EP1233654A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Kennlinienanpassung einer Leuchtdiode - Google Patents

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EP1233654A1
EP1233654A1 EP02090012A EP02090012A EP1233654A1 EP 1233654 A1 EP1233654 A1 EP 1233654A1 EP 02090012 A EP02090012 A EP 02090012A EP 02090012 A EP02090012 A EP 02090012A EP 1233654 A1 EP1233654 A1 EP 1233654A1
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EP
European Patent Office
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arrangement
led
current
light
emitting diode
Prior art date
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Application number
EP02090012A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Zimmermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1233654A1 publication Critical patent/EP1233654A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/12—Visible signals
    • B61L5/18—Light signals; Mechanisms associated therewith, e.g. blinders
    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1881—Wiring diagrams for power supply, control or testing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/52—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a parallel array of LEDs

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for Characteristic curve adaptation of a light-emitting diode arrangement and to a Light-emitting diode arrangement, in particular a light-emitting diode arrangement for a railway signal system.
  • Light-emitting diodes (hereinafter referred to as LED) meanwhile reached a brightness that their use in Enable traffic signal systems.
  • LED Light-emitting diodes
  • Traffic lights with signaling devices that act as light emitting Elements have light emitting diodes.
  • railway light signal systems in which LEDs are used as light emitters. This is about but it is only a matter of complete systems First installation of signal systems. Here the operating conditions and the peripherals for control and Monitoring optimally to the requirements of LED technology can be set.
  • the peripheral ones are usually Conditions such as the energy supply parameters fixed and specifically designed for conventional Types of signal lamps. Additional problems arise if the feeding conditions, that is, the conditions of the Supply of electrical energy, on compliance with certain Parameters are monitored and non-compliance the conditions of safety-relevant reactions of the system must be done.
  • the object of the present invention is a Develop circuitry with the help of signal lamps conventional type to be replaced by LED arrangements and at the same time the remaining components of the underlying Leave the signal system largely unchanged.
  • circuit arrangement with the Features of claim 1 solved.
  • Preferred further training the circuit arrangement are the subject of the dependent claims 2 to 4.
  • An LED signal lamp with a Circuit arrangement according to the invention is the subject of 5.
  • a particularly preferred light signal arrangement is the subject of claim 6 and a particularly preferred use of the circuit arrangement, the light emitting diode signal lamp or the light signal arrangement is the subject of claim 7.
  • a method according to which the circuit arrangement works is the subject of the claim 8.
  • a preferred further development of the process is the subject of claim 9.
  • the circuit arrangement according to the invention is parallel to the arrangement of light emitting diodes from at least one a switching element and a load resistor.
  • the Switching element that is, its current path, has in the on State a variable electrical resistance, the resistance value of which is regulated by a control signal becomes.
  • the switching element is for this purpose to an evaluation device coupled, the operating voltage of the LED arrangement detected.
  • the evaluation device controls on the basis of the detected input signal of the operating voltage Switching element depending on the detected operating voltage such that a load current over the load resistance flows.
  • the sum of the load current and the LED current results a current value assigned to the operating voltage on a through external elements, especially monitoring devices, given current-voltage characteristic.
  • the switching element is a Transistor whose current path is in series with the load resistor is switched and its control path to an operational amplifier is coupled.
  • the operational amplifier transmits during operation a control signal to the control connection, the type from the operating voltage signal at the corresponding input of the Operational amplifier depends. Controls with the control signal the operational amplifier the conductivity of the current path of the transistor depending on the level of the operating voltage.
  • the circuit arrangement a voltage divider circuit connected in parallel to the LED arrangement.
  • the center tap the circuit arrangement is on one non-inverting input of the operational amplifier and to an inverting input of the operational amplifier a reference voltage source is coupled.
  • Circuit arrangement advantageously allow an exchange conventional signal lamps by means of LED arrangements without too much technical effort and without the periphery to the signal lamp with regard to its electrical energy supply and adapt the monitoring measures to have to.
  • the circuit arrangement is particularly suitable for light signal arrangements, which at night to reduce the Luminous intensity of the signal with the lowest possible operating voltage (Night dining conditions) are operated and the on Day with the greatest possible operating voltage.
  • the Switching element is maximum for this at night dining conditions permeable and more resistive in day-to-day conditions.
  • the circuit arrangement, the light-emitting diode arrangement, is particularly preferred or the light signal arrangement in a railway light signal system used where a conventional Signal lamp to be replaced by an LED arrangement.
  • the light-emitting diode arrangement connected in parallel to the circuit arrangement a parallel connection is particularly preferred from a variety of individual LED components or from a variety of LED series connections from several LEDs.
  • the circuit arrangement enables a safe signal Adaptation of the electrical characteristic of an LED signal lamp to the characteristic of a conventional signal lamp.
  • "Technically signal safe” in this case means the arrangement even in the event of a fault (component failure, etc.) in advance definable limits responded.
  • the circuit arrangement consumes in the faultless state at the lowest operating voltage (for example under night dining conditions) the greatest current. With the greatest operating voltage (for example, in the case of daily dining conditions) is the Power consumption of the circuit arrangement reduced.
  • LED signal lamp equipped with this circuit arrangement (LED arrangement including circuit arrangement for Characteristic curve adaptation) is about in railway beacon systems a wide voltage range can be used, the electrical Characteristic values of this LED signal lamp in a faultless state almost identical to the electrical characteristics of a conventional one Signal lamp are. Leave in faulty condition advantageously specify limit conditions which apply to Proof of the signal-safe function are required.
  • the particular advantage of the circuit arrangement according to the invention is that the amount of total resistance of load resistance and switching element of the Amount of operating voltage depends and not just a single one has a fixed value.
  • the ratio of current through the LED arrangement to the current through the The parallel branch with the load resistance thus varies depending on the level of the operating voltage.
  • the parallel string from load resistance and switching element with low resistance and at high operating voltages like for example in daytime dining conditions are present, high impedance.
  • the circuit arrangement fulfills the basic functionality according to the invention, after which to adjust the current flow by an LED signal lamp to an external energy supply and monitoring devices predetermined characteristic by means of a switch connected in parallel to the LED arrangement adjustable load circuit on the level of the operating voltage for the LED arrangement dependent load current is generated. This additional load current, results in total with the LED current through the LED arrangement one of the at the LED arrangement assigned operating voltage Current value on the specified characteristic.
  • the circuit arrangement, light emitting diode signal lamp or Light signal arrangement according to the invention is quite suitable particularly preferred for use in a signaling system, in which the light emitting diode arrangement from a far from this arranged energy supply and control device, which is located in a control center, for example, is supplied. This is particularly the case in light signal systems of rail traffic, road traffic light systems and light signal systems for air traffic.
  • the circuit diagram of FIG. 4 shows a circuit arrangement which is connected in parallel to an LED arrangement according to FIG. 2 and which absorbs the differential current shown in FIG. 3 (dashed line) as a function of an operating voltage U B of the LED arrangement.
  • the circuit arrangement essentially has an operational amplifier OPV, a reference voltage source Uref, and a series circuit comprising a transistor T and a load resistor R L , which is connected in parallel to the LED arrangement.
  • a series circuit comprising a load resistor R L and the current path EC (emitter collector) of a transistor T is connected in parallel with the LED arrangement to the operating voltage (U B ) source.
  • the transistor T is, for example, a pnp bipolar transistor. In principle, however, any other type of transistor can also be used.
  • a voltage divider device Parallel to the LED arrangement is a voltage divider device, consisting of a series connection of a first electrical resistance R1 and a second electrical resistance R2, connected upstream of a fuse Si is.
  • the center tap M of the voltage divider circuit is R1, R2 to the non-inverting input "+" of an operational amplifier OPV laid.
  • Parallel to the voltage divider device R1, R2 is a series connection of a third electrical Resistor R3, a fourth electrical resistor R4 and a reference voltage (Uref) source switched.
  • the connecting line between the third R3 and the fourth electrical Resistor R4 is on inverting input "-" of the operational amplifier OPV.
  • the inverting input of the op amp is over a fifth electrical resistance R5 with the output of the operational amplifier OPV connected, which in turn with the control input B (Base) of the transistor T is connected.
  • the output of the operational amplifier OPV has negative potential and the transistor T is conductive.
  • the load resistor R L is connected in parallel with the LED arrangement and thus also with the operating voltage (U B ) source. This leads to an additional current flow parallel to the LED arrangement, as a result of which the rest of the signal system "sees" a small electrical resistance of the LED signal lamp, that is to say an LED arrangement including a circuit arrangement for matching characteristic curves connected in parallel therewith.
  • the operational amplifier OPV regulates its output against + as long as until the voltages at the inverting input "-" and at the non-inverting input "+” match again.
  • the output of the operational amplifier OPV thereby switches through depending on the operating voltage from "-" to "+".
  • the transistor T changes from the fully conductive to the blocked state, as a result of which the current flow through the fifth electrical resistor R5 is reduced to zero.
  • the reference voltage at the inverting input of the operational amplifier OPV is determined by the reference voltage source Uref and the voltage divider, consisting of the electrical resistors R 3 , R 4 and R 5 .
  • the increase in the output voltage of the operational amplifier OPV can be adjusted with the help of the third and fifth electrical resistance.
  • the operating voltage U B at which the current is reduced by the load resistor RL, is set with the voltage divider R1, R2.
  • the arrangement is preferably set in such a way that at the lowest operating voltage U B to be assumed (for example in the case of night food links in a railway light signal system) the transistor T is fully activated on the signal lamp, that is to say the current path EC is at most conductive and that with the largest operating voltage U B to be assumed (for Example in daytime feed conditions in a railway light signal system) the transistor T is fully blocked, that is to say the current path EC has maximum electrical resistance.
  • U B to be assumed for example in the case of night food links in a railway light signal system
  • the transistor T is fully activated on the signal lamp, that is to say the current path EC is at most conductive and that with the largest operating voltage U B to be assumed (for Example in daytime feed conditions in a railway light signal system) the transistor T is fully blocked, that is to say the current path EC has maximum electrical resistance.
  • the load resistor R L is designed as a safety design, which means that in the event of a fault, only a defined resistance reduction (for example 10%) has to be expected.
  • a defined resistance reduction for example 10%
  • an increase in electrical resistance can be assumed.
  • the fuse Si is inserted in such a way that an assumed short circuit of the operational amplifier OPV, the transistor T, the reference voltage source Uref and the five electrical resistors R1 to R5 limits the resulting fault current.
  • the current corresponding to the dash-dotted line 51 results when, for example, the collector-emitter path CE of the transistor T is short-circuited, but also when the output of the operational amplifier OPV is constantly at minus potential. Due to the fact that the electrical load resistance R L cannot decrease significantly in the event of a fault, the current through the load resistance R L cannot increase beyond the curve shown in dash-dotted line 51. Regardless of which component error is assumed in the circuit arrangement according to FIG. 4.
  • the dotted line 52 of the diagram in FIG. 5 represents the current profile which is limited by the fuse Si. This current value is preferably substantially smaller than the current according to the dash-dotted line 51. This is ensured by the selection of suitable components.
  • the response value of the fuse Si is 30 mA, a current of 500 mA flowing through the load resistor R L and a current of 300 mA flowing through the LED in the event of post-tensioning.
  • the solid line 53 of the diagram in FIG. 5 shows the maximum total current to be assumed for the circuit arrangement in accordance with FIG. 4 in the event of a fault and is the sum of the current through the load resistor R L (dash-dotted line 51) and the current through the fuse Si (dotted line 52).
  • FIG. 6 shows a good agreement of the Current consumption of an LED signal, consisting of an LED arrangement according to Figure 2 and one connected in parallel Circuit arrangement according to Figure 4, in the fault-free state with the current consumption of a conventional signal lamp.
  • NS Below of the night voltage value NS is the current consumption of the LED signal lamp slightly smaller than the current consumption of one conventional signal lamp. But it comes with small ones Operating voltages to a current flow, causing the LED signal lamp behaves with low resistance and is therefore insensitive against interference voltages.
  • the characteristic curve shown in the diagram in FIG. 6 in the event of a fault Circuit arrangement represents a maximum value which is not exceeded, no matter what error in the Circuit arrangement is adopted.
  • the behavior of the LED signal lamp is thus almost up to the night voltage value NS identical to the behavior of the conventional signal lamp.
  • Above of the night voltage value NS in the event of a fault Circuit arrangement come to an additional current flow, which is also capped.
  • circuit arrangement according to FIG. 4 represents only one possible variant of the circuit arrangement according to the invention.
  • any type of electronic switch can be used instead of the transistor T.
  • the use of mechanical switches, such as relays, is also conceivable, but depending on the respective operating voltage, electrical load resistors R L of different sizes must be switched (with a low operating voltage, a smaller load resistor, with a large operating voltage, a larger load resistor).
  • a circuit arrangement is preferably suitable for this according to the circuit diagram of Figure 7.
  • a rectifier bridge GR1 and a filter element for the generation of a internal DC voltage before the input of the evaluation device 4 switched.
  • the fuse Si is in front of the rectifier bridge GR1 arranged. Component defects on the Rectifier bridge (short circuit of a diode) through the fuse Si be caught with.
  • Parallel to the LED arrangement is a parallel arrangement 3 from a first series connection off, load resistor RL1, transistor T1 and diode D1 and one second series connection of load resistor RL2, transistor T2 and diode D2 connected. The pass directions of the two Series connections are directed in opposite directions.
  • the two control connections B1 and B2 of the two transistors T1 and T2 are connected to the output of the operational amplifier OPV connected, the input circuit of which described above Circuit arrangement according to Figure 4 corresponds.
  • the Rectifier bridge GR1 with the filter element is between the operating voltage connection and operational amplifier OPV switched and supplies the voltage divider R1, R2 with DC voltage.
  • the load resistors RL1 and RL2 and the transistors T1 and T2 are arranged in front of the fuse Si. For every half wave is a transistor T1 or T2 and a load resistor RL1 or RL2 used.
  • the diodes D1 and D2 prevent this kind of switches a current of the other half wave flows into the collector of the transistors T1 and T2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) zur Kennlinienanpassung einer Leuchtdiodenanordnung (2). Bei dieser ist parallel zur Leuchtdiodenanordnung (2) mindestens eine Serienschaltung (3) aus einem Schaltelement (S) und einem Lastwiderstand (RL) geschaltet und das Schaltelement (S) ist an eine Auswerteeinrichtung (4) gekoppelt, die die Betriebsspannung (UB) der Leuchtdiodenanordnung (2) erfasst und das Schaltelement (S) in Abhängigkeit von der erfassten Betriebsspannung (UB) ansteuert. Über den Lastwiderstand (RL) fließt, gesteuert durch die Auswerteeinrichtung, ein Laststrom (IL). Die Summe aus Laststrom (IL) und Leuchtdiodenstrom (ILED) ergibt einen der Betriebsspannung (UB) zugeordneten Stromwert (I) auf einer durch externe Elemente, insbesondere Überwachungseinrichtungen, vorgegebenen Strom-Spannungskennlinie (U-I-Kennlinie). Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Leuchtdiodenschaltungsanordnung und eine bevorzugte Verwendung der Leuchtdioden-Signallampe. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung einer Leuchtdiodenanordnung und auf eine Leuchtdiodenanordnung, insbesondere eine Leuchtdiodenanordnung für eine Eisenbahnsignalanlage.
Lichtemittierende Dioden (im Weiteren kurz LED genannt) haben mittlerweile eine Helligkeit erreicht, die deren Einsatz in Verkehrssignalanlagen ermöglichen. Bekannt sind beispielsweise Straßenverkehrsampeln mit Signalgebern, die als lichtemittierende Elemente Leuchtdioden aufweisen. Weiterhin sind auch bereits Eisenbahnleuchtsignalanlagen bekannt, bei denen als Lichtemitter Leuchtdioden eingesetzt sind. Hierbei handelt es sich aber ausschließlich um Anlagen zur kompletten Erstinstallation von Signalsystemen. Hierbei können die Betriebsbedingungen und die Peripherie zur Ansteuerung und Überwachung optimal auf die Anforderungen der LED-Technik eingestellt werden.
Diese optimalen Voraussetzungen sind in bestehenden Signalanlagen, die ursprünglich mit andersartigen Signallampen oder -lichtquellen, wie beispielsweise propanbetriebene Formsignale, ausgestattet sind, nicht gegeben. Die im Einsatz befindlichen elektrischen Schaltungen in Lichtsignalanlagen sind auf das elektrische Verhalten einer herkömmlichen Signallampe und nicht einer LED-Anordnung abgestimmt.
Der elektrische Widerstand dieser herkömmlichen Signallampen vergrößert sich mit zunehmender Betriebsspannung, im Gegensatz zu Leuchtdioden, die bei Betriebsspannungen kleiner als die Flußspannung einen sozusagen unendlich hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Dies ist im Diagramm der Figur 1 verdeutlicht, in dem der elektrische Widerstand über der Betriebsspannung aufgetragen ist und der Verlauf des elektrischen Widerstandes einer herkömmlichen Signallampe (durchgezogene Kurve) dem einer LED-Anordnung (gepunktete Kurve) gemäß Figur 2 gegenübergestellt ist. Bei der LED-Anordnung gemäß dem Schaltplan von Figur 2 sind eine Mehrzahl von Einzel-LEDs 20 parallelgeschaltet und jede Einzel-LED besitzt einen Vorwiderstand 21.
Aus dem Diagramm der Figur 1 ist der Unterschied im elektrischen Verhalten der LED-Anordnung zur Signallampe herkömmlicher Art deutlich sichtbar. Bei kleinen Betriebsspannungen besitzt die herkömmliche Signallampe einen kleinen elektrischen Widerstand, welcher sich bei größer werdender Betriebsspannung erhöht. Dagegen besitzt die LED-Anordnung bei kleinen Betriebsspannungen einen sehr großen elektrischen Widerstand, welcher sich mit größer werdender Betriebsspannung verkleinert.
Bei den bestehenden Signalanlagen sind in der Regel die peripheren Bedingungen wie beispielsweise die Energieversorgungsparameter fest vorgegeben und zwar ausgelegt auf herkömmliche Arten von Signallampen. Zusätzliche Probleme ergeben sich, wenn die Speisebedingungen, das heißt die Bedingungen der Versorgung mit elektrischer Energie, auf die Einhaltung bestimmter Parameter überwacht werden und bei Nichteinhaltung der Bedingungen sicherheitsrelevante Reaktionen der Anlage erfolgen müssen.
Ein auf LEDs basierendes Eisanbahnleuchtsignal, das versucht, diese Problematik zu beseitigen, ist beispielsweise aus der WO 95/12512 bekannt. Bei diesem erfolgt eine Anpassung des elektrischen Widerstands des LED-Signals mit einer seriellen LED-Anordnung an den einer ursprünglich an Stelle der LED-Anordnung vorhandenen Signallampe mittels eines elektrischen Widerstandes, der nach einer vorausgehenden Überprüfung der LED-Anordnung im Ruhezustand (hier ist unter anderem ein Schalter im Parallelstrang des Lastwiderstandes offen) parallel zur seriellen LED-Anordnung geschaltet wird, sofern die LED-Anordnung in Ordnung ist. Der parallelgeschaltete Lastwiderstand führt im Betrieb zu einem zusätzlichen Sromfluß, der dann zusammen mit dem Strom durch die serielle LED-Anordnung einen Gesamtstromfluß bewirkt, der den Stromverbrauch einer ursprünglich vorgesehenen Art von Signallampe sozusagen simuliert. Im Stellwerk der Eisenbahnanlage wird auf diese Weise die ordnungsgemäße Funktion der Lampe angezeigt.
Bei dieser bekannten Anordnung tritt jedoch die Schwierigkeit auf, dass die Anpassung der LED-Anordnung an das elektrische Verhalten einer Signallampe, für die die Signalanlage ursprünglich ausgelegt ist, nur in einem engen Speisespannungsbereich gewährleistet ist. Dies führt besonders bei Signalanlagen zu Nachteilen, bei denen eine Nachtspannungsabsenkung zur Verringerung der Lichtstärke in der Nacht vorgesehen ist, um Überstrahlungen und Blendungen zu verhindern.
Zu weiteren Problemen führt die Tatsache, dass sich das Signal im Grundzustand, das heißt bei nicht angesteuertem Signal und abgeschaltetem Parallelwiderstand, wesentlich hochohmiger als eine herkömmliche Signallampe verhält. Die Anfälligkeit gegenüber Störsignalen ist dadurch wesentlich höher und es kann unter Umständen zu gefährlichen Zuständen, wie Resonanzerscheinungen, die ein Blinken des Signals zur Unzeit bewirken können, oder auch zur erhöhten Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischen Ladungen führen.
Schließlich ist bei der bekannten Anordnung nachteilig, dass bei Ausfall einer einzigen Leuchtdiode in der seriellen Anordnung das gesamte Signal ausfällt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, mit Hilfe der Signallampen herkömmlicher Art durch LED-Anordnungen zu ersetzen und gleichzeitig die übrigen Bestandteile der zugrundeliegenden Signalanlage weitestgehend unverändert zu belassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Schaltungsanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4. Eine Leuchtdioden-Signallampe mit einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruches 5. Eine besonders bevorzugte Leuchtsignalanordnung ist Gegenstand des Patentanspruches 6 und eine besonders bevorzugte Verwendung der Schaltungsanordnung, der Leuchtdioden-Signallampe bzw. der Leuchtsignalanordnung ist Gegenstand des Patentanspruches 7. Ein Verfahren, nach dem die Schaltungsanordnung arbeitet, ist Gegenstand des Patentanspruches 8. Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruches 9.
Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist parallel zur Leuchtdiodenanordnung mindestens eine Serienschaltung aus einem Schaltelement und einem Lastwiderstand geschaltet. Das Schaltelement, das heißt dessen Strompfad, besitzt im eingeschalteten Zustand einen variablen elektrischen Widerstand, dessen Widerstandswert durch ein Ansteuersignal geregelt wird. Das Schaltelelment ist hierfür an eine Auswerteeinrichtung gekoppelt, die die Betriebsspannung der Leuchtdiodenanordnung erfasst. Die Auswerteeinrichtung steuert auf der Basis des erfassten Eingangssignals der Betriebsspannung das Schaltelement in Abhängigkeit von der erfassten Betriebsspannung derart an, dass über den Lastwiderstand ein Laststrom fließt. Die Summe aus Laststrom und Leuchtdiodenstrom ergibt einen der Betriebsspannung zugeordneten Stromwert auf einer durch externe Elemente, insbesondere Überwachungseinrichtungen, vorgegebenen Strom-Spannungskennlinie.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das Schaltelement ein Transistor, dessen Strompfad mit dem Lastwiderstand in Reihe geschaltet ist und dessen Steuerpfad an einen Operationsverstärker gekoppelt ist. Im Betrieb sendet der Operationsverstärker ein Steuersignal an den Steueranschluß, dessen Art vom Betriebsspannungssignal am entsprechendem Eingang des Operationsverstärkers abhängt. Mit dem Steuersignal steuert der Operationsverstärker die Leitfähigkeit des Strompfades des Transistors foglich in Abhängigkeit von der Höhe der Betriebsspannung.
Besonders bevorzugt ist bei der zuletzt angegebenen Ausführungform der Schaltungsanordnung eine Spannungsteilerschaltung parallel zur Leuchtdiodenanordnung geschaltet. Der Mittelabgriff der Schaltungsanordnung ist hierbei auf einen nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gelegt und an einen invertierdenden Eingang des Operationsverstärkers ist eine Referenzspannungsquelle gekoppelt.
Diese speziellen Ausführungformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erlauben vorteilhafterweise einen Austausch herkömmlicher Signallampen durch Leuchtdiodenanordnungen ohne allzu großem technischen Aufwand und ohne die Peripherie zur Signallampe hinsichtlich ihrer elektrischen Energieversorgung und der Überwachungsmaßnahmen besonders anpassen zu müssen.
Die Schaltungsanordnung eignet sich besonders für Leuchtsignalanordnungen, die in der Nacht zur Verringerung der Lichtstärke des Signals mit einer kleinstmöglichen Betriebsspannung (Nachtspeisebedingungen) betrieben werden und die am Tag, mit größtmöglicher Betriebsspannung betrieben werden. Das Schaltelement ist hierzu bei Nachtspeisebedingungen maximal durchlässig und bei Tagspeisebedingungen hochohmiger.
Besonders bevorzugt wird die Schaltungsanordnung, die Leuchtdiodenanordnung bzw. die Leuchtsignalanordnung in einer Eisenbahnleuchtsignalanlage verwendet, bei der eine herkömmliche Signallampe durch eine LED-Anordnung ersetzt werden soll.
Die parallel zur Schaltungsanordnung geschaltete Leuchtdiodenanordnung ist besonders bevorzugt eine Parallelschaltung aus einer Vielzahl von einzelnen LED-Bauelementen oder aus einer Vielzahl von LED-Reihenschaltungen aus mehreren LEDs.
Die Schaltungsanordnung ermöglicht eine signaltechnisch sichere Anpassung der elektrischen Kennlinie einer LED-Signallampe an die Kennlinie einer herkömmlichen Signallampe. "Signaltechnisch sicher" bedeutet in diesem Fall, dass die Anordnung auch im Fehlerfall (Bauteilausfall etc.) in vorher bestimmbaren Grenzen reagiert.
Die Schaltungsanordnung verbraucht im fehlerfreien Zustand bei kleinster Betriebsspannung (zum Beispiel bei Nachtspeisebedingungen) den größten Strom. Bei größter Betriebsspannung (zum Beispiel bei Tagspeisebedingungen) ist dagegen der Stromverbrauch der Schaltungsanordnung reduziert.
Eine mit dieser Schaltungsanordnung ausgerüstete LED-Signallampe (LED-Anordnung einschließlich Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung) ist in Eisenbahnleuchtsignalanlagen über einen weiten Spannungsbereich einsetzbar, wobei die elektrischen Kennwerte dieser LED-Signallampe im fehlerfreien Zustand nahezu identisch den elektrischen Kennwerten einer herkömmlichen Signallampe sind. Im fehlerhaften Zustand lassen sich vorteilhafterweise Grenzbedingungen angeben, welche zum Nachweis der signaltechnisch sicheren Funtion benötigt werden.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, insbesondere gegenüber der in der WO 95/12512 beschriebenen Anordnung, besteht somit darin, daß die Höhe des Gesamtwiderstandes von Lastwiderstand und Schaltelement von der Höhe der Betriebsspannung abhängt und nicht nur einen einzigen festen Wert aufweist. Das Verhältnis der Stromstärke durch die Leuchtdiodenanordnung zur Stromstärke durch den Parallelzweig mit dem Lastwiderstand variiert damit in Abhängigkeit von der Höhe der Betriebsspannung. Bei der Anordnung gemäß der WO 95/12512 wird hingegen nach einem Überprüfungsschritt der LED-Anordnung im Ruhezustand bei geöffnetem Schalter und damit offenem Parallelstrang der Schalter geschlossen, sofern die LED-Anordnung bei dem Überprüfungsschritt als in Ordnung befunden wird.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist hingegen bei niedrigen Betriebsspannungen, beispielsweise bei Nachtspeisebedingungen mit gegenüber Tagspeisebedingungen abgesenkter Betriebsspannung, der Parallelstrang aus Lastwiderstand und Schaltelement niederohmig und bei hohen Betriebsspannungen, wie sie beispielsweise bei Tagspeisebedingungen vorliegen, hochohmig.
Die Parallelschaltung aus einer Vielzahl von LED-Bauelementen oder LED-Bauelementreihen bringt den besonderen Vorteil mit sich, dass bei Ausfall eines einzigen LED-Bauelements nicht gleich das gesamte Signal ausfällt, sondern dass die übrigen fehlerfreien LED-Bauelemente eine Aufrechterhaltung der Funktion des Signals ermöglichen. Ein Überwachungsaufwand, wie er bei der aus WO95/12512 bekannten Anordnung erforderlich ist, kann vorliegend folglich entfallen.
Die Schaltungsanordnung erfüllt die prinzipielle Funktionsweise gemäß der Erfindung, wonach zum Anpassen des Stromflusses durch eine LED-Signallampe an eine durch externe Energieversorgungs- und Überwachungseinrichtungen vorgegebene Kennlinie mittels eines parallel zur LED-Anordnung geschalteten regelbaren Lastkreises ein von der Höhe der Betriebsspannung für die LED-Anordnung abhängiger Laststrom erzeugt wird. Dieser zusätzliche Laststrom, ergibt in Summe mit dem Leuchtdiodenstrom durch die LED-Anordnung einen der jeweils an der LED-Anordnung anliegenden Betriebsspannung zugeordneten Stromwert auf der vorgegebenen Kennlinie.
Weitere Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus dem im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 3 bis 7 erläuterten Ausführungsbeispiel.
Die Schaltungsanordnung, Leuchtdioden-Signallampe bzw. Leuchtsignalanordnung gemäß der Erfindung eignet sich ganz besonders bevorzugt für die Verwendung in einer Signalanlage, bei der die Leuchtdiodenanordnung von einer weit entfernt von dieser angeordneten Energieversorgungs- und Steuereinrichtung, die sich beispielsweise in einer Leitzentrale befindet, versorgt wird. Dies ist insbesondere der Fall in Leuchtsignalanlagen des Schienenverkehrs, Straßenverkehrsleuchtsignalanlagen und Leuchtsignalanlagen des Luftverkehrs.
Figurenbeschreibung:
Es zeigen:
Figur 1
(oben bereits näher erläutert), ein Diagramm, in dem die Widerstands-Spannungskennlinien einer herkömmlichen Signallampe und einer LED-Anordnung gemäß Figur 2 schematisch dargestellt sind;
Figur 2
(oben bereits näher erläutert), ein Schaltdiagramm einer LED-Anordnung zum Einsatz in einer Leuchtsignalanlage an Stelle einer herkömmliche Signallampe;
Figur 3,
ein Strom-Spannungsdiagramm, in dem schematisch die Strom-Spannungskennlinien einer herkömmlichen Signallampe und einer LED-Anordnung nach Figur 2 sowie die Differenzkurve der beiden Kennlinien eingetragen sind;
Figur 4,
ein Schaltdiagramm des Ausführungsbeispiels;
Figur 5,
ein Strom-Spannungsdiagramm, in dem schematisch die Strom-Spannungskennlinien des maximalen Stromes durch den Lastwiderstand und des maximalen Stromes durch die Sicherung der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel und die Summe der beiden Ströme aufgetragen sind;
Figur 6,
ein Strom-Spannungsdiagramm, in dem schematisch die Strom-Spannungskennlinien einer herkömmlichen Signallampe, einer LED-Anordnung im fehlerfreien Zustand und einer LED-Anordnung mit maximal anzunehmendem Fehlerstrom der Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung aufgetragen sind; und
Figur 7,
ein Schaltdiagramm eines Ausführungsbeispieles für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für Wechselspannungsbetrieb.
In dem Strom-Spannungs-Diagramm von Figur 3 ist auf der Ordinate der Lampenstrom I in beliebigen Einheiten und an der Abszisse die Betriebsspannung U in beliebigen Einheiten aufgetragen. Die Kurven machen deutlich, wie sich die Strom-Spannungkennlinie einer herkömmlichen Signallampe (durchgezogene Linie) von der einer (herkömmlichen) LED-Anordnung nach Figur 2 (gepunktete Linie), die keinen erfindungsgemäßen Schaltungsteil zur Kennlinienanpassung aufweist, unterscheidet. Zusätzlich ist die Differenzkurve (gestrichelte Linie) der beiden Kennlinien eingetragen, das heißt, der Stromanteil, welcher in Abhängigkeit von der Spannung fehlt, um bei der LED-Anordnung den gleichen elektrischen Strom zu erhalten wie bei, der herkömmlichen Signallampe. Aus dem Diagramm ist deutlich zu erkennen, dass im Bereich einer reduzierten Betriebsspannung, wie sie beispielsweise in Eisenbahnsignalanlagen bei Nachtspeisebedingungen vorliegt, dieser Strom ein Maximum besitzt. Im ober Betriebsspannungsbereich, wie beispielsweise bei Tagspeisebedingungen in Eisenbahnsignalanlagen, geht die Differenz dagegen gegen Null.
Der Schaltplan von Figur 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, die parallel zu einer LED-Anordnung gemäß Figur 2 geschaltet wird und die in Abhängigkeit von einer Betriebsspannung UB der LED-Anordnung den in Figur 3 gezeigten Differenzstrom (gestrichelte Linie) aufnimmt.
Die Schaltungsanordnung weist im Wesentlichen einen Operationsverstärker OPV, eine Referenzspannungsquelle Uref, sowie eine Serienschaltung aus einem Transistor T und einem Lastwiderstand RL auf, die parallel zur LED-Anordnung geschaltet ist.
Die Summe aus dem Strom durch die LED-Anordnung und dem Strom durch den Lastwiderstand RL ergibt im Wesentlichen den Strom durch die LED-Signallampe, den der übrige Teil der Leuchtsignalanlage als Lampenstrom "sieht".
Im Detail ist in der Schaltungsanordnung gemäß dem konkreten Ausführungsbeispiel parallel zur LED-Anordnung an die Betriebsspannungs(UB)-Quelle eine Serienschaltung aus einem Lastwiderstand RL und dem Strompfad E-C (Emitter-Collector) eines Transistors T geschaltet. Der Transistor T ist vorliegend beispielsweise ein pnp-Bipolartransistor. Es kann aber grundsätzlich auch jeder andere Transistortyp eingesetzt werden.
Parallel zur LED-Anordnung ist eine Spannungsteilereinrichtung, bestehend aus einer Serienschaltung aus einem ersten elektrischen Widerstand R1 und einem zweiten elektrischen Widerstand R2, geschaltet, der eine Sicherung Si vorgeschaltet ist.
Der Mittelabgriff M der Spannungsteilerschaltung R1,R2 ist auf den nichtinvertierenden Eingang "+" eines Operationsverstärkers OPV gelegt. Parallel zur Spannungsteilereinrichtung R1,R2 ist eine Serienschaltung aus einem dritten elektrischen Widerstand R3, einem vierten elektrischen Widerstand R4 und einer Referenzspannungs(Uref)-Quelle geschaltet. Die Verbindungsleitung zwischen dem dritten R3 und dem vierten elektrischen Widerstand R4 ist auf den invertierenden Eingang "-" des Operationsverstärkers OPV gelegt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärker OPV ist über einen fünften elektrischen Widerstand R5 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OPV verbunden, der wiederum mit dem Steuereingang B (Basis) des Transistors T verbunden ist.
Im Folgenden ist die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel erläutert.
Solange die durch den Spannungsteiler R1,R2 geteilte Betriebsspannung UB, die am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV anliegt, kleiner als die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV ist, besitzt der Ausgang des Operationsverstärkers OPV Minuspotential und der Transistor T ist leitend. Dadurch ist der Lastwiderstand RL parallel zur LED-Anordnung und damit auch zur Betriebsspannungs (UB) -Quelle geschaltet. Dies führt zu einem zusätzlichen Stromfluß parallel zur LED-Anordnung, wodurch die übrige Signalanlage einen kleinen elektrischen Widerstand der LED-Signallampe, das heißt LED-Anordung einschließlich parallel dazu geschalteter Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung, "sieht".
Vergrößert sich die Betriebsspannung UB auf einen Wert, so dass die Spannung am nicht invertierenden Eingang "+" die Refer,enzspannung am invertierenden Eingang "-" des Operationsverstärkers OPV erreicht und überschreitet, so regelt der Operationsverstärker OPV seinen Ausgang solange gegen + nach, bis die Spannungen am invertierenden Eingang "-" und am nichtinvertierenden Eingang "+" wieder übereinstimmen. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPV schaltet dadurch in Abhängigkeit von der Betriebsspannung von "-" nach "+" durch. Mit der gleichen Abhängigkeit geht der Transistor T vom voll leitenden in den gesperrten Zustand über, wodurch der Stromfluss durch den fünften elektrischen Widerstand R5 bis auf Null gesenkt wird. Die Referenzspannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPV wird bestimmt durch die Referenzspannungsquelle Uref und dem Spannungsteiler, bestehend aus den elektrischen Widerständen R3, R4 und R5.
Der Anstieg der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OPV läßt sich mit Hilfe des dritten und fünften elektrischen Widerstandes einstellen. Die Betriebsspannung UB, bei welcher der Strom durch den Lastwiderstand RL verringert wird, wird mit dem Spannungsteiler R1,R2 eingestellt.
Vorzugsweise wird die Anordnung derart eingestellt, dass bei kleinster anzunehmender Betriebsspannung UB (zum Beispiel bei Nachtspeisebindungen in einer Eisenbahnleuchtsignalanlage) an der Signallampe der Transistor T voll durchgesteuert, das heißt der Strompfad E-C maximal leitend ist und dass bei größter anzunehmender Betriebsspannung UB (zum Beispiel bei Tagspeisebedingungen in einer Eisenbahnleuchtsignalanlage) der Transistor T voll gesperrt ist, das heißt der Strompfad E-C maximalen elektrischen Widerstand aufweist. Somit ergibt sich eine maximale Stromaufnahme der Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung zum Beispiel unter Nachspeisebedingungen und eine minimale Stromaufnahme unter Tagspeisebedingungen.
Insbesondere bei Eisenbahnleuchtsignalanlagen stellt sich das grundsätzliche Problem, dass Bauteilausfälle entweder sofort erkannt werden müssen oder deren Auswirkungen keine betriebsgefährdenden Zustände hervorrufen dürfen. Der Lastwiderstand RL ist aus diesem Grund als Sicherheitsbauform ausgebildet, was bedeutet, dass im Fehlerfall nur mit einer definierten Widerstandsverringerung (zum Beispiel 10%) gerechnet werden muss. Eine Erhöhung des elektrischen Widerstands ist jedoch anzunehmen. Die Sicherung Si ist derart eingefügt, dass ein anzunehmender Kurzschluss des Operationsverstärkers OPV, des Transistors T, der Referenzspannungsquelle Uref und der fünf elektrischen Widerstände R1 bis R5 den dadurch entstehenden Fehlstrom begrenzt.
Mit diesen Maßnahmen ist an den Anschlüssen der Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung nach Figur 4 nur mit folgenden Fehlerzuständen zu rechnen:
  • Verringerung des Stromflusses bis auf Null und
  • Erhöhung des Stromflusses bis zu einem maximal möglichen Strom.
Im Diagramm von Figur 5 ist dies schematisch dargestellt. Der Strom entsprechend der strichpunktierten Linie 51 ergibt sich, wenn zum Beispiel die Collector-Emitter-Strecke C-E des Transistors T kurzgeschlossen ist, aber auch wenn der Ausgang des Operationsverstärkers OPV ständig auf Minuspotential liegt. Aufgrund dessen, dass sich der elektrische Lastwiderstand RL im Fehlerfall nicht wesentlich verkleinern kann, kann sich auch der Strom durch den Lastwiderstand RL nicht über den in der strichpunktierten Linie 51 dargestellten Verlauf erhöhen. Unabhängig davon, welcher Bauelementfehler in der Schaltungsanordnung nach Figur 4 angenommen wird.
Die gepunktete Linie 52 des Diagramms von Figur 5 stellt den Stromverlauf dar, welcher von der Sicherung Si begrenzt wird. Vorzugsweise ist dieser Stromwert wesentlich kleiner als der Strom gemäß der strichpunktierten Linie 51. Dies ist durch die Auswahl geeigneter Bauelemente gewährleistet. Bei einer beispielhaften Konfiguration beträgt der Ansprechwert der Sicherung Si 30 mA, wobei bei Nachspannung durch den Lastwiderstand RL ein Strom von 500 mA und durch die LED ein Strom von 300 mA fließt.
Die durchgezogene Linie 53 des Diagramms von Figur 5 zeigt den maximal anzunehmenden Gesamtstrom der Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 im Fehlerfall und ist die Summe des Stromes durch den Lastwiderstand RL (strichpunktierte Linie 51) und des Stromes durch die Sicherung Si (gepunktete Linie 52).
In dem Diagramm von Figur 6 (Strom-Spannungs-Diagramm) ist die Stromaufnahme einer LED-Signallampe, bestehend aus einer LED-Anordnung gemäß Figur 2 und einer Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung nach Figur 4 im fehlerfreien Zustand (gepunktete Linie), sowie bei maximal anzunehmendem Fehlerstrom der Schaltungsanordnung zur Kennlineinanpassung (durchgezogene Linie) im Vergleich zur Stromaufnahme einer herkömmlichen Signallampe (strichpunktierte Linie) dargestellt.
Das Diagramm von Figur 6 zeigt eine gute Übereinstimmung der Stromaufnahme eines LED-Signals, bestehend aus einer LED-Anordnung gemäß Figur 2 und einer parallel dazu geschalteten Schaltungsanordnung gemäß Figur 4, im fehlerfreien Zustand mit der Stromaufnahme einer herkömmlichen Signallampe. Unterhalb des Nachtspannungswertes NS ist die Stromaufnahme der LED-Signallampe etwas kleiner als die Stromaufnahme einer herkömmlichen Signallampe. Es kommt aber schon bei kleinen Betriebsspannungen zu einem Stromfluss, wodurch die LED-Signallampe sich niederohmig verhält und dadurch unempfindlich gegenüber Störspannungen ist.
Bei fehlerhafter Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung (maximal möglicher anzunehmender Stromfluss) ist die Stromaufnahme der LED-Signallampe bis zum Nachtspannungswert NS fast identisch mit der Stromaufnahme bei fehlerfreier Schaltungsanordnung. Erst ab dem Nachspannungswert NS vergrößert sich die Spanne zwischen fehlerfreier und fehlerhafter Kennlinienanpassung.
Die im Diagramm von Figur 6 dargestellte Kennlinie bei fehlerhafter Schaltungsanordnung stellt einen Maximalwert dar, welcher nicht überschritten wird, egal welcher Fehler bei der Schaltungsanordnung angenommen wird. Das Verhalten der LED-Signallampe ist somit bis zum Nachtspannungswert NS nahezu identisch dem Verhalten der herkömmlichen Signallampe. Oberhalb des Nachtspannungswertes NS kann es im Fehlerfall der Schaltungsanordnung zu einem zusätzlichen Stromfluss kommen, welcher aber ebenfalls nach oben begrenzt ist.
Mit diesen Angaben kann das Verhalten der LED-Signallampe in der Lichtsignalschaltung im Fehlerfall untersucht und die sichere Funktion nachgewiesen werden.
Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 stellt nur eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dar. An Stelle des Transistors T lassen sich natürlich jegliche Arten von elektronischen Schaltern verwenden. Auch die Verwendung von mechanischen Schaltern, wie Relais, ist vorstellbar, wobei jedoch in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsspannung elektrische Lastwiderstände RL unterschiedlicher Größe zu schalten sind (bei kleiner Betriebsspannung ein kleinerer Lastwiderstand, bei großer Betriebsspannung ein größerer Lastwiderstand).
Einen weiteren Einsatzfall stellt der Wechselspannungsbetrieb dar. Hierzu eignet sich vorzugsweise eine Schaltungsanordnung gemäß dem Schaltplan von Figur 7. In dieser ist eine Gleichrichterbrücke GR1 und ein Siebglied für die Erzeugung einer internen Gleichspannung vor den Eingang der Auswerteeinrichtung 4 geschaltet. Die Sicherung Si ist vor der Gleichrichterbrücke GR1 angeordnet. So können Bauteildefekte an der Gleichrichterbrücke (Kurzschluss einer Diode) durch die Sicherung Si mit abgefangen werden. Parallel zur LED-Anordnung ist eine Parallelanordnung 3 aus einer ersten Serienschaltung aus, Lastwiderstand RL1, Transistor T1 und Diode D1 und einer zweiten Serienschaltung aus Lastwiderstand RL2, Transistor T2 und Diode D2 angeschlossen. Die Durchlassrichtungen der beiden Serienschaltungen sind entgegengesetzt gerichtet. Die beiden Steueranschlüsse B1 und B2 der beiden Transistoren T1 und T2 sind mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OPV verbunden, dessen Eingangsbeschaltung der der oben beschriebenen Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 entspricht. Die Gleichrichterbrücke GR1 mit dem Siebglied ist zwischen Betriebsspannungsanschluss und Operationsverstärker OPV geschaltet und versorgt den Spannungsteiler R1,R2 mit Gleichspannung.
Die Lastwiderstände RL1 und RL2 und die Transistoren T1 und T2 sind vor der Sicherung Si angeordnet. Für jede Halblwelle ist ein Transistor T1 bzw. T2 und ein Lastwiderstand RL1 bzw. RL2 verwendet. Die Dioden D1 und D2 verhindern, dass bei dieser Art von Schaltern ein Strom der jeweils anderen Halbwelle in den Collector der Transistoren T1 bzw. T2 hineinfliesst.
Bei der Verwendung von anderen Schaltern, zum Beispiel Relaiskontakten, ist eine Aufteilung für die einzelnen Halbwellen nicht zwingend erforderlich. Dies hängt einzig und allein von den verwendeten Schalterarten ab.
Neben den oben explizit beschriebenen sind auch Anordnungen einsetzbar, bei denen eine Vielzahl von Schaltern und Lastwiderständen parallel geschaltet sind. Dadurch kann die aufzunehmende Verlustleistung auf eine Vielzahl von Lastwiderständen und Schaltern verteilt werden. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn aus Gründen der wirtschaftlichen Herstellung oberflächenmontierbare Bauelemente mit kleiner Verlustleistung eingesetzt werden.
Ist eine LED-Anordnung mit einer anderen Verschaltung der einzelnen LEDs vorgesehen, so ergibt sich in der Regel auch ein anderer Verlauf des Differenzstromes der Kennlinie herkömmlicher Signallampen und der LED-Signallampe. An Stelle des Operationsverstärkers OPV, der Widerstände R1 bis R5 und der Referenzspannungsquelle Uref kann dann eine andere Art von Auswerteeinrichtung eingesetzt sein, die die Betriebsspannung UB bewertet und einen Ausgang derart ansteuert, dass der Schalter T den Differenzstrom über den Lastwiderstand RL ausgleicht. Frei programmierbare Anordnungen mit Mikroprozessor ermöglichen zum Beispiel eine Anpassung an jede beliebige Kurvenform des Differenzstromes.
Zusätzlich zur Schaltungsanordnung zur Kennlinienanpassung können Schaltungsteile für eine Temperaturkompensation vorgesehen sein. Auf diese Weise läßt sich eine temperaturabhängigen Stromaufnahme der LED-Anordnung ausgleichen.

Claims (9)

  1. Schaltungsanordnung (1) zur Kennlinienanpassung einer Leuchtdiodenanordnung (2), bei der parallel zur Leuchtdiodenanordnung (2) mindestens eine Serienschaltung (3) aus einem Lastwiderstand (RL) und einem regelbaren Schaltelement (T), dessen elektrischer Widerstand im eingeschalteten Zustand über einen Steuereingang einstellbar ist, geschaltet ist und das Schaltelement (T) an eine Auswerteeinrichtung (4) gekoppelt ist, die die Betriebsspannung (UB) der Leuchtdiodenanordnung (2) erfasst und das Schaltelement (T) in Abhängigkeit von der erfassten Betriebsspannung (UB) derart ansteuert, dass über den Lastwiderstand (RL) ein Laststrom (IL) fließt, und die Summe aus Laststrom (IL) und Leuchtdiodenstrom (ILED) einen der Betriebsspannung (UB) zugeordneten Stromwert (I) auf einer durch externe Elemente, insbesondere Überwachungseinrichtungen, vorgegebenen Strom-Spannungskennlinie (U-I-Kennlinie) ergibt.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der bei niedrigen Betriebsspannungen (UB) der Parallelstrang aus Lastwiderstand (RL) und Schaltelement (T) niederohmig und bei hohen Betriebsspannungen (UB) hochohmig ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Schaltelement (S) ein Transistor (T) ist, dessen Strompfad mit dem Lastwiderstand (RL) in Reihe geschaltet ist und dessen Steueranschluß an einen Operationsverstärker (OPV) gekoppelt ist, der im Betrieb ein Signal an den Steueranschluß sendet, das die Leitfähigkeit des Strompfades des Transistors (T) in Abhängigkeit von der Höhe der Betriebsspannung (UB) steuert.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der eine Spannungsteilerschaltung (R1,R2) parallel zur Leuchtdiodenanordnung (2) geschaltet ist, deren Mittelabgriff auf einen nicht invertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers (OPV) gelegt ist, und bei der an einen invertierdenden Eingang (-) des Operationsverstärkers (OPV) eine Referenzspannung gekoppelt ist.
  5. Leuchtdioden-Signallampe mit einer Leuchtdiodenanordnung, die insbesondere eine Vielzahl von seriell verschalteten einzelnen Leuchtdioden oder Leuchtdiodenreihen aufweist, und mit einer Schaltungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche.
  6. Leuchtsignalanordnung mit einer Schaltungsanordnung bzw. einer Leuchtdioden-Singallampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der bei Nachtspeisebedingungen zur Verringerung der Lichtstärke mit einer kleinstmöglichen Betriebsspannung (UB) das Schaltelement (S) maximal durchlässig ist und bei Tagspeisebedingungen mit größtmöglicher Betriebsspannung (UB) das Schaltelement (S) gesperrt ist.
  7. Verwendung einer Schaltungsanordnung, einer Leuchtdioden-Signallampe bzw. einer Leuchtsignalanordnung gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche in einer Signalanlage, bei der die Leuchtdiodenanordnung von einer weit entfernt von dieser angeordneten Energieversorgungs- und Steuereinrichtung versorgt wird, insbesondere in einer Schienenverkehrsleuchtsignalanlage, Straßenverkehrsleuchtsignalanlage oder Leuchtsignalanlage des Luftverkehrs.
  8. Verfahren zum Anpassen des Stromflusses durch eine Leuchtdioden-Signallampe an eine durch externe Energieversorgungs- und Überwachungseinrichtungen vorgegebene Kennlinie, bei dem mittels eines parallel zur Leuchtdioden-Anordnung geschalteten regelbaren Lastkreises ein von der Höhe der Betriebsspannung (UB) für die Leuchtdioden-Anordnung abhängiger Laststrom (IL) erzeugt wird, so dass die Summe aus dem Laststrom (IL) und einem Leuchtdiodenstrom (ILED) durch die Leuchtdioden-Anordnung einen aus der Mehrzahl von möglichen Betriebsspannungen (UB) jeweils gerade vorliegenden Betriebsspannung (UB) zugeordneten Stromwert (I) auf der vorgegebenen Kennlinie ergibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei niedrigen Betriebsspannungen (UB) der parallel zur Leuchtdioden-Anordnung geschaltete regelbare Lastkreises niederohmig und bei hohen Betriebsspannungen (UB) hochohmig geschaltet wird.
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