DE19627475C2

DE19627475C2 - Schaltungsanordnung für Signalgeber in Straßenverkehrsanlagen

Info

Publication number: DE19627475C2
Application number: DE19627475A
Authority: DE
Inventors: Holger Roesner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: EP0910934A1; DE19627475A1; JP2001524249A; CA2260210A1; DE59706017D1; KR20000023652A; WO1998002020A1; BR9710151A; EP0910934B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Signalgeber in Straßenverkehrsanlagen mit LEDs zum Aussenden von farbigem Licht.

Bisher wurde in Straßenverkehrsanlagen oder Ampeln zur Erzeu gung von farbigem Licht in der Regel eine übliche Glühbirne eingesetzt, vor der eine farbige Filterplatte angeordnet wird. Dabei kann es jedoch durch Reflexion von einwirkenden Licht quellen dazu kommen, daß die farbige Filterplatte einer ausge schalteten Ampel leuchtet und es nicht deutlich ist, ob das entsprechende Signal an- oder ausgeschaltet ist. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Glühbirnen besteht darin, daß diese Licht in einem breitbandigem Strahlungsspektrum abgeben und nur ein kleiner Prozentsatz in der gewünschten Farbe her ausgefiltert und dadurch nur ein Bruchteil der eingesetzten Energie genutzt wird.

Diese Nachteile werden durch die Verwendung von LEDs (Light Emitting Diode) als Strahlungsquelle behoben, da die LEDs nahe zu monochromes Licht in der gewünschten Farbe produzieren und daher keine Filter benötigen, die die oben beschriebene täu schende Reflexion verursachen können. Außerdem wird bei Verwen dung von LEDs fast 100% der erzeugten Energie in Licht der ge wünschten Farbe umgesetzt.

Der Einsatz von LEDs, die auch als Lumineszenzdioden bekannt sind, in Ampelanlagen erfolgt bisher nur in Prototypen und ist noch mit einer Reihe von Problemen behaftet. Die LEDs werden hierbei mit einem Vorschaltgerät betrieben, welches ein Netz teil, eventuell einen Regler sowie unter Umständen einen Im pulsgenerator zum Pulsbetrieb der LEDs beinhaltet. Problema tisch ist dabei, daß die in den Vorschaltgeräten verwendeten Bauteile entsprechend der DIN 0832 keine Fehlerausschlüsse be inhalten. Die Vorschaltgeräte können daher nicht als eigensi chere Baugruppe angesehen werden. Aus diesem Grund und da die Vorschaltgeräte insgesamt so komplex sind, daß eine interne Überwachung nicht mehr sicher durchgeführt werden kann, muß ei ne sensorische Messung oder Überwachung insbesondere eines Sperrsignals durchgeführt werden. Bei Ampelanlagen wird übli cherweise ein rotes Licht als Sperrsignal verwendet.

Derartige komplexe Vorschaltgeräte, die zusätzlich eine Aus fallerkennung benötigen, sind auch nur mit hohen Kosten produ zierbar.

Aus der Patentschrift DE 29 41 634 C3 ist eine farbiges Licht emittierende Anzeigeeinrichtung bekannt, bei der eine Mehrzahl von parallel zueinander geschalteten Strängen mit LEDs vorgese hen ist und innerhalb jedes Strangs zwei antiparallel zueinan der geschaltete Gruppen von LEDs angeordnet sind, so daß je weils ein Teilstrang durch die aktuelle Wechselstrom-Phase an gesteuert wird. Innerhalb eines Strangs sind Querverbindungen zwischen den Teilsträngen vorgesehen. Eine Schwierigkeit dieser Anordnung besteht darin, ein Flackern zwischen verschiedenen Leuchtpunkten zu verhindern und dem Betrachter ein flimmerfrei es Erscheinungsbild zu liefern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung für Signalgeber in Straßenverkehrsanlagen mit LEDs zum Aussenden von farbigem Licht zu schaffen, die einen einfachen Aufbau und eine sichere Überwachung ermöglicht und bei der ein Flackern zwischen verschiedenen Leuchtpunkten weit gehend vermieden ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung mit den Merk malen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildun gen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 7.

Nach einem Grundgedanken der Erfindung werden die LEDs anti parallel an einer Wechselspannung über einen Vorwiderstand be trieben. Jede LED leuchtet zwar nur für eine halbe Periode, was zu einem erkennbaren Flackern mit einer Netzfrequenz führen könnte. Dieser Effekt wird jedoch durch die antiparallele Schaltung der Gruppen der LEDs vermieden. Damit gibt es für das Gesamtmodul so gut wie keine Dunkelzeiten. Für die alternativ benötigten Bauteile, wie z. B. den Brückengleichrichter, können nach der DIN 0832 Fehlerausschlüsse geltend gemacht werden.

Bevorzugt ist die erste Gruppe der LEDs genauso groß wie die zweite Gruppe der LEDs. Das bedeutet, daß jeweils die halbe An zahl der in der Schaltungsanordnung verwendeten LEDs antiparal lel betrieben wird, so daß in beiden Halbperioden der Wechsel spannung die gleiche Anzahl von LEDs leuchtet.

Die Wechselspannung wird bevorzugt von einem Transformator er zeugt, der eine Netzspannung von 220 V auf eine Versorgungs spannung zwischen 10 und 40 V herunter transformiert. Auch für den Transformator kann ein Fehlerausschluß nach der DIN 0832 geltend gemacht werden. Die Wechselspannung ist auch insofern günstig, als auch die Vorteile eines Impulsbetriebes in An spruch genommen werden können, da die Halbwelle einer sinusför migen Wechselspannung zu ähnlichen Effekten führen kann, wie ein rechteckförmiger Impuls. Dies ist günstig, da bei Impulsbe trieb der LEDs eine höhere Lichtausbeute erzielt werden kann als bei Gleichstrombetrieb.

Jeweils zwei antiparallel betriebene LEDs sind in einem Gehäuse zusammengefaßt. Damit wird erreicht, daß die Anzahl der Bauele mente verringert wird. Ein Springen von Lichtpunkten ist somit auszuschließen, da die gleichfarbig emittierenden LEDs so eng beieinander liegen, daß sie nach außen hin wie jeweils ein Leuchtpunkt erscheinen. Das dann verbleibende Flackern zwischen verschiedenen Leuchtpunkten hätte dann eine Frequenz von 100 Hz, die für einen menschlichen Betrachter nicht mehr wahrnehmbar ist. Hierfür können beispielsweise sogenannte MUL TILEDs eingesetzt werden (MULTILED ist eine eingetragene Marke der Siemens AG).

Jede der beiden Gruppen von LEDs besteht aus mehreren parallel geschalteten elektrischen Strängen, die jeweils mehrere in Rei he geschaltete LEDs aufweisen. Diese elektrischen Stränge sind weiterhin untereinander an Verbindungspunkten der einzelnen LEDs verbunden. Insgesamt ergibt sich so ein Gitter oder Array und ist dadurch und auch aufgrund der Parallelschaltung verschiedener elektrischer LED- Stränge als mehrfach redundant einzustufen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Streuscheibe vor den LEDs angebracht, durch die ein möglicher weise für den Betrachter erkennbares Flackern durch hin und herspringende Leuchtpunkte vermieden wird, da durch die Streu scheibe die örtliche Zuordnung des sichtbaren Lichts für den Betrachter unmöglich wird.

Weiterhin ist es günstig, in die einzelnen Stränge eine Halb leiterdiode zu schalten oder in jeden einzelnen Strang einen Brückengleichrichter einzusetzen. Ein solcher Brückengleich richter kann auch vor das gesamte LED-Array geschaltet sein. Diese Maßnahmen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die LEDs nur eine geringe Sperrspannung zulassen.

Im Primär-Stromkreis ist auf einfache Weise eine Stromüberwa chung möglich, so daß ein komplexes Vorschaltgerät nicht benö tigt wird.

Insgesamt gesehen können für den Transformator und den Vorwi derstand Fehlerausschlüsse entsprechend der DIN 0832 geltend gemacht werden. Die Halbleiterdioden und gegebenenfalls die Brückengleichrichter sind genau wie die LED-Stränge mehrfach vorhanden und damit auch mehrfach redundant.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die sche matische Darstellung in der einzigen Figur der Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.

In der Zeichnung sind ein sekundärseitiger Stromkreis 1, ein Transformator 2, ein Vorwiderstand 3, LEDs 4 bis 15 und Quer verbindungen 16 und 17 dargestellt. Insgesamt bilden die LEDs 4 bis 7 und die LEDs 10 bis 15 jeweils eine Gruppe von LEDs, die antiparallel zu der anderen Gruppe geschaltet ist. Jede Gruppe besteht aus mehreren parallel geschalteten Strängen hinterein ander und in gleicher Durchgangsrichtung geschalteter LEDs. Beispielsweise bilden die LEDs 4, 5 und 6 einen Strang der ei nen Gruppe und sind antiparallel zu dem Strang mit den LEDs 10, 11 und 12 der anderen Gruppe geschaltet. Durch die elektrischen Querverbindungen 16 und 12 an allen Verbindungspunkten der ein zelnen LEDs sind die einzelnen Stränge auch untereinander ver bunden und bilden somit ein Array oder eine Matrix.

Die eine Gruppe der LEDs wird durch die eine Halbwelle des Wechselstroms und die andere Gruppe durch die andere Halbwelle angesteuert.

Bei Verwendung von Bauteilen, die jeweils zwei LEDs in einem Gehäuse zusammenfassen, wie beispielsweise in einem MULTILED (eingetragene Marke der Siemens AG), werden beispielsweise die LEDs 4 und 12, 5 und 11 und 9 und 13 zu einem Bauteil mit zwei gleichfarbigen Chips zusammengefaßt.

Der Stromkreis 1 wird von dem Transformator 2 mit einer Wech selspannung von 10 bis 40 V zum Betrieb der LEDs 4 bis 15 ver sorgt. Der primärseitige 220 V Wechselstrom der Spannungsver sorgung liegt dadurch außerhalb der LED-Schaltungsanordnung.

Bezugszeichenliste

1

Stromkreis

2

Transformator

3

Vorwiderstand

4-15

LEDs

16

,

17

Querverbindungen

Claims

1. Schaltungsanordnung für Singalgeber in Straßenverkehrsanla gen mit LEDs zum Aussenden von farbigem Licht, in der die LEDs (4 bis 15) in einem Stromkreis (1) angeordnet sind, der mit ei ner Wechselspannung versorgt ist, und daß eine Gruppe der LEDs (4 bis 9) antiparallel zu einer zweiten Gruppe der LEDs (10 bis 15) geschaltet ist, und
daß jede der beiden Gruppen von LEDs aus mehreren parallel ge schalteten elektrischen Strängen besteht, die jeweils mehrere, in Reihe geschaltete LEDs aufweisen, und
daß die elektrischen Stränge durch Querverbindungen (16, 17) an allen Verbindungspunkten der einzelnen LEDs untereinander ver bunden sind, so daß die LEDs in Form einer mehrfach redundanten Matrix geschaltet sind, und
daß jeweils zwei antiparallel betriebene LEDs in einem Gehäuse zusammengefaßt sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die erste Grup pe der LEDs (4 bis 9) genauso groß wie die zweite Gruppe der LEDs (10 bis 15) ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der ein Transformator (2) vorgesehen ist, der den Strom kreis (1) mit einer Wechselspannung zwischen 10 und 40 V ver sorgt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in die einzelnen Stränge Halbleiterdioden zum Schutz der LEDs geschaltet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Vorwiderstand (3) in dem Stromkreis (1) angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in dem Stromkreis (1) mindestens ein Brückengleichrich ter angeordnet ist, und die LEDs durch den Brückengleichrichter angesteuert sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, bei der jeder Strang über jeweils einen Brückengleichrichter angesteuert wird.