DE2758551A1

DE2758551A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung von lichtemittierenden dioden (led)

Info

Publication number: DE2758551A1
Application number: DE19772758551
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Menz
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1979-06-28

Description

Schaltungsanordnung zur Steuerung von lichtemittierenden Dioden (LED) 8 Patentansprüche 7 Seiten Beschreibung 2 Blatt Zeichnung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von lichtemittierenden Dioden (LED). Bei elektrischen Geräten werden in zunehmendem Maße lichtemittierende Dioden, auch Leuchtdioden genannt, als Anzeigeelemente verwendet. Um eine größere Zahl von unterschiedlichen Betriebszuständen darstellen zu können, ist eine entsprechende Anzahl von Anzeigeelementen erforderlich. Lichtemittierende Dioden nehmen im aktivierten, d.h. leuchtenden Zustand einen relativ großen Strom auf, wobei die in Durchlaßrichtung an der Diode abfallende Spannung relativ gering ist und nur in der Größenordnung von 1 Volt liegt. Werden in Geräten mit üblichen Versorgungsspannungen von beispielsweise 9 V, 12 V oder 24 V mehrere Anzeigen parallel betrieben, so entsteht eine große Verlustleistung an den die Dioden mit der Versorgungsspannung verbindenden Vorschaltelementen. Diese Verlustleistung nimmt einen beträchtlichen Wert an, wenn mehrere Anzeigeelemente gleichzeitig aktiviert sind.
Da bei der Darstellung umfangreicherer Informationen auf elektrischen Geräten, wie beispielsweise in Leuchtdiodenzeilen, Sieben-Segment-Anzeigen oder Matrix-Darstellungen, die Zahl der gleichzeitig zu aktivierenden Dioden erheblich sein kann, ist die sich ergebende Verlustleistung so groß, daß auch bei Geräten, die nicht auf einen besonders geringen Stromverbrauch ausgelegt sind, weil sie z.B. nicht aus Batterien betrieben werden, allein schon die aus der Verlustleistung resultierende Wärmeentwicklung störend in Erscheinung tritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die es gestattet, eine Anzahl von lichtemittierenden Dioden an einer Spannungsquelle unabhängig voneinander ein- oder auszuschalten, deren Spannungswert über der an zwei Dioden in Durchlaßrichtung abfallenden Spannung liegt, wobei der Stromverbrauch möglichst gering sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Parallelschaltungen aus mindestens einer lichtemittierenden Diode und einem die Diode elektrisch überbrückenden Schalterelement in Serie geschaltet sind.
Bei dieser Anordnung werden die nicht zu aktivierenden Dioden dadurch ausgeschaltet, daß der Strom über die ihnen parallelgeschalteten Schalterelemente geleitet wird. Diese Schalterelemente können beispielsweise durch Transistoren gebildet werden, die über eine entsprechende Spannung an ihrer Steuerelektrode in ihren leitenden Zustand versetzt werden.
Weitere Vorschaltelemente, welche den Spannungsbedarf der Gesamtschaltung an die Betriebs spannung des zugehörigen elektrischen Gerätes anpassen, sind dann nicht erforderlich, wenn die Summe der an den gleichzeitig betriebenen, in Serie geschalteten Dioden abfallenden Spannungen stets genau der Versorgungsspannung entspricht. Das kann zB bei Spring- oder Lauflichtanzeigen der Fall sein.
Ist diese Bedingung nicht einzuhalten, so ist ein Vorschaltelement für die Gesamtschaltung erforderlich, das den Strom bei einer gegebenen Versorgungsspannung auf den bei der kleinsten Anzahl gleichzeitig leuchtende; Dioden auf den maximal zulässigen Wert begrenzt. Im einfachsten Fall besteht dieses Element aus einem entsprechend dimensionierten ohmschen Widerstand.
Sollen die dabei in Abhängigkeit von der Gesamtzahl der in der Serienschaltung jeweils gleichzeitig leuchtenden Dioden auftretenden Helligkeitsschwankungen bei den einzelnen Dioden ausgeglichen werden, so ist es vorteilhaft, den ohmschen Widerstand durch eine Konstantstromquelle zu ersetzen.
Eine besonders günstige Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist bei elektrischen Geräten gegeben, bei denen die Anzeige über eine lange Zuleitung betrieben wird, wenn beispielsweise die Anzeige von dem Gerät entfernt in der Nähe einer Uberwachungsperson installiert ist. In diesem Fall kann der ohmsche Vorschaltwiderstand durch die Zuleitung selbst gebildet werden, so daß sich eine Ausführungsform mit einer besonders geringen Zahl von Bauelementen ergibt, bei der eine kostengünstige Herstellung möglich ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt sich für bestimmte Anzeigezwecke vorteilhaft in einem geschlossenen Bauelement von kompakter Bauform zusammenfassen. Derartige die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthaltende Bauelemente können, z.B. in Form von Sieben-Segment-Anzeigen, Leuchtdiodenzeilen oder dergleichen, in üblicher Weise verwendet werden, weisen dabei aber einen weitaus geringeren Stromverbrauch aus und können mit höheren Speisespannungen betrieben werden als die bekannten derartigen Bauelemente.
Die Ansteuerung der Schaltungsanordnung kann in üblicher Weise mittels der den Dioden parallelgeschalteten Schalterelemente erfolgen. Zu beachten ist lediglich, daß bei der Verwendung von dreipolen,...,wie beispielsweise Transistoren als Schaltelementen, die Steuerspannung einen ausreichenden Hub aufweisen muß, da die Bezugselektroden -je nach Betriebszustand der Anzeige - auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen können. Die Anpassung an Schaltungen, welche mit Loa.ikpegeln arbeiten, die unterhalb der für die Diodenschaltungsanordnung vorgesehenen Betriebsspannung liegen, ist in bekannter Weise durch die Verwendung von Open-Kollektor- oder ähnlichen Schaltungen möglich.
Weist eine Anzeigeanordnung eine derart große Anzahl von lichtemittierenden Dioden auf, daß die Summe der an den gleichzeitig zu aktivierenden, in Serie geschalteten Dioden abfallenden Spannungen die zur Verfügung stehende Betriebsspannung überschreitet, so ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Dioden auf mehrere nach der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnungen zu verteilen und diese parallel zu betreiben. Weiterhin ist es günstig, solche Dioden, die stets gleichzeitig aufleuchten sollen, in Serie zu einem einzigen diese beiden Dioden elektrisch überbrückenden Schalterelement anzuordnen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä-Ben Schaltungsanordnung, in Form einer Sieben-Segment-Anzeige.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform werden vier lichtemittierende Dioden 1, 2, 3 und 4, die Teil einer Anzeige eines elektrischen Gerätes sind, mittels dreier Schalterelemente gesteuert, die durch drei Transistoren 5, 6 und 7 gebildet werden. Die einzelnen Transistoren 5 bis 7 sind jeweils einer oder mehreren Dioden 1 bis 4 parallelgeschaltet, wobei die Parallelschaltungen ihrerseits eine Serienschaltung bilden. Diese Serienschaltung ist insgesamt über einen Widerstand 8 mit einer Spannungsquelle U verbunden. Die Transistoren 5 bis 7 sind jeweils über ihre Basis mit einem der Widerstände 9, 10 bzw. 11 und einem Steueranschluß verbunden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung leuchten die beiden Dioden 1 und 2 stets gleichzeitig, während die Dioden 3 und 4 einzeln zum Leuchten gebracht werden können. Wenn einer der Transistoren 5 bis 7 über seinen zugehörigen Steueranschluß durchgeschaltet wird, erlischt damit die diesem parallelgeschaltete Diode bzw. im Falle der Dioden 1 und 2 beide Dioden. Der Widerstand 8 muß dabei so dimensioniert sein, daß bei der vorgegebenen Versorgungsspannung U, die größer ist als die Summe der an den Dioden 1 bis 4 in Durchlaßrichtung im Leuchtzustand abfallenden Spannungen, der maximal zulässige Strom für die Dioden für den Fall, daß nur eine Diode leuchtet, nicht überschritten wird.
Wird die die lichtemittierenden Dioden enthaltende Schaltungsanordnung entfernt von einer Spannungsquelle über eine (nicht dargestellte) Versorgungsleitung betrieben, so kann diese Leitung in zweckmäßiger Weise einen Teil des Vorschaltwiderstandes für die Schaltungsanordnung bilden. Die erfindungsgemäße Schaltung bietet dabei den Vorteil, daß der Spannungsabfall längs der Leitung ir.çolge der Serienschaltung der Dioden verringert wird, da der Maximalstrom - im Gegensatz zu einer Parallelschaltung der Dioden - verkleinert ist. Eine lange Zuleitung bietet wegen des daraus resultierenden vergrößerten Vorwiderstandes (bei einer entsprechenden Heraufsetzung der Versorgungsspannung) sogar noch den Vorteil, daß die Lichtstärkenschwankungen der einzelnen Dioden zwischen maximaler und minimaler aktivierter Diodenzahl verkleinert ist.
Eine Ansteuerungsschaltung 12, mittels der die zu aktivierenden Dioden ausgewählt werden, kann dabei ebenfalls über die Leitung mit Strom versorgt werden, wobei lediglich die Bedingung erfüllt sein muß, daß diese Schaltung im Bereich der sich durch die unterschiedliche Zahl der jeweils aktivierten Dioden ergebenden Spannungsschwankungen betrieben werden kann.
In der Ansteuerungsschaltung 12 können z.B. in vorteilhafter Weise Logikschaltungen verwendet werden, die mit einer Versorgungsspannung arbeiten, die niedriger ist, als die kleinste an der Ansteuerungsschaltung 12 anliegende Spannung, wobei die Spannung zur Versorgung der Logikbausteine üblicherweise stabilisiert sein wird. Sind die letzten Stufen dieser -nicht dargestellten - Logikschaltungen als sogenannte open-Xollektor-Stufen ausgeführt und über Widerstände mit der Spannungsquelle U verbunden, so ist sichergestellt, daß einerseits die Transistoren 5 bis 7 angesteuert werden können, ohne daß es entscheidend ist, auf welchem-Potential sich der Emitter, infolge Durchschaltung oder Sperrung von ZWischen der jeweiligen Emitter und dem Massepotential angeordneten Transistoren, gerade befindet, und daß andererseits die veränderliche Spannungsdifferenz zwischen stabilisierter Logik spannung und Versorgungsspannung U keinen Einfluß auf die Ansteuerung der Transistoren 5 bis 7 hat.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden die lichtemittierenden Dioden 13 bis 19 die Leuchtelemente einer Sieben-Segment-Anzeige. Diesen Dioden sind jeweils die Dioden einzeln Uberbrückende Transistoren 20 bis 26 parallelgeschaltet. Die Ansteuerung der Transistoren über Widerstände 27 bis 33 entspricht im wesentlichen derjenigen, wie sie anhand von Fig. 1 dargestellt wurde.
Die Schaltung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß die Serienschaltung der Parallelschaltungen von Transistoren und Dioden über eine Konstantstromquelle mit der Versorgungsspannung U verbunden ist. Diese Konstantstromquelle wird durch einen Transistor 34, eine Zener-Diode 35 sowie zwei Widerstände 36 und 37 gebildet. Die Konstantstromquelle stellt dabei eine gebräuchliche Schaltung dar, wobei die Zener-Diode als Referenzspannungsquelle für den Spannungsabfall am mit dem Emitter des Transistors 34 verbundenen Widerstand 36 dar. Der Vorteil einer Versorgung der erfindungsgemäßen Schaltung über eine Konstantstromquelle liegt einerseits darin, daß die einzelnen Dioden im aktivierten Zustand eine konstante Lichtstärke aufweisen und andererseits darin, daß die Versorgungsspannung durch eine derartige Schaltungsanordnung, wie die dargestellte Sieben-Segment-Anzeige, im Betrieb stets gleichmäßig belastet wird, so daß der Stabilisierungsaufwand bezüglich der Versorgungsspannung U verringert ist.
Das in Fig. 2 dargestellte Anzeigeelement weist einen gegenüber anderen, mit parallelgeschalteten Dioden betriebenen Anzeigen einen wesentlich verringerten Strombedarf auf, der maximal um den Faktor sieben herabgesetzt ist.
Die Schaltung läßt sich - wie in Fig. 2 angedeutet - vorteilhaft in einer Baugruppe vereinigen, wobei auch eine integrierte Bauweise möglich ist. Das sich so ergebende Bauelement kann in üblicher Weise, ohne besondere schaltungsmäßige Vorkehrungen eingesetzt werden, wobei sich als zusätzlicher Vorteil ergibt, daß es innerhalb eines großen Bereichs von Betriebsspannungen verwendbar ist.
Zeichnung

Claims

Patentansprüche 1.)Schaltungsanordnung zur Steuerung von lichtemittierenden Dioden (LED), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß Parallelschaltungen aus mindestens einer lichemittierenden Diode (1 bis 4, 13 bis 19) und einem die Diode elektrisch überbrückenden Schalterelement (Transistor 5 bis 7, 20 bis 26) in Serie geschaltet sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß gleichzeitig leuchtende lichtemittierende Dioden (1 und 2) in Serie und einem gemeinsamen Schalterelement (Transistor 9) parallelgeschaltet sind.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Serienschaltung der Parallelschaltungen über einen Vorwiderstand (8) mit einer Spannungsquelle (U) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Vorwiderstand so dimensioniert ist, daß bei der Mindestzahl der gleichzeitig aktivierten lichtemittierenden Diode der Strom durch eine Diode einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Zuleitung für die Stromversorgung der Schaltungsanordnung mindestens einen Teil des Vorwiderstands bildet.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie über eine Konstantstromschaltung (34 bis 37 in Fig. 2) mit einer Spannungsquelle (U) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie zu einem eine Einheit bildenden Bauelement zusammengefaßt ist.
8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 6 und 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Konstantstromschaltung in das Bauelment einbezogen ist.

Beschreibung