DE4022166A1 - Integrierbare, verlustarme vielfach-led-ansteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mikroprozessorgesteuerte inte­ grierbare, verlustarme Vielfach-LED-Anschaltung.

Mit Hilfe einer Schaltungsanordnung sollen möglichst viele Leuchtdioden bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung über einen Mikroprozessorbaustein steuerbar zusammengeschal­ tet werden.

Es ist hierzu allgemein bekannt, z.B. acht LED's über einen 3/8-Decoder (74 HC 259) zu steuern. Dabei werden die LED's bei einer Versorgungsspannung von 5 Volt über je einen Vorwiderstand als Stromquelle statisch mit einem konstanten Strom (2 mA) betrieben. Für die acht LED's wird eine 16-Pin-IC mit acht externen ohmschen Widerständen benötigt. Bei einer Versorgungsspannung von 5 Volt fallen dabei 3 Volt am ohmschen Widerstand und 2 Volt an der LED ab. Damit ergibt sich zwar der Vorteil einer kleinen Ver­ sorgungsspannung, aber auch der Nachteil eines Wirkungsgrades von nur 40% (Fig. 1).

Es ist weiterhin bekannt, eine höhere Versorgungsspannung (10 Volt) zu verwenden, diese einer Konstantstromquelle zuzuleiten, dieser nachgeschaltet die LED's in Serie anzu­ ordnen und die einzelnen LED's steuerbar von einem IC-Aus­ gang bei unerwünschter Einschaltung mit einem Transistor zu überbrücken (Fig. 2).

Diese Lösung verursacht eine wesentlich geringere Verlust­ leistung. Aber es ist ein relativ hoher Aufwand an diskre­ ten Bauteilen und eine höhere Versorgungsspannung notwendig. Auch ist für jede LED ein externer Ausgang des IC's not­ wendig und für jede Kette (4 LED's) der LED's muß eine steuerbare Stromquelle (S) angeordnet werden.

Die Aufgabe der Erfindung soll nun darin bestehen, eine Ansteuerung von möglichst vielen LED's zu erreichen, wobei nur eine geringe Versorgungsspannung von 5 Volt und wenige externe Steuerungleitungen des IC's nötig sind und wobei bei wenig diskreten Bauteilen eine geringe Verlustleistung gegeben ist.

Die gestellte Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches gelöst. Hieraus ergeben sich die Vorteile, daß die Vielfach-LED-Ansteuerung mit der geringen Versorgungsspannung von +5 Volt betrieben werden kann, daß nur eine geringe Verlustleistung vorliegt, daß eine geringe­ re Anzahl von externen Anschlüssen am Mikroprozessorbaustein notwendig ist und daß nur wenige diskrete Bauteile not­ wendig sind.

Die erfindungsgemäße Vielfach-LED-Ansteuerung wird anhand von 4 Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen IC-Baustein mit seinen externen Aus­ gängen - einen davon verbunden mit der Serienschaltung eines ohmschen Widerstandes R und einer Leuchtdiode D - und deutet eine erste bekannte Lösung an.

Fig. 2 zeigt eine zweite bekannte Lösung auf und zeigt eine Stromquelle S, eine Kette von Leuchtdioden D, ohmsche Widerstände R und Transistoren T.

Fig. 3 zeigt eine Steuereinheit STE mit einem Mikropro­ zessor MP (IC) mit den Ausgängen 1 bis 10, den Steuerungen ST1 bis ST7 mit den Schaltern SC1 bis SC4, SA1 bis SA3 und SB1 bis SB3 und den Konstantstromquellen S1 bis S3.

Fig. 4 zeigt die Anordnung von 24 LED's in zwei Gruppen GR1 und GR2 mit den Versorgungsleitungen C1 bis C4 und den Steuerleitungen A1 bis A3 und B1 bis B3. Angedeutet ist die Steuereinheit STE.

Zur eingehenden Erklärung der Erfindung wird zunächst nochmals auf den Stand der Technik eingegangen. Es bestand die Aufgabe, mittels eines IC-Bausteins eine Reihe von LED's wahlweise zu betreiben, wobei eine Maximalspannung von 5 Volt als Versorgungsspannung der LED's gegeben war. Zur Realisierung war dabei je LED ein externer Ausgang des IC-Bausteines vorzusehen (Fig. 1) und jeder LED wurde ein ohmscher Widerstand R vorgeschaltet. Bei einem Betriebsstrom von 2 mA fallen damit im Betrieb an der LED (D) 2 Volt und am ohmschen Widerstand 3 Volt ab, wodurch eine verhältnis­ mäßig hohe Verlustleistung gegeben ist.

Um diese hohe Verlustleistung zu vermeiden, wurde eine Lösung nach Fig. 2 vorgeschlagen. Hierzu war eine höhere Versorgungsspannung von 10 Volt notwendig. Dieser Versor­ gungsspannung wurde eine Konstantstromquelle S nachgeschal­ tet, die selbst einen Spannungsabfall von 2 Volt bringt, während die restlichen 8 Volt zum Betrieb von 4 LED's aus­ reichen. Jeder LED ist ein Ausgang des IC-Bausteines zuzu­ ordnen, von dem aus über einen Vorwiderstand die Basis je eines mit seiner Emitter-Kollektorstrecke parallel zu je einer LED liegenden Transistors angesteuert wird. Alle LED's, die nicht leuchten sollen, werden über den zugeord­ neten Transistor T kurzgeschlossen. Diese Lösung ist zwar mit weniger Verlustleistung behaftet, benötigt jedoch eine größere Anzahl diskreter Bauelemente und für jede LED einen eigenen Ausgang des IC-Bausteines.

Um eine günstigere Lösung zu erreichen, wird nach der Erfin­ dung eine Anordnung von z.B. 24 LED's nach Fig. 4 vorge­ schlagen. Die 24 LED's sind zunächst in die beiden Gruppen GR1 (D1,D2, D5, D6, D9, D10, D13, D14, D17, D18, D2, D22) und GR2 (D3, D4, D7, D8, D11, D12, D15, D16, D19, D20, D23, D24) aufgeteilt. In jeder Gruppe sind immer zwei LED's zu­ einander antiparallel geschaltet (z. B. D1, D5 in Gruppe 1) und jede dieser Antiparallelschaltungen ist an ihrem einen Ende mit einer zweiten Antiparallelschaltung der gleichen Gruppe verbunden (z. B. D1/D5 und D2/D6 in Gruppe 1). Die beiden anderen Enden der Antiparallelschaltungen sind je Gruppe jeweils mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung ver­ bunden. In Gruppe 1 sind dies die Leitungen C1 und C4 und in Gruppe 2 die Leitungen C2 und C3. Ferner ist jedes Anti­ parallelschaltungspaar jeder Gruppe an seinem Mittelpunkt über eine eigene Steuerleitung ansteuerbar. In Gruppe 1 sind dies die Steuerleitungen A1, A2 und A3 an den Punkten a,c und e und in Gruppe 2 sind dies die Steuerleitungen B1, B2 und B3 an den Punkten b, d und f.

Fig. 3 zeigt den IC-Baustein MP (IC) und insgesamt sieben Steuerungen ST1 bis ST7. Jede der Steuerungen ST1 bis ST4 hat drei mögliche Schaltstellungen. Die Steuerungen ST5 bis ST7 haben diese Schaltstellungen zweimal. Die Schaltstellung 1 bedeutet immer die Anschaltung der Versorgungsspannung U=5 V. Die Schaltstellung 3 bedeutet immer die Anschaltung von Masse. Die Schaltstellung 2 bedeutet bei den Steuerun­ gen 1 bis 4 ein "Hochohmigschalten". Bei den Steuerungen 5 bis 7 bedeutet die Schaltstellung 2 das Verbinden einer Steuerleitung A der Gruppe 1 mit einer Steuerleitung B der Gruppe 2 über eine in nicht dargestellter Weise vom IC- Baustein gesteuerte Konstantstromquelle (S1 bis S3). Die Steuerungen ST1 bis ST3 sind den Versorgungsleitungen C1 bis C4 fest zugeordnet (ST1/C1, ST2/C2, ST3/C3, ST4/C4). Die Steuerung ST5 bis ST7 sind den Steuerleitungen A/B fest zugeordnet (ST5/A1/B1, ST6/A2/B2, ST7/A3/B3). Geschaltet werden die Steuerungen in einem Multiplexzyklus von 4 Takten. Die Vorgänge für die Schaltung der LED's 9 bis 16 und für die Schaltung der LED's 17 bis 24 laufen parallel zueinander gemeinsam nach den Steuerungen STl bis ST4 und einzeln nach den Steuerungen ST5 bis ST7 ab.

Als ausführliches Beispiel soll die Steuerung der LED's D1 bis D8 betrachtet werden.

Die Zyklen der Multiplexsteuerung werden mit M1, M2, M3 und M4 bezeichnet.

Zum Zeitpunkt M1 liegt beispielsweise der Kontakt von ST1 auf 1, der Kontakt von ST2 auf 2, der Kontakt von ST4 auf 2 und der Kontakt von ST4 ebenfalls auf 2. Damit liegt an C1 in Fig. 4 die Spannung U, an C2 Massepotential und C3/C4 sind hochohmig geschaltet. Sind zum Zeitpunkt M1 die Kon­ takte der Steuerung ST5 auf zwei geschaltet, dann sind damit die Steuerleitungen A1/B1 über die Konstaktstromquelle S1 verbunden. Dies bedeutet, daß wegen des Strompfades C1, D1, A1, S1, B1, D4, C2 die LED's D1 und D4 leuchten. Sollte die LED D1 nicht leuchten, so müßte während M1 die Steuerleitung A1 in ST5 nach 1 (U) geschaltet werden. Sollte LED D4 nicht leuchten, so müßte B1 in ST5 auf 3 (Masse) geschaltet werden. Im Zeitpunkt M2 können in ähnlicher Weise die LED's D5 und D8 in Abhängigkeit von ST1 bis ST5 geschaltet werden. Ist beispielsweise ST1 nach 3, ST2 nach 1, ST3 nach 2, ST4 nach 2, A1 in ST5 nach 2 und B1 in ST5 nach 2 geschaltet, dann leuchten die LED's D5 und D8 über den Strompfad C2, D8, B1, S1, A1, D5, C1. Die Einzelschaltung der LED's kann wieder wie bei LED D1 und D4 erfolgen.

In gleicher Weise erfolgt die Steuerung der LED's D6 und D7 im Zeitpunkt M3 und die Steuerung der LED's D2 und D3 im Zeitpunkt M4.

Parallel dazu laufen dann die Schaltvorgänge der übrigen LED's in Abhängigkeit der Steuerungen ST1 bis ST4 und ST6 bzw. ST7 ab.

Für die gesamte Versorgung der Vielfachsteuerung ist nur eine Versorgungsspannung von 5 Volt notwendig. Ein wesent­ licher Vorteil der erfindungsgemäßen Vielfachsteuerung liegt jedoch noch darin, daß nach Fig. 3 nur insgesamt 10 externe, vom IC-Baustein abgehende Verbindungen notwendig sind, um die sieben Steuerungen für insgesamt 24 LED's zu bedienen.

Claims (1)

1. Integrierbare, mikroprozessorgesteuerte Vielfach-LED-An­ steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei LED's (z. B. D1/D5) eine Antiparallelschal­ tung (D1/D5 ... D20/D24) bilden, daß jede Antiparallelschal­ tung (z. B. D1/D5) mit einer zweiten Antiparallelschaltung (z. B. D2/D6) eine Serienschaltung (D1/D5, D2/D6) bildet, daß die Serienschaltungen in zwei gleichgroße Gruppen (GR1, GR2) aufgeteilt sind, daß alle Anschlußpunkte der einen Seite der Serienschaltungen je Gruppe (GR1, GR2) mit einer ersten Ver­ sorgungsleitung (z. B. C1, C2) und alle Anschlußpunkte der zweiten Seite der Serienschaltungen je Gruppe (GR1, GR2) mit einer zweiten Versorgungsleitung (C3, C4) verbunden sind, daß diese Versorgungsleitungen (C1 bis C4) über je eine erste Steuerung (ST1-ST4) nach Bedarf in einem Multiplex­ zyklus an eine Versorgungsspannung (U), an Masse oder hochohmig geschaltet werden und daß eine zweite, gemeinsam für je eine Serienschaltung aus jeder Gruppe (GR1, GR2) vorgesehene Steuerung (ST5-ST7) im Multiplexzyklus je nach Bedarf die Mittelpunkte (a bis f) diese ihr zugeordneten beiden Serienschaltungen aus den beiden Gruppen (GR1, GR2) über eine Konstantstromquelle (S1 bis S3) miteinander verbindet oder an die Versorgungsspannung (U) oder an Masse anschaltet.