EP2979954B1 - Led-einheit für lichtsignalgeber, lichtsignalgeber mit einer solchen einheit und verfahren zur überwachung eines led-strangs einer led-einheit - Google Patents

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EP2979954B1
EP2979954B1 EP15178874.2A EP15178874A EP2979954B1 EP 2979954 B1 EP2979954 B1 EP 2979954B1 EP 15178874 A EP15178874 A EP 15178874A EP 2979954 B1 EP2979954 B1 EP 2979954B1
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EP
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led
voltage
switching
unit
led string
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Helmut Ulmer
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Pintsch GmbH
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    • H05B45/38—Switched mode power supply [SMPS] using boost topology

Definitions

  • the invention relates to an LED unit for light signal transmitters, in particular for level crossings, and a light signal transmitter provided with a corresponding unit, in particular for level crossings.
  • the invention also relates to a method for monitoring at least one LED string of an LED unit.
  • light signal generators for level crossings are known. They are used to generate optical signals at level crossings that warn road users of an approaching train. They are usually constructed in such a way that a yellow and a red signal light are arranged on a post above a so-called St. Andrew's cross, whereby when a train approaches, the yellow signal light is first switched on to give road users the opportunity to evacuate the immediate danger area after a certain period of time, e.g. 3 to 5 seconds, the red signal light is switched on to indicate that the danger area is no longer allowed to be driven into or entered.
  • a certain period of time e.g. 3 to 5 seconds
  • LEDs are usually provided with small reflectors on their rear side facing away from the viewer, which focus the emitted light in the direction of the viewer. If you want to replace a large number of "normal" LEDs with a few high-power LEDs, the problem arises that the known current monitoring fails if an LED fails due to an internal short circuit. In the event of such a short circuit, a current continues to flow, so that the known current monitoring does not report an error.
  • level crossing light signal generator is also attached as a side light to an existing traffic light signal generator (usually a traffic light).
  • traffic light signal generator usually a traffic light
  • Such arrangements can be found at road junctions in the area of a level crossing.
  • light signal transmitters as so-called “single lights” in the colors yellow, red and green.
  • EP 1 045 360 A1 a method for operating a traffic light signaling system is known in which the red light of the road traffic light signal generator is to be used at the same time as red light for a level crossing light signal generator, so that there is no need for separate, side by side light signal generators for level crossing and road traffic.
  • EP 1 045 360 A1 suggests the respective Form a red signal by a plurality of LEDs, which are divided into several series circuits. There is also the problem of functionality monitoring when using high-power LEDs.
  • Fig. 3 illustrates an example of the course of diode forward voltages U of the two LED strings of such an LED unit over time, with values shown as triangles for the first and values shown as squares for the second LED strand of the LED unit.
  • the switch-on time of the LED unit is at the intersection of the time axis with the ordinate.
  • the diode forward voltage in each of the LED strings decreases in an initialization phase up to time t1, in particular due to heating of the LEDs, until stabilization below a threshold value occurs.
  • the differences in the diode forward voltages between the LED strings increase.
  • the pamphlets EP 1 965 609 A2 , EP 2 247 161 A1 , EP 0 955 619 A1 , US 2013/0026926 A1 , US 2012/0074856 A1 , US 2012/0200296 A1 , DE 199 29 430 A1 and US 2012/0313528 A1 teach how an LED failure can be detected on the basis of a comparison of the forward voltages between two LED strings.
  • An LED arrangement for light signal generators comprises a first and a further strand of series-connected high-power LEDs, wherein the LEDs of the two strands are arranged on a common circuit board and can be supplied with power separately from one another in order to stimulate the LEDs in the respective strand to glow, the LEDs in the at least two strings are arranged on the board in such a way that the LEDs of the first strand produce essentially the same light distribution as the LEDs of the further strand and with means for monitoring the current flowing during operation of a strand and the voltage dropping on the strand being provided and wherein a control unit is provided for automatic switching to another line in the event of failure of an operated line or an LED of one of the operated line.
  • the object of the invention is to enable LED units and their operation with high operational reliability for light signal generators, in particular for level crossings, which are improved under at least one of the following aspects: operational reliability, costs, low retrofitting, maintenance, service life.
  • the LED unit according to the invention is defined in claim 1.
  • the method according to the invention is defined in claim 9.
  • the second threshold value is in particular a voltage threshold value for the first derivative according to the time of as exemplarily in FIG Fig. 3 illustrated voltage curves.
  • FIG Fig. 3 illustrates that during initialization there is still no change in the flow voltage due to heating and, in the operating phase, small changes in the flow voltage due to heating occur at small time intervals.
  • Monitoring or failure signal detection triggers that are subject to slight variations as a result of temperature fluctuations can thus be used.
  • a stable, simple fault detection is thus made possible.
  • the stated point in time, in particular the end of the initialization phase is approximately 0.5 to 3 seconds, advantageously approximately 1 to 2 seconds after the point in time of the start of the first control function, ie the alternating switching on of the LED strings.
  • the different switch-on phases mentioned of one of the LED strings are also advantageously separated in time from another of the LED strings by only one switch-on phase.
  • the time after switching on the LED unit is, for example, from a time of Switching on the LED unit by a first switching-on phase of the first LED string and a first switching-on phase of the second LED string spaced apart.
  • the first threshold value is advantageously smaller than the second threshold value and is between approximately 0.5 and 1 volt, preferably between approximately 0.6 and 0.8 volts, and is more preferably approximately 0.7 volts.
  • the second threshold value is advantageously between approximately 0.8 and 1.2 volts, preferably between approximately 0.9 and 1.1 volts, and is more preferably approximately 1.0 volts.
  • the first and second threshold values can be determined independently of the temperature.
  • the above-mentioned advantageous failure detection signal outputs, monitoring or failure signal detection triggers, times and usable different switch-on phases and threshold values are also advantageous aspects of the method according to the invention for monitoring a first LED string and / or a second LED string of an LED unit for light signal generators, which have a first switching device with a function of connecting the first LED string to a first power source pole and a second switching device with a function of connecting the second LED string to a second power source pole, an opposite pole for both the first and the second power source pole, each comprising of the first and second LED strings is connected between one of the first and second switching devices and the opposite pole, the method alternating switching on of the first and second LED strings with the first and second switching devices, a first S voltage measurement of the diode forward voltage of the first LED string when connected to the first power source pole with the first switching device, a second voltage measurement of the diode forward voltage of the second LED string when connected to the second power source pole with the second switching device, and monitoring for the detection of a Includes failure of
  • the invention is particularly useful in the EP 1 992 542 A2 LED arrangements shown are applicable.
  • a measuring unit function for detection which includes the above-mentioned voltage measuring functions and a comparison of the diode forward voltages determined with the first and second voltage measuring functions and which outputs a failure detection signal if the comparison results in at least one absolute value of a voltage difference above a threshold value, in particular for the first and second LED strings each with a set of high-power LEDs and possibly the same binning for matched power consumption to easily determine a breakdown of one or more individual LEDs of one of the LED strings by comparing the LED strings, in particular their forward voltages.
  • the LED unit is in an operating phase It is easy for one or more individual LEDs of one of the LED strings to be alloyed through by a voltage jump in the forward voltage of the LED string over time. An input voltage measurement makes it possible to determine whether an LED string is switched on. For example, each set can have three to six high-power LEDs.
  • the LED unit is advantageously arranged on a circuit board, which not only makes it easier to retrofit light signal generators.
  • a circuit board can also ensure thermal coupling of the LEDs on both strings. Monitoring or failure detection signal triggers are largely temperature-independent in the invention and do not rely on a thermal coupling of the LEDs of both strings in order to enable reliable comparisons of measured voltages.
  • the object of the invention is also achieved by a light signal transmitter, in particular in the form of a signal light for level crossings, the lighting means of which is formed by an LED unit of the invention on a circuit board and an optical system that includes a collimator and / or a scatter lens for aligning light emitted by the LED strands.
  • the light signal transmitter or its LED unit can be operated according to a method corresponding to the functions of the LED unit or its control.
  • Voltage monitoring which can be provided according to the invention also makes it possible to reliably detect the failure of an individual LED in a string.
  • LED string is understood here to mean a series connection of LEDs.
  • an LED cluster preferably has two to eight LEDs, preferably three to six LEDs, in particular four LEDs.
  • the forward voltage between the first and second LED strings preferably differs by no more than 0.7 volts, preferably no more than 0.5 volts.
  • preference is given to using high-power LEDs with a power consumption of 3 to 7 watts, in particular 5 watts.
  • failure of the light unit is understood here to mean a complete failure of an LED string, both LED strings and / or individual LEDs in an LED string.
  • failure of the light unit is understood here to mean an interrupted flow of current through both LED strings.
  • the opposite pole can be a battery negative pole and each of the first and second power source poles is a battery positive pole of a separate power source or the opposite pole can correspond to a battery center tap if the first and second power source poles second power source poles correspond to a pair of positive and negative battery terminals.
  • the duration of the switch-on phases and / or that of the switch-off phases is typically between approximately 0.5 and 5 seconds, advantageously between approximately 0.5 and 3 seconds, more preferably between approximately 0.5 and 1 seconds.
  • the diode forward voltage changes are monitored between successive switch-on phases of the respectively monitored LED string.
  • the diode forward voltage changes are preferably monitored for each of the LED strings between successive switch-on phases of this LED string.
  • the first and second LED strings 11, 12 each have a set of four high-power LEDs with the same binning.
  • Equal binning means that the LEDs are essentially the same Properties, including forward voltage and power consumption, so that the two LED sets have essentially a homogeneous power consumption.
  • an LED unit operated according to the invention for light signal generators comprises a lighting unit comprising a first LED string 11 and a second LED string 12, a first switching device 21 with a function for connecting the first LED string 11 to a first power source pole 31 and a second switching device 22 with a function of connecting the second LED string 12 to a second power source pole 32, a counter pole 4 for both the first and the second power source pole 31, 32, a return conductor connection common to the first and second LED strings to the counter pole 4, each of the first and second LED strings 11, 12 being connected between one of the first or second switching devices 21, 22 and the opposite pole 4, a controller (in Fig. 1 not fully shown) of the first and second switching devices 21, 22, which comprises a first control function for alternately switching on the first and second LED strings 11, 12 with the first and second switching devices 21, 22.
  • the control includes a measuring unit from which in Fig. 1 Voltage measuring devices 51, 52, 61, 62 and current measuring devices 81, 82 are shown, and has a function for detecting a failure of the lighting unit and a further function for detecting a failure in the lighting unit.
  • a first sub-unit T1 of the measuring unit has an input voltage measuring unit 51 for determining whether the first LED string 11 is switched off and consequently the second LED string 12 (according to the control function for alternately switching on the LED strings) to the second power source pole 32 with the second switching device 22 is connected.
  • this input voltage measuring unit 51 is connected in parallel to the first LED cluster 11 between the first switching device 21 and the return conductor connection.
  • the first sub-unit T1 of the measuring unit also has a diode forward voltage measuring unit 62 to measure the diode forward voltage at the second Measure LED string 12.
  • the input voltage measuring unit 51 and the diode forward voltage measuring unit 62 are part of a voltage measuring function of the diode forward voltage of the second LED string 12 when connected to the second power source pole 32 with the second switching device 22.
  • a second sub-unit T2 of the measuring unit has an input voltage measuring unit 52 for determining whether the second LED string 12 is switched off and consequently the first LED string 11 (according to the control function for alternately switching on the LED strings) to the first power source pole 31 with the first switching device 21 is connected.
  • this input voltage measuring unit 52 is connected in parallel to the second LED cluster 12 between the second switching device 22 and the return conductor connection.
  • the second sub-unit T2 of the measuring unit also has a diode forward voltage measuring unit 61 in order to measure the diode forward voltage on the first LED string 11.
  • the input voltage measuring unit 52 and diode forward voltage measuring unit 61 are part of a voltage measuring function of the diode forward voltage of the first LED string 11 when connected to the first power source pole 31 with the first switching device 21.
  • the function for detecting the measuring unit includes a comparison of the diode forward voltages determined with the two sub-units T1, T2 and voltage measuring functions mentioned and a failure detection signal output if the comparison results in at least one absolute value of a voltage difference above a threshold value.
  • a first value is provided for the threshold value when the first control function is executed for the first time when the LED unit is initialized and a second value is provided for each further execution of the first control function, the first value being lower than the second value.
  • the first value is set to 0.7 volts and the second value to 1.0 volts.
  • first and second current measurement functions it is determined whether the first or second LED string with the respective switching device 21, 22 is connected to the respective current source pole 31, 32, corresponding to the above in connection with the subunits T1, T2 and their input voltage measuring units 51, 52 described functions.
  • the switching devices 21, 22 are each part of a pulse-width-modulated current source (PWM current source) of the respective LED string 11, 12, which they can connect to one of the current source poles 31, 32.
  • PWM current source pulse-width-modulated current source
  • the PWM current sources alternately switch on one of the LED strings 11, 12 from the positive pole as current source pole 31, 32, which are connected via the return conductor connection or a return conductor that is connected to minus.
  • the LED unit is formed on a circuit board with thermal coupling under the first and second LED strings 11, 12.
  • Fig. 2 illustrates in more detail an implementation with the in Fig. 1 illustrated subunits T1, T2.
  • the above power sources have pulse-width modulated DC voltage converters.
  • the first LED string 11 is connected between a first of the DC-DC converters and the opposite pole 4 and the first switching device 21 comprises a MOSFET as a voltage-controlled switch 91 for the function of connecting the first LED string 11 to the first power source pole 31.
  • the second LED- String 12 is connected between a second of the DC voltage converters and the opposite pole 4 and the second switching device 22 comprises two MOSFETs as voltage-controlled switches 92 for the function of connecting the second LED string 12 to the second power source pole 32 or as a further voltage-controlled switch 112B for connection of the second LED cluster 12 to the opposite pole 4.
  • the first and the second DC voltage converter are down converters or buck converters.
  • a gate of the voltage-controlled switch 92 for connecting the second LED string 12 to the second power source pole 32 receives a signal from the controller via a circuit signal resistor 92A.
  • the switches 91, 92 shown are designed as MOSFETs. They are controlled by the controller (not shown) via switch signal resistors 91A, 92A. The control ensures the first and second control functions via the DC / DC converter.
  • Fig. 2 illustrates the voltage monitoring with the subunits T1 and T2 of zu Fig. 1 described embodiment, wherein it is provided that the opposite pole 4 corresponds to a battery center tap, the first power source pole 31 corresponds to a battery positive pole and the second power source pole 32 corresponds to a battery negative pole.
  • the illustrated voltage monitoring can thus be used in particular to monitor the voltage of two batteries.
  • the second DC voltage converter is a step-down converter with the opposite pole 4 and the second voltage source pole 32 as the voltage output and the second LED cluster 12 and the second voltage source pole 32 at the voltage input and with a diode 112 as the opposite pole 4 is a battery center tap preserved pole provided.
  • the second power source pole 32 is the battery negative pole in the illustrated embodiment.
  • each of the subunits T1, T2 has two combinations of a comparator N5, N6, N7, N8 and a measuring resistor R5, R6, R7, R8 connecting the comparator inputs.
  • comparators are connected to one another via inputs of different polarity and the corresponding connection branches off to the opposite pole 4, ie the central battery tap.
  • a comparator pair formed from comparators N5, N6 of the first and second subunits T1, T2 is connected with its plus inputs to the first LED string 11 via resistors R9, R12, namely with its connected to the choke coil 101 of the first DC voltage converter The End.
  • another pair of comparators N7, N8 selected from the first and second subunits T1, T2 is connected with its negative inputs to the second LED string 12 via resistors R10, R11, namely with its connected to the choke coil 102 of the second DC-DC converter The End.
  • an input voltage of the first LED string 11 is obtained at the output of the comparator N5
  • a diode forward voltage of the first LED string 11 is obtained at the output of the comparator N6
  • an input voltage of the second LED is obtained at the output of the comparator N7.
  • String 12 is obtained and a diode forward voltage of the first LED string 11 is obtained at the output of the comparator N8.
  • Under received Voltage is to be understood as a voltage value representing the corresponding voltage.
  • the LEDs of both LED strings 11, 12 do not have to be on a circuit board and with thermal coupling, e.g. be arranged by placing the LEDs of the first and second groups together on a printed circuit board and a heat sink, in order to allow voltage monitoring in such a way that LEDs with different voltage BINs can be operated up to the maximum permissible line resistance.
  • thermal coupling e.g. be arranged by placing the LEDs of the first and second groups together on a printed circuit board and a heat sink, in order to allow voltage monitoring in such a way that LEDs with different voltage BINs can be operated up to the maximum permissible line resistance.
  • a short circuit in an LED string 11, 12, in particular as a result of the alloying of an LED in one of the LED strings, can be reliably detected by the voltage monitoring.
  • Voltage monitoring based on a comparison of the two LED strings 11, 12 in an initialization phase for example up to one as in FIG Fig. 3 illustrated time t1 after switching on the LED unit.
  • the initialization phase can also include only one switch-on for each of the two LED strings 11, 12, that is to say the first switch-on after the LED unit is switched on. In other words, this initialization phase includes an alternating switching on of the two LED strings 11, 12. In particular with short switching on phases of the LED strings 11, 12, only slight jumps in the diode forward voltage will then occur in each of the LED strings 11, 12.
  • the duration of the switch-on phases is advantageously selected between approximately 0.5 and 5 seconds, more advantageously between approximately 0.5 and 3 seconds and in particular between approximately 0.5 and 1 seconds.
  • the diode forward voltage changes are then monitored between successive switch-on phases of the LED string being monitored in each case.
  • the diode forward voltage changes are preferably monitored for each of the LED strings between successive switch-on phases of this LED string.
  • the voltage of both LED strings 11, 12 resulting from the respective diode forward voltages of the string LEDs is determined as initialization.
  • the difference between the two voltages must not be greater than 0.7 volts. If this is ensured as initialization, the operating phase (normal operation) begins. In the operating phase it is then monitored whether no voltage jump greater than 1 volt has occurred from the last voltage value. A temperature adjustment of the voltage limits is not necessary and is not applicable.
  • a procedure carried out with the LED unit works independently of the voltage BIN of the LEDs if the comparison is made with a corresponding tolerance specification. If an LED fails, a difference between the diode forward voltages of the two LED strings 11, 12 0 and exceeds or falls below a specified detectable tolerance. A tight tolerance specification is permitted, since forward voltage fluctuations due to production tolerances of the LEDs are averaged by comparing forward voltages of the first and second groups. When monitoring the pair of first and second LED strings 11, 12 it is provided that the LEDs in each of the strings have an LED current of the same size flowing through them.

Description

    TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine LED-Einheit für Lichtsignalgeber insbesondere für Bahnübergänge und einen mit einer entsprechenden Einheit versehenen Lichtsignalgeber insbesondere für Bahnübergänge. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung wenigstens eines LED-Strangs einer LED-Einheit.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Auf dem Gebiet der Erfindung sind Lichtsignalgeber für Bahnübergänge bekannt. Sie dienen dazu, an Bahnübergängen optische Signale zu erzeugen, die Verkehrsteilnehmer vor einem herannahenden Zug warnen. Üblicherweise sind sie so aufgebaut, dass an einem Pfosten über einem sogenannten Andreaskreuz eine gelbe und eine rote Signalleuchte angeordnet sind, wobei bei Herannahen eines Zuges zunächst die gelbe Signalleuchte eingeschaltet wird, um den Verkehrsteilnehmern Gelegenheit zu geben, den unmittelbaren Gefahrenbereich zu räumen, worauf dann nach einer gewissen Zeitspanne, z.B. 3 bis 5 Sekunden, das rote Signallicht eingeschaltet wird, um anzuzeigen, dass in den Gefahrenbereich nicht mehr eingefahren bzw. eingetreten werden darf.
  • Es sind konventionelle Lichtsignalgebern bekannt, die sogenannte Zwei-Faden-Glühlampen verwenden, die jeweils einen sogenannten Haupt- und einen Nebenfaden (auch Ersatzfaden genannt) besitzen, die in der Glühlampe räumlich versetzt angeordnet sind, wobei der Nebenfaden dazu dient, ein Funktionieren der Glühlampe bei Ausfall des Hauptfadens zu sichern und somit quasi eine interne "Ersatzlampe" bildet. 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.
  • Aus der DE 199 47 688 A1 ist ein LED-Lichtsignal bekannt, das zum Ersatz der konventionellen Zwei-Faden-Glühlampen dient und die das Verhalten einer konventionellen Zwei-Faden-Glühlampe simuliert, so dass in einem die Funktion eines damit ausgestatteten Lichtsignalgebers überwachenden Stellwerk insbesondere durch eine konventionelle Stromüberwachung ein Ausfall eines "Hauptfadens" festgestellt und auf den "Nebenfaden" umgeschaltet werden kann.
  • Werden einige hundert LEDs pro Lichtsignal verwendet, kommt es zu sogenannten Tiefenreflexphantomen, die bei ungünstigem Tageslichteinfall dazu führen, dass das Signal für einen Betrachter so erscheint, als wenn es angeschaltet wäre. Die LEDs sind nämlich üblicherweise auf ihrer dem Betrachter abgewandten Rückseite mit kleinen Reflektoren versehen, die das abgestrahlte Licht in Richtung auf den Betrachter bündeln. Will man nun eine Vielzahl von "normalen" LEDs durch wenige Hochleistungs-LEDs ersetzen, besteht das Problem, dass die bekannte Stromüberwachung versagt, wenn eine LED aufgrund eines internen Kurzschlusses ausfällt. Bei einem solchen Kurzschluss fließt weiter ein Strom, so dass die bekannte Stromüberwachung keinen Fehler meldet.
  • Es sind ferner sogenannte konventionelle "BÜSTRA-Anlagen" bekannt, bei denen der Bahnübergangslichtsignalgeber zusätzlich als Seitenlicht an einem vorhandenen Straßenverkehrslichtsignalgeber (i.d.R. einer Ampel) angebracht wird. Solche Anordnungen finden sich bei Straßeneinmündungen im Bereich eines Bahnübergangs. Für spezielle Anwendungsfälle gibt es auch Lichtsignalgeber als sogenannte "Einzellichter" in den Farben gelb, rot und grün.
  • Aus der EP 1 045 360 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtzeichensignalanlage bekannt, bei welchem das Rotlicht des Straßenverkehrslichtsignalgebers gleichzeitig als Rotlicht für einen Bahnübergangslichtsignalgeber verwendet werden soll, so dass auf gesonderte, nebeneinander angeordnete Lichtsignalgeber für Bahnübergang und Straßenverkehr verzichtet werden kann. EP 1 045 360 A1 schlägt vor, das jeweilige Rotsignal durch eine Mehrzahl von LEDs zu bilden, die auf mehrere Reihenschaltungen aufgeteilt sind. Dabei besteht ebenfalls das Problem der Funktionstüchtigkeitsüberwachung beim Einsatz von Hochleistungs-LEDs.
  • Die EP 1 992 542 A2 zeigt eine LED-Einheit für Lichtsignalgeber, umfassend:
    • eine Leuchteinheit, umfassend einen ersten LED-Strang und einen zweiten LED-Strang,
    • eine erste Schalteinrichtung mit einer Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges an einen ersten Stromquellenpol und eine zweite Schalteinrichtung mit einer Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges an einen zweiten Stromquellenpol,
    • einen Gegenpol für sowohl den ersten als auch den zweiten Stromquellenpol,
    • einen den ersten und zweiten LED-Strängen gemeinsamen Rückleiteranschluss an den Gegenpol, wobei jeder der ersten und zweiten LED-Stränge zwischen einer der ersten bzw. zweiten Schalteinrichtungen und den Gegenpol geschaltet ist,
    • eine Steuerung der ersten und zweiten Schalteinrichtungen, welche eine erste Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der ersten und zweiten LED-Stränge mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen umfasst und
    • eine Messeinheit der Steuerung mit einer Funktion zur Detektion eines Ausfalls bei der Leuchteinheit,
      wobei der Gegenpol einem Batteriemittelabgriff entspricht, und die ersten und zweiten Stromquellenpole einem Paar aus Batterieplus- und Batterieminuspol entsprechen.
  • Fig. 3 veranschaulicht beispielhaft den Verlauf von Dioden-Flussspannungen U der beiden LED-Stränge einer solchen LED-Einheit über die Zeit, und zwar mit als Dreiecken dargestellten Werten für den ersten und als Quadraten dargestellten Werten für den zweiten LED-Strang der LED-Einheit. Der Einschaltzeitpunkt der LED-Einheit liegt dabei am Schnittpunkt der Zeitachse mit der Ordinate. Dabei nimmt in jedem der LED-Stränge die Dioden-Flussspannung in einer Initialisierungsphase bis zum Zeitpunkt t1 insbesondere aufgrund Erwärmung der LEDs ab bis eine Stabilisierung unterhalb eines Schwellenwertes eintritt. Infolge unterschiedlicher Erwärmung der LED-Stränge insbesondere nach der Initialisierungsphase und ab Eintritt der Stabilisierung vergrößern sich Unterschiede der Dioden-Flussspannungen zwischen den LED-Strängen.
  • Die Druckschriften EP 1 965 609 A2 , EP 2 247 161 A1 , EP 0 955 619 A1 , US 2013/0026926 A1 , US 2012/0074856 A1 , US 2012/0200296 A1 , DE 199 29 430 A1 und US 2012/0313528 A1 lehren, wie ein LED-Ausfall auf Basis eines Vergleichs der Flussspannungen zweier LED-Stränge untereinander detektiert werden können.
  • Eine LED-Anordnung für Lichtsignalgeber nach DE 20 2008 006 297 U1 umfasst einen ersten und einen weiteren Strang von in Reihe geschalteten Hochleistungs-LEDs, wobei die LEDs der zwei Stränge auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind und separat voneinander mit Strom versorgt werden können, um so die LEDs in dem jeweiligen Strang zum Leuchten anzuregen, wobei die LEDs in den wenigstens zwei Strängen derart auf der Platine angeordnet sind, dass die LEDs des ersten Strangs im wesentlichen dieselbe Lichtverteilung erzeugen wie die LEDs des weiteren Strangs und wobei Mittel zur Überwachung des im Betrieb eines Strangs fließenden Stroms und der an dem Strang abfallenden Spannung vorgesehen sind und wobei eine Steuereinheit zur automatischen Umschaltung auf einen anderen Strang bei Ausfall eines betriebenen Strangs oder einer LED eines des betriebenen Strangs vorgesehen ist.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der Erfindung ist es, LED-Einheiten und deren Betrieb mit hoher Betriebssicherheit für Lichtsignalgeber, insbesondere für Bahnübergänge, zu ermöglichen, die unter wenigstens einem der folgenden Aspekte verbessert sind: Betriebssicherheit, Kosten, geringer Nachrüstaufwand, Wartungsaufwand, Lebensdauer.
  • Die erfindungsgemäße LED-Einheit ist in Anspruch 1 definiert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 9 definiert.
  • Der zweite Schwellenwert ist insbesondere ein Spannungsschwellenwert für die erste Ableitung nach der Zeit von wie beispielhaft in Fig. 3 veranschaulichten Spannungskurven.
  • Vorteilhaft ist eine Ausfalldetektionssignalausgabe vorgesehen, und zwar sowohl bei Überschreitung des zweiten Schwellenwerts durch den Absolutwert der Spannungsdifferenz der mit der ersten Spannungsmessfunktion nach dem Zeitpunkt gemessenen Dioden-Flussspannungen als auch bei Überschreitung des zweiten Schwellenwerts durch den Absolutwert der Spannungsdifferenz der mit der zweiten Spannungsmessfunktion nach dem Zeitpunkt gemessenen Dioden-Flussspannungen. Eine entsprechende LED-Einheit erlaubt eine Überwachung dahingehend, dass von zwei LED-Strängen LED1, LED2 Spannungen U(LED1), U(LED2)
    • in einer Initialisierungsphase der LED-Einheit abgerufen werden und
    • in einer der Initialisierungsphase folgenden Betriebsphase der LED-Einheit jeweils abgerufen werden zu
      • -- einem aktuellen Zeitpunkt t1 und
      • -- einem vorherigen Zeitpunkt t2, insbesondere einer vorangegangenen Einschaltung des jeweiligen LED-Strangs.
  • In der Initialisierungsphase wird dann folgende Ungleichung geprüft:
    Absolutwert (U(LED1) - U(LED2)) < Schwellenwert_1
  • In der Betriebsphase werden dann folgende Ungleichungen geprüft:
    • Absolutwert (U(LED1, t1) - U(LED1, t2)) < Schwellenwert_2 und
    • Absolutwert (U(LED2, t1) - U(LED2, t2)) < Schwellenwert_2
  • Die Kombination unterschiedlicher Überwachungen bzw. Ausfallsignaldetektionsauslöser in der Initialisierungsphase und in der Betriebsphase bei der vorliegenden Erfindung erlaubt es, zu berücksichtigen, dass, wie beispielhaft in Fig. 3 veranschaulicht, bei Initialisierung noch keine Flussspannungsänderung durch Erhitzung und in der Betriebsphase in kleinen Zeitintervallen geringe Flussspannungsänderungen durch Erhitzung erfolgen. Somit können Überwachungen bzw. Ausfallsignaldetektionsauslöser genutzt werden, die geringen Variationen infolge von Temperaturschwankungen unterliegen. Eine stabile einfache Fehlerdetektion ist damit ermöglicht. Dazu liegt vorteilhaft der genannte Zeitpunkt, insbesondere das Ende der Initialisierungsphase zeitlich etwa 0,5 bis 3 Sekunden, vorteilhaft etwa 1 bis 2 Sekunden nach dem Zeitpunkt des Starts der ersten Steuerfunktion, d.h. des alternierenden Einschaltens der LED-Stränge. Weiter vorteilhaft sind dazu die genannten unterschiedlichen Einschaltphasen von einem der LED-Stränge zeitlich lediglich durch eine Einschaltphase von einem anderen der LED-Stränge beabstandet. Der Zeitpunkt nach Einschalten der LED-Einheit ist z.B. zeitlich von einem Zeitpunkt des Einschaltens der LED-Einheit durch eine erste Einschaltphase des ersten LED-Strangs und eine erste Einschaltphase des zweiten LED-Strangs beabstandet.
  • Vorteilhaft ist der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert und liegt zwischen etwa 0,5 und 1 Volt, bevorzugt zwischen etwa 0,6 und 0,8 Volt, und beträgt weiter bevorzugt etwa 0,7 Volt. Vorteilhaft liegt der zweite Schwellenwert zwischen etwa 0,8 und 1,2 Volt, bevorzugt zwischen etwa 0,9 und 1,1 Volt, und beträgt weiter bevorzugt etwa 1,0 Volt. Die ersten und zweiten Schwellenwerte können dabei temperaturunabhängig festgelegt werden.
  • Die oben genannten vorteilhaften Ausfalldetektionssignalausgaben, Überwachungen bzw. Ausfallsignaldetektionsauslöser, Zeitpunkte und nutzbaren unterschiedlichen Einschaltphasen und Schellenwerte sind auch vorteilhafte Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung von einem ersten LED-Strang und/oder einem zweiten LED-Strang einer LED-Einheit für Lichtsignalgeber, welche eine erste Schalteinrichtung mit einer Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges an einen ersten Stromquellenpol und eine zweite Schalteinrichtung mit einer Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges an einen zweiten Stromquellenpol, einen Gegenpol für sowohl den ersten als auch den zweiten Stromquellenpol umfasst, wobei jeder der ersten und zweiten LED-Stränge zwischen einer der ersten bzw. zweiten Schalteinrichtungen und den Gegenpol geschaltet ist, wobei das Verfahren ein alternierendes Einschalten der ersten und zweiten LED-Stränge mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen, eine erste Spannungsmessung der Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol mit der ersten Schalteinrichtung, eine zweite Spannungsmessung der Dioden-Flussspannung des zweiten LED-Strangs bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol mit der zweiten Schalteinrichtung, und eine Überwachung zur Detektion eines Ausfalls bei der Detektionseinheit umfasst. Vorzugsweise ist dabei ein den ersten und zweiten LED-Strängen gemeinsamer Rückleiteranschluss an den Gegenpol vorgesehen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Überwachung eine Überwachung, ob
    • bis zu einem Zeitpunkt nach Einschalten der LED-Einheit ein Absolutwert einer Spannungsdifferenz zwischen der mit der ersten und der mit der zweiten Spannungsmessung ermittelten Dioden-Flussspannung einen ersten Schwellenwert überschreitet oder
    • ein Absolutwert einer Spannungsdifferenz von Dioden-Flussspannungen, die in unterschiedlichen Einschaltphasen von einem der LED-Stränge (11, 12) wenigstens teilweise nach dem Zeitpunkt von einer der Spannungsmessungen gemessen sind, einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
  • Die Erfindung ist insbesondere bei den in der EP 1 992 542 A2 gezeigten LED-Anordnungen anwendbar.
  • Ein Rückleiterausfall kann dadurch ermittelt werden, dass die Funktion zur Detektion erfindungsgemäß umfasst:
    • eine erste Strommessfunktion des Dioden-Flussstroms des ersten LED-Strangs bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol mit der ersten Schalteinrichtung,
    • eine zweite Strommessfunktion des Dioden-Flussstroms des zweiten LED-Strangs bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol mit der zweiten Schalteinrichtung,
    • eine Addition der Dioden-Flussströme, die mit den ersten und zweiten Strommessfunktionen ermittelt sind,
    • eine Ausfalldetektionssignalausgabe, wenn die Addition wenigstens einen Wert unterhalb eines dritten Schwellenwertes ergibt.
  • Allgemein ermöglicht es eine Messeinheitsfunktion zur Detektion, die die oben genannten Spannungsmessfunktionen und einen Vergleich der mit den ersten und zweiten Spannungsmessfunktionen ermittelten Dioden-Flussspannungen umfasst und die ein Ausfalldetektionssignal ausgibt, wenn der Vergleich wenigstens einen Absolutwert einer Spannungsdifferenz oberhalb eines Schwellenwertes ergibt, insbesondere bei ersten und zweiten LED-Strängen mit je einen Satz von Hochleistungs-LEDs und ggf. gleichem Binning für einander angeglichene Leistungsaufnahmen leicht eine Durchlegierung einer oder mehrerer einzelner LEDs eines der LED-Stränge durch Vergleich der LED-Stränge, insbesondere ihrer Flussspannungen, zu ermitteln. Insbesondere ist in einer Betriebsphase der LED-Einheit leicht eine Durchlegierung einer oder mehrerer einzelner LEDs eines der LED-Stränge durch einen zeitlichen Spannungssprung der Flussspannung des LED-Strangs möglich. Eine Eingangsspannungsmessung ermöglicht eine Bestimmung, ob ein LED-Strang eingeschaltet ist. Jeder Satz kann z.B. drei bis sechs Hochleistungs-LEDs aufweisen.
  • Die LED-Einheit umfasst:
    • einen ersten Gleichspannungswandler, wobei der erste LED-Strang zwischen den ersten Gleichspannungswandler und den Gegenpol geschaltet ist und die erste Schalteinrichtung einen spannungsgesteuerten Schalter des ersten Gleichspannungswandlers für die Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges an den ersten Stromquellenpol umfasst,
    • einen zweiten Gleichspannungswandler, wobei der zweite LED-Strang zwischen den zweiten Gleichspannungswandler und den Gegenpol geschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung einen spannungsgesteuerten Schalter des zweiten Gleichspannungswandlers für die Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges an den zweiten Stromquellenpol umfasst. Der erste Gleichspannungswandler kann eine Abwärtswandlertopologie und der zweite Gleichspannungswandler eine Aufwärtswandlertopologie, eine Synchronwandlertopologie oder ebenfalls eine Abwärtswandlertopologie besitzen. Auch können beide Gleichspannungswandler eine Synchronwandlertopologie oder, derzeit besonders bevorzugt, eine Abwärtswandlertopologie besitzen, so dass vorteilhaft einheitliche Baugruppen verwendet werden können. Die Gleichspannungswandler können Teil der in EP 1 992 542 A2 veranschaulichten Konstantstromquellen sein.
  • Vorteilhaft ist die LED-Einheit auf einer Platine angeordnet, was nicht nur die Nachrüstung bei Lichtsignalgebern erleichtern. Eine Platine kann auch eine thermische Kopplung der LEDs beider Stränge sicherstellen. Überwachungen bzw. Ausfalldetektionssingalauslöser sind aber bei der Erfindung weitgehend temperaturunabhängig und nicht auf eine thermische Kopplung der LEDs beider Stränge angewiesen, um zuverlässige Vergleiche gemessener Spannungen zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst von einem Lichtsignalgeber, insbesondere in Form einer Signalleuchte für Bahnübergänge, dessen Leuchtmittel durch eine LED-Einheit der Erfindung auf einer Platine und eine Optik gebildet ist, die einen Kollimator und/oder eine Streulinse zur Ausrichtung von Licht umfasst, das von den LED-Strängen abgestrahlt wird.
  • Der Lichtsignalgeber bzw. seine LED-Einheit können gemäß einem Verfahren entsprechend den Funktionen der LED-Einheit bzw. ihrer Steuerung betrieben werden.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Durch eine erfindungsgemäß vorsehbare Spannungsüberwachung wird es auch möglich, den Ausfall einer einzelnen LED eines Strangs zuverlässig zu detektieren.
  • Unter dem Begriff "LED-Strang" wird hier eine Reihenschaltung von LEDs verstanden. Vorzugsweise hat ein LED-Strang gemäß der Erfindung zwei bis acht LEDs, bevorzugt drei bis sechs LEDs, insbesondere vier LEDs. Bevorzugt unterscheidet sich die Flussspannung unter den ersten und zweiten LED-Strängen um nicht mehr als 0,7 Volt, bevorzugt nicht mehr als 0,5 Volt. Bevorzugt werden bei der Erfindung Hochleistungs-LEDs mit einer Leistungsaufnahme von 3 bis 7 Watt, insbesondere 5 Watt eingesetzt.
  • Unter dem Begriff "Ausfall _bei_ der Leuchteinheit" wird hier ein vollständiger Ausfall eines LED-Strangs, beider LED-Stränge und/oder einzelner LEDs in einem LED-Strang verstanden.
  • Unter dem Begriff "Ausfall der Leuchteinheit" wird hier ein unterbrochener Stromfluss durch beide LED-Stränge verstanden.
  • Der Gegenpol kann ein Batterieminuspol und jeder der ersten und zweiten Stromquellenpole je ein Batteriepluspol einer separaten Stromquelle sein oder der Gegenpol kann einem Batteriemittelabgriff entsprechen, wenn die ersten und zweiten Stromquellenpole einem Paar aus Batterieplus- und Batterieminuspol entsprechen.
  • Typischerweise liegt die Dauer der Einschaltphasen und/oder der der Ausschaltphasen zwischen etwa 0,5 und 5 Sekunden, vorteilhaft zwischen etwa 0,5 und 3 Sekunden, weiter bevorzugt zwischen etwa 0,5 und 1 Sekunden. Nach dem Ende der Initialisierungsphase erfolgt dann eine Überwachung der Dioden-Flussspannungsänderungen zwischen aufeinanderfolgenden Einschaltphasen des jeweils überwachten LED-Strangs. Vorzugsweise erfolgt nach Ende der Initialisierungsphase für jeden der LED-Stränge eine Überwachung der Dioden-Flussspannungsänderungen zwischen aufeinanderfolgenden Einschaltphasen dieses LED-Strangs.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
    • Fig. 1
    veranschaulicht schematisch eine erfindungsgemäß betriebene LED-Einheit.
    Fig. 2
    veranschaulicht als Schaltbild eine Spannungsüberwachung einer erfindungsgemäßen LED-Einheit.
    Fig. 3
    veranschaulicht beispielhaft zeitliche Verläufe von Dioden-Flussspannungen zweier LED-Stränge einer LED-Einheit.
    BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bei den in den Figuren veranschaulichten Beispielen weisen der erste und der zweite LED-Strang 11, 12 je einen Satz von vier Hochleistungs-LEDs mit gleichem Binning auf. Gleiches Binning bedeutet, dass die LEDs im Wesentlichen dieselben Eigenschaften, unter anderem Flussspannung und Leistungsaufnahme, besitzen, so dass die beiden LED-Sätze im Wesentlichen eine homogene Leistungsaufnahme haben.
  • Wie in Fig. 1 veranschaulicht, umfasst eine erfindungsgemäß betriebene LED-Einheit für Lichtsignalgeber eine Leuchteinheit, umfassend einen ersten LED-Strang 11 und einen zweiten LED-Strang 12, eine erste Schalteinrichtung 21 mit einer Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges 11 an einen ersten Stromquellenpol 31 und eine zweite Schalteinrichtung 22 mit einer Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an einen zweiten Stromquellenpol 32, einen Gegenpol 4 für sowohl den ersten als auch den zweiten Stromquellenpol 31, 32, einen den ersten und zweiten LED-Strängen gemeinsamen Rückleiteranschluss an den Gegenpol 4, wobei jeder der ersten und zweiten LED-Stränge 11, 12 zwischen einer der ersten bzw. zweiten Schalteinrichtungen 21, 22 und den Gegenpol 4 geschaltet ist, eine Steuerung (in Fig. 1 nicht vollständig gezeigt) der ersten und zweiten Schalteinrichtungen 21, 22, welche eine erste Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der ersten und zweiten LED-Stränge 11, 12 mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen 21, 22 umfasst.
  • Die Steuerung umfasst eine Messeinheit, von der in Fig. 1 Spannungsmesseinrichtungen 51, 52, 61, 62 und Strommesseinrichtungen 81, 82 gezeigt sind, und weist eine Funktion zur Detektion eines Ausfalls der Leuchteinheit und eine weitere Funktion zur Detektion eines Ausfalls bei der Leuchteinheit auf.
  • Eine erste Teileinheit T1 der Messeinheit besitzt eine Eingangsspannungsmesseinheit 51 zur Bestimmung, ob der erste LED-Strang 11 ausgeschaltet und folglich der zweite LED-Strang 12 (gemäß der Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der LED-Stränge) an den zweiten Stromquellenpol 32 mit der zweiten Schalteinrichtung 22 angeschlossen ist. Dazu ist diese Eingangsspannungsmesseinheit 51 parallel zu dem ersten LED-Strang 11 zwischen die erste Schalteinrichtung 21 und den Rückleiteranschluss geschaltet.
  • Die erste Teileinheit T1 der Messeinheit besitzt ferner eine Dioden-Flussspannungsmesseinheit 62, um die Dioden-Flussspannung an dem zweiten LED-Strang 12 zu messen. Die Eingangsspannungsmesseinheit 51 und die Dioden-Flussspannungsmesseinheit 62 sind Teil einer Spannungsmessfunktion der Dioden-Flussspannung des zweiten LED-Strangs 12 bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol 32 mit der zweiten Schalteinrichtung 22.
  • Eine zweite Teileinheit T2 der Messeinheit besitzt eine Eingangsspannungsmesseinheit 52 zur Bestimmung, ob der zweite LED-Strang 12 ausgeschaltet und folglich der erste LED-Strang 11 (gemäß der Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der LED-Stränge) an den ersten Stromquellenpol 31 mit der ersten Schalteinrichtung 21 angeschlossen ist. Dazu ist diese Eingangsspannungsmesseinheit 52 parallel zu dem zweiten LED-Strang 12 zwischen die zweite Schalteinrichtung 22 und den Rückleiteranschluss geschaltet.
  • Die zweite Teileinheit T2 der Messeinheit besitzt ferner eine Dioden-Flussspannungsmesseinheit 61, um die Dioden-Flussspannung an dem ersten LED-Strang 11 zu messen. Die Eingangsspannungsmesseinheit 52 und Dioden-Flussspannungsmesseinheit 61 sind Teil einer Spannungsmessfunktion der Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs 11 bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol 31 mit der ersten Schalteinrichtung 21.
  • Die Funktion zur Detektion der Messeinheit umfasst einen Vergleich der mit den beiden genannten Teileinheiten T1, T2 und Spannungsmessfunktionen ermittelten Dioden-Flussspannungen und eine Ausfalldetektionssignalausgabe, wenn der Vergleich wenigstens einen Absolutwert einer Spannungsdifferenz oberhalb eines Schwellenwertes ergibt. Insbesondere ist vorgesehen, dass für den Schwellenwert ein erster Wert bei einer ersten Ausführung der ersten Steuerfunktion bei einer Initialisierung der LED-Einheit und ein zweiter Wert bei jeder weiteren Ausführung der ersten Steuerfunktion vorgesehen ist, wobei der erste Wert niedriger als der zweite Wert ist. So ist beispielswiese der erste Wert auf 0,7 Volt und der zweite Wert auf 1,0 Volt festgelegt.
  • Fig. 1 zeigt auch eine erste Dioden-Flussstrommesseinheit 81 für eine erste Strommessfunktion, wobei der erste LED-Strang 11 zwischen diese und den Rückleiteranschluss geschaltet ist und eine zweite Dioden-Flussstrommesseinheit 82 für eine zweite Strommessfunktion, wobei der zweite LED-Strang 12 zwischen diese und den Rückleiteranschluss geschaltet ist. Dabei umfasst die Funktion zur Detektion der Messeinheit:
    • die erste Strommessfunktion und zwar zur Messung Dioden-Flussstroms des ersten LED-Strangs 11 bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol 31 mit der ersten Schalteinrichtung 21,
    • die zweite Strommessfunktion und zwar zur Messung des Dioden-Flussstroms des zweiten LED-Strangs 12 bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol 32 mit der zweiten Schalteinrichtung 22,
    • eine Addition der Dioden-Flussströme, die mit den ersten und zweiten Strommessfunktionen ermittelt sind, und
    • eine Ausfalldetektionssignalausgabe, wenn die Addition wenigstens einen Wert unterhalb eines Schwellenwertes ergibt.
  • Bei den ersten und zweiten Strommessfunktionen erfolgt die Bestimmung, ob der erste bzw. zweite LED-Strang mit der jeweiligen Schalteinrichtung 21, 22 an den jeweiligen Stromquellenpol 31, 32 angeschlossen ist, entsprechend den oben in Verbindung mit den Teileinheiten T1, T2 und ihren Eingangsspannungsmesseinheiten 51, 52 beschriebenen Funktionen.
  • Die Schalteinrichtungen 21, 22 sind jede Teil einer pulsweitenmodulierten Stromquelle (PWM-Stromquelle) des jeweiligen LED-Strangs 11, 12, den sie an einen der Stromquellenpole 31, 32 anschließen können. Als Umschaltfunktion schalten gemäß der ersten Steuerfunktion die PWM-Stromquellen vom Pluspol als Stromquellenpol 31, 32 abwechselnd je einen der LED-Stränge 11, 12 an, die über den Rückleiteranschluss bzw. einen Rückleiter, der gegen Minus geschaltet sind. Die LED-Einheit ist auf einer Platine mit thermischer Kopplung unter den ersten und zweiten LED-Strängen 11, 12 ausgebildet.
  • Wie beschrieben umfasst die in der mit Fig. 1 veranschaulichte Ausführung die Funktion zur Detektion eine erste Strommessfunktion des Dioden-Flussstroms des ersten LED-Strangs 11 bei Einschaltung des ersten LED-Strangs 11, eine zweite Strommessfunktion des Dioden-Flussstroms des zweiten LED-Strangs 12 bei Einschaltung des zweiten LED-Strangs 12, eine Addition der Dioden-Flussströme, die mit den ersten und zweiten Messfunktionen ermittelt sind, und eine Detektionssignalausgabe, wenn die Addition einen Wert unterhalb eines Schwellenwertes ergibt.
  • Fig. 2 veranschaulicht detaillierter eine Ausführung mit den in Fig. 1 veranschaulichten Teileinheiten T1, T2.
  • Wie in Fig. 2 veranschaulicht, haben die oben genannten Stromquellen pulsweitenmodulierte Gleichspannungswandler. Der erste LED-Strang 11 ist zwischen einen ersten der Gleichspannungswandler und den Gegenpol 4 geschaltet und die erste Schalteinrichtung 21 umfasst einen MOSFET als spannungsgesteuerten Schalter 91 für die Funktion zum Anschließen des ersten LED-Stranges 11 an den ersten Stromquellenpol 31. Der zweite LED-Strang 12 ist zwischen einen zweiten der Gleichspannungswandler und den Gegenpol 4 geschaltet und die zweite Schalteinrichtung 22 umfasst zwei MOSFETs als spannungsgesteuerten Schalter 92 für die Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den zweiten Stromquellenpol 32 bzw. als weiteren spannungsgesteuerten Schalter 112B zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den Gegenpol 4. Gemäß der Schaltungstopologie sind der erste und der zweite Gleichspannungswandler Abwärtswandler bzw. Buck-Konverter.
  • Ein Gatter des spannungsgesteuerten Schalters 92 zum Anschließen des zweiten LED-Stranges 12 an den zweiten Stromquellenpol 32 empfängt über einen Schaltungssignalwiderstand 92A ein Signal der Steuerung.
  • Der erste Gleichspannungswandler umfasst insbesondere:
    • den spannungsgesteuerten Schalter 91 der ersten Schalteinrichtung 21 und für die Funktion zum Anschließen des ersten LED-Strangs 11 an den ersten Stromquellenpol 31,
    • eine Drosselspule 101, die zwischen den ersten LED-Strang 11 und diesen spannungsgesteuerten Schalter 91 geschaltet ist,
    • eine Diode als Gleichrichtereinrichtung 111, die zwischen eine Verzweigung unter dem Schalter 91 und der Drosselspule 101 einerseits und den Gegenpol 4 andererseits geschaltet ist,
    • einen Elektrolytkondensator 131, der zwischen eine Verzweigung unter dem ersten LED-Strang 11 und der Drosselspule 101 einerseits und den Gegenpol 4 andererseits geschaltet ist, und
    • einen weiteren Kondensator 121, der zur Stabilisierung zwischen den ersten Stromquellenpol 31 und den Gegenpol 4 geschaltet ist.
  • Der zweite Gleichspannungswandler umfasst insbesondere:
    • den spannungsgesteuerten Schalter 92 der zweiten Schalteinrichtung 22 und für die Funktion zum Anschließen des zweiten LED-Strangs 12 an den zweiten Stromquellenpol 32,
    • eine Drosselspule 102, die zwischen den zweiten LED-Strang 12 und den spannungsgesteuerten Schalter 92 geschaltet ist,
    • einen Kondensator 122, der zwischen eine Verzweigung unter dem zweiten LED-Strang 12 und der Drosselspule 102 einerseits und den Gegenpol 4 andererseits geschaltet ist, und
    • einen Elektrolytkondensator 132, der zwischen eine Verzweigung unter dem weiteren Kondensator 121 und den Gegenpol 4 einerseits und den zweiten Stromquellenpol 32 andererseits geschaltet ist.
  • Alle in Fig. 2 gezeigten Schalter 91, 92 sind als MOSFETs ausgeführt. Sie sind über Schaltersignalwiderstände 91A, 92A von der Steuerung (nicht gezeigt) angesteuert. Mit der Steuerung wird über die Gleichspannungswandler die erste und zweite Steuerfunktion sichergestellt.
  • Fig. 2 veranschaulicht die Spannungsüberwachung mit den Teileinheiten T1 und T2 der zu Fig. 1 beschriebenen Ausführung, wobei vorgesehen ist, dass der Gegenpol 4 einem Batteriemittelabgriff, der erste Stromquellenpol 31 einem Batteriepluspol und der zweiten Stromquellenpol 32 einem Batterieminuspol entspricht. Die veranschaulichte Spannungsüberwachung ist so insbesondere zur Spannungsüberwachung von zwei Batterien verwendbar.
  • Von den ersten und zweiten Gleichspannungswandlern ist der zweite Gleichspannungswandler ein Abwärtswandler mit dem Gegenpol 4 und dem zweiten Spannungsquellenpol 32 als Spannungsausgang und dem zweiten LED-Strang 12 und dem zweiten Spannungsquellenpol 32 am Spannungseingang und mit einer Diode 112 Als Gegenpol 4 ist ein durch einen Batteriemittelabgriff erhaltener Pol vorgesehen. Der zweite Stromquellenpol 32 ist bei der veranschaulichten Ausführungsform der Batterieminuspol.
  • Wie in Fig. 2 veranschaulicht, ist mit jeweils dem ersten Gleichspannungswandler am ersten Stromquellenpol 31 und dem ersten LED-Strang 11 bzw. dem zweiten Gleichspannungswandler am zweiten Stromquellenpol 32 und dem zweiten LED-Strang 12 jeweils eine der Teileinheiten T1 bzw. T2 für Spannungsmessungen über Sätze von Widerständen R5, R7 bzw. R6, R8 verbunden. Jede der Teileinheiten T1, T2 weist dabei je zwei Kombinationen aus einem Komparator N5, N6, N7, N8 und einem die Komparatoreingänge verbindenden Messwiderstand R5, R6, R7, R8 auf.
  • In jeder der Teileinheiten T1, T2 sind die Komparatoren über Eingänge unterschiedlicher Polung miteinander verbunden und die entsprechende Verbindung verzweigt zu dem Gegenpol 4, d.h. dem Batteriemittelabgriff. Ein aus Komparatoren N5, N6 der ersten und zweiten Teileinheit T1, T2 gebildetes Komparatorpaar ist dabei mit seinen Plus-Eingängen jeweils über Widerstände R9, R12 mit dem ersten LED-Strang 11 verbunden, und zwar mit seinem mit der Drosselspule 101 des ersten Gleichspannungswandlers verbundenen Ende. Entsprechend ist ein anderes Paar von aus der ersten und zweiten Teileinheit T1, T2 gewählten Komparatoren N7, N8 mit seinen Minuseingängen jeweils über Widerstände R10, R11 mit dem zweiten LED-Strang 12 verbunden, und zwar mit seinem mit der Drosselspule 102 des zweiten Gleichstromwandlers verbundenen Ende. Dabei ist vorgesehen, dass am Ausgang des Komparators N5 eine Eingangsspannung des ersten LED-Strangs 11 erhalten wird, am Ausgang des Komparators N6 eine Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs 11 erhalten wird, am Ausgang des Komparators N7 eine Eingangsspannung des zweiten LED-Strangs 12 erhalten wird und am Ausgang des Komparators N8 eine Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs 11 erhalten wird. Unter erhaltener Spannung ist dabei ein die entsprechende Spannung repräsentierender Spannungswert zu verstehen.
  • Die LEDs beider LED-Stränge 11, 12 müssen nicht auf einer Platine und mit thermischer Kopplung, z.B. durch eine gemeinsame Platzierung der LEDs der ersten und zweiten Gruppen auf einer Leiterkarte und einem Kühlkörper angeordnet sein, um eine Spannungsüberwachung derart zu erlauben, dass LEDs mit unterschiedlichen Spannungs-BINs bis zu dem zulässigen maximalen Leitungswiderstand betrieben werden können. Bei der Spannungsüberwachung eines zweikanaligen Signalgebers mit der LED-Einheit für einen bestimmten LED-Typ mit festgelegtem Spannungs-BIN soll, wenn dieser Typ nicht verfügbar ist, ein Ersatztyp nicht erst nach Änderung eines Sollwerts zur Spannungsüberwachung eingesetzt werden können.
  • Durch die Spannungsüberwachung kann zuverlässig ein Kurzschluss bei einem LED-Strang 11, 12, insbesondere infolge der Durchlegierung einer LED bei einem der LED-Stränge, erkannt werden. Dabei wird vorteilhaft eine Spannungsüberwachung auf Basis eines Vergleichs der beiden LED-Stränge 11, 12 in einer Initialisierungsphase, z.B. bis zu einem wie in Fig. 3 veranschaulichten Zeitpunkt t1 nach Einschalten der LED-Einheit, genutzt. Die Initialisierungsphase kann auch nur je eine Einschaltung für jeden der beiden LED-Stränge 11, 12, d.h. jeweils die erste Einschaltung ab Einschalten der LED-Einheit umfassen. Anders ausgedrückt umfasst diese Initialisierungsphase eine alternierende Einschaltung der beiden LED-Stränge 11, 12. Insbesondere bei kurzen Einschaltphasen der LED-Stränge 11, 12 werden danach in jedem der LED-Stränge 11, 12 nur geringe Sprünge der Dioden-Flussspannung auftreten. Dabei ist vorteilhaft die Dauer der Einschaltphasen gewählt zwischen etwa 0,5 und 5 Sekunden, vorteilhafter zwischen etwa 0,5 und 3 Sekunden und insbesondere zwischen etwa 0,5 und 1 Sekunden. Es erfolgt dann nach Ende der Initialisierungsphase eine Überwachung der Dioden-Flussspannungsänderungen zwischen aufeinanderfolgenden Einschaltphasen des jeweils überwachten LED-Strangs. Vorzugsweise erfolgt nach Ende der Initialisierungsphase für jeden der LED-Stränge eine Überwachung der Dioden-Flussspannungsänderungen zwischen aufeinanderfolgenden Einschaltphasen dieses LED-Strangs.
  • Bei der in Fig. 2 veranschaulichten Schaltung wird bei den ersten beiden Einschaltungen der beiden LED-Stränge 11, 12 als Initialisierung die aus den jeweiligen Dioden-Flussspannungen der Strang-LEDs resultierende Spannung beider LED-Stränge 11, 12 ermittelt. Der Unterschied der beiden Spannungen darf bei diesem Beispiel nicht größer als 0,7 Volt sein. Wenn dies als Initialisierung sichergestellt ist, beginnt die Betriebsphase (Normalbetrieb). In der Betriebsphase wird dann überwacht, ob von dem letzten Spannungswert kein Spannungssprung größer 1 Volt erfolgt ist. Eine Temperaturnachführung der Spannungsgrenzen ist dabei nicht nötig und entfällt.
  • Ein mit der LED-Einheit ausgeführtes Verfahren funktioniert bei entsprechender Toleranzvorgabe des Vergleichs unabhängig vom Spannungs-BIN der LEDs. Kommt es zu einem Ausfall einer LED, wird eine Differenz der Dioden-Durchflussspannungen beider LED-Stränge 11, 12 ≠ 0 und über- oder unterschreitet dieser eine vorgesehene detektierbare Toleranz. Es ist eine enge Toleranzvorgabe erlaubt, da durch Vergleich von Vorwärtsspannungen der ersten und zweiten Gruppe Vorwärtsspannungsschwankungen aufgrund von Produktionstoleranzen der LEDs gemittelt sind. Bei der Überwachung des Paars aus erstem und zweitem LED-Strang 11, 12 ist vorgesehen, dass die LEDs in jedem der Stränge von einem gleich großen LED-Strom durchflossen werden.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 11
    erster LED-Strang
    12
    zweiter LED-Strang
    21
    erste Schalteinrichtung
    22
    zweite Schalteinrichtung
    31
    erster Pol
    32
    zweiter Pol
    4
    Gegenpol
    51, 52
    Eingangsspannungsmesseinheit
    61, 62
    Dioden-Flussspannungsmesseinheit
    91, 92
    Schalter
    91A, 92A
    Schaltersignalwiderstand
    101, 102
    Drosselspule
    111, 112
    Diode
    121, 122
    Kondensator
    131, 132
    Elektrolytkondensator
    N5 - N8
    Komparator
    R5 - R12
    Widerstand
    T1, T2
    Teileinheit
    t1
    Zeitpunkt

Claims (14)

  1. LED-Einheit für Lichtsignalgeber, umfassend:
    - eine Leuchteinheit, umfassend einen ersten LED-Strang (11) und einen zweiten LED-Strang (12),
    - eine erste Schalteinrichtung (21) zum Anschließen des ersten LED-Stranges (11) an einen ersten Stromquellenpol (31) und eine zweite Schalteinrichtung (22) zum Anschließen des zweiten LED-Stranges (12) an einen zweiten Stromquellenpol (32),
    - einen Gegenpol (4) für sowohl den ersten als auch den zweiten Stromquellenpol (31, 32), wobei jeder der ersten und zweiten LED-Stränge (11, 12) zwischen eine der ersten bzw. zweiten Schalteinrichtungen (21, 22) und den Gegenpol (4) geschaltet ist,
    - eine Steuerung der ersten und zweiten Schalteinrichtungen (21, 22), welche dazu eingerichtet ist, eine erste Steuerfunktion zum alternierenden Einschalten der ersten und zweiten LED-Stränge (11, 12) mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen (21, 22) auszuführen und
    - eine Messeinheit (51, 52, 61, 62) der Steuerung zur Detektion eines Ausfalls bei der Leuchteinheit,
    gekennzeichnet durch
    - einen ersten Gleichspannungswandler, wobei der erste LED-Strang (11) zwischen den ersten Gleichspannungswandler und den Gegenpol (4) geschaltet ist und die erste Schalteinrichtung (21) einen ersten spannungsgesteuerten Schalter (91) des ersten Gleichspannungswandlers zum Anschließen des ersten LED-Stranges (11) an den ersten Stromquellenpol (31) umfasst,
    - einen zweiten Gleichspannungswandler, wobei der zweite LED-Strang (12) zwischen den zweiten Gleichspannungswandler und den Gegenpol (4) geschaltet ist und die zweite Schalteinrichtung (22) einen zweiten spannungsgesteuerten Schalter (92) des zweiten Gleichspannungswandlers zum Anschließen des zweiten LED-Stranges (12) an den zweiten Stromquellenpol (32) umfasst,
    wobei die Messeinheit (51, 52, 61, 62) eingerichtet ist, folgende Teilfunktionen der Detektion eines Ausfalls bei der Leuchteinheit (11, 12) durchzuführen:
    - eine erste Spannungsmessfunktion der Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs (11) bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol (31) mit der ersten Schalteinrichtung (21),
    - eine zweite Spannungsmessfunktion der Dioden-Flussspannung des zweiten LED-Strangs (12) bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol (32) mit der zweiten Schalteinrichtung (22),
    - eine Ausfalldetektionssignalausgabe, wenn
    -- bis zu einem Zeitpunkt nach Einschalten der LED-Einheit ein Absolutwert einer Spannungsdifferenz zwischen der mit der ersten und mit der zweiten Spannungsmessfunktionen ermittelten Dioden-Flussspannung einen ersten Schwellenwert überschreitet oder
    -- ein Absolutwert einer Spannungsdifferenz von Dioden-Flussspannungen, die in unterschiedlichen Einschaltphasen von einem der LED-Stränge (11, 12) wenigstens teilweise nach dem Zeitpunkt von einer der Spannungsmessfunktionen gemessen sind, einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
  2. LED-Einheit für Lichtsignalgeber nach Anspruch 1, wobei die Ausfalldetektionssignalausgabe sowohl bei Überschreitung des ersten Schwellenwerts durch den Absolutwert der Spannungsdifferenz der mit der ersten Spannungsmessfunktion nach dem Zeitpunkt gemessenen Dioden-Flussspannungen als auch bei Überschreitung des zweiten Schwellenwerts durch den Absolutwert der Spannungsdifferenz der mit der zweiten Spannungsmessfunktion nach dem Zeitpunkt gemessenen Dioden-Flussspannungen vorgesehen ist.
  3. LED-Einheit für Lichtsignalgeber nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Schwellenwert kleiner ist als der zweite Schwellenwert.
  4. LED-Einheit für Lichtsignalgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zeitpunkt nach Einschalten der LED-Einheit zeitlich von einem Zeitpunkt des Einschaltens der LED-Einheit durch eine erste Einschaltphase des ersten LED-Strangs (11) und eine erste Einschaltphase des zweiten LED-Strangs (12) beabstandet ist.
  5. LED-Einheit für Lichtsignalgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die unterschiedlichen Einschaltphasen von einem der LED-Stränge (11, 12) zeitlich durch eine Ausschaltphase dieses LED-Strangs beabstandet sind.
  6. LED-Einheit für Lichtsignalgeber nach Anspruch 5, wobei die Dauer jeder der Einschaltphasen und der Ausschaltphasen zwischen 0,5 und 1 Sekunden liegt.
  7. LED-Einheit für Lichtsignalgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite LED-Strang (11, 12) je einen Satz von Hochleistungs-LEDs aufweisen, wobei jeder Satz drei bis sechs Hochleistungs-LEDs aufweist.
  8. Lichtsignalgeber, insbesondere Signalleuchte für Bahnübergänge, dessen Leuchtmittel mit einer LED-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf einer Platine und einer Optik gebildet ist, die einen Kollimator und/oder eine Streulinse zur Ausrichtung von Licht umfasst, das von den LED-Strängen (11, 12) abgestrahlt wird.
  9. Verfahren zur Überwachung von einem ersten LED-Strang (11) und einem zweiten LED-Strang (12) einer LED-Einheit für Lichtsignalgeber, wobei die LED-Einheit eine erste Schalteinrichtung (21) zum Anschließen des ersten LED-Stranges (11) an einen ersten Stromquellenpol (31), eine zweite Schalteinrichtung (22) zum Anschließen des zweiten LED-Stranges (12) an einen zweiten Stromquellenpol (32) und einen Gegenpol (4) für sowohl den ersten als auch den zweiten Stromquellenpol (31, 32) umfasst, wobei jeder der ersten und zweiten LED-Stränge (11, 12) zwischen eine der ersten bzw. zweiten Schalteinrichtungen (21, 22) und den Gegenpol (4) geschaltet ist,
    wobei das Verfahren umfasst:
    - ein alternierendens Einschalten der ersten und zweiten LED-Stränge (11, 12) mit den ersten und zweiten Schalteinrichtungen (21, 22),
    - eine erste Spannungsmessung der Dioden-Flussspannung des ersten LED-Strangs (11) bei Anschluss an den ersten Stromquellenpol (31) mit der ersten Schalteinrichtung (21),
    - eine zweite Spannungsmessung der Dioden-Flussspannung des zweiten LED-Strangs (12) bei Anschluss an den zweiten Stromquellenpol (32) mit der zweiten Schalteinrichtung (22), und
    - eine Überwachung zur Detektion eines Ausfalls bei einer Detektionseinheit,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Überwachung eine Überwachung ist,
    -- ob bis zu einem Zeitpunkt nach Einschalten der LED-Einheit ein Absolutwert einer Spannungsdifferenz zwischen der mit der ersten und der mit der zweiten Spannungsmessung ermittelten Dioden-Flussspannung einen ersten Schwellenwert überschreitet oder
    -- ein Absolutwert einer Spannungsdifferenz von Dioden-Flussspannungen, die in unterschiedlichen Einschaltphasen von einem der LED-Stränge (11, 12) wenigstens teilweise nach dem Zeitpunkt von einer der Spannungsmessungen gemessen sind, einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Überwachung eine Ausfalldetektionssignalausgabe umfasst, und zwar sowohl bei Überschreitung des ersten Schwellenwerts durch den Absolutwert der Spannungsdifferenz der mit der ersten Spannungsmessung nach dem Zeitpunkt gemessenen Dioden-Flussspannungen als auch bei Überschreitung des zweiten Schwellenwerts durch den Absolutwert der Spannungsdifferenz der mit der zweiten Spannungsmessung nach dem Zeitpunkt gemessenen Dioden-Flussspannungen.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste Schwellenwert kleiner ist als der zweite Schwellenwert.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei der Zeitpunkt nach Einschalten LED-Einheit zeitlich von einem Zeitpunkt des Einschaltens der LED-Einheit durch eine erste Einschaltphase des ersten LED-Strangs (11) und eine erste Einschaltphase des zweiten LED-Strangs (12) beabstandet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, wobei die unterschiedlichen Einschaltphasen von einem der LED-Stränge (11, 12) zeitlich durch eine Ausschaltphase dieses LED-Strangs beabstandet sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Dauer jeder der Einschaltphasen und der Ausschaltphasen zwischen 0,5 und 1 Sekunden liegt.
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