DE2653191A1

DE2653191A1 - LED segment display switching stage - operates over different temperature ranges to provide control of switching stage to minimise power loss

Info

Publication number: DE2653191A1
Application number: DE19762653191
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Flach; Gerhard Reinert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-11-23
Filing date: 1976-11-23
Publication date: 1978-05-24
Also published as: JPS5366193A; DE2653191B2; DE2653191C3

Abstract

A seven segment light emitting diode (LED) display is driven by CMOS decoder and is coupled to a switching state that operates over two temperature ranges to minimise power loss. The segment LED display (2) is supplied over load resistors (3) from a CMOS decoding circuit. The common output is coupled over a switching transistor (15) controlled by a clock generator circuit (17). The clock generator has two resistors (21, 22) coupled to a bridge responsive to temperature. Depending upon the range, the clock signal duty cycle will change to provide a significant reduction in power loss.

Description

LeuchtdiodensegmentanzeigeLED segment display

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Anpassung einer Leuchtdiodensegmentanzeige an eine überhöhte Versorgungsspannung unter Verwendung eines Decoders und Anpassungswiderständen.The invention relates to an arrangement for adapting a LED segment display to an excessive supply voltage using a decoder and matching resistors.

Bei einer bekannten Anordnung der obengenannten Art sind der Leuchtdiodensegmentanzeige niederohmige Widerstände vorgeschaltet, die mit einem TTL-Decoder zusammenwirken. Die 24 V-Sigzale werde über zinken Widerstand mit Zenerdiodenableitung auf den Decoder gegeben. Diese bekannte Anordnung ist laut Datenblatt für einen Femperaturbereich von 0 bis 60°C geeignet. Der Nennversorgtrngs strom ist infolge der niederohmigen Vorwiderstände zur Anpassung der überhöhten Versorgungsspannung an die @ennspannung der Leuchtdiodensegmentanzeige relativ @och, zum anderen wird in dem TTL-Decoder ein Verluststrom verbraucht, so daß die Wärmeentwicklung in den Gerät relativ hoch ist. Durch die Erfindung soll eine Anordnung der obengenannten Art dahingehend er-tüchtigt werd@n, daß die Verlustleistung und damit der Aufwand zur Wärmeabführung vermindert wird. Dies wird bei einer Anordnung der obengenannten Art auf einfache Weise dadurch erreicht, daß unter Verwendung eines CMOS-Decoders eine Umschaltanordnung auf mindestens zwei Betriebstemperaturbereiche vorgesehen ist, wobei dem Hochtemperaturbereich ein unter den Nennsegmentströmen liegender Strom mit a@sreichender Leuchtintensität zugeordnet ist. Die Verwendung des handelsüblicher CMOS-Decoders (Complementär-Metalloxyd-Semiconductor), wie er beispielsweise durch die Druckschrift "Semiconductor Data Library" Vo. 5, S. 7 - 173 der Firma MOTOROLA bekannt ist, setzt die Verlustleistung schon wesentlich herunter, da diese im Verhältnis zu den TTL-Decodern um mindeste-ns zwei Zehnerpotenzen kleiner im Bereich von nA liegen. Diese Decoder werden zur Ansteuerung voll Siebensegmentanzeigen verwendet. Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, daß die Leuchtdioden mit einem unter dem Hennstrom liegenden Strom beaufschlagt werden können, ohne daß die Leuchtintensität wesentlich nachläßt, so daß für extreme Benutzungsfälle, die nur einen geringen Prozentsatz der Benutzungsfälle ausmachen, mit dieser noch ausreichenden Leuchtintensität gearbeitet werden kann. Hierzu wird eine Umschaltanordnung vorgesehen, die vorteilhafterweise aus einer überbrückbaren Zenerdiode besteht, die in gemeinsamen Ausgang der Leuchtdicdensegmentanzeige liegt. Die Verlustleistung der erfindungsgemäßel Anordnung kann weiter vermindert werden, wenn ein Taktgenerator für die Betriebsspannung der Leuchtdiodensegnientanzeige Verwendung findet und die UmschaltanordnunE aus einer das Taktverhältnis ändernden Überbrückungsschal@ung besteht. Dieser Ta;tgenerator unterbricht den Strom zu den Leuchtdioden intermittierend und blendet damit in den Taktpausen die Verlustleistung aus. Das Stromniveau in den stromführenden Takten kann gegenüber einer Lösung mit Vorwiderständen allein höher liegen, so daß bei gleicher Ve:lustleistung die Leuchtintensität höher erscheint. Das Stromniveau kann dem maximal zuläscigen Ausgargsstrom des Decoders angepaßt werden, wozu orteilhafterweis e Strombegrenzungswiderstände und Schutzdioden für den CHOS-Decoder der Leuchtdiodensegmentanzeige vorgeschaltet sind. Als besonders günstiges Taktverhältnis zur Reduzierung der Verlustleistung bei größtmöglicher Leuchtintensität hat sich herausgestellt, wenn das Taktverhältnis im ungebrückten Zustand ca. 1 4,5 und im gobrückten Zustand ca. 1 : 1,4 beträgt.In a known arrangement of the type mentioned above, the LED segment display upstream low-ohmic resistors that interact with a TTL decoder. The 24 V signals are sent to the decoder via a zinc resistor with a Zener diode given. According to the data sheet, this known arrangement is for a temperature range suitable from 0 to 60 ° C. The nominal supply current is due to the low resistance Series resistors for adapting the excessive supply voltage to the rated voltage the LED segment display is relatively @och, on the other hand in the TTL decoder a leakage current is consumed, so that the heat development in the device is relatively high is. The invention is intended to enable an arrangement of the above-mentioned type to be achieved werd @ n that the power loss and thus the effort for heat dissipation is reduced will. With an arrangement of the type mentioned above, this is thereby achieved in a simple manner achieved that using a CMOS decoder a switching arrangement to at least two operating temperature ranges are provided, the high temperature range a current below the nominal segment currents with a @ sufficient light intensity assigned. The use of the commercially available CMOS decoder (Complementary Metal Oxide Semiconductor), like him for example by the publication "Semiconductor Data Library "Vo. 5, S. 7 - 173 of the company MOTOROLA is known, sets the power loss already significantly down, since this is at least ns two powers of ten smaller in the range of nA. These decoders are used for control fully used seven segment displays. The invention is also based on the knowledge based on the fact that the light-emitting diodes are subjected to a current below the Hennstrom can be without the luminous intensity significantly decreasing, so that for extreme Use cases that make up only a small percentage of the use cases, it is possible to work with this still sufficient light intensity. This is done a switching arrangement is provided, which advantageously consists of a bridged There is a Zener diode, which is located in the common output of the LED segment display. The power loss of the arrangement according to the invention can be further reduced, if a clock generator for the operating voltage of the LED display Is used and the UmschaltanordnunE from a changing the clock ratio Bridging formwork exists. This key generator interrupts the power to the Light-emitting diodes intermittently and thus mask the power loss in the cycle pauses the end. The current level in the current-carrying cycles can be compared to a solution with Series resistors alone are higher, so that with the same power consumption, the luminous intensity appears higher. The current level can match the maximum permissible output current of the decoder be adapted, including orteilhafterweis e current limiting resistors and protective diodes for the CHOS decoder are connected upstream of the LED segment display. As special favorable cycle ratio to reduce the power loss with the greatest possible Luminous intensity has been found when the clock ratio is unbridged State approx. 1 4.5 and in the gobrückten state approx. 1: 1.4.

Anheni der Zeichnung werden Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise näher erläutert.Circuit arrangements according to the invention are attached to the drawing described and the mode of operation explained in more detail.

Es zeigen Fig 1 eine Scheltungsanordnung für eine Ziffernanzeige unter Verwendung von Serienwiderstanden und einer uberbrückbarren Znerdiode, Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ausführung, bei der die Ziffernanzeige mit einer intermittierenden Stromversorgung versehen ist.1 shows a circuit arrangement for a numeric display below Use of series resistors and a bridging bar Zner diode, Fig. 2 a the Fig. 1 similar embodiment, in which the numeric display with an intermittent Power supply is provided.

Die ill der Figur dargestellte Siebensegmentanzeige 1 besteht aus sieben Leuchtdioden 2 (Light-Emission-Diodes). Der innere Aufbau der Siebensegmentanzeige ist beispielsweise in dem Datenblatt der Firma Litronix DL 750 beschrieben. Die sieben Leuchtdioden stehen über Vorwiderstände 3 mit dem Ausgang eines CMOS-Dccders 4, wie er in der oben angegebenen Druckschrift beschrieben ist, in Verbindung. Die Eingänge des Decoders sind mit den mit 5 bis 9 bezeichneten Ansteuerungsleitungen eines Binärdecoders über Vorwiderstände 10 und Ableitwiderstände 11 verbunden. Wie erwähnt, arbeitet der CMOS-Decoder praktisch verlustlos. Die CMOS-Versorgung erfolgt mittels eines nicht näher dargestellten bekannten Einfachnetzgerätes. Der Decoder ist in der Lage, ohne weitere Verstärkerelemente die Leuchtdiodensegmente zu treiben.The seven-segment display 1 shown in the figure consists of seven light emitting diodes 2 (light emission diodes). The internal structure of the seven-segment display is described, for example, in the data sheet from Litronix DL 750. the seven light-emitting diodes are connected to the output of a CMOS Dccder via series resistors 3 4, as described in the above cited publication, in connection. the The inputs of the decoder are connected to the control lines marked 5 to 9 of a binary decoder via series resistors 10 and bleeder resistors 11. As mentioned, the CMOS decoder works practically lossless. The CMOS supply takes place by means of a known single power supply not shown in detail. The decoder is able to drive the LED segments without additional amplifier elements.

Fingangsseitig werden mittels nicht näher dargestellten, im Decoder 4 integrierten Schutzdioden und den Vorwiderständen 10, die in der Größenordnung von 100 Kilo-Ohm liegen, sowohl die 24 V-Signale aL Eingang wie. auch höher liegende Störsignale begrenzt. Die Widerstände 11 binder die CMOS-Eingänge an ein definiertes Versorgungotential. Die am gemeinsamen Ausgang 12 in den Str@mkreis dcr siegen Dioden eingeschaltete Zenerdiode 13 kann durch eine Brücke 14 ü@ erbrückt werden, so daß das Stromniveau bei höheren Temperatu@en durch Fortlassen der Brücke 14 weiter reduziert werden kann. Das Stromniveau generell kann durch die Widerstände 3 bestimmt werden, die - wie oben erwähnt -möglichst hochohmig gehalten werden und in einem Bereich liegen, in dem die Leuchtdichte der Leuchtdioden noch durchaus befriedigend ist.On the input side, by means of not shown in detail, in the decoder 4 integrated protective diodes and the series resistors 10, which are in the order of magnitude of 100 kilo-ohms, both the 24 V signals aL input and. also higher ones Interfering signals limited. The resistors 11 bind the CMOS inputs to a defined one Supply potential. The diodes won at the common output 12 in the circuit of the diodes switched on Zener diode 13 can be bridged by a bridge 14 ü @, so that the current level is further reduced at higher temperatures by omitting the bridge 14 can be. The current level in general can be determined by the resistors 3, which - as mentioned above - are kept as high-resistance as possible and in one area lie in which the luminance of the light emitting diodes is still quite satisfactory.

In der Schaltanordnung nach Fig. 2 sind im wesentlichen die gleichen Schaltelemente verwendet worden und auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der wesentliche Unterschied besteht g u v darin, daß anstelle der Zenerdiode 13 ein Schalttransistor 15 vorgesehen ist, der über einen Widerstand 16 mit einem üblichen Taktgeber 17 in Verbindung steht. Der Aufbau und die Funktion eines derartigen Taktgebers sind beispielsweise in dem MCMOS-Handbook, Firma MOTOROLA, Abschnitt 8 - 22 beschrieben. Die Ausgänge 18, 19 des Taktgenerators 17 dienen dem Anlegen einer Brücke, so daß der Widerstand 20 durch das Parallelschalten der Widerstände 21 und 22 im Wert geändert werden kann, so daß sich die Taktfrequenz des Taktgebers ändert Das Anlegen der Brücke 14 an die Klemmen 18, 19 bewirkt ebenfalls eine Umschaltung auf verschiedene Temperaturberei~he, beispielsweise auf den Bereich O - 400 und auf einen Bereich O - 700. Die CMOS-Inverterglieder, die Bestandteil des Taktgenerators 17 sind, sind mit den Bezugszeichen 23 und 24 versehen. Durch entsprechende Wahl des Taktverhältnisses läßt sich hier gegenüber der nach Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung in jedem Fall eine weitere Reduzierung der Verlustleistung um ca. 20 % erreichen. Wie erwahnt, ist der gepulste Diodenstrom bei vergleichbarer Leuchtdichte ohne Pulsung mit einer kleineren Verlustleistung behaftet.In the circuit arrangement of Fig. 2 are essentially the same Switching elements have been used and also given the same reference numerals. Of the there is a substantial difference g u v in that instead of the zener diode 13, a switching transistor 15 is provided, which via a resistor 16 with a usual clock 17 is in connection. The structure and function of such a Clocks are for example in the MCMOS Handbook, Company MOTOROLA, section 8-22. The outputs 18, 19 of the clock generator 17 are used for application a bridge so that the resistor 20 by connecting the resistors in parallel 21 and 22 can be changed in value, so that the clock frequency of the clock changes Applying the bridge 14 to the terminals 18, 19 also causes a switchover to different temperature ranges, for example to the range O - 400 and on a range O - 700. The CMOS inverter elements, which are part of the clock generator 17 are provided with the reference numerals 23 and 24. By appropriate choice the clock ratio can be compared to the circuit arrangement shown in FIG in any case achieve a further reduction in power loss by approx. 20%. As mentioned, the pulsed diode current is without pulsing at a comparable luminance afflicted with a smaller power loss.

Darüber hinaus kann kurzzeitig ein relativ hoher Leuchtdiodenstrom vorgesehen werden, der durch die nachfolgende lange Pause der Leuchtsegmentanzeige nicht schadet, jedoch dem Betrachter eine höhere Leuchtintensität vortäuscht. Die Widerstände 3, denen im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 Schutzdioden 25 nachgeschaltet sind, sind im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig Fig. 1 etwa im Verhältnis 1 : 2 niedriger im Widerstandswert.In addition, a relatively high light-emitting diode current can briefly occur be provided by the subsequent long pause of the illuminated segment display does not harm, but simulates a higher light intensity for the viewer. the Resistors 3, which in the exemplary embodiment according to FIG. 2 are followed by protective diodes 25 are, in contrast to the embodiment of FIG. 1 approximately in proportion 1: 2 lower in resistance.

Der Widerstandswert wird betimmt durch den aus dem CMOS-Decoder maximal abnehmbaren Strom.The resistance value is determined by the maximum value from the CMOS decoder removable electricity.

Zu erwähnen ist noch, daß bei Verwendung des handelsüblichen CMOS-Decoders 4 am Eingang 9,der dem LE (Latch enable)-Eingang entspricht, ein Filterbaustein, wie er durch die DT-OS 2 420 106 bekannt ist, zugeschaltet werden kann, so daß die im Decoder-Baustein vorgesehene Funktion der Speicherung in einem auch bei Starkstromstörungen sicheren Betrieb übergeführt werden kann.It should also be mentioned that when using the commercially available CMOS decoder 4 at input 9, which corresponds to the LE (latch enable) input, a filter module, as known from DT-OS 2 420 106, can be switched on so that the Storage function provided in the decoder module even in the event of heavy current disturbances safe operation can be transferred.

Durch die Erfindung wurde es möglich, Siebensegmentanzeigen mit einer Nennversorgungsspannung von 5 V für die in der Industrie vorherrschende Versorgungsspannung von 24 V zu ertüchtigen, ohne hierbei übermäßig große Verlustleistungen in Kauf nehmen zu müssen.The invention made it possible to produce seven-segment displays with a Nominal supply voltage of 5 V for the Industry prevailing To upgrade the supply voltage of 24 V without excessive power losses to have to accept.

6 Patentansprüche 2 Figuren6 claims 2 figures

Claims

Claims 1. Arrangement for adapting a LED segment display in a hurry excessive supply voltage using a decoder and matching resistors, characterized in that a switchover arrangement is used using a CMOS decoder (4) (14, 18, 19) is provided for at least two operating temperature ranges, wherein the high temperature range a current below the nominal segment currents with sufficient Luminous intensity is assigned.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the switching arrangement (14) from a bridgeable Zener diode (13) in the common output (12) of the LED segment display (1) exists.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that using a clock generator (17) for the operating voltage of the LED segment display (1) the switching arrangement (14) from a bridging circuit which changes the pulse ratio (IS, 1) exists.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the clock ratio in the unbridged state is approx. 1: 4.5 and in the bridged state approx. 1: 1.4.

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that the current limiting resistors (3) and protective diodes (25) for the CMOS decoder (4) of the LED segment display (1) are connected upstream.

o. Arrangement according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the LED segment display (1) is preceded by a switching transistor (15), which is acted upon by the clock generator.