DE60038209T2

DE60038209T2 - Betriebsschaltung für eine LED mit Beleuchtungsstärkerückkopplung

Info

Publication number: DE60038209T2
Application number: DE60038209T
Authority: DE
Inventors: Hyman Lambertville Grossman
Original assignee: Dialight Corp
Current assignee: Dialight Corp
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2020-07-05
Also published as: EP1067824B1; US6153985A; DE60038209D1; EP1067824A2; ATE388607T1; EP1067824A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Anzeige und eine Betriebsschaltung zum Betreiben einer LED. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf eine LED-Anzeige und eine Betriebsschaltung gerichtet, der eine LED mit einer Verlustkompensation im Leuchtausgang der LED betreiben kann. Diese Erfindung kann besondere Anwendung dann finden, wenn die LED in einer Vorrichtung, wie einem Verkehrssignal oder einem anderen Anzeigesignal, verwendet wird.
Erläuterung des Hintergrunds
Die Verwendung von LEDs in Anzeigevorrichtungen, beispielsweise Verkehrssignalen, ist bekannt. Ein Nachteil bei der Verwendung von LEDs in einer Anzeige, beispielsweise einem Verkehrssignal, ist, dass der Leuchtausgang einer LED sowohl über die Zeit hinweg als auch bei ansteigender Temperatur abnimmt. Bei roten LEDs führt die Verschlechterung mit der Temperatur typischerweise zu einem Verlust von annähernd einem Prozent an Intensität der LED mit jedem einen Grad Celsius Temperaturanstieg. Umgekehrt, wenn die Temperatur abnimmt, nimmt die Intensität des Lichtausgangs von einer LED zu. Weiterhin verschlechtern sich LEDs allmählich über die Zeit hinweg und werden somit um so schwächer, je älter sie werden.
Bekannte Systeme erfassen die Temperatur an der LED oder erfassen den Lichtausgang der LED und verwenden die erfasste Temperatur oder den erfassten Lichtausgang als Rückkopplung an eine Energieversorgung. Ein solches System ist in der US-PS 5,783,909 (Hochstein) beschrieben. Dieses Patent beschreibt (1) die Erfassung der Temperatur an einer LED oder die Erfassung des Intensitätsausgangs von einer LED, (2) die Rückkopplung eines Signals proportional zur erfassten Temperatur oder Intensität an eine Energieversorgung, und (3) Erhöhen oder Verringern des durch schnittlichen Stromausgangs durch die Energieversorgung basierend auf einem Anstieg oder einer Abnahme der Temperatur im Lichtausgang der LED.
In einem solchen bekannten System kann die Erfassung eines Leuchtausgangs einer LED vorteilhaft gegenüber der Erfassung einer Temperatur an der LED sein. Insbesondere erlaubt die Erfassung eines Leuchtausgangs einer LED eine Kompensation sowohl temperaturinduzierter als auch altersinduzierter Verschlechterung des Leuchtausgangs durch die LED.
Die Bereitstellung eines Fotosensors, um den Leuchtausgang einer LED korrekt zu erfassen, ist jedoch manchmal problematisch.
Insbesondere müssten zur genauen Erkennung des Leuchtausgangs einer LED alle anderen externen Streulichtquellen, z. B. Sonnenlicht, außer Betracht gelassen werden. Das heißt, um ein korrektes Rückkopplungssignal eines Leuchtausgangs einer LED zu liefern, darf ein Fotodetektor nur den Leuchtausgang der LED erkennen und darf nicht durch andere Arten von Streulicht, beispielsweise Sonnenlicht, beeinflusst werden.
Eine zweite Anforderung an einen Fotosensor ist, dass er Licht von einer ausreichend großen Probe von LEDs erfassen muss, die repräsentativ für alle LEDs in der Lampe ist.
Die DE 19606674 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Raumbeleuchtung, welches die Erkennung des Lichtflusses, der von einer beleuchteten Oberfläche reflektiert wird, unter Verwendung eines Sensormoduls umfasst, sowie die Angleichung des erkannten gemessenen Wertes, der an der zu beleuchtenden Oberfläche messbar ist, durch Verstärkung. Ein Referenzlichtwert wird vorab gemessen und zur Steuerung verwendet. Der Referenzlichtwert wird aufgezeichnet, wenn Umgebungslicht vernachlässigbar ist, so dass kein potentieller Effekt von Umgebungslicht auf die Lichtquantität vorliegt.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Folglich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine LED-Vorrichtung mit einer neuen Betriebsschaltung für eine LED bereitzustellen, damit ein genaues Rückkopplungssignal eines Leuchtausgangs der LED geschaffen werden kann.
Eine weitere konkretere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Betriebsschaltung für eine LED zu schaffen, bei der ein Rückkopplungssignal, das den Leuchtausgang einer LED anzeigt, geeignet konditioniert wird, um Effekte von externen Lichtquellen, beispielsweise Sonnenlicht, zu beseitigen, so dass das Rückkopplungssignal eine genaue Wiedergabe des Leuchtausgangs der LED liefert.
Eine weitere konkretere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, sicherzustellen, dass das geeignet kompensierte Rückkopplungssignal in einer geeigneten Form für eine Energieversorgung vorliegt, welche Energie an eine LED liefert.
Eine weitere konkretere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Informationen von der neuen Vorrichtungsschaltung zu verwenden, um eine Anzeige für irgendwelche unpassenden Betriebsbedingungen der LED-Vorrichtung zu schaffen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Betriebsschaltung für wenigstens eine LED, aufweisend:

(a) eine Energieversorgung zur Zufuhr eines Betriebstroms an die wenigstens eine LED;
(b) einen Fotodetektor (15) zur Erkennung eines Leuchtausgangs der wenigstens einen LED und zur entsprechenden Ausgabe eines Erkennungssignals, wobei das Erkennungssignal eine sinusförmige Wechselstromkomponente, die den Leuchtausgang der LED anzeigt und eine Gleichstromkomponente enthält, die den Leuchtausgang wenigstens einer anderen Quelle anzeigt, die nicht die LED ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung weiterhin aufweist:
(c) einen Konditionierschaltkreis zur Entfernung von Streulichtkomponenten von der wenigstens eine Quelle, welche nicht die wenigstens die eine LED ist, aus dem Erkennungssignal und zur Synthetisierung eines Intensitätsrückkopplungssignals zur Bereitstellung an die Energieversorgung, wobei der Konditionierschaltkreis aufweist: Mittel zur Erzeugung eines Gleichstromausgangs, der den Leuchtausgang der LED anzeigt, basierend auf der Wechselstromkomponente des Erkennungssignals, das vom Fotodetektor ausgegeben wird, Mittel zum Kombinieren des Erkennungssignals und der Gleichstromkomponente, welche den Leuchtausgang der LED angibt, und Mittel zur Erzeugung des Intensitätsrückkopplungssignals, durch Subtrahieren der Gleichstromkomponente, die den Leuchtausgang von der wenigstens einen Quelle anzeigt, von dem Signal, das von den Kombiniermitteln ausgegeben wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein LED-Anzeigesystem mit wenigstens einer LED und der oben genannten Betriebsschaltung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und viele der damit einhergehenden Vorteile lassen sich leicht erlangen, wenn diese unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenschau mit der beigefügten Zeichnung besser verständlich wird.
Es zeigt:
1 eine Implementierung einer LED-Anzeigevorrichtung und Betriebsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Abwandlung der LED-Anzeigevorrichtung und Betriebsschaltung von 1;
3A bis 3F Wellenformen von Signalen, die in der LED-Anzeigevorrichtung und Betriebsschaltung der 1 und 2 erzeugt werden; und
4 eine weitere Abwandlung der LED-Anzeigevorrichtung und Betriebsschaltung von 2.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf die Figuren, wo gleiche Bezugszeichen identische oder einander entsprechende Teile in sämtlichen Ansichten bezeichnen, wird ein bildhaftes Beispiel einer LED-Anzeigevorrichtung und einer LED-Betriebsschaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine LED-Anzeigevorrichtung und eine Betriebsschaltung für eine LED gerichtet, welche eine Rückkopplung eines Leuchtausgangs der LED liefern kann, um den Treiberstrom für die LED zu steuern.
Wie in 1 gezeigt, liefert bei der vorliegenden Erfindung eine Energieversorgung 5 Leistung zur Beleuchtung einer LED-Anordnung 10. Eine typische Form der Energieversorgung 5 ist ein Schaltnetzteil, welches Leistungsfaktorkorrektur, Strom- oder Spannungsregulierung etc. verwenden kann. Die Energieversorgung 5 kann insbesondere die Form eines Rücklaufwandlers mit Leistungsfaktorkorrektur haben, der in einem handelsüblichen IC enthalten ist, beispielsweise dem Unitrode UC2852N. Die LED-Anordnung 10 kann eine Reihen- oder Reihen/Parallel-Anordnung von LEDs sein und kann auch lediglich eine einzelne LED sein. Die vorliegende Erfindung findet besondere Anwendung bei einem LED-Verkehrssignal. Im Zusammenhang mit LED-Verkehrssignalen ist die LED-Anordnung 10 typischerweise aus parallelen Streifen von in Serie verbundenen LEDs gebildet. Eine Parallelverbindung von solchen LEDs liefert Redundanz für den Fall, dass ein Streifen von LEDs außer Betrieb geht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Energieversorgung 5 ein Rücklauf-Stromregulierer basierend auf dem Unitrode UC2852N-Chip, der die LED-Anordnung 10 mit einem Gleichstrom und einer ziemlich großen Sinusstromwelligkeit zweimal der Netzfrequenz betreibt. Diese Welligkeit ist charakteristisch für Rücklaufenergieversorgungen und ist ein notwendiges Element. Da der Durchschnittswert der Sinuswelligkeit Null ist, ist der durchschnittliche Gesamtstrom gleich demjenigen der Gleichstromkomponente alleine.
Ein Fotodetektor 15 befindet sich in einem geeigneten Abstand zu der LED-Anordnung 10, um zu ermöglichen, dass Licht von einer wesentlichen Anzahl von LEDs innerhalb der LED-Anordnung gesammelt werden kann, so dass der Leuchtausgang der LED-Anordnung 10 gemessen wird. Im Zusammenhang mit einem Verkehrssignal mit einer LED-Anordnung kann der Fotodetektor 15 hinter der Linse gegenüber der LED-Anordnung 10 angeordnet sein. Der Fotodetektor 15 liefert ein Rückkopplungssignal an die Energieversorgung 5, so dass die Energieversorgung 5 den Strom steuern kann, der an die LED-Anordnung 10 geliefert wird.
Wie oben erwähnt, kann sich der Leuchtausgang einer LED sowohl abhängig von Temperatur als auch Alter ändern und insbesondere kann er sich mit zunehmender Temperatur und zunehmendem Alter verringern. Um eine solche Verschlechterung zu kompensieren, kann ein der LED zu liefernder Strom mit wachsender Temperatur und zunehmendem Alter erhöht werden. Insbesondere wenn eine Temperatur an einer LED zunimmt, nimmt der Leuchtausgang der LED ab. Der Fotodetektor 15 erkennt in diesem Fall eine Abnahme des Leuchtausgangs von der LED-Anordnung 10 und liefert ein Rückkopplungssignal an die Energieversorgung 5, was die Energieversorgung 5 so steuert, dass der an die LED-Anordnung 10 gelieferte Strom erhöht wird. Somit wird die LED-Anordnung 10 heller, um irgendeinen temperaturinduzierten Verlust an Helligkeit zu kompensieren. Ähnlich kann, wenn die LEDs durch Alterung dunkler werden, der Fotodetektor 15 irgendeine altersinduzierte Schwächung der LED-Anordnung 10 erkennen. In dieser Situation liefert der Fotodetektor 15 wieder ein Rückkopplungssignal an die Energieversorgung 5, um den an die LED-Anordnung 10 gelieferten Strom zu erhöhen, so dass die LED-Anordnung 10 heller wird und damit eine altersinduzierte Schwächung der LED-Anordnung 10 kompensiert wird.
In diesen Situationen ist es für den Fotodetektor 15 wichtig, dass er eine genaue Angabe vom Leuchtausgang der LED-Anordnung 10 liefert. Dies kann insbesondere problematisch bei Verkehrssignal mit LED-Anordnung sein, da LED-Verkehrssignal so gestaltet sind, dass ihre LED-Anordnungen durch eine Linse nach außen weisen und so gestaltet sind, dass sie im Freien angeordnet werden, wo es einen erheblichen Einfluss von externen Lichtquellen gibt.
Insbesondere kann durch eine Frontlinse eines LED-Verkehrssignals einfallendes Sonnenlicht von der Linse fokussiert und auf die LED-Anordnung 10 projiziert werden. Ein Teil dieses Sonnenlichts kann von der Oberfläche der LED-Anordnung 10 zurück auf den Fotodetektor 15 reflektiert werden. Ein derartiges reflektiertes Sonnenlicht trägt zum Ausgangssignal des Fotodetektors 15 bei. Das Ergebnis hiervon ist, dass der Fotodetektor 15 keine genaue Anzeige des Leuchtausgangs der LED-Anordnung 10 liefert. Die vorliegende Erfindung hat also eine Aufgabe, diese Situation anzugehen.
Um diese Situation anzugehen, enthält die Betriebsschaltung der vorliegenden Erfindung einen Konditionierschaltkreis zwischen dem Fotodetektor 15 und der Energieversorgung 5, um sicherzustellen, dass vom Fotodetektor 15 erkanntes Licht nicht durch externe Lichtquellen im Allgemeinen beeinflusst wird und insbesondere nicht von von der LED-Anordnung 10 reflektiertem Sonnenlicht, also anderem Licht als dem von der LED-Anordnung 10 ausgegebenem Licht.
Ohne diesen Konditionierschaltkreis schlägt sich die Auswirkung von Sonnenlicht, das von der LED-Anordnung reflektiert wird, als Gleichstromkomponente in dem Signal nieder, das vom Fotodetektor 15 ausgegeben wird. Die vorliegende Erfindung verwendet eine Schaltung, um diesen Einfluss von derart reflektiertem Sonnenlicht auszuschließen, indem nur das sinusförmige Fotodetektorsignal verwendet wird, das von dem Licht erzeugt wird, welches von der LED-Anordnung 10 herrührt. Das heißt, in der vorliegenden Erfindung werden Gleichstrom- und Niederfrequenzkomponenten aufgrund von vom Fotodetektor 15 erkannten Streulichtquellen, wie reflektiertes Sonnenlicht, ausgeschlossen.
Um jedoch einen stabilen Betrieb der Energieversorgung 5 aufrechtzuerhalten, wenn die Energieversorgung als Rücklaufstromregulierer implementiert ist, der ein Leistungsfaktorkorrektur-IC verwendet, kann es für das Intensitätsrückkopplungssignal notwendig sein, dass es eine Gleichstromkomponente und eine Sinuskomponente in Phase mit der LED-Stromwellenform hat.
Um die oben erwähnten Vorgänge zu erhalten, arbeitet die vorliegende Erfindung wie folgt:
Ein vom Fotodetektor 15 erkanntes Signal ist ein Signal derart, wie es als Signal A in 3A gezeigt ist. Dieses Signal A enthält sowohl die Sinus- als auch Gleichstromkomponenten, welche LED-Intensität anzeigen und eine Gleichstromkomponente, die von externen Lichtquellen herrührt, beispielsweise reflektiertem Sonnenlicht. Der Ausgang vom Fotodetektor 15, d. h. das Signal A, wird dann durch einen Tiefpassfilter 20 geführt, der eine Grenzfrequenz im 10 Hz-Bereich haben kann, um die Gleichstromkomponente abzutrennen. Das vom Tiefpassfilter 20 ausgegebene Signal ist das in 3B gezeigte Signal B. Signal B stellt somit den Gleichstromausgang vom Fotodetektor 15 dar, zu dem sowohl das Licht der LED als auch von der LED-Anordnung 10 reflektiertes Sonnenlicht beiträgt.
Nachfolgend wird durch Subtraktion der Gleichstromkomponente, die vom Fotodetektor 15 ausgegeben wird, d. h. des Signals B vom Ursprungssignal, das vom Fotodetektor 15 ausgegeben wird, d. h. vom Signal A, die sinusförmige Wechselstromwellenform C erzeugt. Signal C wird dann vom Gleichrichter 31 halbwellen-gleichgerichtet und durch einen Glättungs- und Verstärkungsschaltkreis 30 geglättet und verstärkt. Dieser Glättungs- und Verstärkungsschaltkreis 30 kann einen Tiefpassfilter 32 und einen Verstärker 33 enthalten. Eine Wellenform des Signals C', nachdem es den Halbwellengleichrichter 31 durchlaufen hat, ist in 3C' gezeigt. Das Signal C' wird dann nach Bedarf tiefpassgefiltert und verstärkt, um das Gleichstromsignal D zu erzeugen, das gemäß 3D vom Glättungsschaltkreis 30 ausgegeben wird. Die Amplitude des Gleichstromsignals D wird vom Verstärker 33 auf proportional zur Amplitude der Sinuskomponente in dem ursprünglichen Wellenformsignal A gesteuert.
Nachfolgend synthetisiert die vorliegende Erfindung ein Rückkopplungssignal, das sowohl die Amplituden-, als auch Phaseninformation enthält, um es der Energieversorgung 5 zuzuführen. Dieses synthetisierte Rückkopplungssignal ist frei von Signalen, zu denen reflektiertes Sonnenlicht und andere niederfrequente Lichtquellen beitragen. Um diesen Vorgang zu erhalten, wird das Ursprungssignal, das vom Fotodetektor 15 ausgegeben wird, d. h. das Signal A, das eine sinusförmige Komponente entsprechend der LED-Intensität und Gleichstromkomponenten entsprechend Licht von der LED-Anordnung 10 und Streulicht enthält, im Addierer 35 mit dem Signal D addiert, einem Gleichstromausgang, der die LED-Intensität anzeigt. Der Ausgang vom Addierer 35 ist dann das Ursprungssignal plus einem Gleichstromsignal, das die LED-Intensität anzeigt. Dieser Ausgang wird dann einem Differenzschaltkreis 40 zugeführt. Im Differenzschaltkreis 40 wird das Signal B, das vom Tiefpassfilter 20 ausgegeben wird und das einen Gleichstrompegel mit einer Amplitude proportional zur Amplitude der Gleichstromkomponente des Fotodetektors 15 hat, von dem Signal subtrahiert, das vom Addierer 35 ausgegeben wird, um somit ein zusammengesetztes Signal E zu erzeugen, d. h. E = (A + C) – B. Das heißt, das sich ergebende Signal enthält nur die Wechselstrom- und Gleichstromsignale, welche die LED-Intensität angeben. Dieses zusammengesetzte Signal E dient als Rückkopplungssignal, das von der Energieversorgung 5 benötigt wird, um einen gewünschten Strom in der LED-Anordnung 10 aufrechtzuerhalten. Genauer gesagt, dieses zusammengesetzte Signal E enthält Amplituden- und Phaseninformationen, die benötigt sind, einen stabilen Betrieb eines Stromregulierschaltkreises in der Energieversorgung 5 aufrechtzuerhalten.
Aufgrund des oben beschriebenen Vorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist das zusammengesetzte Signal E frei von Gleichstromkomponenten, die Streulicht angeben, das vom Fotodetektor erfasst wurde. Weiterhin enthält das zusammengesetzte Signal E auch eine geeignete Gleichstromkomponente in Phase mit dem sinusförmigen Signal, wie es von der Energieversorgung 5 benötigt wird, wenn die Energieversorgung 5 als ein Rücklaufstromregulator implementiert ist. Daher kann bei der vorliegenden Erfindung ein genaues Intensitätsrückkopplungssignal für die Energieversorgung 5 geschaffen werden, um die Beleuchtung der LED-Anordnung 10 zu steuern.
Ein Problem, das sich aus der Vorrichtung von 1 ergeben kann, ist, dass basierend auf dem zusammengesetzten Rückkopplungssignal E ein überhoher Strom oder ein zu niedriger Strom ausgegeben werden kann. Das heißt, wenn die LED-Anordnung 10 von nicht angepasster Intensität ist, kann das zusammengesetzte Signal E von niedrigem Wert sein, was dazu führt, dass die Energieversorgung 5 zuviel Strom an die LED-Anordnung 10 liefert. Umgekehrt, wenn die LED-Anordnung 10 Intensitätsgrenzwerte übersteigt, kann das zusammengesetzte Signal E einen zu hohen Wert haben und zu wenig Strom kann dann von der Energieversorgung 5 an die LED-Anordnung 10 geliefert werden. Bereitstellung von zu wenig Strom an die LED-Anordnung 10 kann den von der Signalenergieversorgung gezogenen Strom auf einen Wert verringern, der unzureichend ist, den Lastschalter richtig zu betreiben, der das LED-Verkehrssignal steuert. Ein zuverlässiger Betrieb der LED-Anordnung 10 kann mit Blick auf den Lichtausgang unvorhersehbar werden, wenn zu wenig Strom der LED-Anordnung 10 zugeführt wird. Wenn die vorliegende Erfindung als LED-Verkehrssignal implementiert ist, werden zur Steuerung von Verkehrssignalen oftmals Lastschalter auf Triac-Basis verwendet. Derartige Lastschalter auf Triac-Basis können unzuverlässig werden, wenn sie niedrige Ströme schalten und dies kann zu Betriebsproblemen beim Verkehrssignal führen.
Um diese Befürchtungen anzugehen, ist in 2 eine Abwandlung der Ausführungsform von 1 gezeigt. Diese Ausführungsform von 2 ist identisch zur Ausführungsform von 1 mit der Ausnahme, dass die Ausführungsform von 2 einen oberen Grenzstromkomparator 45 und einen unteren Grenzstromkomparator 50 hat. Um die oberen und unteren Strombegrenzungsvorgänge zu erhalten, wird bei der vorliegenden Erfindung gemäß 2 das zusammengesetzte Rückkopplungssignal E dem oberen Grenzstromkomparator 45 zugeführt. Der obere Strombegrenzungsvorgang wird begonnen, indem ein Stromsignal G mit einem Pegel gleich annähernd der Hälfte demjenigen des Intensitätsrückkopplungssignals E unter normalen Betriebsbedingungen und bei 25°C erhalten wird. Dieses Signal G wird mit dem zusammengesetzten Intensitätsrückkopplungssignal E derart verglichen, dass, wenn der Pegel des Signals G den Pegel des Intensitätsrückkopplungssignals E übersteigt, dann das Signal G das Signal E als Rückkopplung an die Energieversorgung 5 ersetzt.
Dies stellt sicher, dass ein Signal eines Minimalwerts von Signal G stets der Energieversorgung 5 zugeführt wird, so dass folglich ein überhoher Strom nicht von der Energieversorgung 5 an die LED-Anordnung 10 ausgegeben wird.
Ein einfaches Verfahren zur Implementierung des oberen Grenzstromkomparators 45 ist es, die beiden Signale E und G über ein Paar von Oder-verdrahteten Dioden zu führen, deren Kathoden über einen gemeinsamen Widerstand auf Masse gelegt sind. In dieser Konfiguration erscheint das größere der beiden Signale über dem Widerstand und das andere Signal wird von der rückwärts vorgespannten Diode blockiert. Ein derartiger Aufbau bildet im Wesentlichen einen analogen Vergleicherschalt kreis, wo nur das größere der beiden analogen Eingangssignale am Ausgang erscheint.
Der untere Strombegrenzungsvorgang wird erreicht durch Anlegen des Ausgangs des oberen Grenzkomparators 45 an den unteren Grenzstromkomparator 50 und durch Vergleich mit einem Stromsignal F. Das Signal F hat eine größere Amplitude als das Intensitätsrückkopplungssignal E unter Normalbedingungen. In dieser Situation wird das LED-Stromsignal F höherer Amplitude mit dem Intensitätsrückkopplungssignal E verglichen und das Signal F ersetzt das Intensitätssignal E für die Energieversorgung, wenn das Intensitätsrückkopplungssignal größer als das Signal F ist. Dies stellt sicher, dass ein Signal mit dem Maximalwert des Signals F der Energieversorgung 5 zugeführt wird und das folglich ein minimaler Strom stets von der Energieversorgung 5 an die LED-Anordnung 10 geliefert wird.
Ein einfaches Verfahren zur Implementierung des unteren Grenzstromkomparators 50 ist, die Signale E und F über ein Paar von Und-verdrahteten Dioden zu führen, deren Anoden über einen gemeinsamen Widerstand mit einer positiven Versorgungsspannung verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltung erscheint das kleinere der beiden Signale an den Anodenverbindungen der beiden Dioden, während das andere Signal von der rückwärts vorgespannten Diode blockiert wird. Dieser Schaltkreis bildet wiederum eine Art analoger Vergleichsschaltkreis. Diesmal jedoch erscheint jedoch nur das kleinere der beiden analogen Eingangssignale am Ausgang.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die Verwendung der Intensitätsrückkopplung das Vorsehen zusätzlicher Merkmale erlaubt, welche ansonsten bei LED-Anzeigevorrichtungen, beispielsweise LED-Verkehrssignal, nicht möglich wären. Mit der Intensitätsrückkopplung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer weiteren Abwandlung der vorliegenden Erfindung gemäß 4 ist eine Steuerung 55 vorgesehen, um das Signal von der Energieversorgung 5 an die LED-Anordnung 10 zu überwachen und den an die LED-Anordnung ausgegebenen Strom anzuzeigen, so dass ein Intensitätsrückkopplungssignal empfangen wird, das die momentane Intensität der LED-Anordnung 10 anzeigt. Durch Untersuchung dieser Signale kann dann der Zustand einer mangelnden oder zu hohen Intensität der LED-Anord nung 10 bestimmt werden, wenn die Differenz zwischen dem Signalausgang von der Energieversorgung und dem Intensitätsrückkopplungssignal einen bestimmten Schwellenwert übersteigt. Dieser Zustand kann aus einer langfristigen Verschlechterung der LEDs entstehen oder ein derartiger Zustand kann ein Übergangszustand sein, der von einer vorübergehend hohen Temperatur der LED-Anordnung 10 herrührt. In jedem Fall kann, wenn ein derartiger Zustand auftritt, eine Verkehrssteuerungsschaltung oder Wartungspersonal hierüber informiert werden.
In dieser Situation kann mit der Steuerung 55 ein Sender 60 verbunden sein, der wiederholt Informationen bezüglich des Betrieb der Betriebsschaltungen der 1 und 2 übermittelt. 4 zeigt die Implementierung der Steuerung 55 und des Senders 60 im Schaltkreis von 2, jedoch kann der Schaltkreis von 1 auch die Steuerung 55 und den Sender 60 verwenden. Der Sender 60 kann ein einfacher Infrarotübertrager sein, der einen Code sendet, um einen normalen Betrieb der LED-Vorrichtung anzuzeigen und der einen zweiten Code überträgt oder alternativ keinen Code überträgt, um anzuzeigen, dass die LED-Vorrichtung fehlerhaft arbeitet, d. h. dass die Differenz zwischen dem Signalausgang von der Energieversorgung 5 an die LED-Anordnung 10 und dem Intensitätsrückkopplungssignal einen bestimmten Schwellenwert übersteigt. Dieser zweite Code könnte auch geschickt werden, wenn der obere Grenzstromkomparator 45 arbeitet.
Es ist selbstverständlich möglich, zusätzliche Codes zu haben, welche verschiedene Grade von Nichtübereinstimmung mit irgendwelchen Intensitätsanforderungen angeben.
Wartungspersonal könnte dann mit Empfängern versehen werden, beispielsweise von Hand zu haltender Infrarotempfängern, mit welchen sie auf ein Verkehrssignal mit dem Sender 60 zeigen, um die übertragenen Codes zu lesen. Die empfangenen Codes könnten dann decodiert werden, um eine Anzeige hinsichtlich des Betriebs des LED-Verkehrssignals zu haben.
Eine weitere Vorgehensweise zur Übertragung solcher Informationen könnte eine Energieversorgungsleitungskommunikation im Sender 60 verwenden. In dieser Situa tion könnte ein Mikroprozessor in einer Zentralsteuerung (nicht gezeigt) periodisch eine Serie von Verkehrssignal abfragen, indem geeignete Codes über die Energieversorgungsleitungen geschickt werden. Wenn ein Verkehrssignalschaltkreis seinen Identifikationscode von der Steuerung 55 empfängt, könnte er antworten, indem er über die gleiche Energieversorgungsleitung durch den Sender 60 seinen momentanen Status unter Verwendung der ersten und zweiten Codes, wie oben erwähnt, berichtet. In einer Ausführungsform kann die Zentralsteuerung Umstände in ihrem Speicher aufzeichnen, wenn bestimmte Verkehrssignale Anforderungen nicht erfüllen. Alternativ kann der Sender 60 mit einem Modem oder einer Funkverbindung ausgestattet sein, was erlaubt, dass die Intensitätsinformation unmittelbar an das Hauptverkehrssteuercenter heruntergeladen wird.
Es ist offensichtlich, dass eine Vielzahl zusätzlicher Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Lehre möglich ist. Es versteht sich somit, dass die Erfindung anders als konkret hier beschrieben umgesetzt werden kann, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

Eine Betriebsschaltung für wenigstens eine LED, aufweisend: (a) eine Energieversorgung (5) zur Zufuhr eines Betriebstroms an die wenigstens eine LED (10); (b) einen Fotodetektor (15) zur Erkennung eines Leuchtausgangs der wenigstens einen LED (10) und zur entsprechenden Ausgabe eines Erkennungssignals (A), wobei das Erkennungssignal eine sinusförmige Wechselstromkomponente (C), die den Leuchtausgang der LED anzeigt und eine Gleichstromkomponente (B) enthält, die den Leuchtausgang wenigstens einer anderen Quelle anzeigt, die nicht die LED ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung weiterhin aufweist: (c) einen Konditionierschaltkreis zur Entfernung von Streulichtkomponenten von der wenigstens eine Quelle, welche nicht die wenigstens die eine LED ist, aus dem Erkennungssignal (A) und zur Synthetisierung eines Intensitätsrückkopplungssignals (E) zur Bereitstellung an die Energieversorgung (5), wobei der Konditionierschaltkreis aufweist: Mittel (20, 25, 30, 31) zur Erzeugung eines Gleichstromausgangs (D), der den Leuchtausgang der LED anzeigt, basierend auf der Wechselstromkomponente (C) des Erkennungssignals (A), das vom Fotodetektor (15) ausgegeben wird, Mittel (35) zum Kombinieren des Erkennungssignals (A) und der Gleichstromkomponente (D), welche den Leuchtausgang der LED angibt, und Mittel (40) zur Erzeugung des Intensitätsrückkopplungssignals (E), durch Subtrahieren der Gleichstromkomponente (B), die den Leuchtausgang von der wenigstens einen Quelle anzeigt, von dem Signal, das von den Kombiniermitteln (35) ausgegeben wird.
Die Betriebsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Gleichstromausgangserzeugungsmittel aufweisen: einen ersten Tiefpassfilter (20), der ein erstes im Wesentlichen gleichstromförmiges Signal (B) proportional zu einer Gleichstromkomponente im Erkennungssignal (A) zu Extrahieren vermag; und einen ersten Differenzschaltkreis (25), der das erste im Wesentlichen gleichstromförmige Signal (B) von dem Erkennungssignal (A) zu subtrahieren vermag, um die Wechselstromkomponente (C) zu erzeugen.
Die Betriebsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Gleichstromausgangserzeugungsmittel weiterhin aufweisen: einen Halbwellengleichrichter (31) für eine Halbwellengleichrichtung der sinusförmigen Wechselstromkomponente (C); einen Glättungs- und Verstärkungsschaltkreis (30) zum Glätten und Verstärken der Wellenform vom Gleichrichter (31), um den Gleichstromausgang (D) zu erzeugen, der den Leuchtausgang der LED angibt, wobei der Gleichstromausgang (D) proportional zu einem Pegel der sinusförmigen Wechselstromkomponente (C) in dem Erkennungssignal (A) ist.
Die Betriebsschaltung nach Anspruch 3, wobei der Glättungs- und Verstärkungsschaltkreis (30) einen zweiten Tiefpassfilter (32) zum Filtern der Wellenform von dem Gleichrichter (31) und den Verstärker (33) aufweist, um die Amplitude des Ausgangs vom Tiefpassfilter auf proportional zum Pegel der Wechselstromkomponente (C) im Erkennungssignal (A) einzusteuern.
Die Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kombiniermittel (35) durch einen Addiererschaltkreis gebildet sind, um das Erkennungssignal (A) und die Gleichstromkomponente (D) zur Erzeugung eines zusammengesetzten Zwischensignals zu addieren; und die Intensitätsrückkopplungssignalerzeugungsmittel (40) durch einen zweiten Differenzschaltkreis gebildet werden, um das erste im Wesentlichen gleichstromartige Signal (B) von dem zusammengesetzten Zwischensignal zu subtrahieren, um das synthetisierte Intensitätsrückkopplungssignal (E) zu erzeugen.
Die Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Konditionierschaltkreis weiterhin aufweist: vi) einen oberen Grenzstromkomparator (45) zum Sicherstellen, dass das synthetisierte Intensitätsrückkopplungssignal (E) einen Minimumwert hat; vii) einen unteren Grenzstromkomparator (50) zum Sicherstellen, dass das synthetisierte Intensitätsrückkopplungssignal (E) einen Maximalwert nicht übersteigt.
Die Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin wird einer Steuerung (55) zum Vergleich des von der Energieversorgung (5) an die wenigstens eine LED gelieferten Stroms mit dem synthetisierten Intensitätsrückkopplungssignal (E).
Die Betriebsschaltung nach Anspruch 6, weiterhin mit einem Übertrager (60) zur Übertragung eines Signals, welches ein Ergebnis des Vergleichs angibt, der von der Steuerung durchgeführt wird.
Ein LED-Anzeigesystem mit wenigstens einer LED und der Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.