DE10324609B4

DE10324609B4 - Ansteuerschaltung und LED-Array sowie Verfahren zum Betreiben eines LED-Arrays

Info

Publication number: DE10324609B4
Application number: DE10324609.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Hofmann; Wolfgang Aberle
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2023-05-31
Also published as: DE10324609A1

Abstract

Ansteuerschaltung und LED-Array (2), aufweisend – wenigstens zwei LED-Ketten (LK1...LKM) mit jeweils zumindest zwei Diodenanordnungen (DA1...DAm), wobei die LED-Ketten (LK1...LKM) zueinander parallel geschaltet sind und jeweils jede Diodenanordnung (DA1...DAm) einer LED-Kette (LK1...KLM) zu einer Diodenanordnung (DA1...Dam) in einer anderen LED-Kette (LK1...LKn) parallel geschaltet ist, – eine Messvorrichtung (5), die den durch jede der Diodenanordnung (DA1...DAm) fließenden Strom ermittelt, und – eine Steuervorrichtung (6) zur Regelung des Stromes mittels einer Stromversorgungseinheit (3), die den Diodenanordnungen (DA1...DAm) einen vorgegebenen Strom einprägt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für ein LED-Array, das zumindest eine Diodenanordnung aufweist und über eine Stromversorgungseinheit verfügt, die der zumindest einen Diodenanordnung des LED-Arrays einen vorgegebenen Strom einprägt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen LED-Array.
In der Druckschrift DE 199 50 135 A1 wird eine Ansteuervorrichtung für ein LED-Array angegeben.
In der Druckschrift EP 0 955 619 A1 wird ein Verfahren zur Steuerung einer Signallichtquelle angegeben.
In der Druckschrift EP 1 079 667 A3 wird eine Vorrichtung, die eine Pulsweitenmodulationsschaltung umfasst, angegeben.
In der Druckschrift NL 101 52 17 C wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtsignals mittels Dioden angegeben.
In der Druckschrift DE 199 30 174 A1 wird eine Ansteuervorrichtung für ein LED-Array und ein zugehöriges Betriebsverfahren angegeben.
In der Druckschrift EP 1 246 511 A1 wird eine Ansteuervorrichtung für ein LED-Array angegeben.
In der Druckschrift EP 0 793 402 A1 wird ein LED-Schaltkreis angegeben.
Ansteuerschaltungen der eingangs genannten Art finden im Stand der Technik bei Leuchten Anwendung, bei denen als elektrische Verbraucher Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt werden.
Leuchtdioden haben eine Strom-Spannungskennlinie, ähnlich wie Dioden. Bis zu einer bestimmten Spannung fließt kein Strom und es gibt folglich auch keine Lichtaussendung. Wird diese Spannung überschritten, steigt der Strom stark an und die LED beginnt zu leuchten. Zur Begrenzung des Stromes durch die LED werden üblicherweise Stromwiderstände oder Stromquellen eingesetzt.
Die LEDs werden häufig in einem Strang bzw. einer LED-Kette zusammengeschaltet. Dies bedeutet, ein Strang bzw. eine LED-Kette umfasst eine Serienschaltung mehrerer LEDs. Je nach Größe der zu be- oder hinterleuchtenden Fläche müssen mehrere LED-Stränge bzw. LED-Ketten parallel geschaltet werden, also zu einem Array bzw. Cluster zusammengefasst werden. Bei solchen Arrays besteht grundsätzlich das Problem, dass ein Statusanschluss der Ansteuerschaltung eine entsprechende Anzeige liefern soll, sobald sich in einer oder mehreren LED-Ketten ein Fehler ereignet hat.
Zur Signalisierung von Fehlern in einzelnen LED-Ketten ist bekannt, jede einzelne LED-Kette mit einem eigenen LED-Treiberbaustein zu regeln und zu überwachen. Da ein LED-Array üblicherweise aus mehreren LED-Ketten besteht, hat diese Lösung den Nachteil, dass dafür mehrere LED-Treiberbausteine notwendig sind. Bei dieser bekannten Lösung sind weiterhin alle LED-Treiberbausteine an einem einzigen Statusanschluss zusammengeschaltet, so dass nicht genau festgestellt werden kann, wie viele der LED-Ketten des LED-Arrays und welche LEDs innerhalb der LED-Ketten ausgefallen sind. Aufgrund der hohen Kosten ist außerdem eine Verwendung von mehreren LED-Treiberbausteinen unerwünscht.
Solange die Versorgungsspannung einer LED-Kette oder eines LED-Arrays konstant bleibt, ist auch der Strom durch die LEDs konstant. Im Kraftfahrzeug-Bordnetz schwankt die Versorgungsspannung beispielsweise zwischen 9 und 16 Volt und kann – in Ausnahmefällen – bis zu 32 Volt erreichen. Solange lediglich ein Vorwiderstand vor die LEDs geschaltet wird, würde eine solche Schaltung nicht hinnehmbare Helligkeitsschwankungen bei solchen Schwankungen der Versorgungsspannung ergeben. Dies kann dann auch leicht die Zerstörung der LEDs zur Folge haben, die aus Effektivitätsgründen bei Normalspannung bereits nahe ihrer Belastungsgrenze betrieben werden.
Es ist also wünschenswert, bei einer LED-Kette bzw. einem LED-Array den Strom möglichst konstant zu halten, weil sich die Helligkeit und der Farbton in Abhängigkeit des LED-Stromes ändern. Neben einer Schwankung der Versorgungsspannung wird der Strom auch durch Umwelteinflüsse, wie z. B. die Umgebungstemperatur, beeinflusst.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstig realisierbare Ansteuerschaltung für ein LED-Array anzugeben, welche einerseits den Betrieb des LED-Arrays mit gleichen Strömen für alle Dioden ermöglicht und andererseits eine verbesserte Fehlererkennung. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betreiben eines LED-Arrays angegeben werden.
Diese Aufgaben werden mit einer Ansteuerschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine Ansteuerschaltung für ein LED-Array vorgesehen, das zumindest eine Diodenanordnung aufweist, mit einer Stromversorgungseinheit, die der zumindest einen Diodenanordnung des LED-Arrays einen vorgegebenen Strom einprägt, mit einer Messvorrichtung, die den durch die zumindest eine Diodenanordnung fließenden Strom erfasst, und mit einer Steuervorrichtung zur Regelung des Stromes mittels der Stromversorgungseinheit, wobei die Messvorrichtung den durch jede Diodenanordnung fließenden Strom ermittelt.
Unabhängig von der Anzahl der Diodenanordnungen oder von der Art der Verschaltung ist erfindungsgemäß lediglich eine Messvorrichtung vorgesehen, die in der Lage ist, jede einzelne Diodenanordnung auszuwählen und den durch sie fließenden Strom zu ermitteln. Der ermittelte Strom wird der Steuervorrichtung als Regelgröße zugeführt, die nach einem Vergleich mit einem vorgegebenen Strom eine eventuelle Nachregelung nach oben oder unten vornimmt. Durch eine nacheinander erfolgende Messung des Stromes durch verschiedene Diodenanordnungen und eine unmittelbare Nachregelung des Stromes durch die Steuervorrichtung kann sichergestellt werden, dass jede Diodenanordnung mit dem gleichen Strom beaufschlagt wird, so dass die einzelnen Diodenanordnungen die gleiche Helligkeit aufweisen.
Es ist dabei unerheblich, in welcher Konfiguration eine Mehrzahl an Diodenanordnungen verschaltet ist. So umfasst das LED-Array mehrere LED-Ketten, wobei die LED-Ketten parallel geschalten sind. Jede LED-Kette besteht dabei aus der Serienschaltung einer Mehrzahl an Diodenanordnungen.
Das LED-Array ist als Matrix aufgebaut, wobei die LED-Matrix mehrere LED-Ketten aufweist, bei der jede Diodenanordnung einer LED-Kette sowohl mit einer Diodenanordnung der gleichen Dioden-Kette in Serie geschalten als auch einer Diodenanordnung einer anderen Dioden-Kette parallel geschalten ist. Die Matrix zeichnet sich somit dadurch aus, dass der Verbindungspunkt zwischen zwei Diodenanordnungen einer LED-Kette mit einem Verbindungspunkt zweier anderer Diodenanordnungen einer anderen, in der Regel benachbarten, LED-Kette elektrisch verbunden ist. Begrifflich ist auch hier eine LED-Kette als eine Serienschaltung mehrerer Diodenanordnungen zu verstehen.
Als Matrix aufgebaute LED-Arrays weisen gegenüber den oben beschriebenen parallel LED-Ketten den Vorteil auf, dass der Ausfall einer einzigen Diodenanordnung nicht bereits zum Ausfall der gesamten LED-Kette führt. Die Querverbindungen zwischen zwei LED-Ketten bieten auf einfache Weise die Möglichkeit, die ausgefallene Diodenanordnung zu überbrücken.
Gegenüber bekannten Anordnungen weist die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung den Vorteil auf, dass nicht nur der Ausfall einer einzelnen LED-Kette detektiert werden kann, sondern dass aufgrund der Messung jeder einzelnen Diodenanordnung der Ausfall einzelner Diodenanordnungen registriert werden kann. Als Kriterium für den Ausfall einer Diodenanordnung wird dabei ein fehlender Stromfluss durch die gerade zu messende Diodenanordnung herangezogen. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl an Diodenanordnungen, bei denen kein Stromfluss detektiert werden konnte, kann die Steuervorrichtung beispielsweise ein Warnsignal auslösen, welches signalisiert, dass das LED-Array ausgewechselt werden sollte.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist jede Diodenanordnung eine Diode und einen dazu seriell verschaltenen Vorwiderstand auf, dessen Spannungsabfall zur Ermittlung des durch die jeweilige Diode fließenden Stroms bestimmt wird. Die Strombestimmung umfasst dabei die folgenden Schritte:
Bestimmung der Spannung an einem ersten Anschluss des Widerstands der Diodenanordnung;
Bestimmen der Spannung an einem zweiten Anschluss des Widerstands der Diodenanordnung;
Umwandlung der gemessenen Spannungen in eine Gleichspannung;
Substraktion der ermittelten Gleichspannungen; und
Umrechnung des Ergebnisses in einen Stromwert unter zu Hilfenahme des bekannten Widerstandswertes der Diodenanordnung.
Die Umwandlung der gemessenen Spannungen in Gleichspannungen erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von Integratoren. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Messvorrichtung eine Auswahlvorrichtung auf, mittels der die zu messende Diodenanordnung und damit der dieser Diode zugeordnete Vorwiderstand auswählbar ist. Eine besonders einfache schaltungstechnische Realisierung ergibt sich dann, wenn die Auswahlvorrichtung durch zumindest einen Multiplexer gebildet ist. Im einfachsten Fall reicht dabei die Verwendung eines einzigen Multiplexers aus. Es kann jedoch beispielsweise für jede vorhandene LED-Kette ein separater Multiplexer vorgesehen sein. Gleichfalls ist es denkbar, mehrere Multiplexer kaskadiert zu verschalten. Die entsprechende schaltungstechnische Realisierung liegt dabei im Geschick eines Fachmanns.
Um eine besonders präzise Stromregelung durch das LED-Array zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Steuervorrichtung mit einer Temperaturmesseinrichtung zu koppeln, welche zur Bestimmung der Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der Dioden dient. Eine Berücksichtigung von Umwelteinflüssen ist hierdurch möglich.
Um eine Regelung des Stromes durch die Diodenanordnungen des LED-Arrays zu ermöglichen, ist die Steuervorrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung mit einer Sollstrom-Regelvorrichtung gekoppelt, welche zur Festlegung des durch eine LED-Kette fließenden Stromes dient. Zur Kodierung bzw. Festlegung des vorgegebenen Stromes ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Widerstandsbeschaltung mit x Widerständen vorgesehen, mit der 2^0,5·x verschiedene Ströme kodierbar sind. Dem Gedanken der Kodierung verschiedener Stromwerte liegt die Überlegung zugrunde, dass Dioden in verschiedene Helligkeits- bzw. Spannungsgruppen eingeteilt werden. Um einen konstanten Strom in einem LED-Array für alle Gruppen sicher zu stellen, ist es sinnvoll, wenn die Ansteuerschaltung auf einfache Weise kodiert werden kann. Die Kodierung ordnet jeder Gruppe von Dioden einen bestimmten Strom zu.
Vorliegend sind besonders bevorzugt in einer LED-Kette ausschließlich LEDs einer einzigen Helligkeitsgruppe und einer Vorwärtsspannungsgruppe verwendet, um zu hohe Schwankungen der Helligkeit bzw. des Stroms zu vermeiden. Das gleiche gilt für LED-Arrays in Form von Matrixschaltungen. Allenfalls in wenig anspruchsvollen Anwendungen wäre der Einsatz von LEDs unterschiedlicher Spannungs- bzw. Helligkeitsgruppen innerhalb einer LED-Kette bzw. innerhalb eines LED-Arrays denkbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine mit der Steuervorrichtung verbundene Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Schalter vorgesehen, wobei die Ansteuerschaltung eine Messung der Temperatur und/oder eine Messung des Stromes durch jeweilige Dioden und/oder eine Regelung des Diodenstromes nur dann durchführt, wenn zumindest einer der Schalter der Schaltvorrichtung einen ersten Schaltzustand aufweist. Bei der Schaltvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Lichtschalter und/oder das Bremspedal in einem Kraftfahrzeug handeln. Nur, wenn einer dieser beiden Schalter geschlossen ist, das LED-Array somit mit einem Strom versorgt wird, finden eine Regelung des Diodenstromes sowie die eben genannten Messungen statt, um eine gleichmäßige Helligkeit herstellen zu können.
Eine besonders einfache und effiziente Möglichkeit der Stromregelung ist dann gegeben, wenn die Stromversorgungseinheit gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation arbeitet. Zu diesem Zweck umfasst die Stromversorgungseinheit wenigstens einen Schalter, z. B. einen MOSFET, der in regelmäßigen Abständen geöffnet und geschlossen wird, so dass sich im Mittel der gewünschte Strom einstellt. Durch Änderung der Öffnungs- und Schließintervalle kann der mittlere Strom nach oben oder unten geregelt werden.
Bevorzugt weist die Stromversorgungseinheit Stromregeleinheiten auf, wobei jeder LED-Kette eine Stromregeleinheit zuge ordnet ist. Jede der Stromregeleinheiten ist hierbei mit dem eben genannten Schalter zur Einstellung des Stromes versehen. Dabei ist es unerheblich, ob das LED-Array in Form parallel geschalteter LED-Ketten oder in Form der oben beschriebenen Matrix vorliegt.
Vorzugsweise sind die Stromregeleinheiten mit der Steuervorrichtung verbunden und sind von dieser mit einem Steuersignal zur Festlegung des durch die mit der Stromregeleinheit verbundenen LED-Kette fließenden Stroms beaufschlagbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines LED-Arrays, das zumindest zwei LED-Ketten, die zueinander parallel geschaltet sind, mit jeweils zumindest zwei Diodenanordnungen aufweist, wobei die Diodenanordnung aus einer Diode mit einem seriell verschaltenen Vorwiderstand besteht und jede Diodenanordnung zu einer Diodenanordnung in einer anderen LED-Kette parallel geschaltet ist, ging aus der obigen Betrachtung bereits hervor und soll nachfolgend nochmals dargestellt werden. Es umfasst die folgenden Schritte:
Auswahl einer LED-Kette, durch welche der Stromfluss bestimmt werden soll;
Auswahl einer Diodenanordnung dieser Diodenkette;
Bestimmen des durch die Diode der gewählten Diodenanordnung fließenden Stroms mittels einer mit dem LED-Array verbundenen Messvorrichtung;
Übermittlung des ermittelten Stromwertes an eine mit der Messvorrichtung gekoppelte Steuervorrichtung; und
Vergleich des ermittelten Stromwertes mit einem vorgegebenen Stromwert und, optional bei Überschreiten eines vorbestimmten Toleranzwertes, Nachregeln des durch die LED-Kette fließenden Stroms über eine von der Steuervorrichtung steuerbare Stromversorgungseinheit.
Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:
1 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines LED-Arrays aus mehreren parallel verschalteten LED-Ketten,
2 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines LED-Arrays, bei dem eine Vielzahl von Diodenanordnungen in Form einer Matrix verschalten sind,
3 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung,
4 ein schematisches Schaltbild, aus dem die Funktionsweise der Fehlererkennung einzelner Diodenanordnungen hervorgeht,
5 ein elektrisches Ersatzschaltbild, aus dem eine mögliche Realisierungsform der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung hervorgeht, und
6 einen Programmablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des LED-Arrays.
1 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines LED-Arrays 2, das n LED-Ketten LK1...LKn aufweist. Jede der LED-Ketten LK1...LKn besteht aus Diodenanordnungen DA1...DAm, die seriell miteinander verschalten sind. Der Übersichtlichkeit halber sind lediglich die Diodenanordnungen der LED-Kette LK1 mit Bezugszeichen versehen. Jede Diodenanordnung DA1...DAm weist eine Diode D1...Dm und einen jeweils dazu seriell verschaltenen Widerstand R1...Rm (Vorwiderstand) auf.
Der Aufbau der in 1 dargestellten LED-Ketten LK1...LKn ist identisch. Dies bedeutet, jede LED-Kette weist eine identische Anzahl m an Diodenanordnungen auf. Prinzipiell könnte ein LED-Array jedoch auch LED-Ketten mit einer unterschiedlichen Anzahl an Diodenanordnungen aufweisen. Das in 1 gezeigte LED-Array 2 ist derart aufgebaut, dass sämtliche LED-Ketten LK1...LKn zwischen einem Versorgungspotential Vcc und einem Bezugspotential parallel geschalten sind.
Im Gegensatz dazu ist in 2 ein LED-Array 2 dargestellt, das nach dem Prinzip einer Matrix aufgebaut ist. Ähnlich der Anordnung aus 1 weist das LED-Array 2 ebenfalls n LED-Ketten LK1...LKn mit jeweils m seriell verschaltenen Diodenanordnungen DA1...DAm auf. Im Unterschied zur Anordnung gemäß 1 sind die Verbindungsknoten 11 zwischen zwei Diodenanordnungen einer LED-Kette mit einem Verbindungsknoten 11 zweier Diodenanordnungen einer benachbarten LED-Kette elektrisch verbunden.
Der prinzipielle Aufbau der LED-Arrays gemäß der 1 und 2 ist aus dem Stand der Technik bekannt. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen ist bei den gemäß der Erfindung verwendeten LED-Arrays 2 jedoch jeder Diode D1...Dm jeweils ein Widerstand R1...Rm, der auch als Vorwiderstand bezeichnet wird, zugeordnet. Dies ist notwendig, um den Strom jeder einzelnen Diode des LED-Arrays bestimmen zu können. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen wird üblicherweise lediglich ein Vorwiderstand pro LED-Kette (oder sogar nur ein Vorwiderstand pro LED-Array) eingesetzt, um die Anzahl der elektrischen Bauelemente gering zu halten. Dieses Vorgehen ist dann ausreichend, wenn lediglich eine Strommessung pro LED-Kette erfolgt.
3 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung. In 5 sind für die in 3 dargestellten Blöcke mögliche Realisierungsvarianten dargestellt. Ein LED-Array 2, das beispielhaft der Anordnung aus 2 in Form einer Matrix ausgestaltet ist, ist mit einer Stromversorgungseinheit 3 verbunden, die in jede der LED-Ketten LK1...LKn einen vorgegebenen Strom einprägt. Die Stromversorgungseinheit 3 weist Stromregelvorrichtungen SR1...SRn auf, wobei jeweils eine Stromregeleinrichtung einer LED-Kette LK1...LKn zugeordnet ist.
Jede Stromregeleinrichtung SR1...SRn arbeitet nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation und weist zu diesem Zweck ein Schaltelement T1...Tn in Form eines Halbleiterschalters und einen dazu in Serie verschalteten Widerstand RA1...RAn auf. Der Widerstand RA1...RAn ist zwischen einem Hauptanschluss des Halbleiterschalters und einem Bezugspotentialanschluss verschalten. Der andere Hauptanschluss des Halbleiterschalters ist allgemein mit der zugeordneten LED-Kette LK1...LKn verbunden. Da das LED-Array in dem vorliegenden Beipsiel als Matrix ausgebildet ist, ist jeder Halbleiterschalter mit jeder LED-Kette verbunden.
Die Steueranschlüsse der Halbleiterschalter der Stromregeleinrichtungen SR1...SRn sind miteinander verbunden und mit einer Steuervorrichtung 6 gekoppelt. Die Steuervorrichtung 6 bestimmt, in welchen Zeitabständen die Halbleiterschalter T1...Tn geöffnet und geschlossen werden, so dass sich ein mittlerer Strom durch die LED-Ketten LK1...LKn und damit die jeweiligen Diodenanordnungen mit ihren Dioden ergibt. Die Öffnungs- und Schließzeiten der Halbleiterschalter werden zunächst aufgrund einer Sollstrom-Regelvorrichtung 10 bestimmt, welche mit der Steuervorrichtung 6 verbunden ist.
Die Sollstrom-Regelvorrichtung 10 umfasst beispielsweise, wie aus 5 besser hervorgeht, drei Spannungsteiler mit insgesamt x = 6 Widerständen 101/102, 103/104, 105/106, mit denen sich 2^0,5·x verschiedene Sollstrom-Werte kodieren lassen. Die Sollstrom-Regelvorrichtung 10 ermöglicht somit die Vorgabe von insgesamt acht unterschiedlichen Sollstromwerten. Mit diesen lassen sich unterschiedliche LED-Gruppen ansteuern. Eine LED-Gruppe umfasst dabei nur LEDs gleicher Helligkeits- bzw. Spannungsgruppen. Die in 5 dargestellten drei Spannungsteiler sind lediglich beispielhaft und können in der Praxis nach oben oder untern abgeändert werden.
Da der durch die LEDs fließende Strom – unabhängig von der Stromversorgungseinheit – von der Versorgungsspannung Vcc und der Umgebungstemperatur abhängt, ist weiterhin eine Messvorrichtung 5 vorgesehen. Die Messvorrichtung 5 umfasst eine Auswahlvorrichtung 4 sowie die eigentliche Messeinheit 51. Die Auswahlvorrichtung 4 ist jeweils mit jeder Diodenanordnung D1...Dm einer jeden LED-Kette LK1...LKn verbunden. Die Auswahlvorrichtung legt fest, durch welche der Diodenanordnungen D1...Dm der Stromfluss gemessen wird. Die entsprechende Diodenanordnung wird dann über die Auswahlvorrichtung 4 mit der Messeinheit 51 verbunden, welche dann den Strom der ausgewählten Diodenanordnung bestimmt. Als Messwiderstand dient dabei der (Vor-)Widerstand der gewählten Diodenanordnung, der eigentlich zur Stromeinstellung verwendet wird. Die Spannungen vor und nach dem Widerstand werden durch Integratoren in der Messeinheit 51 in eine Gleichspannung umgewandelt und durch einen Substrahierer von einander abgezogen. Diese Spannungsdifferenz kann mit Hilfe des bekannten Wertes des Vorwiderstandes der zu messenden Diodenanordnung in einen Stromwert umgerechnet werden. Dieser Stromwert wird der Steuervorrichtung 6 zugeführt, die den Strom mit Hilfe der Stromversorgungseinheit bzw. der der Diodenanordnung zugeordneten Stromregeleinrichtung SR1...SRn nachzuregelt. Die Nachregelung erfolgt dabei, indem das pulsweitenmodulierte Signal entsprechend variiert wird.
Die Auswahlvorrichtung 4 weist bevorzugt zumindest einen Multiplexer auf. Ein mögliches Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt. Dort sind insgesamt drei Multiplexer 41, 42, 43 dargestellt, die kaskadiert miteinander verschalten sind. In diesem Ausführungsbeispiel werden mittels des Multiplexers 43 die am Ausgang (Verbindungsknoten zwischen zwei Diodenanordnungen) einer jeden Diodenanordnung anliegenden Spannungswerte ermittelt. Mit dem Multiplexer 41 werden die am Verbindungspunkt von Diode und Vorwiderstand anliegenden Spannungen von zwei hintereinander gelegenen Diodenanordnungen gemessen. Die untersten Diodenanordnungen werden durch den Multiplexer 42 angesteuert. Die jeweiligen den Multiplexer vorgeschalteten Spannungsteiler dienen dazu, eine Spannungstransformation der tatsächlich gemessenen Spannungen vorzunehmen. Bei den Multiplexer 41, 42, 43 der Auswahlvorrichtung 4 können handelsübliche Bausteine verwendet werden.
Die Funktionsweise der Auswahlvorrichtung wird anhand der schematischen Darstellung der Messvorrichtung in 4 besser ersichtlich. In dieser Figur ist lediglich eine LED-Kette mit beispielhaft drei Diodenanordnungen DA1, DA2, DA3 dargestellt. Jede der Diodenanordnungen weist, wie eingangs beschrieben, eine Diode D1, D2, D3 und einen dazu seriell verschaltenen Widerstand R1, R2, R3 auf. Die Auswahlvorrichtung 4 weist zwei Multiplexer auf, wobei der obere Multiplexer jeweils mit dem Verbindungspunkt zwischen Diode und Widerstand jeder Diodenanordnung und der untere Multiplexer mit dem anderen Anschluss des Widerstandes verbunden ist. Die beiden Multiplexer sind derart synchronisiert, dass jeweils die Anschlüsse eines Widerstandes mit der Messeinrichtung 51 verbunden werden. Wie weiter oben bereits beschrieben wird jeweils eine Spannungsmessung vorgenommen, die gemessenen Spannungen werden durch Integratoren in eine Gleichspannung umgewandelt und die Differenz gebildet. Nach der Umrechnung der Spannungsdifferenz über den bekannten Widerstandswert in den gemessenen Strom, der der ausgewählten Diodenanordnung zuordenbar ist, wird das Ergebnis von der Messvorrichtung 5 an die Steuervorrichtung 6 übermittelt.
Mit dem Bezugszeichen 9 ist in den 3 und 5 eine Temperaturmesseinrichtung bezeichnet, die die Umgebungstemperatur in der Nähe des LED-Arrays erfasst. Die Temperaturmesseinrichtung 9 weist beispielhaft zwei NTC-Widerstände 91, 92 auf (5). Das an die Steuervorrichtung 6 übermittelte Signal kann ebenfalls zur Bestimmung des PWM-Signales herangezogen werden.
Eine Stromregelung findet in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 nur dann statt, wenn in einer Schaltvorrichtung 8 einer der beiden Schalter 85, 86, geschlossen ist. Bei diesen Schaltern kann es sich beispielsweise um den Lichtschalter und das Bremspedal in einem Kraftfahrzeug handeln. Das LED-Array stellt in diesem Fall ein kombiniertes Rück- und Bremslicht dar. Selbstverständlich können weitere Funktionalitäten (und damit weitere Schalter) in der Schaltvorrichtung vorgesehen werden. Ebenso ist es denkbar, lediglich einen einzigen Schalter vorzusehen, z. B. wenn Brems- und Rücklicht getrennte LED-Arrays sind.
Das Bezugszeichen 7 bezeichnet schließlich einen Spannungsregler, der die Batteriespannung in einem Kraftfahrzeug auf einen konstanten Wert einregelt. Derartige Spannungsregler sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass auf eine nähere Beschreibung verzichtet wird.
6 zeigt einen Programmablaufplan zum Betreiben eines LED-Arrays gemäß den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Zunächst wird überprüft, ob das LED-Array eingeschaltet ist. Dies bedeutet nichts anderes, als dass einer der in der Schaltvorrichtung 8 vorgesehenen Schalter geschlossen sein muss. Ist keiner der Schalter geschlossen, ist das LED-Arry nicht in Betrieb und der Programmablauf wird abgebrochen. Falls zumindest einer der Schalter geschlossen ist, wird der Strom durch jede LED-Kette zunächst der aktuellen Versorgungsspannung angeglichen, indem die Steuervorrichtung 6 nach Vorgabe der Sollstrom-Regelvorrichtung 10 die Stromregeleinrichtungen SR1...SRn der Stromversorgungseinheit 3 entsprechend ansteuert.
Sodann findet eine Fehlererkennung statt, indem über die Auswahlvorrichtung 4 jede der Diodenanordnungen DA1...DAm des LED-Arrays 2 angesteuert und über die Messvorrichtung 5 der jeweilige Strom ermittelt wird. Die ermittelten Stromwerte werden an die Steuervorrichtung 6 übertragen. Ist bei Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl an Diodenanordnungen kein Stromfluss festgestellt worden, so deutet dies darauf hin, dass diese defekt sind. Die Steuervorrichtung kann sodann über die LED 61 (5) ein Warnsignal ausgeben.
Zum Nachregeln der Diodenströme wird darüber hinaus die von der Temperaturmesseinrichtung 9 ermittelte Umgebungstemperatur mit berücksichtigt.
Eine Nachregelung des Diodenstromes einer LED-Kette findet nur dann statt, wenn die gemessenen Ströme außerhalb eines Toleranzbereiches liegen. Falls der vorbestimmte Toleranzbereich nicht überschritten wird, findet keine Nachregelung statt.
Fehlererkennung, Temperaturmessung und Strommessung sowie eine eventuelle Nachregelung werden so lange wiederholt, so lange das LED-Array eingeschaltet bleibt. Ein Ausschalten des LED-Arrays führt dazu, dass das eben beschriebene Vorgehen von vorne wiederholt wird. Die Einhaltung der in 6 dargestellten Reihenfolge ist dabei nicht zwingend notwendig.
Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen neben einer Stromregelung des LED-Arrays eine Fehlererkennung jeder einzelnen ausgefallenen Diodenanordnung. Ermöglicht wird dies dadurch, dass jeder Diode des LED-Arrays ein Widerstand zugeordnet wird, über den der Diodenstrom der Diodenanordnung ermittelt werden kann. Trotz des geringfügig höheren Aufwandes ermöglicht die Erfindung auf einfache Weise eine genaue Stromregelung und eine zuverlässige Fehlererkennung.

Claims

Ansteuerschaltung und LED-Array (2), aufweisend – wenigstens zwei LED-Ketten (LK1...LKM) mit jeweils zumindest zwei Diodenanordnungen (DA1...DAm), wobei die LED-Ketten (LK1...LKM) zueinander parallel geschaltet sind und jeweils jede Diodenanordnung (DA1...DAm) einer LED-Kette (LK1...KLM) zu einer Diodenanordnung (DA1...Dam) in einer anderen LED-Kette (LK1...LKn) parallel geschaltet ist, – eine Messvorrichtung (5), die den durch jede der Diodenanordnung (DA1...DAm) fließenden Strom ermittelt, und – eine Steuervorrichtung (6) zur Regelung des Stromes mittels einer Stromversorgungseinheit (3), die den Diodenanordnungen (DA1...DAm) einen vorgegebenen Strom einprägt.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, bei der jede Diodenanordnung (DA1...DAm) eine Diode (D1...Dm) und einen Vorwiderstand (R1...Rm) aufweist, dessen Spannungsabfall zur Ermittlung des durch die jeweilige Diode (D1...Dm) fließenden Stroms bestimmt wird.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Messvorrichtung (5) eine Auswahlvorrichtung (4) aufweist, mittels der die zu messende Diodenanordnung (DA1...DAm) und damit der dieser Diode (D1...Dm) zugeordnete Vorwiderstand (R1...Rm) auswählbar ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 3, bei der die Auswahlvorrichtung (4) durch zumindest einen Multiplexer gebildet ist.
Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Steuervorrichtung (6) mit einer Temperatur-Messeinrichtung (9) gekoppelt ist, welche zur Bestimmung der Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der Dioden (D1...Dm) dient.
Ansteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuervorrichtung (6) mit einer Sollstrom-Regelvorrichtung (10) gekoppelt ist, welche zur Festlegung des durch eine LED-Kette (LK1...LKn) fließenden Stromes dient.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 6, bei der die Sollstrom-Regelvorrichtung (10) zur Kodierung des vorgegebenen Stromes eine Widerstandsbeschaltung mit x Spannungsteilern (101/102, 103/104, 105/106) aufweist, mit der 2^(0.5x) verschiedene Ströme kodierbar sind.
Ansteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine mit der Steuervorrichtung (6) verbundene Schaltvorrichtung (8) mit wenigstens einem Schalter (85, 86) vorgesehen ist, wobei die Ansteuerschaltung eine Messung der Temperatur und/oder eine Messung des Stromes durch jeweilige Dioden (D1...Dm) und/oder eine Regelung des Diodenstromes nur dann durchführt, wenn zumindest einer der Schalter der Schaltvorrichtung einen ersten Schaltzustand aufweist.
Ansteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Stromversorgungseinheit (3) nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation aufgebaut ist.
Ansteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Stromversorgungseinheit (3) Stromregeleinheiten (SR1...SRn) aufweist, wobei jeder LED-Kette (LK1...LKn) eine Stromregeleinheit zugeordnet ist.
Ansteuerschaltung nach Anspruch 10, bei der die Stromregeleinheiten (SR1...SRn) mit der Steuervorrichtung (6) verbunden sind und von dieser mit einem Steuersignal beaufschlagbar sind zur Festlegung des durch die mit der Stromregeleinheit verbundenen LED-Kette (LK1...LKn) fließenden Stroms.
Verfahren zum Betreiben eines LED-Arrays (2), das zumindest zwei LED-Ketten (LK1...LKn), die zueinander parallel geschaltet sind, mit jeweils zumindest zwei Diodenanordnungen (DA1...DAm) aufweist, wobei die Diodenanordnung aus einer Diode (D1...Dm) mit einem seriell verschaltenen Vorwiderstand (R1...Rm) besteht und jede Diodenanordnung (DA1...DAm) zu einer Diodenanordnung (DA1...Dam) in einer anderen LED-Kette (LK1...LKn) parallel geschaltet ist, mit den folgenden Schritten: – Auswahl einer LED-Kette (LK1...LKn), durch welche der Stromfluss bestimmt werden soll; – Auswahl einer Diodenanordnung (DA1...DAm) dieser Dioden-Kette (LK1...LKn); – Bestimmen des durch die Diode (D1...Dm) der gewählten Diodenanordnung (DA1...DAm) fließenden Stroms mittels einer mit dem LED-Array (2) verbundenen Messvorrichtung (5); – Übermittlung des ermittelten Stromwerts an eine mit der Messvorrichtung (5) gekoppelten Steuervorrichtung (6); und – Vergleich des ermittelten Stromwerts mit einem vorgegebenen Stromwert und, optional bei Überschreiten eines vorbestimmten Toleranzwerts, Nachregeln des durch die LED-Kette fließenden Stroms über eine von der Steuervorrichtung (6) steuerbare Stromversorgungseinheit (3).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Bestimmens des Stroms durch die Diode der gewählten Diodenanordnung (DA1...DAm) umfasst: – Bestimmen der Spannung an einem ersten Anschluß des Widerstands (R1...Rm) der Diodenanordnung (DA1...DAm); – Bestimmen der Spannung an einem zweiten Anschluß des Widerstands (R1...Rm) der Diodenanordnung (DA1...DAm); – Umwandlung der gemessenen Spannungen in eine Gleichspannung; – Subtraktion der ermittelten Gleichspannungen; und – Umrechnung des Ergebnisses in einen Stromwert unter Zuhilfenahme des bekannten Widerstandswertes.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Umwandlung der gemessenen Spannungen in eine Gleichspannung mit Hilfe von Integratoren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Nachregeln des Stromwertes der LED-Kette (LK1...LKn) in Abhängigkeit von einer in der Nähe des LED-Arrays (2) gemessenen Temperatur erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Nachregeln des Stromwertes der LED-Kette (LK1...LKn) in Abhängigkeit von der gemessenen Versorgungsspannung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Bestimmung des Stroms durch jede Diode (D1...Dm) des LED-Arrays (2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Steuervorrichtung (6) ein Warnsignal auslöst, wenn bei Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl an Diodenanordnungen (DA1...DAm) kein Stromfluss detektiert werden konnte.