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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Leuchtdiode unter Nutzung von Kaltabfrageimpulsen zur Erkennung eines Ausfalls der Leuchtdiode.
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Elektronische Steuergeräte haben üblicherweise Ausgänge, die zur Ansteuerung verschiedener Lasten geeignet sind, z. B. für Motoren, Elektromagnete, Glühlampen oder Leuchtdioden. Zur Überwachung dieser Lasten werden üblicherweise sogenannte ”Kaltabfrageimpulse” eingesetzt. Bei den Kaltabfrageimpulsen handelt es sich um Spannungsimpulse, mit denen beispielsweise über eine Impedanzmessung auf die Funktionsfähigkeit des angeschlossenen Gerätes geschlossen werden kann. In vielen Anwendungsfällen können die Impulse dabei so kurz und auf einem so niedrigen Spannungsniveau gehalten werden, dass die Ansteuerung der Last nicht merkbar ist. Schließt man eine Leuchtdiode an solche Ausgänge an, können die Kaltabfrageimpulse nicht beliebig kurz und nicht auf einem beliebig kleinen Spannungsniveau gehalten werden. Eine sichere Diagnose ist nur gegeben, wenn die Leuchtdiode tatsächlich zum Leuchten gebracht wird. Selbst bei sehr kurzen Kaltabfrageimpulsen äußert sich dies in einem Blinken oder Glimmen der Leuchtdiode. Das Blinken oder Glimmen wird in vielen Anwendungsfällen als Nachteil empfunden.
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Die
DE 101 40 331 A1 betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Funktionsüberwachung von Lichtquellen, bei der durch eine Begrenzung des sich nach dem Einschalten der Lichtquelle aufbauenden Stromes durch die Leuchtdioden nach Zeitdauer oder Stärke die unmittelbar eintretende Lichtaussendung der LED derart eingeschränkt wird, dass sie vom Betrachter auch bei Dunkelheit nicht mehr wahrnehmbar ist, wodurch störende Lichtblitze vermieden werden sollen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung einer Leuchtdiode anzugeben, bei dem ein Blinken oder Glimmen nicht als störend empfunden wird.
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Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Überwachung einer Leuchtdiode unter Nutzung von Kaltabfrageimpulsen zur Erkennung eines Ausfalls der Leuchtdiode gelöst, bei dem die Kaltabfrageimpulse innerhalb einer Zeitspanne, die nah an oder in einer Einschaltphase liegt, generiert werden und bei dem
- – ein Kaltabfrageimpuls unmittelbar vor oder nach dem Einschalten der Leuchtdiode (LED) generiert wird oder
- – der Kaltabfrageimpuls unmittelbar nach dem Ausschalten der Leuchtdiode (LED) generiert wird oder
- – die Leuchtdiode (LED) in einem Zeitfenster (F) während der Leuchtdauer ausgeschaltet und der Kaltabfrageimpuls in dem Zeitfenster (F) generiert wird und die Dauer des Kaltabfrageimpulses gleich der oder länger als die Dauer des Zeitfensters (F) ist.
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Die Kaltabfrageimpulse werden also zeitlich so nah an eine betriebsgemäße Einschaltphase der Leuchtdiode gelegt, dass ein Blinken, Flackern oder Glimmen optisch entweder nicht wahrnehmbar ist, oder dadurch, dass dies im Rahmen einer betriebsgemäßen Einschaltphase geschieht, nicht als störend empfunden wird. Unter Einschaltphase wird dabei ein Zeitraum verstanden, in dem die Leuchtdiode betriebsgemäß eingeschaltet wird. Unter Leuchtdiode wird hier auch eine Parallel- oder Reihenschaltung mehrerer Leuchtdioden verstanden.
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Der Kaltabfrageimpuls wird unmittelbar vor dem Einschalten der Leuchtdiode generiert. Für eine sichere Erkennung der Funktionsfähigkeit der Leuchtdiode ist es vorteilhaft, wenn der Kaltabfrageimpuls dabei etwa 20 ms vor dem Einschalten der Leuchtdiode generiert wird und bis zum Einschalten der Leuchtdiode aufrechterhalten wird. Alternativ wird der Kaltabfrageimpuls unmittelbar nach dem Ausschalten der Leuchtdiode generiert, wobei es für eine sichere Fehlerdiagnose der Leuchtdiode von Vorteil ist, wenn der Kaltabfrageimpuls bis etwa 20 ms nach dem Ausschalten der Leuchtdiode aufrecht erhalten wird. Der Kaltabfrageimpuls beginnt in diesem Fall also kurz vor Ausschalten der Leuchtdiode und wird etwa 20 ms länger als der Ausschaltzeitpunkt der Leuchtdiode aufrechterhalten.
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Alternativ ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Leuchtdiode in einem Zeitfenster während der Leuchtdauer ausgeschaltet wird und der Kaltabfrageimpuls in dem Zeitfenster generiert wird. Die gesamte Leuchtdauer der Leuchtdiode wird also in zwei Abschnitte geteilt, die mit kurzer Unterbrechung unmittelbar aufeinander folgen. In dem Zeitfenster zwischen den beiden Zeitabschnitten wird nun der Kaltabfrageimpuls generiert. Die Dauer des Kaltabfrageimpulses ist dabei gleich der oder länger als die Dauer des Zeitfensters, der Kaltabfrageimpuls kann sich also mit dem Eingangssignal zum Einschalten der Leuchtdiode überdecken. Für eine sichere Erkennung der Funktionsfähigkeit der Leuchtdiode ist es dabei von Vorteil, wenn das Zeitfenster eine Dauer von mindestens etwa 20 ms hat.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden weiter in den Zeichnungen erläutert.
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Hierbei zeigen:
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1 eine Schaltskizze zur Überwachung einer Leuchtdiode;
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2 einen Spannungsverlauf für eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 einen Spannungsverlauf für eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 einen Spannungsverlauf für eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zunächst wird der grundsätzliche Aufbau einer Schaltung zur Ansteuerung einer Leuchtdiode LED, bei der Kaltabfrageimpulse benutzt werden, um die Leuchtdiode LED auf Funktionsfähigkeit zu überwachen, erläutert. Eine oder, wie in 1 dargestellt, eine Reihenschaltung mehrerer Leuchtdioden LED, ist über einen Vorwiderstand R5 an einen Ausgang Y der Steuerschaltung angeschlossen. Die Steuerschaltung besteht im Wesentlichen aus einem High-Side-Schalter HSS. Wird auf den Eingang E ein Signal gelegt, so schaltet der High-Side-Schalter HSS den Ausgang Y auf +24 V, so dass die Leuchtdiode LED über den Vorwiderstand R5 unmittelbar zwischen 24 V und Masse geschaltet ist.
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Der Ausgang Y des High-Side-Schalters HSS ist über einen Spannungsteiler, bestehend aus einem Widerstand R2 und einem Widerstand R3, an Masse gelegt, wobei zwischen den Widerständen R2 und R3 ein Abfragesignal A abgegriffen wird.
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Der Ausgang Y ist des Weiteren über die Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors T, im vorliegenden Fall ein PNP-Transistor, sowie über einen kollektorseitigen Vorwiderstand R1 des Transistors T an die positive Versorgungsspannung +24 V gelegt. Wird an die Basis des Transistors T eine von der positiven Versorgungsspannung +24 V an in Richtung des Massepotentials abweichende Spannung gelegt, hier als Diagnosesignal D bezeichnet, so schaltet der Transistor T durch, so dass abhängig von dem Verhältnissen der Widerstände R1, R2, R3 bzw. den resultierenden Innenwiderstand der Leuchtdiode LED und des durchgeschalteten Transistors T eine Spannung an der Leuchtdiode LED anliegt.
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Das an dem Diagnoseeingang D anliegende Signal wird üblicherweise Kaltabfrageimpuls genannt. Abhängig davon, ob die Leuchtdiode LED leuchtet und damit durchgeschaltet ist, wird an dem Abfragesignal A eine unterschiedliche Spannung gemessen. Durch die Parallelschaltung von der Leuchtdiode LED mit R2 und R3 ist bei durchgeschalteter und damit leuchtender LED die am Abfragesignal A zwischen R2 und R3 anliegende Spannung stärker zu +24 V hin verschoben, als dies bei nicht leuchtender LED der Fall sein wird. Bei durchgeschaltetem Transistor T kann daher durch Auswertung des Abfragesignals A auf die Funktionsfähigkeit der LED geschlossen werden. Der Ausgang A liefert grundsätzlich ein Signal, das entsprechend dem Teilerverhältnis von R2 und R3 in einem festen Verhältnis zu der Spannung am Ausgang Y steht.
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Liegt an dem Eingang E des HSS kein Signal an, so leuchtet die Leuchtdiode LED nicht. Wird an den Diagnoseeingang D, somit an der Basis des Transistors T, ein Signal angelegt, so leuchtet die Leuchtdiode LED, wobei an dem Abfragesignal A eine kleinere Spannung anliegt als bei eingeschaltetem HSS. Liegt an dem Eingang E ein Signal an, so wird der Ausgang Y des HSS praktisch auf +24 V gelegt. Die Versorgungsspannung von 24 V ist selbstverständlich nur beispielhaft gewählt, je nach Netz kann diese auch 6 V, 12 V oder eine beliebige andere Spannung sein.
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Anhand der 2 bis 4 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren erläutert. Dargestellt ist jeweils der Signalverlauf am Eingang E, dem Diagnoseeingang D sowie dem Abfragesignal A über der Zeit t. Eingang E sowie Diagnoseeingang D können auf den Zustand ”aus”, dies ist in den 2 bis 4 durch eine 0 dargestellt, sowie auf ”ein”, dies ist jeweils durch eine 1 dargestellt, gelegt werden. Das Abfragesignal A kann Spannungswerte zwischen 0 und einem Maximalwert annehmen, der +24 V am Ausgang Y repräsentiert. Wird die LED über den Eingang E zum Leuchten gebracht, so liegt an dem Abfragesignal A der oben genannte Maximalwert an. Die Leuchtdauer L ist der Zeitraum, während dem der Eingang E auf 1 liegt und die Leuchtdiode LED leuchtet. Wird die Leuchtdiode LED über den Diagnoseeingang D zum Leuchten gebracht, so liegt eine Spannung UD kleiner 24 V an. Bei defekter Leuchtdiode LED liegt, sobald ein Signal 1 an dem Diagnoseeingang D anliegt, eine Spannung UDF an dem Abfragesignal A1 an, wobei UD < UDF < 24 V ist. Die unterschiedlichen an dem Abfragesignal A1 anliegenden Spannungen werden durch eine hier nicht dargestellte Schaltung ausgewertet und beispielsweise durch einen zentralen Diagnoserechner weiter verarbeitet.
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Anhand 2 wird eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Dargestellt sind die Signalverläufe des Diagnoseeingangs D, des Eingangs E sowie des Abfragesignals A über der Zeit t. Das Diagnosesignal D wird nun von dem Zustand ”aus” = 0 in den Zustand ”ein” = 1 geschaltet. Der Wechsel des Diagnosesignals D von 0 auf 1 in der Darstellung der 2 bis 4 wird hier als Kaltabfrageimpuls K bezeichnet. In dem Abfragesignal A1 kann somit ein Sprung von 0 V auf die Spannung UD gemessen werden. Kurz nach Schalten des Diagnoseeinganges auf ”ein” = 1 wird der Eingang E von 0 auf 1 geschaltet. Dadurch kann an dem Abfragesignal A1 die Spannung 24 V gemessen werden. Diagnoseeingang D sowie Eingang E werden nun gemeinsam wieder abgeschaltet. Das Diagnosesignal an dem Diagnoseeingang D wird also kurz vor dem eigentlichen Einschalten der Leuchtdiode LED über den Eingang E generiert und ausgeschaltet. Das mit der Diagnose einhergehende Flackern bzw. kurze Aufleuchen der Leuchtdiode LED geht also unmittelbar über in ein betriebsgemäßes Leuchten der Leuchtdiode LED.
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In 3 wird eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Anstatt, wie bei der anhand der 2 dargestellten Ausführungsform, dem Eingangssignal vorzueilen, folgt hier das Diagnosesignal D dem Eingangssignal E. Das Diagnosesignal D wird demzufolge über den Zeitverlauf des Eingangssignals E hinaus aufrechterhalten, so dass sich der Diagnosevorgang unmittelbar an einen betriebsgemäßen Leuchtvorgang anschließt.
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In 4 dargestellt ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier wird das Eingangssignal während der Leuchtdauer L der Leuchtdiode LED für einen kurzen Augenblick, hier als Zeitfenster F bezeichnet, unterbrochen, wobei in dieser Zeit das Diagnosesignal D aufgeschaltet wird. Die Leuchtdauer L ist wiederum der Zeitraum, während dem der Eingang E auf 1 liegt. Die gestrichelten Linien in 4 sollen verdeutlichen, dass das Diagnosesignal gegenüber dem Austastzeitraum des Eingangssignals E überlappend angeordnet sein kann. An dem Abfragesignal A1 kann nunmehr ein kurzer Spannungseinbruch auf die Spannung UD gemessen werden. Der Spannungseinbruch führt zu einem kurzen Flackern der Leuchtdiode, das aber üblicherweise nicht wahrnehmbar ist.
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Die Steuerung des anhand der 2 bis 4 dargestellten Verfahrens erfolgt vorzugsweise durch eine speicherprogrammierbare Steuerung, ein Microcontroller oder dergleichen, so dass das Verfahren in Software realisierbar ist.
- A
- Abfragesignal
- D
- Diagnoseeingang
- E
- Eingang
- F
- Zeitfenster
- HSS
- High-Side-Schalter
- K
- Kaltabfrageimpuls
- L
- Leuchtdauer
- LED
- Leuchtdiode
- R
- Widerstand
- T
- Transistor
- t
- Zeit
- UD
- Diagnosespannung bei funktionsfähiger LED
- UDF
- Diagnosespannung bei defekter LED
- Y
- Ausgang
