DE69816958T2

DE69816958T2 - Schaltungsanordnung mit dabei passender signalleuchte

Info

Publication number: DE69816958T2
Application number: DE69816958T
Authority: DE
Inventors: Johannes Marcel BUCKS; Bernard Engbert NIJHOF
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: US6094014A; EP0929992B1; CN1139307C; EP0929992A1; DE69816958D1; JP2001501360A; WO1999007186A2; WO1999007186A3; CN1241348A; JP4260226B2; DE69816958C5

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Halbleiterlichtquelle und versehen mit

– Eingangsklemmen zum Anschließen einer Speisespannung,
– Eingangsfiltermitteln,
– einem Wandler mit einer Steuerschaltung und
– Ausgangsklemmen zum Anschließen der Halbleiterlichtquelle.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine mit einer derartigen Schaltungsanordnung versehene Signalleuchte.
Halbleiterlichtquellen werden zunehmend für Signalleuchten verwendet. Eine Halbleiterlichtquelle hat bei einer solchen Anwendung gegenüber einer üblichen Glühlampe den Vorteil, dass sie eine erheblich längere Lebensdauer und einen wesentlich geringeren Leistungsverbrauch hat als die Glühlampe. Signalleuchten sind häufig Teil eines komplizierten Signalisierungssystems, beispielsweise eines Verkehrsregelungssystems mit Verkehrsampeln. Halbleiterlichtquellen haben im Allgemeinen die Eigenschaft, dass der Betrieb als Lichtquelle durch den Wert des vom Halbleiter gelieferten Stroms bestimmt wird. Der Wandler sollte daher als Stromgenerator wirken. Ein Nachteil hiervon ist, dass bei einer defekten Halbleiterlichtquelle an den Ausgangsklemmen eine sehr hohe Spannung auftreten kann. Wenn der Betrieb in einem solchen Zustand für lange Zeit fortgesetzt wird, besteht die Gefahr eines Durchschlags in der Schaltungsanordnung, sodass diese defekt wird. Auch ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Kurzschlüssen nicht vernachlässigbar, mit allen damit verbundenen Risiken.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, bei der der obige Nachteil vermieden wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Schaltungsanordnung mit Spannungsdetektionsmitteln zur Spannungsdetektion an den Ausgangsklemmen versehen ist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahme ist, dass eine direkte Überprüfung des an den Aus gangsklemmen des Wandlers auftretenden Spannungspegels möglich ist. Dies ermöglicht nicht nur eine Detektion einer defekten Halbleiterlichtquelle, sondern jeglicher Störung eines sicheren Betriebs des Wandlers.
Vorzugsweise generieren die Spannungsdetektionsmittel ein Signal S, wenn eine Spannung Vu an den Ausgangsklemmen herrscht, die höher ist als eine Schwellenspannung Vud. Dies hat den Vorteil, dass detektiert werden kann, ob die Impedanz der angeschlossenen Halbleiterlichtquelle angestiegen ist. Eine Halbleiterlichtquelle umfasst im Allgemeinen eine Matrix aus Halbleitern, beispielsweise in Form von LEDs, die elektrisch miteinander verbunden sind. Ein Defekt in einem oder einigen der Halbleiter wird bereits zu einer erhöhten Impedanz der Lichtquelle führen. Obwohl die Zunahme der Spannung an den Ausgangsklemmen an sich für den Betrieb des Wandlers nicht nachteilig zu sein braucht, kann der Lichtstrom der Lichtquelle dadurch so stark abfallen, dass diese keine zuverlässige Signalleuchte mehr bildet. Bei einer geeigneten Wahl des Schwellenspannungspegels Vud hat diese Detektion den Vorteil, dass sie als Detektion geeignet ist, ob die Halbleiterlichtquelle vollständig oder teilweise defekt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind die Eingangsfiltermittel mit Schaltmitteln versehen, um den Wandler in einen Betriebszustand zu schalten, für den gilt, dass Vu < Vud. Dies ermöglicht es, eine Überlastung des Wandlers in einfacher und zuverlässiger Weise zu verhindern. Die Zuverlässigkeit wird insbesondere durch die Verwendung von Schaltmitteln gewährleistet, die vom Wandler getrennt sind. Die Zuverlässigkeit wird bei einer bevorzugten Ausführungsform noch weiter erhöht, bei der die Schaltmittel Abschaltmittel umfassen und das Signal S zum Betreiben des Wandlers in einem Betriebszustand zur Aktivierung der Abschaltmittel dient. Ein Vorteil hierbei ist, dass die Steuerschaltung verhältnismäßig einfach sein kann, während eine vollständige Trennung zwischen der Steuerschaltung des Wandlers einerseits und den Schaltmitteln der Eingangsfiltermittel andererseits realisiert wird, wodurch eine zuverlässige und kontrollierte Abschaltung des Wandlers gewährleistet ist. Eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit der Abschaltung des Wandlers kann vorteilhafterweise erreicht werden, indem die Schaltmittel als Sicherung ausgeführt sind. Es ist notwendig, dass die Schaltungsanordnung Nachrüstmöglichkeiten hinsichtlich bestehender Signalisierungssysteme aufweist, um die obigen Vorteile von Halbleiterlichtquellen in großem Maßstab zu realisieren. Die Verwendung der Sicherung sorgt bei einer Abschaltung des Wandlers durch die Abschaltmittel vorteilhafterweise an den Anschlussklemmen für einen Zu stand, der vergleichbar einer defekten Glühlampe ist. Die Verwendung einer Halbleiterlichtquelle als Ersatz für eine Glühlampe wird dadurch weiter begünstigt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Anschluss an ein Festkörperrelais geeignet und ist ein selbstregelndes Strombegrenzungsnetzwerk zwischen den Eingangsfiltermitteln und dem Wandler angeschlossen. Wenn der Wandler durch die Abschaltmittel abgeschaltet wird, wird auch das selbstregelnde Strombegrenzungsnetzwerk abgeschaltet. Ein Vorteil hierbei ist, dass unter diesen Umständen wieder eine Situation eintritt, die mit einer defekten Glühlampe vergleichbar ist. Dies kann folgendermaßen erklärt werden. Mit Verkehrsampeln versehene Verkehrsregelungssysteme sind üblicherweise mit einem so genannten Konfliktmonitor ausgerüstet, der regelmäßig die Spannung zwischen Anschlussklemmen einer betreffenden Verkehrsampel misst. Die Steuerung der Verkehrsampel erfolgt üblicherweise mit Hilfe eines Festkörperrelais. Wenn das Festkörperrelais nicht leitend ist, fließt gewöhnlich ein kleiner Leckstrom. Wenn die Verkehrsampel eine Glühleuchte ist, wird sie eine niedrige Impedanz haben und daher wird der durch die Lampe fließende Leckstrom nicht zu einem merkbaren Anstieg der Spannung zwischen den Anschlussklemmen fuhren. Wenn die Glühlampe defekt ist, ist dagegen ihre Impedanz sehr hoch, was bedeutet, dass das Auftreten des Leckstroms zu einem erheblichen Anstieg der Spannung zwischen den Anschlussklemmen führt. Die Spannung zwischen den Anschlussklemmen stellt für den Konfliktmonitor also ein Anzeichen dafür dar, ob die angeschlossene Lampe defekt ist oder nicht.
Bei der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen soll unter dem Betriff "Wandler" eine elektrische Schaltung verstanden werden, mit der eine von der Speisequelle gelieferte elektrische Leistung in eine Strom/Spannungskombination umgesetzt wird, die zum Betreiben der Halbleiterlichtquelle gefordert wird. Vorzugsweise wird als solcher ein mit einem oder mehreren Halbleiterschaltern versehenes Schaltnetzteil verwendet. Da moderne Schaltnetzteile im Allgemeinen Gleichspannungswandler sind, werden die Eingangsfiltermittel vorzugsweise auch mit Gleichrichtmitteln versehen, die an sich bekannt sind. Vorzugsweise ist eine mit einem eine Halbleiterlichtquelle enthaltenden Gehäuse versehene erfindungsgemäße Signalleuchte auch mit der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung versehen. Die Möglichkeiten, die Signalleuchte als Nachrüsteinheit für eine bestehende Signalleuchte zu verwenden, werden auf diese Weise stark verbessert. Die Anwendungsmöglichkeiten als Nachrüst-Signalleuchte sind optimal, wenn die Schaltungs anordnung mit einem Gehäuse versehen ist, das mit dem Gehäuse der Signalleuchte integriert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Schema der Schaltungsanordnung,
2 ein detaillierteres Schaltbild von Spannungsdetektionsmitteln zur Detektion von Spannung und
3 die Eingangsfiltermittel im Detail.
In 1 sind A und B Anschlussklemmen zum Anschließen einer Speisequelle VB, die beispielsweise mit einem Festkörperrelais versehen ist. Bezugszeichen I gibt Eingangsfiltermittel an und III einen Wandler mit einer Steuerschaltung. C und D bilden Ausgangsklemmen zum Anschließen der Halbleiterlichtquelle LB. II gibt Spannungsdetektionsmittel zur Detektion der Spannung an den Ausgangsklemmen an. Zwischen den Eingangsfiltermitteln I und dem Wandler III ist ein selbstregelndes Strombegrenzungsnetzwerk IV angeschlossen . Der Wandler III ist vorzugsweise ein mit einem oder mehreren Halbleiterschaltern ausgerüstetes Schaltnetzteil.
2 zeigt ein detaillierteres Schaltbild der Spannungsdetektionsmittel, die einen Spannungsteilerzweig umfassen, der aus einem Widerstand R1, einer Zenerdiode Z1 und einem RC-Netzwerk RC besteht. Zwischen der Zenerdiode Z1 und dem RC-Netzwerk RC gibt es einen Verbindungspunkt 1, mit dem eine Basis b eines Transistors T1 verbunden ist, um ein Signal S zu generieren, wenn an den Ausgangsklemmen eine Spannung Vu herrscht, die höher als eine Schwellenspannung Vud ist. Die Schwellenspannung wird hier durch die Zenerspannung der Zenerdiode Z1 definiert. In dem Moment, in dem die Ausgangsspannung Vu höher wird als die Schwellenspannung Vud, tritt an einem Kollektor c des Transistors T1 ein Signal S auf. Dieses Signal S wird zu der Steuerschaltung des Wandlers III geleitet.
Die Eingangsfiltermittel I sind in 3 im Detail dargestellt und umfassen zwei gekoppelte Selbstinduktivitäten L, die zusammen mit Kondensatoren C1, C2 und Widerständen R2, R3 ein Filter zum Unterdrücken von elektromagnetischer Störung bilden. Auch eine Sicherung F ist Teil der Eingangsfiltermittel, die darin als Abschaltmittel wirkt.
Die Abschaltmittel bilden somit Schaltmittel, um den Wandler in einen Betriebszustand zu schalten, für den gilt Vu < Vud.
Das Signal S, das zur Steuerschaltung des Wandlers III geleitet wird, dient dazu, den Wandler in einem Betriebszustand zu betreiben, der zur Aktivierung der Abschaltmittel führt.
Bei einer praktischen Realisierung der Ausführungsform der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist diese Schaltungsanordnung zum Anschluss an eine Speisequelle mit einer Spannung von zumindest 80 V, 60 Hz und höchstens 135 V, 60 Hz geeignet sowie zum Betreiben einer Halbleiterlichtquelle mit einer Matrix aus 3 × 6 LEDs, Hersteller Hewlett-Packard, mit einer Durchlassspannung V_F zwischen 2 V und 3 V, definiert bei 250 mA und bei einer Umgebungstemperatur von 25°C. Die beschriebene Ausführungsform ist sehr gut für eine Verwendung als Verkehrsampel in einem Verkehrsregelungssystem geeignet. Der Wandler III wird von einem Schaltnetzteil gebildet, das mit einem Halbleiterschalter versehen ist. Die Zenerdiode Z1 der Spannungsdetektionsmittel II hat eine Zenerspannung von 27 V. Der Widerstand R1 hat einen Wert von 1 kΩ. Der Transistor T1 ist vom Typ BCX70 (Hersteller Philips). Das RC-Netzwerk RC umfasst eine Parallelschaltung aus einem 10-kΩ -Widerstand und einem 10-nF-Kondensator. Der Transistor T1 wird leitend und Strom beginnt durch den Kollektor c zu fließen, sobald die Ausgangsspannung gleich Vu ist und höher als 27 V bleibt. Dieser Strom durch den Kollektor c bildet das Signal S. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Kollektor c mit einem Triggereingang eines IC vom Typ TLP555 (Hersteller TI) verbunden, der ein Tel der Steuerschaltung des Schaltnetzteils ist. Dies bewirkt, dass der Halbleiterschalter des Schaltnetzteils so geschaltet wird, dass das Schaltnetzteil der Speisequelle einen kontinuierlichen starken Strom entzieht.
Die zwei gekoppelten Selbstinduktivitäten L der Eingangsfiltermittel I haben je einen Wert von 1,5 μH, die Kondensatoren C1 und C2 haben je einen Wert von 100 nF und die Widerstände R2 und R3 haben einen Wert von je 5,6 Ω . Die Sicherung F, die Teil der Eingangsfiltermittel ist, wird von dem Sicherungswiderstand von 10 Ω gebildet, Typ NFR25H, Hersteller Philips.
Die mit einem Gehäuse versehene Schaltungsanordnung ist Teil einer Signalleuchte, die mit einem eine Halbleiterlichtquelle enthaltenden Gehäuse versehen ist, wobei das Gehäuse der Schaltungsanordnung mit dem Gehäuse der Signalleuchte integriert ist. Die beschriebene Ausführungsform ist sehr gut für eine Verwendung als Verkehrsampel in einem Verkehrsregelungssystem geeignet.

Claims

Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Halbleiterlichtquelle und versehen mit – Eingangsklemmen zum Anschließen einer Speisespannung, – Eingangsfiltermitteln, – einem Wandler mit einer Steuerschaltung und – Ausgangsklemmen zum Anschließen der Halbleiterlichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung mit Spannungdetektionsmitteln zur Spannungsdetektion an den Ausgangsklemmen versehen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsdetektionsmittel ein Signal S generieren, wenn eine Spannung Vu an den Ausgangsklemmen herrscht, die höher ist als eine Schwellenspannung Vud.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsfiltermittel mit Schaltmitteln versehen sind, um den Wandler in einen Betriebszustand zu schalten, für den gilt, dass Vu < Vud.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel Abschaltmittel umfassen und das Signal S zum Betreiben des Wandlers in einem Betriebszustand zur Aktivierung der Abschaltmittel dient.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel als Sicherung ausgeführt sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung zum Anschluss an ein Festkörperrelais geeignet ist und dass ein selbstregelndes Strombegrenzungsnetzwerk zwischen den Eingangsfiltermitteln und dem Wandler angeschlossen ist.
Mit einem Gehäuse versehene Signalleuchte, die eine Halbleiterlichtquelle enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleuchte mit der Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist.
Signalleuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung mit einem Gehäuse versehen ist, das mit dem Gehäuse der Signalleuchte integriert ist.