Steuer- und/oder Regelungsmittel die steuerbare Stromquelle abschaltet.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
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Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 8 umfasst ein Leuchtdiodenfeld 2 aus zwei Reihenschaltungen I, II. Jede Reihenschaltung I, II umfasst eine Leuchtdiode D1, D2, einen Widerstand R1, R2 und ein erstes steuerbares Schaltelement S1, S2 parallel zu der Leuchtdiode D1, D2. Entsprechend der Indizes der Bezeichnungen der Bauelemente wird nachfolgend von der ersten Reihenschaltung I und der zweiten Reihenschaltung II gesprochen.
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Die Reihenschaltungen I, II sind parallel geschaltet. Es können innerhalb jeder Reihenschaltung I, II mehrere Leuchtdioden D1, D2 in Reihe angeordnet sein. In diesem Fall ist für jede Leuchtdiode D1, D2 ein steuerbares Schaltelement S1, S2 parallel geschaltet. Die anodenseitigen Enden der Reihenschaltungen I, II liegen an einem gemeinsamen ersten Knoten an. Die Widerstände R1, R2 sind in Reihe zu den Dioden D1, D2 angeordnet.
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Neben dem Leuchtdiodenfeld 2 umfasst die Schaltungsanordnung 8 eine steuer- und/oder regelbare Stromquelle 5, die dem ersten Knoten vorgeschaltet ist. Weiterhin umfasst die Schaltungsanordnung 8 eine Spannungsquelle 9. Die Spannungsquelle 9 wird wie auch die steuer- und/oder regelbare Stromquelle 5 aus der Versorgungsspannung 12 des Bordnetzes gespeist.
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In der Schaltungsanordnung 8 sind mindestens zwei Spannungssensoren 7, 10 vorgesehen. Der erste Spannungssensor 7 erfasst die Spannung zwischen dem ersten Knoten und dem Massepotential. Der zweite Spannungssensor 10 erfasst die Spannung der Spannungsquelle 9.
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Die Schaltungsanordnung 8 umfasst ein Detektionsmittel 11, welches über einen ersten Eingang mit dem ersten Spannungssensor 7 verbunden ist.
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Des Weiteren ist bei der Schaltungsanordnung 8 ein erfindungsgemäßes Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 vorgesehen. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 hat mehrere Eingänge und mehrere Ausgänge. Über diese Ein- und Ausgänge ist das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 mit der regelbaren Stromquelle 5, dem zweiten Spannungssensor 10, den steuerbaren Schaltelementen S1, S2 des Leuchtdiodenfeldes 2 und dem Detektionsmittel 11 verbunden.
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Im Einzelnen sind die Verbindungen zwischen den Bauelementen beziehungsweise Komponenten und den Ein- bzw. Ausgängen des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 folgendermaßen hergestellt: Ein erster Eingang 6 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 ist mit dem zweiten Spannungssensor 10 verbunden. Über diesen ersten Eingang 6 kann dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ein konstantes Spannungssignal zugeführt werden. Der erste Eingang 6 wird im Stand der Technik dazu genutzt, um den Spannungsabfall über dem Leuchtdiodenfeld 2 zu erfassen. Durch das konstante Spannungssignal wird die im Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 integrierte Kurzschluss- bzw. Defekterkennung umgangen, die bei einem Unterschreiten des Spannungswertes unter einen vorgegebenen Wert ein Signal an die steuer- und/oder regelbare Stromquelle 5 gibt, um diese auszuschalten.
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Ein zweiter Eingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 ist mit dem Ausgang des Detektionsmittels 11 verbunden. Über den zweiten Eingang kann dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ein Signal über einen vom Detektionsmittel 11 erkannten Kurzschluss bzw. Defekt innerhalb des Leuchtdiodenfeldes 2 zugeführt werden.
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Erste Ausgänge 3 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 sind mit den Steueranschlüssen der steuerbaren Schaltelemente S1, S2 der Reihenschaltungen I, II des Leuchtdiodenfeldes 2 verbunden. Über Steuerimpulse können die steuerbaren Schaltelemente S1, S2 zum Öffnen und Schließen angesteuert werden.
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Ein zweiter Ausgang des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 ist mit der steuer- und/oder regelbaren Stromquelle 5 verbunden. Über diesen zweiten Ausgang kann die steuer- und/oder regelbare Stromquelle 5 eingeschaltet und/oder abgeschaltet werden.
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Ein dritter Ausgang ist mit einem zweiten Eingang des Detektionsmittels 11 verbunden. Über diesen dritten Ausgang kann von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ein Signal an das Detektionsmittel 11 gegeben werden, welche steuerbaren Schaltelemente S1, S2 innerhalb einer Taktperiode zum Schließen und Öffnen angesteuert werden, wobei ein geschlossenes steuerbares Schaltelement S1, S2 die parallel dazu liegende Leuchtdiode D1, D2 ausschaltet und ein geöffnetes steuerbares Schaltelement S1, S2 die parallel dazu liegende Leuchtdiode D1, D2 einschaltet.
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Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 ist so eingerichtet, dass die Leuchtdioden D1, D2 in dem Leuchtdiodenfeld 2 eine gewünschte Helligkeit haben. Hierbei ist es möglich, dass während einer Taktperiode keine Leuchtdiode D1, D2 eingeschaltet wird. Dies konnte bei Schaltungsanordnungen 8 aus dem Stand der Technik zu einer Fehlinterpretation führen. Fälschlicherweise wurden die ausgeschalteten Leuchtdioden D1, D2 als defekte Leuchtdioden D1, D2 erkannt, da der erste Spannungssensor 7 mit dem ersten Eingang 6 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 verbunden war und dieser Wert unter einen festgelegten Wert zur Kurzschluss- bzw. Fehlererkennung fiel.
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In der vorliegenden Schaltungsanordnung 8 liegt an dem ersten Eingang 6 des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1 ein konstantes Spannungssignal an. Das Spannungssignal ist so zu wählen, dass es in jedem Fall höher ist als der festgelegte Wert für die interne Kurzschluss- bzw. Fehlererkennung des Steuer- und/oder Regelungsmittels 1. Beispielsweise kann konstante Spannungswert bei 3V liegen.
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Um weiterhin eine Kurzschluss- bzw. Fehlererkennung durchführen zu können, wird das Signal des ersten Spannungssensors 7 an den ersten Eingang des Detektionsmittels 11 übergeben. Durch die über den zweiten Eingang an das Detektionsmittel 11 übermittelten Signale, welche Leuchtdioden D1, D2 innerhalb einer Taktperiode eingeschaltet sind, kann ein Sollwert für den Spannungsabfall über dem Leuchtdiodenfeld 2 berechnet werden, der sich einstellt, wenn alle Leuchtdioden D1, D2 im Leuchtdiodenfeld 2 fehlerfrei sind. Der Sollwert für den Spannungsabfall wird dann mit dem Signal des ersten Spannungssensors 7 verglichen. Kommt es zu Abweichungen bei den beiden Werten, gibt das Detektionsmittel 11 über seinen Ausgang ein Signal an das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel 1 kann das Signal als Fehlermeldung eines Kurzschlusses bzw. Defektes ausgeben und gibt über den zweiten Ausgang ein Signal an die steuer- und/oder regelbare Stromquelle 5 zum Ausschalten dieser. Durch das Detektionsmittel 11 bleibt die Kurzschluss- bzw. Fehlererkennung erhalten. Fehlinterpretationen aufgrund der Pulsweitenmodulation werden vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuer- und/oder Regelungsmittel
- 2
- Leuchtdiodenfeld
- 3
- erster Ausgang des Steuer- und/oder Regelungsmittels
- 4
- zweiter Ausgang des Steuer- und/oder Regelungsmittels
- 5
- steuer- und/oder regelbare Stromquelle
- 6
- erster Eingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels
- 7
- erster Spannungssensor
- 8
- Schaltungsanordnung
- 9
- Spannungsquelle
- 10
- zweiter Spannungssensor
- 11
- Detektionsmittel
- 12
- Versorgungsspannung
