DE2748725C2 - Vorrichtung zur Ansteuerung einer Gruppe von Leuchtdioden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Gruppe von Leuchtdioden gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche t bzw. 2.

Eine solche Vorrichtung zur Ansteuerung von Leuchtdioden ist jeweils aus der DE-AS 22 46 047 bekannt. Diese bekannte Anordnung dient zur visuellen Darstellung eines Musters mittels einer Vielzahl von Licht aussendenden Dioden, die in einer zweidimensionalen Verdrahtungsmatrix, die in Katergorien ,nach Art von Zeilen und Spalten organisiert ist, angeordnet sind. Der Matrix sind Ansteuerungsschaltkreise mit Schieberegistern zugeordnet, um bestimmte Leuchtdioden in einer bestimmten Zeitfolge und in Obereinstimmung mit dem gewünschten Muster anzusteuern. Ein erstes Schieberegister wird während eines kurzen Zeitintervalls mit Bits geladen, die einem Flächenelement des Musters entsprechen. Die Ausgangsbits des ersten Schieberegisters stehen jeweils an Matrix'eitungen einer Kategorie während eines längeren Zeitintervalls an. Ein zweites Schieberegister bewirkt die Erregung

ίο bestimmter Leuchtdioden, die durch den binären Wert der Bits ausgewählt sind, indem der Ansteuerungsschaltkreis über mindestens eine Matrixleitung der anderen Kategorie während des langen Zeitintervalls geschlossen ist Eine Taktschaltung erzeugt eine wiederholte

is Folge kurzer Zeitintervalle, in denen jeweils das erste Schieberegister mit Bits geladen wird und langer Zeitintervalle, in denen die Erregung der ausgewählten Leuchtdioden aufrechterhalten wird. Zur Erregung der Leuchtdioden sind dabei mehrere gesteuerte Strom quellen vorgesehen.

Leuchtdioden sind allgemein bekannt Sie haben die Eigenschaft, bei Stromfluß in Durchlaßrichtung Licht auszusenden. Die dabei an der einzelnen· Leuchtdiode auftretende Spannung liegt je nach Typ und Höhe des Stromes zwischen 1 V und 7 V. Bei Speisung aus Spannungsquellen muß die Spannungsdifferenz zur Quelle durch Vorwiderstände aufgebracht werden, was in der Regel zu nachteiligen Energieverlusten führt Falls auf niedrige Verlustleistung Wert gelegt wird, muß deshalb auf Speisung aus Stromquellen übergegangen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Leuchtdioden der eingangs genannten Art eine Stromquelle mit zugehöri ger Schaltung derart anzugeben, daß eine verlustarme Steuerung einer Vielzahl von Dioden mit einer einzigen Stromquelle möglich ist

Diese Aufgabe wird durch die ih den Ansprüchen 1 Bzw. 2 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Ansteuerung einer Diodengruppe mittels einer einzigen Stromquelle ist aus der US-PS 38 72 463 im Zusammenhang mit einem alphanumerischen Anzeigesystem bekannt, allerdings ohne Bezug auf das Zeitmultiplexverfahren.

Die punktweise Ansteuerung einer Leuchtdiodenmatrix ist aus der DE-OS 20 44 909, allerdings nicht im Zusammenhang mit einer Speicherdrossel-Schaltung als einziger Stromquelle bekannt. Eine Speicherdrossel-Schaltung mit Freilaufdiode ist

so prinzipiell aus der Valvo-Druckschrift »Schah-Netzteilen vom November 1976, Seiten 6 bis 8, im Zusammenhang mit Durchflußwandlern bekannt.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß wegen des Zeitmultiplex-Ver fahrens eine große Anzahl von Leuchtdioden über eine nur aus wenigen Adern bestehende Übertragungsleitung angesteuert werden kann, wobei dennoch aufgrund der Trägheit des menschlichen Auges die Leuchtdioden gleichzeitig angesteuert erscheinen, Wegen der Spei-

ho sung aus einer Stromquelle ergibt sich eine niedrige Verlustleistung und damit ein wirtschaftlicher Betrieb der Einrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf dem Gebiet der elektrischen Schienenfahrzeuge Anwendung finden. In elektrischen Bahnen übernehmen elektronische Einrichtungen mehr und mehr Funktionen. Um Rückschlüsse auf den Betriebszustand der gesamten elektronischen Einrichtung zu erhalten, ist es sinnvoll,

eine Testeinrichtung an die elektronische Steuerung anzuschließen, die es ermöglicht, während des Betriebes Informationen über den Funktionsablauf zu erhalten. So können auftretende Fehler erkannt und nötige Wartungsarbeiten angezeigt werden. Zur Anzeige dieser einzelnen Testfunktionen können Leuchtdioden eingesetzt werden (H. Dressler, F. Lang: Diagnosegerät für elektronische Loksteuerung«, BBC-Nachrichten [1977], Heft5,Seitenl78bisl83).

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Nach Anspruch 4 ergibt sich als weiterer Vorteil die Möglichkeit der Anzeige von mehr als zwei Signalzuständen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ansteuerung einer Gruppe von Leuchtdioden,

Fig.2 eine aus Leuchtdioden bestehende Anzeigematrix,

Fig.3 die zeitlichen Verläufe von Strsm i'd und Spannung Ud der Speicherdrosselschaltung (ohne Anzeigesperrimpuls),

F i g. 4a bis 4e die zeitlichen Verläufe von Taktimpulse, Anzeigesperrimpuls, Anzeigeimpulse, Strom i'd und Spannung Ua an der Anzeigematrix.

In F i g. 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ansteuerung einer Gruppe von Leuchtdioden dargestellt Ein Taktgeber 50, beispielsweise ein Oszillator, ist mit einem Zähler 51 verbunden, dessen Ausgang einem Eingangsmultiplexer 52, einem Steuertaktdecoder 53, einem Spaltendecoder 54 und einem Zeilendecoder 55 zugeführt ist Der Eingangsmultiplexer 52 ist ausgangsseitig mit einem Komparator 56 beschaltet. Der Komparator 56 wird beispielsweise durch einen Differenzverstärker realisiert, an dessen negativem Eingang eine Referenzspannung (i_rc/-Iiegt.

Einem UND-Glied 57 liegen eingangsseitig die Ausgänge ^r on Steuertaktdecoder 53 und Komparator 56 an. Der Steuertaktdecoder 53 ist ausgangsseitig des weiteren mit dem Spaltendecoder 54 verbunden. Der Ausgang des UND-Gliedes 57 steuert einen Ladeschalter 58, beispielsweise einen elektronischen Halbleiterschalter. Diesem Ladeschalter liegt an seinem einen Schaltkoniakt eine positive Spannung U₊ an. Sein weiterer Schaltkontakt ist mit einer Freilaufdiode (Nulldiode) 59 und mit einer. Speicherdrossel 60 verbunden. Die Nulldiode 59 liegt mit ihrer Anode auf Nullpotential. Die Speicherdrossel 60 ist einem Spaltenmultiplexer 61 zugeführt

Eingangsseitig ist der Spaltenmultiplexer 61 mit dem Spaltendecoder 54, ausgangsseitig mit einer Anzeigematrix 62 beschaltet Der Zeilendecoder 55 ist mit einem Zeilenmultiplexer 63 verbunden. Zur Ansteuerung der Leuchtdioden über die Speicherdrossel 60 und den Spaltenmultiplexer 61 können beispielsweise Transistor-Treiberschaltungen verwendet werden.

Ein weiterer Anschluß des Zeilenmultiplexers 63 liegt auf Nullpotential. Ausgangsseitig ist der Multiplexer 63 mit der Anzeigematrix 62 beschaltet Zwischen Speicherdrossel 60 und Spaltenmultiplexer 61 ist eine Zenerdiode 64 angeordnet, deren Anode auf Nullpotential liegt

In Fig.3 ist beispielhaft eine Anzeigematrix 62 dargestellt. Sie besteht hier aus 32 Leuchtdioden Γ bis 32', die in einer Matrix, '/.!stehend aus vier Spalten I bis IV und acht Zeilen I bis VIII, angeordnet sind. An jedem Kreuzungspunkt einer Spalte mit einer Zeile liegt eine Leuchtdiode, wobei jeweils ihr einer Anschluß mit der zugehörigen Spalte und ihr zweiter Anschluß mit der zugehörigen Zeile verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel wird folglich die Verbindung Spaltenmultiplexer 61

— Anzeigematrix 62 mittels einer vieradrigen, die Verbindung Zeilenmultiplexer 63 — Anzeigematrix 62 mittels einer achtadrigen Leitung verwirklicht

Nach dieser einführenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird im folgenden der

ίο Funktionsablauf bzw. der funktionell Zusammenhang der Schaltung dargestellt

Jede einzelne Leuchtdiode der Anzeigematrix 62 wird mittels des allgemeinen bekannten Zeitmultiplex-Verfahrens in der nachfolgend beschriebenen Weise angesteuert

Jedem der Eingänge 1 bis 32 des Eingangsmultiplexers 52 ist eine Leuchtdiode Γ bib 32' in der Anzeigematrix 62 zugeordnet Der Eingangsmultiplexer 52 einerseits sowie der Spaltenmi''-:;plexer 61 und der Zeilenmultiplexer 63 andererseits werden in synchroner Weise durch Zähltakte derart geschaltet, daß die Zuordnung, Eingangsimpuls am Multiplexer 52 — Aufleuchten der angewählten Leuchtdiode in der Matrix 62, immer erfüllt wird. Mehrere gleichzeitig am Eingangsmultiplexer 52 anstehende Eingangssignale werden auch gleichzeitig für das Auge sichtbar in der Anzeigematrix 62 angezeigt

Die Taktfrequenz des Taktgebers "50 (beispielsweise ca. 30 kHz) wird in einem Zähler 51 in digitale Zählimpulse umgesetzt, im betrachteten Ausführungsbeispiel zählt der Zähler 51 fortgesetzt von 1 bis 32, entsprechend den 32 vorgesehenen Leuchtdioden in der Anzeigematrix 62. Die digital verschlüsselten Zählimpulse gelangen nun vom Zähler 51 gleichzeitig an den Zeilendecoder 55, den Spaltendecoder 54, den Eingangsmultiplexer 52 und den Steuertaktdecoder 53.

Der Zeilendecoder 55 setzt das momentan anlegende digitale Signal in die entsprechende Zeile um und steuert mit diesem Signal den ihm zugeordneten Zi ilenmultiplexer 63 an (Zeilenfrequenz beispielsweise ca. 940 Hz). Der Spaltendecoder 54 seinerseits setzt die gerade anliegende Zahl in die entsprechende Spalte um und steuert mit diesem Signal den Spaltenmultiplexer 61 an (Spaltenfrequenz beispielsweise ca. 3,75 kHz). Der Eingangsmultiplexer 52 schaltet den dem momentan anliegenden Signal entsprechenden Eingang 1 ... 32 durch (Schaltfrequenz beispielsweise ca. 3,75 kHz).

Wenn zum Beispiel angenommen wird, das digitale Ausgangssignal des Zählers 51 hätte momentan den Wert 26, so wären bei der vorgeschlagenen Leuchtdiodenbezeichnung gemäß F i g. 2 Zeile VII und Spalte II von den Decodern 54 und 55 aus der Zahl 26 zu decodieren und bei den entsprechenden Multiplexern 61 und 63 einzustellen. Gleichzeitig wäie auch der Eingangsmultiplexer 52 auf den Wert 26 gesetzt. Es wäre dann zu prüfen, ob am Eingang 26 des Eingangsmultiplexers 52 ein positives Signal anliegt, ob also die entspuchende Leuchtdiode 26' in der Anzeigematrix 62 angewählt ist.

(,o Zu diesem Zweck schaltet der Multiplexer 52 den Eingang 26 an den positiven Eingang de«. Komparator!: 56. Durch Vergleich mit der am negativen Eingang des Komparator 56 anliegenden Referenzspannung U_ret wird festgestellt, ob eilt positives Eingangssignal

„5 vorliegt. Falls dies der Fall ist, baufschlagt der Komparator 56 das UND-Glied 57 mit einem Impuls.

Nach jedem fortlaufenden Umschalten des Zählers 51 von einer Zahl zur nächst höheren, bzw. von 32 auf 1.

wird im Umschaltaugenblick vom Steuertaktdecoder ein Anzeigesperrimpuls auf den Spaltendecoder 54 gegeben. Dadurch wird über den Spaltenmultiplexer 61 ein evtl. von der Speicherdrossel 60 zu einer Leuchtdiode der Anzeigematrix 62 fließender Strom i_n unterbrochen. Die Spannung am Anschlußpunkt der Zenerdiode 64 steigt aufgrund des blockierten Stromflusses. Beim Erreichen der Durchbruchspannung U/ der Zenerdiode 64 wird der Reststrom von in über die Zenerdiode 64 abgeleitet.

Hierdurch wird die evtl. wegen einer im vorausgehenden Takt leuchtende Diode noch vorhandene Restenergie der Drossel 60 abgebaut. Es wird verhindert, daß die gerade angesteuerte Leuchtdiode mit der Restenergie versorgt wird und dadurch trot/ evtl. Fehlens eines entsprechenden positiven Eingangsimpulses am Eingangsmultiplexer 52 in der Anzeigematrix 62 aufleuchtet.

UlCSClII rMl/.CIgCS^Ct 1 UMU UCill UdUUiO'l

erfolgten Energieabbau gibt der Steuertaktdecoder 53 einen Impuls auf das UND-Glied 57 und bei gleichzeitigem Anstehen eines positiven Komparator-Ausgangsimpulses wird der Ladeschalter 58 kurzzeitig geschlossen (bei Nichterfüllung der UND-Bedingung am Gatter 57 bleibt der Ladeschalter 58 geöffnet). Die an dem einen Pol des Ladeschalters 58 anstehende Spannung Lu wird an die Speicherdrossel 60 gelegt.

Es ergibt sich ein Stromfluß in über die Drossel 60, den Spaltenmultiplexer 61 und die von ihm angewählte Leuchtdiode, hier beispielsweise Diode 26' und diese Diode leuchtet auf. Die Speicherdrossel-Schaltung wirkt also als gesteuerte Stromquelle, wie im folgenden anhand der F i g. 3 erläutert wird.

Die in F i g. 3 dargestellten zeitlichen Verläufe des durch die Drossel 60 fließenden Stromes in und der Spannung Un an der Drossel 60 gelten dabei für die isoliert zu betrachtende Anordnung Ladeschalter 58. Nulldiode 59, Speicherdrossel 60. Spaltenmultiplexer 61, Zeilenmuitiplexer 63 und Anzeigematrix 62. Während des Zeitraumes a ist der Ladeschalter 58 geschlossen und die Spannung U. liegt an der Speicherdrossel 60.

In dieser Zeit steigt der Strom in in der Speicherdrossel 60 etwa linear an. Nach Ablauf des Zeitraumes a wird der Ladeschalter 58 geöffnet. Die Drossel hat eine bestimmte Energiemenge gespeichert, und der Stromfluß i:> fließt über Spaitenmultiplexer 61. Anzeigematrix 62. Zeilenmuitiplexer 63 und Nulldiode 59 während des Zeitraumes b weiter, bis die gespeicherte Energie erschöpft ist.

Der Betrag der Spannung Up an der Drossel 60 ist während des Zeitraumes b wesentlich geringer als während des Zeitraumes a; so ergibt sich ein wesentlich größerer Entladezeitraum b als ein Ladezeitraum a. Wesentlich dabei ist also, daß trotz kurzen Stroman stiegzeitraumes a ein langanhaltender Stromfluß im Zeitraum b mit Hilfe der Speicherdrossel 60 ermöglicht wird.

In den F i g. 4a bis 4e sind die zeitlichen Verläufe der interessierenden Größen für den Zeitraum der Ansteuerung einer einzigen Leuchtdiode dargestellt.

F i g. 4a zeigt die vom Taktgeber 50 ausgehenden Taktimpulse. In F i g. 4b sind die vom Steuertaktdecoder 53 an den Spaltendecoder 54 abgegebenen Spernmpulse dargesteilL die in den Zeiträumen r_; < r< fj. r_;'< i< r₃' ... auftreten.

Fig.4c zeigt die in den Zeiträumen U<t<t% k<t<t-. u'<t<ti. k'<t<t-' ... auftretenden Anzeigeimpulse. Das sind die vom Steuertaktdecoder 53 an das UND-Glied 57 abgegebenen 1-Signale, die bei glichzeitigem Anstehen eines 1 Signals vom Komparator 56 am weiteren Eingang des UND-Gliedes 57 den Steuerbefehl »Ladeschalter 58 schließen« bewirken Wenn in den Zeiträumen u < t < I■-,... kein 1 Signal vom Komparator 56 abgegeben wird, bleibt auch der Anzeigeimpuls aus (gestrichelte Linie).

In Fig.4d ist der zeitliche Verlauf des Stromes /„ dargestellt. Der Stromfluß in beginnt zum Zeitpunkt U, vorausgesetzt ein Anzeigeimpuls steht an. Der Strom steigt bis zum Zeitpunkt h etwa linear an und fällt danach ab, wie unter Fig. 3 beschrieben (Ladeschalter 58 ist geöffnet).

Zum Zeitpunkt t„ steht erneut ein Anzeigeimpuls an. der Ladeschalter 58 wird wiederum geschlossen. Bis zum Zeitpunkt ti steigt der Strom erneut an und fällt dann bis zum Zeitpunkt /Γ bis auf einen Reslstrom ab winvinil ufi !.auescnimft 3S im /eiiiduiii U< i-v (, nur jeweils kurz geschlossen ist, wird wegen der eingesetzten .Speicherdrossel-Schaltung ein permanenter Stromfluß ermöglicht. Dies hat den Vorteil geringen Leistungsbedarfs.

In Fig. 4e ist der zeitliche Verlauf der Spannung U\ an der Anzeigematrix 62 bzw. an der gerade angewählten Leuchtdiode dargestellt. Zum Zeitpunkt i< steigt die Spannung U\ auf den Wert der Durchbnichspafit'uing (// der Zenerdiode M, gleichzeitig wird die Restenergie der Speicherdrossel 60 im Zeitraum ii<f<f> durch den Reststrom (s. Fig.4d) über die Zenerdiode 64 abgebaut.

Im Zeitraum £«<r<f.' liegt eine positive Spannung LU an der Anzeigematrix 62. die angewählte Leuchtdiode leuchtet auf. Wenn am entsprechenden Eingang des Eingangsmultiplexers 52 jedoch kein positives Signal ansteht, haben sowohl Strom in als auch Spannung LU an der Anzeigematrix 62 den Wert Null (gestrichelte Linie).

Der beschriebene Vorgang läuft im betrachteten Ausführungsbeispiel pro Abtastzyklus 32mal ab (Abtastfrequenz 115Hz). wobei jede der 32 vorgesehenen Dioden der Anzeigematrix 62 in der gleichen Weise zeitmultiplex angesteuert wird.

Obwohl jede der Leuchtdioden der Anzeigematrix 62 trotz permanent anstehenden Eingangssignals am Eingangsmultiplexer 52 aufgrund des Zeitmultiplex-Verfahrens nur jeweils einen Bruchteil einer Sekunde

aufleuchtet (hier beispielsweise ca.

30000

see) und

danach für eine wesentliche längere Ze.tperiode verlöscht (hier beispielsweise ca see), so erscheint

eine derart angesteuerte Leuchtdiode dem menschlichen Auge wegen der Trägheit der Nezthaut doch als permanent aufleuchtend

Durch eine Ausgestaltung der vorgestellten Einrichtung können mit jeder Leuchtdiode nicht nur die zwei Signalzustände »Lampe hell« und »Lampe dunkel«, sondern ein dritter Signalzustand »Lampe blinkt« angezeigt werden. Erreicht wird dies, indem die Referenzspannung U_n* am negativen Eingang des !Comparators 56 mit einer Schaltfrequenz (von beispielsweise 15 Hz) ein- und ausgeschaltet bzw. umgeschaltet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche.

1. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Gruppe von Leuchtdioden mittels Zeitmultiplexverfahren und gesteuerter Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Stromquelle vorgesehen ist und diese eine Speicherdrossei-Schaltung ist

2. Vorrichtung zur Ansteuerung von in einer Anzeigematrix (62) zusammengefaßten Leuchtdipden (I' ... 32") Ober einen Spaltenmultiplexer (61) mittels eines Spaltendecoders (54) und einen Zeilenmultiplexer (63) mittels eines Zeilendecoders (55), mit einem Taktgeber (50,51) zur Synchronisierung aller Decoder und Multiplexer, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigematrix (62) punktweise abgetastet ist und hierzu ein Eingangsmultiplexer (52) vorgesehen ist, dessen Ausgang dem einen Eingang eines !Comparators (56) zugeführt ist, wobei an dem anderen Eingang des !Comparators (56) eine Referenzspannung (U_Rcf) anliegt und der Ausgang des !Comparators (56) dem einen Eingang eines UND-Glieds (57) zugeführt ist, daß weiterhin ein Steuertaktdecoder (53) vorgesehen ist, dessen einer Ausgang dem zweiten Eingang des UND-Gliedes (57) und dessen anderer Ausgang dem Spaltendecoder (54) zugeführt ist, daß der Ausgang des UND-Gliedes (57) einen Ladeschalter (58) steuert, daß über diesen Ladeschalter (58) der Eingang eir.v Speicherdrossel (60) und eine Freilaufdiode (59) an Spannung (U+) legbar sind, wobei der Ausgang der Speicherdrossel (60) dem Spaltenmultiplexer (61) zugeführt und der andere Anschluß der Freilaufdiode (59) mit dem Zeilenmultiplexer (63) verbunden ist, daß weiterhin eine Zenerdiode (64) zwischen den Ausgang der Speicherdrossel (60) und den Zeilenmultiplexer (63) geschaltet ist, wobei die beiden Ausgangssignale des Steuertaktdecoders (53) das UND-Glied (57) und den Spaltendecoder (54) derart steuern, daß jeweils zu Beginn der Abtastphase einer Leuchtdiode (I'... 32') die Restenergie der Speicherdrossel (60) abgebaut wird, indem der Ladeschalter (58) geöffnet und keine Spaltenleitung durch den Spaltenmultiplexer (61) angeschlossen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladeschalter (58) ein elektronischer Halbleiterschalter, insbesondere ein Transistor, dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Komparator (56) liegende Referenzspannung (Lhet) periodisch ein- und ausschaltbar ist