EP2911477A1 - Vorrichtung und deren Verwendung zur Überwachung von LED-Leuchten - Google Patents
Vorrichtung und deren Verwendung zur Überwachung von LED-Leuchten Download PDFInfo
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- EP2911477A1 EP2911477A1 EP15153512.7A EP15153512A EP2911477A1 EP 2911477 A1 EP2911477 A1 EP 2911477A1 EP 15153512 A EP15153512 A EP 15153512A EP 2911477 A1 EP2911477 A1 EP 2911477A1
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- 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]
Definitions
- the invention relates to the technical field of monitoring LED lights by means of voltage monitoring.
- the invention relates to a device for monitoring a voltage, a combination of the device with a circuit for normalizing a voltage and the use of the combination for monitoring LED lights.
- the strands are two filaments, which are used in a so-called.
- Two-filament incandescent lamps and are usually referred to as the main and secondary thread (also called replacement thread).
- the secondary thread is used to ensure functioning of the light bulb in case of failure of the main thread and thus virtually to form an internal "replacement lamp”.
- the switching is detected as a fault at the same time, so that the required lamp replacement can be displayed to the maintenance personnel.
- LED luminaires replace traditional light sources in innumerable, in part also safety-relevant areas. With the increasing use of LED luminaires, safety-relevant applications also occur where the failure of one or more LEDs requires a quick diagnosis message. This concerns in particular LED lights for signaling devices or for vehicles, in particular rail vehicles.
- a LED array for light-emitting devices with a set of LED strings wherein for each LED string of the set of LED strings there is provided a current-source ballast unit having a voltage input for a voltage and a power output for outputting a power a current and the voltage to the respective LED string comprises.
- a warning signal device generates a warning signal when a current or voltage is outside certain desired ranges, wherein the voltage applied to each strand and the current flowing through the respective strand current are detected at certain measuring points.
- analog quantities such as the LED current and / or the LED voltage may be monitored.
- a known device for monitoring such analog variables shows Fig. 1 with A / D converter 10, which can receive a quantity to be monitored, such as current or voltage, and convert it into a digital quantity and forwards this digital quantity to a microcontroller 12 for evaluation by means of software.
- the microcontroller 12 can then output as a result of the evaluation, a signal that is used for diagnostic message.
- the software that can be used requires a considerable amount of extra work during development, especially for safety-relevant systems.
- Comparator 14 thus serves to output a first signal at a voltage difference between the first and the second voltage input in a first region and a second signal at a voltage difference between the first and second voltage input in a second region, which is delimited and adjacent to the first region ,
- a first signal at a voltage difference between the first and the second voltage input in a first region
- a second signal at a voltage difference between the first and second voltage input in a second region, which is delimited and adjacent to the first region
- the CN 10 347 8815 A shows a signal generator based on a so-called.
- FPGA field programmable gate array
- the DE 10 2008 064 766 B3 and the DE 35 41 343 A1 each show a device according to the preamble of claim 1.
- the US 2013/0 082 615 A1 shows an integrated LED driver circuit with pulse width modulation.
- the invention has for its object to provide a monitoring of analog sizes, in particular analog sizes of LEDs or LED strands of an LED light, cost-effective with high reliability.
- the invention is further based on the object of being able to realize a device for monitoring such analog variables, which can be checked and / or adapted with little effort.
- the device should be cost-effectively combined with diagnostic and / or control functions for power consumers, in particular for LEDs or LED strands of an LED lamp whose analog sizes are monitored.
- the invention relates to an apparatus for monitoring at least one voltage comprising at least one comparator, at least one comparator in each of the comparators, a voltage output unit, and one connection between the voltage output unit and each of the second voltage inputs, the comparator having first and second voltage inputs and for outputting a first signal at a voltage difference between the first and the second voltage input in a first region and a second signal at a voltage difference between the first and second voltage input in a second region, which is delimited and adjacent to the first region wherein each of the first voltage inputs is connected to a monitor voltage input of the comparator.
- the device has a signal generator in the voltage output unit and for generating a pulse-width modulated signal for each of the compounds and for setting a pulse-pause ratio for each of the pulse width modulated signals, wherein on each of the compounds, a first filter, in particular a low-pass filter for the pulse width modulated signal is provided.
- voltages applied to the monitoring voltage inputs of the comparison device and / or variables represented by these voltages, in particular current values, can be provided, which are supplied by suitable converters.
- reference voltages can be set with the voltage output unit in a simple and reliable manner.
- the voltage output unit is an FPGA.
- FPGAs are well-known, freely programmable, cost-effective, fast and reliable logic hardware devices.
- the setting of the pulse-pause ratios will be done simply by configuring and interconnecting the logic blocks of the FPGA. This sets the pulse-pause ratio for each of the pulse-width-modulated signals, and thus for each of the comparators, a threshold at which the comparator switches and thus signals that it falls below or exceeds the limit value.
- monitoring by a digital circuit namely a cost-effective customizable FPGA, is possible without requiring execution of software during runtime, which in particular brings advantages in the assessment of security-relevant systems.
- a monitoring by a digital circuit in particular a low-cost customizable FPGA is possible without requiring execution of software during runtime, which in particular brings advantages in the assessment of security-related systems.
- At least one of the comparison means comprises a set of two of the comparators with a parallel connection of the first voltage inputs of the two of the comparators to the comparator
- Monitoring voltage input of this comparator comprises, wherein the voltage applied to the second voltage inputs of the two of the comparators pulse width modulated signals for establishing an upper and a lower limit for a voltage applied to the monitoring voltage input of the comparator voltage are set.
- the device according to the invention comprises an evaluation unit, which is connected to each of the evaluation units for receiving the first and / or second signals and has a function for outputting diagnostic messages as a function of the first and / or second signals, in particular the evaluation unit having a first area of the freely programmable logic module is formed.
- Such device variants further advantageously comprise a control unit, preferably designed as a second region of the freely programmable logic module, which has a function for receiving setting signals and a function for outputting desired value signals for current sources on the basis of the setting signals, wherein the evaluation unit also has a function for receiving the Setting signals comprises and the function for outputting diagnostic messages is a function for outputting diagnostic messages in response to the first and / or second signals and the setting signals.
- the control unit may have pulse width modulation units for generating the setpoint values and thus allow the use of a common clock generator for the control unit, the evaluation unit and / or the signal generator.
- a second filter in particular a low-pass filter, can be used at its monitoring voltage input for smoothing a voltage to be monitored in order to eliminate superimposed interference and thus a smoothed voltage to the first input of the comparator / comparators to give the comparator.
- the device according to the invention can be combined with a circuit comprising at least one of the monitoring voltage inputs of the device a normalizing converter by converting a current or voltage in the circuit into a voltage to be monitored, to current and / or voltage values of LEDs or to monitor the LED strings of an LED luminaire and, if necessary, also control it.
- the current values are in particular current values of the current sources of the LEDs or the LED strings.
- FIG. 3 A device for monitoring a voltage shown a comparator 20 with comparator 14.
- the comparator 14 is as in the Fig. 2 apparatus shown a comparator, which switches depending on a voltage difference between its first and second voltage input, thereby signaling an exceeding of the limit value with an output voltage.
- This is generally a comparator 14 having first and second voltage inputs and for outputting a first signal at a voltage difference between the first and second voltage inputs in a first range and a second signal at a voltage difference between the first and second voltage inputs in a second Area delimited and adjacent to the first area.
- the first voltage input of the comparator 14 is the first voltage input of the comparator 20 and the second voltage input of the comparator 3 is a monitoring voltage input of the comparator 20, which is connected via a connection with a voltage output unit 22.
- the first and second signal is thus at the output of the comparator 14 as a diagnostic signal when monitoring the first voltage input available.
- the device shown has the in Fig. 3
- the device shown has a voltage output unit 22 with a signal generator 24 for generating a respective pulse-width-modulated signal 26 and setting its pulse-pause ratio.
- a first low-pass filter 28 for the pulse width modulated signal 26.
- the comparator 14 forms a comparison device 20 with a second low-pass filter 30 connected to its first voltage input for smoothing a voltage to be monitored. The first or second signal is thus available at the output of the comparator 14 as a diagnostic signal when monitoring a filtered voltage which has been freed from interference available.
- the invention provides, as in Fig. 3 . 5 and 6 an apparatus for monitoring at least one voltage, comprising at least one comparator 20, at least one comparator 14, 34, 36 in each of the comparators 20, a voltage output unit 22, one connection between the voltage output unit 22 and each of the second voltage inputs, a signal generator 24 in the voltage output unit 22 for generating one pulse width modulated signal 26 for each of the connections and setting a pulse-pause ratio for each of the pulse width modulated signals 26 and on each of the connections a first filter 28 for the pulse width modulated signal 26, the comparator 14, 34, 36 has a first and a second voltage input and for outputting a first signal at a voltage difference between the first and the second voltage input in a first region and a second signal at a voltage difference between the first and secondactsse is formed in a second region, which is delimited and adjacent to the first region, wherein each of the first voltage inputs is connected to a monitoring voltage input of the comparison device 20.
- the apparatus of the invention may advantageously comprise a plurality of comparators 14, 34, 36, each receiving a filtered pulse width modulated signal at its second voltage input, and in particular, as in FIG Fig. 6 shown, a plurality of comparison means 20 with such comparators 14, 34, 36.
- One to suitable signal generator based on an FPGA for a set of pulse width modulated signals 26 shows CN 10 347 8815 A , to which reference is made here for revelation.
- a corresponding signal generator is in Fig. 4 shown.
- the in Fig. 4 The signal generator shown in FIG. 1 is implemented as area 38 of an FPGA and has a bit counter 40 which receives a clock signal and, in response, outputs a bit value between 0 and N to each of eight equalizers 42, of which only a few have been referenced for clarity ,
- a respective constant value transmitter 44 which supplies a constant value by memory input with a converter table of the FPGA, is connected to one of the matching devices 42.
- the matching devices 42 may be designed as comparators and have a function for detecting whether the bit value corresponds to the supplied constant value.
- the signal generator further comprises seven RS flip-flop circuits 46, of which only a few have been provided with reference numerals for reasons of clarity. Each of these RS flip-flop circuits 46 is supplied at its respective R input with the output signal, and thus the result of the detection performed by one of the first through seventh of the eight equalizers 42, for resetting the respective RS flip-flop circuit 46.
- An eighth of the eight equalizers 42 receives 0 as a constant value and outputs its output signal, and thus the result of the detection performed by it, to the S inputs for setting the seven RS flip-flop circuits.
- Each of the RS flip-flop circuits 46 outputs a pulse-width modulated signal 26 based on the clock signal and whose duty cycle is set by the constant value supplied to the matching means 42 connected to its S input.
- a pulse width modulation unit or a signal generator is obtained in an FPGA, which can generate multiple channels with different pulse-pause ratios, with only a single bit counter 40 is applied.
- Fig. 5 shows one of the comparison means 20 of in Fig. 6 shown device.
- the comparator has a set of two comparators 34, 36 with a parallel connection of the first voltage inputs of the two of the comparators 34, 36
- the second voltage input of the comparators 34, 36 each receive a pulse width modulated signal 26 and is connected to a parallel to the input of this pulse width modulated signal 26 connected capacitor 48 for smoothing this signal.
- a maximum value comparator 34 detects the exceeding of an upper limit of an allowable value band set by the signal applied at its second voltage input.
- a minimum value comparator 36 detects the exceeding of an upper limit of an allowable value band set by the signal applied at its second voltage input. Alternatively, underruns of limits set by the signal applied to its second voltage input can also be evaluated.
- An evaluation unit 50 connected to the outputs of the two comparators 34, 36 can thus make a diagnosis as to whether a variable to be monitored is within a permissible value band.
- comparators 20 can be monitored with two units consisting of comparator, low-pass and PWM generator, whether a signal leaves an acceptable value band.
- the device shown forms a multi-channel monitoring circuit 52, in the example shown a five-channel monitoring circuit with five of the in Fig. 5 shown comparison means 20, wherein each of the comparison means 20 is connected upstream of its monitoring voltage input, a second low-pass filter 30 for smoothing a voltage to be monitored.
- Each of the comparators 20 is connected to the second voltage inputs of its set of comparators 34, 36 via a respective first low-pass filter 28 to a voltage output unit 22, from which each first low-pass filter 28 receives a pulse width modulated signal 26.
- the voltage output unit 22 receives, for each of the five monitored channels, a setting signal for establishing a pair of constant values.
- the voltage output unit 22 receives a clock signal modified by a prescaler 54, and has a signal generator corresponding to the one shown in FIG Fig. 4 shown signal generator based on the clock signal and the constant values to the low-pass filters 28 guided pulse width modulated signals generated.
- the inserted FPGA has an area in which the voltage output unit 22 is set up, and an area where an evaluation unit 50 is set up and an area where the prescaler 54 is arranged.
- Each of the comparison devices 20 is connected to the evaluation unit for outputting the first and / or second signals.
- the evaluation unit 50 receives the setting signals and has a function and an output for outputting diagnostic messages as a function of the first and / or second signals.
- the adjustment signals are in Fig. 6 represented by arrows on the voltage output unit 22 and the evaluation unit 50.
- multi-channel monitoring circuit 52 is used to monitor four currents of four LED strings and one of the four LED strings supplied voltage.
- converters output voltages to the second low-pass filters 30, which represent the currents.
- Fig. 7 shows a control and monitoring device 56 with a corresponding to in Fig. 6
- the multi-channel monitoring circuit 52 is shown here, wherein the multi-channel monitoring circuit 52 is embodied here as a four-channel monitoring circuit.
- the multi-channel monitor 52 is used to monitor three streams of three LED strings and a voltage applied to the three LED strings.
- a configured voltage output unit of the multi-channel monitoring circuit 52 has a stored pair of constant values, on the basis of which, based on a clock signal modified by a prescaler 54 on one of the channels, the voltage supplied to the three LED strings is monitored.
- the clock signal modified by the prescaler 54 is supplied to both the voltage output unit and a control unit 58.
- the voltage output unit and one corresponding to Fig. 6 described evaluation unit of the multi-channel monitoring circuit 52 and the control unit 58 a set of three adjustment signals is supplied.
- the three Adjustment signals are used to monitor and control three currents of the three LED strings.
- the control unit 58 has for this purpose a function for outputting desired value signals for current sources of the LED strings on the basis of the adjustment signals.
- a corresponding to Fig. 6 designed evaluation unit 50 of the multi-channel monitoring circuit 52 has a function for receiving the setting signals on a function for outputting diagnostic messages.
- the inserted FPGA has an area in which the voltage output unit 22 is set up, and an area in which an evaluation unit 50 is set up and an area where the prescaler 54 is set up and an area where the control unit 58 is set up , Alternatively, these elements can be set up individually or grouped on separate FPGAs. In this way, the FPGA can also be used to adjust the power sources required for an LED light. For this purpose, further PWM units can generate a setpoint for the current sources or they can be directly PWM-modulated. This gives you an adjustable light with adjustable monitoring when using one or more FPGAs.
- the invention particularly allows monitoring without one as in Fig. 2 shown analog actuator, an adjustment of limits, a parallel monitoring of multiple channels, a software-independent monitoring especially at runtime of an LED light and allows integration of an adjustable control of power sources.
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Überwachung von LED-Leuchten mittels Spannungsüberwachung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung einer Spannung, eine Kombination der Vorrichtung mit einer Schaltung zur Normierung einer Spannung und die Verwendung der Kombination zur Überwachung von LED-Leuchten.
- Es ist bekannt, Leuchten mit mehreren "Strängen" von Leuchtmitteln auszustatten, die an eine gemeinsame Spannungsquelle ggf. unter Zwischenschaltung von für jeden Strang separaten Vorschalteinheiten angeschlossen werden und die nacheinander, abwechselnd oder ggf. auch gleichzeitig betrieben werden können. Im einfachsten Fall handelt es sich bei den Strängen um zwei Glühfäden, die in einer sog. Zwei-Faden-Glühlampen verwendet und dort üblicherweise als Haupt- und Nebenfaden (auch Ersatzfaden genannt) bezeichnet werden. Dabei dient der Nebenfaden dazu, ein Funktionieren der Glühlampe bei Ausfall des Hauptfadens zu sichern und somit quasi eine interne "Ersatzlampe" zu bilden. Bei Ausfall des Hauptfadens erfolgt die Umschaltung auf den Nebenfaden automatisch, wobei das Umschalten gleichzeitig als Störung erkannt wird, so dass der erforderliche Lampentausch dem Wartungspersonal angezeigt werden kann.
- Aufgrund der zahlreichen Vorteile der LED-Technik und der Entwicklung immer leistungsfähigerer LEDs lösen LED-Leuchten in unzähligen, teilweise auch sicherheitsrelevanten Bereichen klassische Leuchtmittel ab. Mit zunehmender Verbreitung von LED-Leuchten treten auch sicherheitsrelevante Anwendungsfälle auf, bei denen der Ausfall einer oder mehrerer LEDs eine schnelle Diagnosemeldung erfordert. Dies betrifft insbesondere LED-Leuchten für Signaleinrichtungen oder für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge.
- Aus der
EP 1 992 542 A2 ist eine LED-Anordnung für Lichtsignalgeber mit einem Satz von LED-Strängen bekannt, wobei für jeden LED-Strang des Satzes von LED-Strängen eine als Stromquelle arbeitende Vorschalteinheit vorgesehen ist, die einen Spannungseingang für eine Spannung und einen Leistungsausgang zur Abgabe einer Leistung mit einem Strom und der Spannung an den jeweiligen LED-Strang umfasst. Eine Warnsignaleinrichtung erzeugt ein Warnsignal, wenn ein Strom oder eine Spannung außerhalb bestimmter Soll-Bereiche liegen, wobei die an jedem Strang anliegende Spannung und der durch den jeweiligen Strang fließende Strom an bestimmten Messstellen erfasst werden. - Allgemein können zur Erkennung des Ausfalls einer oder mehrerer LEDs analoge Größen wie der LED-Strom und/oder die LED-Spannung überwacht werden.
- Eine bekannte Einrichtung zur Überwachung solcher analogen Größen zeigt
Fig. 1 mit A/D-Wandler 10, der eine zu überwachende Größe wie Strom oder Spannung empfangen und in eine digitale Größe wandeln kann und diese digitale Größe an einen Microcontroller 12 zur Auswertung mit Hilfe von Software weitergibt. Der Microcontroller 12 kann dann als Ergebnis der Auswertung ein Signal, das zur Diagnosemeldung dient ausgeben. Die dazu einsetzbare Software erfordert insbesondere bei sicherheitsrelevanten Systemen einen erheblichen Mehraufwand bei der Entwicklung. - Komparator 14 dient somit der Ausgabe eines ersten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungseingang in einem ersten Bereich und eines zweiten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Spannungseingang in einem zweiten Bereich, der zu dem ersten Bereich abgegrenzt und benachbart ist. Die in
Fig. 2 gezeigte Schaltung erfordert die präzise Einstellung von Grenzwerten. Durch den Einsatz einer analogen Referenz ergeben sich Nachteile wie z.B. Temperaturabhängigkeit, Rauschen, altersbedingte Drift. - Die
CN 10 347 8815 A zeigt einen Signalgenerator auf Basis eines sog. FPGA ("field programmable gate array" - feldprogrammierbare Gatteranordnung) für einen Satz pulsweitenmodulierter Signale. - Die
DE 10 2008 064 766 B3 und dieDE 35 41 343 A1 zeigen jeweils eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. - U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 2002. S. 983 - 984, zeigt eine Analog-Digital-Wandlung mit pulsweitenmodulierten Signalen.
- Die
US 2013/0 082 615 A1 zeigt einen integrierten LED-Treiberschaltkreis mit Pulsweitenmodulation. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachung analoger Größen, insbesondere analoger Größen von LEDs oder LED-Strängen einer LED-Leuchte, kostengünstig bei hoher Zuverlässigkeit zu ermöglichen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung solcher analogen Größen realisieren zu können, die mit geringem Aufwand überprüfbar und/oder anpassbar ist. Vorteilhaft soll die Vorrichtung kostengünstig mit Diagnose- und/oder Steuerfunktionen für Stromverbraucher, insbesondere für LEDs oder LED-Stränge einer LED-Leuchte, deren analoge Größen überwacht werden, kombiniert werden können.
- Dazu betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung wenigstens einer Spannung, umfassend wenigstens eine Vergleichseinrichtung, wenigstens einen Komparator in jeder der Vergleichseinrichtungen, eine Spannungsausgabeeinheit, und je eine Verbindung zwischen der Spannungsausgabeeinheit und jedem der zweiten Spannungseingänge, wobei der Komparator einen ersten und einen zweiten Spannungseingang aufweist und zur Ausgabe eines ersten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungseingang in einem ersten Bereich und eines zweiten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Spannungseingang in einem zweiten Bereich, der zu dem ersten Bereich abgegrenzt und benachbart ist, ausgebildet ist, wobei jeder der ersten Spannungseingänge mit einem Überwachungsspannungseingang der Vergleichseinrichtung verbunden ist.
- Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Signalgenerator in der Spannungsausgabeeinheit und zur Erzeugung je eines pulsweitenmodulierten Signals für jede der Verbindungen und zur Einstellung eines Puls-Pause-Verhältnisses für jedes der pulsweitenmodulierten Signale auf, wobei auf jeder der Verbindungen ein erstes Filter, insbesondere ein Tiefpassfilter, für das pulsweitenmodulierte Signal vorgesehen ist.
- Als zu überwachende Größen können an den Überwachungsspannungseingängen der Vergleichseinrichtung anliegende Spannungen und/oder durch diese Spannungen repräsentierte Größen, insbesondere Stromwerte vorgesehen sein, die durch geeignete Umformer zugeführt werden. Für die zweiten Spannungseingänge können durch Einstellung der Puls-Pause-Verhältnisse der zu ihnen gefilterten pulsweitenmodulierten Signale in einfacher und zuverlässiger Weise Referenzspannungen mit der Spannungsausgabeeinheit eingestellt werden.
- Die Spannungsausgabeeinheit ist ein FPGA. FPGAs sind bekannte, frei programmierbare, kostengünstige, schnell und zuverlässig arbeitende Logik-Hardwarebausteine. Damit wird die Einstellung der Puls-Pause-Verhältnisse einfach durch Konfiguration und Verschaltung der Logikblöcke des FPGA erfolgen. Diese stellt für jedes der pulsweitenmodulierten Signale das Puls-Pause-Verhältnis und somit für jeden der Komparatoren eine Schwelle ein, bei der der Komparator umschaltet und damit eine Unter- oder Überschreitung des Grenzwertes signalisiert. Somit ist eine Überwachung durch eine digitale Schaltung, nämlich einen kostengünstigen anpassbaren FPGA ermöglicht, ohne eine Ausführung von Software während der Laufzeit zu erfordern, was insbesondere Vorteile bei der Begutachtung sicherheitsrelevanter Systeme mit sich bringt.
- Somit ist eine Überwachung durch eine digitale Schaltung, insbesondere einen kostengünstigen anpassbaren FPGA ermöglicht, ohne eine Ausführung von Software während der Laufzeit zu erfordern, was insbesondere Vorteile bei der Begutachtung sicherheitsrelevanter Systeme mit sich bringt.
- Vorteilhaft ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Vergleichseinrichtungen einen Satz von zwei der Komparatoren mit einer Parallelschaltung der ersten Spannungseingänge der zwei der Komparatoren zu dem Überwachungsspannungseingang dieser Vergleichseinrichtung umfasst, wobei die an den zweiten Spannungseingängen der zwei der Komparatoren anliegenden pulsweitenmodulierten Signale zur Festlegung einer Ober- und einer Untergrenze für eine am Überwachungsspannungseingang der Vergleichseinrichtung anliegende Spannung eingestellt sind. Somit kann mit dem Signalgenerator mit zwei pulsweitenmodulierten Signalen und zwei Einheiten bestehend aus Komparator und Tiefpassfilter überwacht werden, ob eine Größe, welche durch eine an den zweiten Spannungseingängen der zwei der Komparatoren anliegende Spannung repräsentiert ist, ein zulässiges Werteband verlässt.
- Vorteilhaft umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auswerteeinheit, die zum Empfang der ersten und/oder zweiten Signale mit jeder der Auswerteeinheiten verbunden ist und eine Funktion zur Ausgabe von Diagnosemeldungen in Abhängigkeit der ersten und/oder zweiten Signale aufweist, wobei insbesondere die Auswerteeinheit durch einen ersten Bereich des frei programmierbaren Logikbausteins gebildet ist. Solche Vorrichtungsvarianten umfassen weiter vorteilhaft eine, vorzugsweise als zweiter Bereich des frei programmierbaren Logikbausteins ausgeführte, Steuereinheit, die eine Funktion zum Empfang von Einstellsignalen und eine Funktion zur Ausgabe von Sollwertsignalen für Stromquellen auf Basis der Einstellsignale umfasst, wobei die Auswerteeinheit ferner eine Funktion zum Empfang der Einstellsignale umfasst und die Funktion zur Ausgabe von Diagnosemeldungen eine Funktion zur Ausgabe von Diagnosemeldungen in Abhängigkeit der ersten und/oder zweiten Signale und der Einstellsignale ist. Die Möglichkeiten frei programmierbarer Logikbausteine, insbesondere von FPGAs, zur Einsparung von Hardware- und/oder Überprüfungsaufwand kann dann optimal genutzt werden.
- Die Steuereinheit kann Pulsweitenmodulationseinheiten zur Erzeugung der Sollwerte aufweisen und somit die Nutzung eines gemeinsamen Taktgebers für die Steuereinheit, die Auswerteeinheit und/oder den Signalgenerator erlauben.
- Bei zumindest einer der, vorzugsweise bei allen Vergleichseinrichtungen kann an ihrem Überwachungsspannungseingang ein zweites Filter, insbesondere ein Tiefpassfilter, zur Glättung einer zu überwachenden Spannung genutzt werden, um überlagerte Störungen zu eliminieren und so eine geglättete Spannung auf den ersten Eingang des/der Komparators/Komparatoren der Vergleichseinrichtung zu geben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft mit einer Schaltung, die an wenigstens einem der Überwachungsspannungseingänge der Vorrichtung einen Umformer zur Normierung durch Umwandeln eines Stroms oder einer Spannung in der Schaltung in eine zu überwachende Spannung umfasst, kombiniert werden, um Strom- und/oder Spannungswerten von LEDs oder LED-Strängen einer LED-Leuchte zu überwachen und ggf. auch z steuern. Dabei sind die Stromwerte insbesondere Stromwerte der Stromquellen der LEDs bzw. der LED-Stränge.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
-
- Fig. 1
- zeigt schematisch eine Schaltung mit A/D-Wandler 1 gemäß dem Stand der Technik zur Wandlung einer zu überwachende Größe in ein Signal und Microcontroller zur Auswertung des Signals.
- Fig. 2
- zeigt schematisch eine Schaltung gemäß dem Stand der Technik mit einem Komparator, welchem eine analoge Referenz zugeordnet ist.
- Fig. 3
- zeigt schematisiert eine erfindungsgemäße Vorrichtung einer ersten Ausführungsform.
- Fig. 4
- zeigt schematisiert einen Signalgenerator für eine erfindungsgemäße Vorrichtung einer zweiten Ausführungsform.
- Fig. 5
- zeigt schematisiert eine Vergleichseinrichtung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung der zweiten Ausführungsform.
- Fig. 6
- zeigt schematisiert eine erfindungsgemäße Vorrichtung der zweiten Ausführungsform.
- Fig. 7
- zeigt schematisiert einen FPGA-Bereich mit Auswerte- und Steuereinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer dritten Ausführungsform.
- Ähnlich der in
Fig. 2 gezeigten Vorrichtung weist die inFig. 3 gezeigte Vorrichtung zur Überwachung einer Spannung eine Vergleichseinrichtung 20 mit Komparator 14 auf. Der Komparator 14 ist wie bei der inFig. 2 gezeigten Vorrichtung ein Komparator, der abhängig von einer Spannungsdifferenz zwischen seinem ersten und zweiten Spannungseingang umschaltet und damit eine Überschreitung des Grenzwertes mit einer Ausgangsspannung signalisiert. Dies ist allgemein ein Komparator 14 mit einem ersten und mit einem zweiten Spannungseingang und zur Ausgabe eines ersten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungseingang in einem ersten Bereich und eines zweiten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Spannungseingang in einem zweiten Bereich, der zu dem ersten Bereich abgegrenzt und benachbart ist. Der erste Spannungseingang des Komparators 14 ist der erste Spannungseingang der Vergleichseinrichtung 20 und der zweite Spannungseingang des Komparators 3 ist ein Überwachungsspannungseingang der Vergleichseinrichtung 20, der über eine Verbindung verbunden ist mit einer Spannungsausgabeeinheit 22. Das erste bzw. zweite Signal steht so am Ausgang des Komparators 14 als Diagnosesignal bei einer Überwachung am ersten Spannungseingang zur Verfügung. - Anders als die in
Fig. 2 gezeigte Vorrichtung besitzt die inFig. 3 gezeigte Vorrichtung eine Spannungsausgabeeinheit 22 mit einem Signalgenerator 24 zur Erzeugung je eines pulsweitenmodulierten Signals 26 und Einstellung seines Puls-Pause-Verhältnisses. Auf der Verbindung zwischen dem Signalgenerator 24 und dem ersten Spannungseingang des Komparators 14 liegt ein erstes Tiefpassfilter 28 für das pulsweitenmodulierte Signal 26. Somit werden für den Komparator 14 der Signalgenerator 24 und ein Tiefpassfilter 28 genutzt, um durch das Puls-Pause-Verhältnis des pulsweitenmodulierten Signals 26 die Schwelle einzustellen, bei der der Komparator 14 umschaltet und damit eine Unter- oder Überschreitung der Schwelle zu signalisieren. Der Komparator 14 bildet mit einem mit seinem ersten Spannungseingang verbundenen zweiten Tiefpassfilter 30 zur Glättung einer zu überwachenden Spannung eine Vergleichseinrichtung 20. Das erste bzw. zweite Signal steht so am Ausgang des Komparators 14 als Diagnosesignal bei einer Überwachung einer gefilterten und von Störungen befreiten Spannung zur Verfügung. - Allgemein bietet die Erfindung, wie in
Fig. 3 ,5 und6 gezeigt, eine Vorrichtung zur Überwachung wenigstens einer Spannung, umfassend wenigstens eine Vergleichseinrichtung 20, wenigstens einen Komparator 14, 34, 36 in jeder der Vergleichseinrichtungen 20, eine Spannungsausgabeeinheit 22, je eine Verbindung zwischen der Spannungsausgabeeinheit 22 und jedem der zweiten Spannungseingänge, einen Signalgenerator 24 in der Spannungsausgabeeinheit 22 zur Erzeugung je eines pulsweitenmodulierten Signals 26 für jede der Verbindungen und zur Einstellung eines Puls-Pause-Verhältnisses für jedes der pulsweitenmodulierten Signale 26 und auf jeder der Verbindungen ein erstes Filter 28 für das pulsweitenmodulierte Signal 26, wobei der Komparator 14, 34, 36 einen ersten und einen zweiten Spannungseingang aufweist und zur Ausgabe eines ersten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungseingang in einem ersten Bereich und eines zweiten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Spannungseingang in einem zweiten Bereich, der zu dem ersten Bereich abgegrenzt und benachbart ist, ausgebildet ist, wobei jeder der ersten Spannungseingänge mit einem Überwachungsspannungseingang der Vergleichseinrichtung 20 verbunden ist. - Die Vorrichtung der Erfindung kann vorteilhaft mehrere Komparatoren 14, 34, 36 umfassen, von denen jeder an seinem zweiten Spanungseingang ein gefiltertes pulsweitenmoduliertes Signal empfängt, und insbesondere, wie in
Fig. 6 gezeigt, mehrere Vergleichseinrichtungen 20 mit solchen Komparatoren 14, 34, 36. Einen dazu geeigneten Signalgenerator auf Basis eines FPGA für einen Satz pulsweitenmodulierter Signale 26 zeigtCN 10 347 8815 A , auf die hier zur Offenbarung Bezug genommen wird. Ein entsprechender Signalgenerator ist inFig. 4 gezeigt. - Der in
Fig. 4 gezeigte Signalgenerator ist als Bereich 38 eines FPGA ausgebildet und weist einen Bitzähler 40, der ein Taktsignal empfängt und in Erwiderung darauf einen Bitwert zwischen 0 und N an jede von acht Abgleicheinrichtungen 42, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden, ausgibt. Je ein Konstantwertgeber 44, der einen Konstantwert per Speichereinreichung mit einer Umsetzertabelle des FPGA liefert, ist mit je einer der Abgleicheinrichtungen 42 verbunden. - Die Abgleicheinrichtungen 42 können als Komparatoren ausgebildet sein und weisen eine Funktion zur Detektion, ob der Bitwert dem gelieferten Konstantwert entspricht, auf. Der Signalgenerator umfasst ferner sieben RS-Flipflop-Schaltungen 46, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden. Jeder dieser RS-Flipflop-Schaltungen 46 wird an deren jeweiligem R-Eingang das Ausgangssignal - und somit das Ergebnis der von einer der ersten bis siebten der acht Abgleicheinrichtungen 42 ausgeführten Detektion - zum Zurücksetzen der jeweiligen RS-Flipflop-Schaltung 46 zugeführt wird. Eine achte der acht Abgleicheinrichtungen 42 empfängt 0 als Konstantwert und gibt ihr Ausgangssignal-und somit das Ergebnis der von ihr ausgeführten Detektion - an die S-Eingänge zum Setzen der sieben RS-Flipflop-Schaltungen aus.
- Jede der RS-Flipflop-Schaltungen 46 gibt ein pulsweitenmoduliertes Signal 26 aus, das auf dem Taktsignal basiert und dessen Puls-Pause-Verhältnis durch den Konstantwert eingestellt ist, der der mit dem ihrem S-Eingang verbundenen Abgleicheinrichtung 42 zugeführt ist. Somit ist eine effektive Implementierung einer Pulsweitenmodulationseinheit bzw. eines Signalgenerators in einem FPGA erhalten, die mehrere Kanäle mit unterschiedlichen Puls-Pause-Verhältnissen generieren kann, wobei nur ein einziger Bitzähler 40 angewendet wird.
-
Fig. 5 zeigt eine der Vergleichseinrichtungen 20 der inFig. 6 gezeigten Vorrichtung. Die Vergleichseinrichtung besitzt einen Satz von zwei Komparatoren 34, 36 mit einer Parallelschaltung der ersten Spannungseingänge der zwei der Komparatoren 34, 36 zu dem Überwachungsspannungseingang der Vergleichseinrichtungen 20. Dabei empfängt jeweils der zweite Spannungseingang der Komparatoren 34, 36 jeweils ein pulsweitenmoduliertes Signal 26 und ist mit einem parallel zum Eingang dieses pulsweitenmodulierten Signals 26 geschalteten Kondensator 48 zur Glättung dieses Signals verbunden. In dem Satz von zwei Komparatoren 34, 36 detektiert ein Maximalwertkomparator 34 die Überschreitung einer durch das an seinem zweiten Spannungseingang anliegende Signal eingestellten Obergrenze eines zulässigen Wertebands. In dem Satz von zwei Komparatoren 34, 36 detektiert ein Minimalwertkomparator 36 die Überschreitung einer durch das an seinem zweiten Spannungseingang anliegende Signal eingestellten Obergrenze eines zulässigen Wertebands. Alternativ können auch Unterschreitungen von durch das an seinem zweiten Spannungseingang anliegende Signal eingestellten Grenzen ausgewertet werden. - Eine mit den Ausgängen der beiden Komparatoren 34, 36 verbundene Auswerteeinheit 50 (
Fig. 6 ) kann so eine Diagnose vornehmen, ob eine zu überwachende Größe in einem zulässigen Werteband liegt. Mit solchen Vergleichseinrichtungen 20 lässt sich mit zwei Einheiten bestehend aus Komparator, Tiefpass und PWM-Generator überwachen, ob ein Signal ein zulässiges Werteband verlässt. - Die in
Fig. 6 gezeigte Vorrichtung bildet eine Mehrkanalüberwachungsschaltung 52, im gezeigten Beispiel eine Fünfkanalüberwachungsschaltung mit fünf der inFig. 5 gezeigten Vergleichseinrichtungen 20, wobei jeder der Vergleichseinrichtungen 20 an ihrem Überwachungsspannungseingang ein zweites Tiefpassfilter 30 zur Glättung einer zu überwachenden Spannung vorgeschaltet ist. Jede der Vergleichseinrichtungen 20 ist mit den zweiten Spannungseingängen ihres Satzes von Komparatoren 34, 36 über je ein erstes Tiefpassfilter 28 verbunden mit einer Spannungsausgabeeinheit 22, von der jedes erste Tiefpassfilter 28 ein pulsweitenmoduliertes Signal 26 erhält. Die Spannungsausgabeeinheit 22 erhält für jeden der fünf überwachten Kanäle ein Einstellsignal zur Festlegung eines Paars von Konstantwerten. Die Spannungsausgabeeinheit 22 empfängt ein durch einen Vorteiler 54 modifiziertes Taktsignal und hat einen Signalgenerator, der entsprechend dem inFig. 4 gezeigten Signalgenerator auf Basis des Taktsignals und der Konstantwerte zu den Tiefpassfiltern 28 geführte pulsweitenmodulierte Signale erzeugt. - Der eingesetzte FPGA besitzt einen Bereich, in dem die Spannungsausgabeeinheit 22 eingerichtet ist, und einen Bereich, in dem eine Auswerteeinheit 50 eingerichtet ist, und einen Bereich, in dem der Vorteiler 54 eingerichtet ist. Jede der Vergleichseinrichtungen 20 ist zur Ausgabe der ersten und/oder zweiten Signale mit der Auswerteeinheit verbunden. Die Auswerteeinheit 50 empfängt die Einstellsignale und weist eine Funktion und einen Ausgang zur Ausgabe von Diagnosemeldungen in Abhängigkeit der ersten und/oder zweiten Signale auf. Die Einstellsignale sind in
Fig. 6 durch Pfeile an der Spannungsausgabeeinheit 22 bzw. der Auswerteeinheit 50 dargestellt. - Die in
Fig. 6 gezeigte Mehrkanalüberwachungsschaltung 52 wird zur Überwachung von vier Strömen von vier LED-Strängen und einer den vier LED-Strängen zugeführten Spannung eingesetzt. Dazu geben Umformer den zweiten Tiefpassfiltern 30 Spannungen aus, die die Ströme repräsentieren. -
Fig. 7 zeigt eine Steuer- und Überwachungsvorrichtung 56 mit einer entsprechend der inFig. 6 gezeigten Vorrichtung arbeitenden Mehrkanalüberwachungsschaltung 52, wobei die Mehrkanalüberwachungsschaltung 52 hier als Vierkanalüberwachungsschaltung ausgebildet ist. Die Mehrkanalüberwachungsschaltung 52 wird zur Überwachung von drei Strömen von drei LED-Strängen und einer den drei LED-Strängen zugeführten Spannung eingesetzt. - Eine in
Fig. 7 nicht gezeigte aber entsprechend zuFig. 6 ausgestaltete Spannungsausgabeeinheit der Mehrkanalüberwachungsschaltung 52 besitzt ein gespeichertes Paar von Konstantwerten, auf deren Basis und anhand eines durch einen Vorteiler 54 modifizierten Taktsignals an einem der Kanäle die den drei LED-Strängen zugeführte Spannung überwacht wird. Das durch den Vorteiler 54 modifizierte Taktsignal wird sowohl der Spannungsausgabeeinheit als auch einer Steuereinheit 58 zugeführt. Der Spannungsausgabeeinheit und einer entsprechend zuFig. 6 beschriebenen Auswerteeinheit der Mehrkanalüberwachungsschaltung 52 als auch der Steuereinheit 58 wird ein Satz von drei Einstellsignalen zugeführt. Die drei Einstellsignale dienen zur Überwachung und Steuerung von drei Strömen der drei LED-Stränge. - Die Steuereinheit 58 besitzt dazu eine Funktion zur Ausgabe von Sollwertsignalen für Stromquellen der LED-Stränge auf Basis der Einstellsignale. Eine entsprechend zu
Fig. 6 ausgestaltete Auswerteeinheit 50 der Mehrkanalüberwachungsschaltung 52 weist eine Funktion zum Empfang der Einstellsignale eine Funktion zur Ausgabe von Diagnosemeldungen auf. - Der eingesetzte FPGA besitzt einen Bereich, in dem die Spannungsausgabeeinheit 22 eingerichtet ist, und einen Bereich, in dem eine Auswerteeinheit 50 eingerichtet ist, und einen Bereich, in dem der Vorteiler 54 eingerichtet ist, und einen Bereich, in dem die Steuereinheit 58 eingerichtet ist. Alternativ können diese Elemente einzeln oder gruppiert auf separaten FPGA eingerichtet sein. Auf diese Weise kann der FPGA auch dazu verwendet werden, die bei einer LED-Leuchte benötigten Stromquellen einzustellen. Dazu können weitere PWM-Einheiten einen Sollwert für die Stromquellen generieren oder diese direkt PWM-modulieren. Man erhält so bei Einsatz eines oder mehrerer FPGA eine einstellbare Leuchte mit einstellbarer Überwachung.
- Wie oben erklärt, ermöglicht die Erfindung besonders eine Überwachung ohne ein wie in
Fig. 2 gezeigtes analoges Stellglied, eine Einstellung von Grenzwerten, eine parallele Überwachung mehrerer Kanäle, eine softwareunabhängige Überwachung insbesondere zur Laufzeit einer LED-Leuchte und erlaubt eine Integration einer einstellbaren Ansteuerung von Stromquellen. -
- 10
- A/D-Wandler
- 12
- Mikrocontroller
- 14
- Komparator
- 16
- analoge Referenz
- 20
- Vergleichseinrichtung
- 22
- Spannungsausgabeeinheit
- 24
- Signalgenerator
- 26
- Pulsweitenmoduliertes Signal
- 28
- erstes Filter
- 30
- zweites Filter
- 34, 36
- Komparatoren eines Komparatorensatzes
- 38
- Bereich des frei programmierbaren Logikbausteins
- 40
- Bitzähler
- 42
- Abgleicheinrichtung
- 44
- Konstantwertgeber
- 46
- RS-Flipflop
- 48
- Kondensator
- 50
- Auswerteeinheit
- 52
- Mehrkanalüberwachungsschaltung
- 54
- Vorteiler
- 56
- Steuer- und Überwachungsvorrichtung
- 58
- Steuereinheit
Claims (10)
- Vorrichtung zur Überwachung wenigstens einer Spannung, umfassend- wenigstens eine Vergleichseinrichtung (20),- wenigstens einen Komparator (14, 34, 36) in jeder der Vergleichseinrichtungen (20)-- mit einem ersten und mit einem zweiten Spannungseingang und-- zur Ausgabe eines ersten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungseingang in einem ersten Bereich und eines zweiten Signals bei einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Spannungseingang in einem zweiten Bereich, der zu dem ersten Bereich abgegrenzt und benachbart ist,-- wobei jeder der ersten Spannungseingänge mit einem Überwachungsspannungseingang der Vergleichseinrichtung (20) verbunden ist,- eine Spannungsausgabeeinheit (22), und- je eine Verbindung zwischen der Spannungsausgabeeinheit (22) und jedem der zweiten Spannungseingänge,
dadurch gekennzeichnet, dass- die Spannungsausgabeeinheit (22) ein FPGA ist zur Erzeugung je eines pulsweitenmodulierten Signals (26) für jede der Verbindungen und zur Einstellung eines Puls-Pause-Verhältnisses durch Konfiguration und Verschaltung der Logikblöcke des FPGA für jedes der pulsweitenmodulierten Signale (26) und somit zur Einstellung von Schwellen, bei denen der/die Komparator/en umschaltet/umschalten, wobei auf jeder der Verbindungen ein erstes Filter (28) für das pulsweitenmodulierte Signal (26) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass- wenigstens eine der Vergleichseinrichtungen (20) einen Satz von zwei der Komparatoren (34, 36) mit einer Parallelschaltung der ersten Spannungseingänge der beiden Komparatoren (34, 36) zu dem Überwachungsspannungseingang dieser Vergleichseinrichtung (20) umfasst,- wobei die an den zweiten Spannungseingängen der beiden Komparatoren (34, 36) anliegenden pulsweitenmodulierten Signale (26) zur Festlegung einer Ober- und einer Untergrenze für eine am Überwachungsspannungseingang der Vergleichseinrichtung (20) anliegende Spannung eingestellt sind.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Auswerteeinheit (50), die zum Empfang der ersten und/oder zweiten Signale mit jeder der Vergleichseinrichtungen (20) verbunden ist und eine Funktion zur Ausgabe von Diagnosemeldungen in Abhängigkeit der ersten und/oder zweiten Signale aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (50) durch einen ersten Bereich (38) des frei programmierbaren Logikbausteins gebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, welche eine Steuereinheit (58) umfasst, die eine Funktion zum Empfang von Einstellsignalen und eine Funktion zur Ausgabe von Sollwertsignalen für Stromquellen auf Basis der Einstellsignale umfasst, wobei die Auswerteeinheit (50) ferner eine Funktion zum Empfang der Einstellsignale umfasst und die Funktion zur Ausgabe von Diagnosemeldungen eine Funktion zur Ausgabe von Diagnosemeldungen in Abhängigkeit der ersten und/oder zweiten Signale und der Einstellsignale ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (58) durch einen zweiten Bereich des frei programmierbaren Logikbausteins gebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (58) Pulsweitenmodulationseinheiten zur Erzeugung der Sollwerte aufweist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Überwachungsspannungseingänge ein zweites Filter (30) zur Glättung einer zu überwachenden Spannung aufweist.
- Kombination aus einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Schaltung,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaltung an wenigstens einem der Überwachungsspannungseingänge der Vorrichtung einen Umformer zur Normierung durch Umwandeln eines Stroms oder einer Spannung in der Schaltung in eine zu überwachende Spannung umfasst. - Verwendung einer Kombination nach Anspruch 9 zur Überwachung von Strom- und/oder Spannungswerten für LEDs oder LED-Stränge einer LED-Leuchte.
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