DE602005001404T2 - Regelung der Lichtintensität von LEDs hoher Leistung mittels der Eigenschaften des photoelektrischen Effekts dieser LEDs - Google Patents

Regelung der Lichtintensität von LEDs hoher Leistung mittels der Eigenschaften des photoelektrischen Effekts dieser LEDs Download PDF

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Description

  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Signallampe, insbesondere einer Eisenbahnsignallampe, in welchem die Signallampe als ihre Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode (= light emitting diode/LED) umfaßt und in welchem die Lichtintensität der Signallampe an die Helligkeit der Umgebung angepaßt wird.
  • Solch ein Verfahren und eine zugehörige Signallampenanordnung sind in der US-Patentschrift 2005/0151665A1 beschrieben.
  • Eisenbahnsignallampen werden zum Beispiel verwendet, um den Öffnungszustand eines Eisenbahnstreckenabschnittes für einen Zugführer anzuzeigen. Eisenbahnsignallampen des Standes der Technik verwenden Leistungsleuchtdioden (= LEDs) als ihre Lichtquelle. Leistung-LEDs haben sich als zuverlässiger und kostengünstiger als herkömmliche Glühlampen erwiesen.
  • Tagsüber muß das Licht der Eisenbahnsignallampe hell genug für den Zugführer sein, um den Zustand der Signallampe gut vor dem Eintreffen an der Signallampe zu erkennen. Nachts jedoch muß die Lichtintensität der Signallampe niedrig genug sein, damit der Zugführer nicht geblendet wird. Das bedeutet, daß die Lichtintensität einer Eisenbahnsignallampe an die Helligkeit der Umgebung angepaßt werden sollte.
  • Die WO 99/20085 offenbart die Schaltung und den Aufbau einer elektrischen Lampe unter Verwendung von Leuchtdioden. Eine Vielzahl von LEDs ist in einer Matrixform angeordnet. Ein separates Umgebungshelligkeits-Erfassungsmittel detektiert die Umgebungshelligkeit und sein Signal wird verwendet, um die den LEDs zugeführte Leistung und folglich die Lichtintensität der LEDs zu regeln.
  • Die US-Patentschrift 2005/0151665A1 beschreibt eine Einrichtung des Signalisierungssteuergeräts für LED-Verkehrssignalisierungsanwendungen. Ein Signalgeber wird verwendet, um die Lichtbelastung in der Umgebung zu bestimmen, und sein Signal wird verwendet, um den LED-Strom anzupassen.
  • Der separate Signalgeber macht die Signallampenanordnung und insbesondere die elektrische Schaltung ziemlich kompliziert und teuer.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist folglich die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Anpassen der Lichtintensität einer LED-basierten Signallampe bereitzustellen, die ohne einen separaten Signalgeber auskommen kann und so die entsprechende Signallampenanordnung vereinfacht und billiger macht.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein wie am Anfang beschriebenes Verfahren erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die mindestens eine LED während erster Zeitintervalle als die Lichtquelle der Signallampe betrieben wird, und während zweiter Zeitintervalle die mindestens eine LED als eine Photodiode betrieben wird, daß sich die ersten und zweiten Zeitintervalle mit der Zeit insbesondere periodisch abwechseln, und daß die Ausgangsspannung der LED während der zweiten Zeitintervalle verwendet wird, um den Arbeitsstrom der mindestens einen LED während der ersten Zeitintervalle zu regeln.
  • Die mindestens eine LED, in der Regel einige in Reihe geschaltete und mit optischen Vorrichtungen wie zum Beispiel Spiegeln und Linsen versehene Leistung-LEDs, können als eine Photodiode (oder ein Photodetektor) verwendet werden. Wenn die Signallampe leuchten soll (d.h. die Signallampe ist als ein Ganzes eingeschaltet), wechseln sich die ersten und zweiten Zeitintervalle ab. Die ersten Zeitintervalle sind in der Regel viel länger als die zweiten Zeitintervalle und die zweiten Zeitintervalle sind in der Regel ziemlich kurz, wie zum Beispiel ein Bruchteil einer Sekunde, verglichen mit den ersten Zeitintervallen. Während der ersten Zeitintervalle sendet die mindestens eine LED Licht aus, wohingegen während der zweiten Zeitintervalle durch die LED überhaupt kein Licht ausgesendet wird. Insbesondere während der zweiten Zeitintervalle sollte die mindestens eine LED von etwaiger Stromquelle oder Speicherkapazität oder dergleichen getrennt sein. Während der zweiten Zeitintervalle fällt das Licht der Umgebung (z.B. Tageslicht) auf die mindestens eine LED und verursacht eine Spannung, die annähernd proportional der Helligkeit der Umgebung ist. Diese Spannung wird dann verwendet, um den Arbeitsstrom (und folglich die Lichtintensität) der LED während der ersten Zeitintervalle anzupassen. Auf diese Weise ist es nicht notwendig, einen separaten, speziell dafür vorgesehenen Signalgeber oder Photodiode zu verwenden, um die Helligkeit der Umgebung zu bestimmen.
  • Eine bevorzugte Variante des erfinderischen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine niedrige Ausgangsspannung der LED während der zweiten Zeitintervalle, d.h. einer dunklen Umgebung, verwendet wird, um einen niedrigen Arbeitsstrom der mindestens einen LED während der ersten Zeitintervalle, d.h. eine niedrige Lichtintensität der Signallampe aufzubauen und daß eine hohe Ausgangsspannung der LED während der zweiten Zeitintervalle, d.h. einer hellen Umgebung verwendet wird, um einen hohen Arbeitsstrom der mindestens einen LED während der ersten Zeitintervalle, d.h. eine hohe Lichtintensität der Signallampe aufzubauen. Diese Variante erhöht den Kontrast der Signallampe tagsüber und bewahrt einen Zugführer davor, daß er nachts geblendet wird.
  • In einer vorteilhaften Variante des erfinderischen Verfahrens wird die Verteilung der ersten und zweiten Zeitintervalle derart ausgewählt, daß für einen Menschen als Beobachter die Signallampe ständig in Betrieb zu sein scheint, wobei insbesondere die ersten Zeitintervalle mindestens 1,0 Sekunden lang sind und die zweiten Zeitintervalle höchstens 0,001 Sekunden lang sind. Diese Variante bewahrt einen Zugführer davor, daß er durch eine flackernde Signallampe verwirrt wird und die zweiten Zeitintervalle nicht mit Perioden verwechselt werden können, wenn die Signallampe nicht leuchten soll.
  • Ebenfalls innerhalb des Anwendungsbereiches der aktuellen Erfindung ist eine Signallampenanordnung, insbesondere Eisenbahnsignallampenanordnung, mit einer Signallampe, die mindestens eine Leuchtdiode (= LED) als ihre Lichtquelle umfaßt, und mit einer elektronischen Schaltung zum Betreiben der Signallampe, in welcher die elektronische Schaltung angepaßt ist, um die Lichtintensität der Signallampe an die Helligkeit der Umgebung anzupassen, und in welcher die elektronische Schaltung ein Versorgungsmittel zum Versorgen der mindestens einen LED mit Arbeitsstrom umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung umfaßt
    ein Abgriffsmittel zum Abgreifen der LED-Spannung der mindestens einen LED,
    ein Vergleichsmittel zum Vergleichen der LED-Spannung mit einer Referenzspannung, wobei das Vergleichsmittel mit dem Versorgungsmittel verbunden ist, um das Versorgungsmittel zu steuern,
    und ein Schaltmittel zum Umschalten der elektronischen Schaltung von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und umgekehrt,
    wobei in dem ersten Zustand das Versorgungsmittel mit der mindestens einen LED verbunden ist, so daß die mindestens eine LED wie eine Lichtquelle der Signallampe arbeitet, und das Vergleichsmittel von der mindestens einen LED getrennt ist,
    wobei insbesondere das Abgriffsmittel von dem Vergleichsmittel getrennt ist,
    und wobei in dem zweiten Zustand das Versorgungsmittel von der mindestens einen LED getrennt ist, so daß die mindestens eine LED wie eine Photodiode arbeitet, und das Vergleichsmittel mit der mindestens einen LED verbunden ist, wobei insbesondere das Abgriffsmittel mit dem Vergleichsmittel verbunden ist,
    und daß die elektronische Schaltung angepaßt ist, um die Ausgangsspannung der mindestens einen LED während des zweiten Zustandes zu verwenden, um den Arbeitsstrom der mindestens einen LED während des ersten Zustandes zu regeln.
  • Die erfinderische Signallampenanordnung kommt ohne einen separaten Signalgeber aus und folglich bleibt ihre Konstruktion einfach und kostengünstig. Insbesondere ist kein separater Signalgeber zu versorgen. Außerdem wird die Helligkeit der Umgebung automatisch exakt gemessen, wo es angemessen ist, um den Kontrast der Signallampe zu optimieren. Natürlich kann (und soll) die erfinderische Signallampenanordnung mit dem oben beschriebenen erfinderischen Verfahren betrieben werden. Die ersten Zeitintervalle entsprechen dem ersten Zustand der elektronischen Schaltung und die zweiten Zeitintervalle entsprechen dem zweiten Zustand.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfinderischen Signallampenanordnung umfaßt das Abgriffsmittel einen Meßwiderstand und einen Operationsverstärker, der die Spannung des Meßwiderstandes abgreift. Der durch die LEDs während der zweiten Zeitintervalle erzeugte Strom verursacht eine Spannung über dem Meßwiderstand. Diese Spannung wird mit dem Operationsverstärker verstärkt, um die weitere Verarbeitung zu vereinfachen, insbesondere den Vergleich in dem Vergleichsmittel.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Eingang des Vergleichsmittels mit einem Kondensator zum Glätten der LED-Spannung während eines Schaltzyklus des Umschaltmittels verbunden. Bei Verwendung eines Operationsverstärkers in dem Abgriffsmittel wird die verstärkte LED-Spannung geglättet. Mit dem Speicherkondensator kann die Abtast-Halte-Prozedur (sample-hold procedure) an dem Vergleichsmittel angewendet werden. Die Spannung an dem Eingang des Vergleichsmittels ist dann mit der Zeit ziemlich konstant (insbesondere über einen vollen Schaltzyklus des Schaltmittels, einschließlich eines ersten und eines zweiten Zeitintervalls) mit einer schnellen Aktualisierung während jedes zweiten Zeitintervalls. Die Glättung hält den Arbeitsstrom der LED (und folglich ihre Lichtintensität) im Grunde während eines ersten Zeitintervalles konstant.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsmittel einen Operationsverstärker umfaßt, insbesondere einen Summierverstärker, der mit dem Spannungseingang einer spannungsgesteuerten Stromversorgung verbunden ist. Der Operationsverstärker kann sogar kleine Änderungen der (verstärkten) LED-Spannung in ein Zwischensignal umwandeln, das zur Verwendung in der spannungsgesteuerten Stromversorgung (= VCCS) geeignet ist. Die VCCS begrenzt den LED-Strom während der ersten Zeitintervalle. Die VCCS, insbesondere in Zusammenwirkung mit einem Push-Pullup-Controller des Versorgungsmittels, weist einen ziemlich kleinen Leistungsverbrauch auf.
  • Außerdem ist eine Ausführungsform der erfinderischen Signallampenanordnung bevorzugt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Versorgungsmittel mit einer Gleichstrom-Spannungsversorgung verbunden ist, und daß das Versorgungsmittel einen Steuereingang und einen Spannungsausgang umfaßt, wobei die Spannung an dem Steuereingang die Spannung an dem Spannungsausgang regelt, wobei insbesondere das Versorgungsmittel einen Push-Pullup-Controller mit einem Spannungswandler umfaßt. Die Spannung an dem Steuereingang wird durch das Vergleichsmittel bereitgestellt. Die Spannungsversorgung der LED erfolgt über den Spannungsausgang des Versorgungsmittels. Der Push-Pullup-Controller und der Spannungswandler sind gut geeignet, um eine Spannung für die Signallampe einzustellen, insbesondere eine höhere Spannung als die durch die Gleichstrom-Spannungsversorgung (Batteriespannung) bereitgestellte. Solange die Spannung an dem Steuereingang unter einem kritischen Wert ist, wird die Spannung an dem Spannungsausgang erhöht, wohingegen die Spannung an dem Spannungsausgang auf einem maximalen Pegel konstant gehalten wird, wenn einmal die Spannung an dem Steuereingang den kritischen Wert erreicht hat.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Schaltmittel einen Impulsgenerator und eine Vielzahl von Schaltern, wobei der Impulsgenerator die Stellungen der Schalter steuert. Mit dieser Ausführungsform kann eine schnelle Änderung des Zustandes der elektrischen Schaltung realisiert werden, insbesondere durch gleichzeitiges Umschalten aller Schalter.
  • Insbesondere bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfinderischen Signallampenanordnung, in welcher die Signallampe eine Vielzahl von in Reihe geschalteten LEDs umfaßt. Die LEDs sind in der Regel Leistung-LEDs, um ausreichend Lichtintensität für Eisenbahn- oder andere Verkehrsanwendungen bereitzustellen. Beim Verbinden der LEDs in Reihe können höhere Spannungen verwendet werden und mit der gleichen Elektronik kann mehr Lichtintensität erzeugt werden.
  • Weitere Vorteile können aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung entnommen werden. Die oben und unten erwähnten Merkmale können gemäß der Erfindung entweder einzeln oder gemeinsam in jeder Kombination verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als erschöpfende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Beschreibung der Erfindung.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung gezeigt. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Schaltbild einer erfinderischen Signallampenanordnung zur Verwendung mit dem erfinderischen Verfahren.
  • Die erfinderische Signallampenanordnung umfaßt eine Signallampe 1, die ihrerseits zwölf Leistung-LEDs 2 umfaßt, die in Reihe geschaltet sind. Die LEDs 2 werden über ein Versorgungsmittel 3 gespeist. Dieses Versorgungsmittel 3 ist mit einer Gleichstrom-Spannungsversorgung 4, die eine Batteriespannung von 12 V liefert, über einen Hauptschalter 5 verbunden. Mit dem Hauptschalter 5 kann die Signallampe 1 eingeschaltet und ausgeschaltet werden.
  • Das Versorgungsmittel 3 umfaßt einen Steuereingang 6 und einen Spannungsausgang 7, wobei der Spannungsausgang 7 mit der Signallampe 1 über eine Diode 8 und einen ersten Schalter 9 verbunden ist. In der gezeigten Ausführungsform setzt sich das Versorgungsmittel 3 aus einem Push-Pullup-Controller 10 mit einem Spannungswandler 11 zusammen. Der Spannungsausgang 7 ist ebenfalls mit der Gleichstrom-Spannungsversorgung 4 über eine Drosselspule 12 verbunden.
  • Der Steuereingang 6 des Versorgungsmittels 3 ist mit einem Vergleichsmittel 13 verbunden. In der gezeigten Ausführungsform umfaßt das Vergleichsmittel 13 eine spannungsgesteuerte Stromquelle (VCCS) 14 und einen Summierverstärker 15, und der Steuereingang 6 ist mit dem Stromausgang 16 der VCCS 14 verbunden. Ebenfalls mit dem Stromausgang 16 ist die Signallampe 1 über einen Schalter 17 verbunden.
  • Die VCCS 14 ermittelt und begrenzt den Strom durch die Signallampe 1 während der ersten Zeitintervalle. In der gezeigten Ausführungsform fließt bei Tagesbedingungen und während der ersten Zeitintervalle (wenn die Schalter 9 und 17 geschlossen sind und die LEDs 2 leuchten) durch die Signallampe 1 ein Strom von ungefähr 200 mA. In Position PA in der Nähe des Schalters 9 ist eine Spannung von ungefähr 35 V vorhanden, wohingegen in Position PB in der Nähe des Schalters 17 eine Spannung von ungefähr 2 V vorhanden ist. Der durch die VCCS 14 eingestellte Stromwert bestimmt die Lichtintensität der LEDs 2 während der ersten Zeitintervalle.
  • Die Spannung bei Position PA wird durch den Push-Pullup-Controller 10 und den Spannungswandler 11 des Versorgungsmittels 3 eingestellt. Wenn die Spannung in Position PB (die identisch mit der Spannung an dem Steuereingang 6 ist) unter einem kritischen Wert ist, hier 2 V, wird die Spannung an dem Spannungsausgang 7 (die fast identisch mit der Spannung in Position PA ist) erhöht. Wenn die Spannung in PB bei 2 V ist, wird die Spannung am Spannungsausgang 7 auf einem konstanten Wert gehalten, hier auf 35 V, was für den Typ und die Anzahl der LEDs 2 angemessen ist. Wenn die Spannung in PB über 2 V ist, wird die Spannung an dem Spannungsausgang 7 verringert, mit anderen Worten, das Versorgungsmittel 3 erhöht die Spannung in Position PA bis die LEDs 2 den gewünschten Strom durchlassen. Auf diese Weise wird eine entsprechende Spannung für die Signallampe 1 erhalten.
  • Die Spannung in Position PB ist von dem an der VCCS 14 eingestellten Stromwert abhängig. Der kritische Wert (hier 2 V) wird erhalten, wenn der gewünschte Strom durch die Signallampe 1 und identisch durch die VCCS 14 an seinem Stromausgang 16 fließt. Der Stromwert der VCCS 14 wird durch eine Spannung eingestellt, die an dem Spannungseingang 18 der VCCS 14 vorhanden ist. Um demzufolge die Lichtintensität der LEDs 2 einzustellen, muß die Spannung am Spannungseingang 18 verändert werden.
  • Die Spannung am Spannungseingang 18 wird durch den Summierverstärker 15 bereitgestellt, der eine Referenzspannung, die an einem Referenzeingang 19 vorhanden ist, und eine gespeicherte Spannung (die in der Position PC vorhanden ist) eines Kondenstors 20 summiert. Als eine zentrale Idee der Erfindung wird die Spannung in Position PC durch die Helligkeit in der Umgebung der LEDs 2 bestimmt.
  • Das wird durch Betreiben der LEDs 2 während der zweiten Zeitintervalle als Photodioden erreicht. Während der zweiten Zeitintervalle sind die Schalter 9, 17 offen, so daß die LEDs 2 keine Batterieleistung erhalten und somit nicht mehr leuchten. Statt dessen verursacht das einfallende Licht der Umgebung der LEDs eine Spannung über den LEDs und einen schwachen Strom durch einen Meßwiderstand 21, der mit den LEDs in Reihe geschaltet ist. Der Meßwiderstand 21 weist einen typischen Wert von 10 MOhm auf. Er ist Teil eines Abgriffsmittels 22, das außerdem einen Operationsverstärker 23 umfaßt, der parallel mit dem Meßwiderstand 21 verbunden ist. Der Operationsverstärker 23 erzeugt eine verstärkte LED- Spannung aus der LED-Spannung, die an dem Meßwiderstand 21 während der zweiten Zeitintervalle vorhanden ist. Diese verstärkte LED-Spannung lädt während der zweiten Zeitintervalle über einen geschlossenen Schalter 24 den Kondensator 20 auf, d.h. die Spannung an dem Kondensator 20 wird während der zweiten Zeitintervalle aktualisiert. Die Kapazität des Kondensators 20 ist groß genug, so daß die Spannung in Position PC nur unwesentlich zwischen zwei Aktualisierungen abfällt.
  • Die Spannung an dem Meßwiderstand 21 während der zweiten Zeitintervalle ist eine Funktion der Helligkeit in der Umgebung der LEDs 2. Folglich ist die Spannung an dem Kondensator 20 und in Position PC ebenfalls eine Funktion der Helligkeit.
  • Die elektrische Schaltung kann zwischen einem ersten Zustand, der während der Zeit der ersten Zeitintervalle realisiert ist, und einem zweiten Zustand, der während der Zeit der zweiten Zeitintervalle realisiert ist, durch ein Schaltmittel 25 umgeschaltet werden. Das Schaltmittel 25 umfaßt die Schalter 9, 17 und 24 und einen Impulsgenerator 26. Der Impulsgenerator 26 steuert die Stellungen der Schalter 9, 17, 24.
  • Für den ersten Zustand, wenn die LEDs 2 leuchten, sind die Schalter 9, 17 geschlossen, folglich wird die Signallampe 1 mit dem Versorgungsmittel 3 verbunden, das die LEDs 2 speist, und der Schalter 24 ist offen. Der Schalter 24 trennt dann das Versorgungsmittel 3, die LEDs 2 und das Abgriffsmittel 22 vom Kondensator 20 und Vergleichsmittel 13.
  • Für den zweiten Zustand, wenn die LEDs dunkel sind und als Photodetektoren arbeiten, sind die Schalter 9, 17 offen, um die Signallampe 1 von der Batterieleistung zu trennen, und der Schalter 24 ist geschlossen, um den Kondensator 20 und folglich das Vergleichsmittel 13 mit der verstärkten LED-Spannung zu versorgen.
  • Wenn die Umgebung hell ist, stellen die LEDs eine hohe Spannung an dem Meßwiderstand 21 während der zweiten Zeitintervalle bereit, und eine hohe Spannung in Position PC wird zu jeder Zeit erhalten (erste und zweite Zeitintervalle, da der Kondensator 20 die Spannung über einen Schaltzyklus des Schaltmittels 25 glättet). Dann wird ebenfalls eine hohe Spannung an dem Spannungseingang 18 der VCCS 14 bereitgestellt, die einen hohen Strom durch die LEDs 2 während der ersten Zeitintervalle zur Folge hat. Die LEDs 2 erzeugen dann viel Licht und die Signallampe ist ungeachtet der hellen Umgebung gut sichtbar.
  • Wenn die Umgebung dunkel ist, liefern die LEDs 2 nur eine kleine oder keine Spannung an dem Meßwiderstand 21 während der zweiten Zeitintervalle. Infolgedessen sind die Spannungen in Position PC und an dem Spannungseingang 18 die ganze Zeit niedrig und ein niedriger Strom wird an der VCCS 14 für die LEDs 2 während der ersten Zeitintervalle eingestellt. Die LEDs erzeugen dann nur wenig Licht und die Signallampe wird einen Betrachter wie zum Beispiel einen Zugführer oder einen Autofahrer nicht blenden.
  • Es ist zu beachten, daß ein Schaltzyklus des Schaltmittels in der Regel in der Größenordnung von Sekunden ist (z.B. die ersten Zeitintervalle von 1 s und die zweiten Zeitintervalle von 1 ms, insgesamt für einen Schaltzyklus von 1,001 s), wohingegen signifikante Änderungen der Helligkeit der Umgebung, wie zum Beispiel zwischen Tag und Nacht oder aufgrund eines Wetterwechsels, in der Größenordnung von typischerweise mehreren Minuten sind. Die Kapazität des Kondensators 20 ist so ausgewählt, daß seine Spannung (in Position PC) stabil über einen Schaltzyklus, aber variabel mit den erwarteten Helligkeitsänderungen der Umgebung ist.
  • Durch Ändern der Referenzspannung am Referenzeingang 19 kann die Grundhelligkeit der Signallampe 1 justiert werden. In der gezeigten Ausführungsform werden die Referenzspannung und die Spannung in Position PC in dem Summierverstärker 15 addiert. Die Referenzspannung bestimmt dann die minimale Lichtintensität der LEDs 2, d.h. ihre Lichtintensität in einer vollständig dunklen Umgebung. Das Verhältnis zwischen der maximalen und der minimalen Lichtintensität wird durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 23 des Abgriffsmittels 22 bestimmt. Für die typische Tag-/Nachtanpassung in Eisenbahnanwendungen wird die erfinderische Signallampenanordnung angepaßt, um ein Verhältnis der minimalen zur maximalen Lichtintensität der Signallampe von 0,1 oder niedriger zu liefern.
  • Die erfinderische Signallampenanordnung ermöglicht, einen breiten Bereich von Lichtintensitäten einzurichten. Die elektrische Schaltung kann ohne weiteres an verschiedene Typen von LEDs angepaßt werden. Die Spannung in Position PC ("Helligkeitssignal") kann verwendet werden, um einen Ausfall einer LED durch eine verringerte Spannungserzeugung während der zweiten Zeitintervalle (d.h. während der Verwendung als Photodetektor) zu detektieren. Das Verhältnis der ersten und zweiten Zeitintervalle ("Impuls-Pause-Verhältnis") kann in einem breiten Bereich ausgewählt werden. Es ist zu beachten, daß die erfinderische Signallampenanordnung und das entsprechende Verfahren nicht auf Eisenbahnanwendungen beschränkt sind, sondern auch für andere Anwendungen wie zum Beispiel Lichtsignalanlagen nützlich sind.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Signallampe (1), insbesondere einer Eisenbahnsignallampe, wobei die Signallampe (1) als ihre Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode (= LED) (2) umfaßt, und wobei die Lichtintensität der Signallampe (1) an die Helligkeit der Umgebung angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine LED (2) während der ersten Zeitintervalle als die Lichtquelle der Signallampe (1) betrieben wird, und während der zweiten Zeitintervalle die mindestens eine LED (2) als eine Photodiode betrieben wird, daß sich die ersten und zweiten Zeitintervalle mit der Zeit insbesondere periodisch abwechseln, und daß die Ausgangsspannung der LED (2) während der zweiten Zeitintervalle verwendet wird, um den Arbeitsstrom der mindestens einen LED (2) während der ersten Zeitintervalle zu regeln.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine niedrige Ausgangsspannung der LED (2) während der zweiten Zeitintervalle, d.h. eine dunkle Umgebung verwendet wird, um einen niedrigen Arbeitsstrom der mindestens einen LED (2) während der ersten Zeitintervalle, d.h. eine niedrige Lichtintensität der Signallampe (1) aufzubauen, und daß eine hohe Ausgangsspannung der LED (2) während der zweiten Zeitintervalle, d.h. eine helle Umgebung verwendet wird, um einen hohen Arbeitsstrom der mindestens einen LED (2) während der ersten Zeitintervalle, d.h. eine hohe Lichtintensität der Signallampe (1) aufzubauen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der ersten und der zweiten Zeitintervalle so ausgewählt ist, daß für einen Menschen als Beobachter die Signallampe (1) ständig in Betrieb zu sein scheint, wobei insbesondere die ersten Zeitintervalle mindestens 1,0 Sekunden lang sind und die zweiten Zeitintervalle höchstens 0,001 Sekunden lang sind.
  4. Signallampenanordnung, insbesondere Eisenbahnsignallampenanordnung, mit einer Signallampe (1), umfassend mindestens eine Leuchtdiode (= LED) (2) als ihre Lichtquelle, und mit einer elektronischen Schaltung zum Betreiben der Signallampe (1), wobei die elektronische Schaltung angepaßt ist, um die Lichtintensität der Signallampe (1) an die Helligkeit der Umgebung anzupassen, und wobei die elektronische Schaltung ein Versorgungsmittel (3) zum Speisen der mindestens einen LED (2) mit Arbeitsstrom umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung umfaßt ein Abgriffsmittel (22) zum Abgreifen der LED-Spannung der mindestens einen LED (2), ein Vergleichsmittel (13) zum Vergleichen der LED-Spannung mit einer Referenzspannung, wobei das Vergleichsmittel (13) mit dem Versorgungsmittel (3) zum Steuern des Versorgungsmittels (3) verbunden ist, und ein Schaltmittel (25) zum Umschalten der elektronischen Schaltung von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand und umgekehrt, wobei in dem ersten Zustand das Versorgungsmittel (3) mit der mindestens einen LED (2) verbunden ist, so daß die mindestens eine LED (2) als Lichtquelle der Signallampe (1) betrieben wird, und das Vergleichsmittel (13) von der mindestens einen LED (2) getrennt ist, in welchem insbesondere das Abgriffsmittel (22) von dem Vergleichsmittel (13) getrennt ist, und wobei in dem zweiten Zustand das Versorgungsmittel (3) von der mindestens einen LED (2) getrennt ist, so daß die mindestens eine LED (2) als eine Photodiode arbeitet, und das Vergleichsmittel (13) mit der mindestens einen LED (2) verbunden ist, wobei insbesondere das Abgriffsmittel (22) mit dem Vergleichsmittel (13) verbunden ist, und daß die elektronische Schaltung angepaßt ist, um die Ausgangsspannung der mindestens einen LED (2) während des zweiten Zustandes zu verwenden, um den Arbeitsstrom der mindestens einen LED (2) während des ersten Zustandes zu regeln.
  5. Signallampenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgriffsmittel (22) einen Meßwiderstand (21) und einen Operationsverstärker (23) umfaßt, der die Spannung des Meßwiderstandes (21) abgreift.
  6. Signallampenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Vergleichsmittels (13) mit einem Kondensator (20) zum Glätten der LED-Spannung während eines Schaltzyklus des Schaltmittels (25) verbunden ist.
  7. Signallampenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsmittel (13) einen Operationsverstärker umfaßt, insbesondere einen Summierverstärker (15), der mit dem Spannungseingang (18) einer spannungsgesteuerten Stromversorgung (14) verbunden ist.
  8. Signallampenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Versorgungsmittel (3) mit einer Gleichstrom-Spannungsversorgung (4) verbunden ist, und daß das Versorgungsmittel (3) einen Steuereingang (6) und einen Spannungsausgang (7) umfaßt, wobei die Spannung an dem Steuereingang (6) die Spannung an dem Spannungsausgang (7) regelt, wobei insbesondere das Versorgungsmittel (3) einen Push-Pullup-Controller (10) mit einem Spannungswandler (11) umfaßt.
  9. Signallampenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (25) einen Impulsgenerator (26) und eine Vielzahl von Schaltern (9, 17, 24) umfaßt, wobei der Impulsgenerator (26) die Stellungen der Schalter (9, 17, 24) steuert.
  10. Signallampenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signallampe (1) eine Vielzahl von LEDs (2) umfaßt, die in Reihe geschaltet sind.
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DE602005001404D1 DE602005001404D1 (de) 2007-07-26
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