EP3125648A1 - Light emitting diode control circuit for a signal generator - Google Patents
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- EP3125648A1 EP3125648A1 EP16181356.3A EP16181356A EP3125648A1 EP 3125648 A1 EP3125648 A1 EP 3125648A1 EP 16181356 A EP16181356 A EP 16181356A EP 3125648 A1 EP3125648 A1 EP 3125648A1
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
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- H05B47/23—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection of two or more light sources connected in series
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- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
- H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
Definitions
- the invention relates to a light-emitting diode control circuit. Furthermore, the invention relates to a signal generator for a traffic signal system. Moreover, the invention relates to the use of a light-emitting diode control circuit for monitoring a light emitting diode array. Moreover, the invention relates to a method for monitoring a light-emitting diode voltage of a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system.
- Traffic light systems also referred to as a traffic light system
- traffic light systems are used to control road traffic. They assign a certain behavior to road users by emitting controlled light signals. These different in shape and color traffic signs each have a different meaning and radiate only against the direction of traffic to be regulated.
- the use of traffic lights has different reasons, for example, to improve the flow of traffic and to defuse dangerous or dangerous traffic situations. In road traffic, these are in particular junctions and bottlenecks, for example at construction sites or bridges.
- LEDs are used for signaling as light sources, also called LED for short. These consume significantly less energy than conventional bulbs.
- LED signaling devices have a monitoring circuit with which defective LEDs can be detected and, in the event of a defect in an LED arrangement, a forced shutdown of the LED signal generator can be initiated.
- a monitoring circuit measures the voltage which is applied between the input and the output of an LED or an LED arrangement of a plurality of LEDs connected in series. If a voltage value is measured which lies outside a defined range, then it is concluded that the LED arrangement is defective, and the LED buzzer is switched off permanently. The shutdown can be achieved, for example, by blowing a fuse.
- An overvoltage on the LED array can be measured, for example, when no current flows due to breakage of an LED in the LED array. For example, undervoltage on the LED array may be measured if a short circuit occurs within an LED of the LED array. Conventionally, such voltage values are measured by means of a base-emitter circuit with a bipolar transistor.
- a disadvantage in the voltage measurement by means of bipolar transistors with an emitter circuit is the dependence of the base-emitter switching voltage on production parameters and the ambient temperature. Due to this dependence, the switching voltage of bipolar transistors when used in LED signal generators can fluctuate up to a factor of 3. This results in a tolerance of approx. + -50% for the measurement of the LED voltages. Thus, a failure of an LED can only be determined very imprecisely based on a voltage measurement. Due to this inaccuracy, it may happen that a still functioning LED is erroneously detected as defective or a defective LED is not recognized.
- the light-emitting diode control circuit has a voltage monitoring circuit for a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system, which has a reference voltage source with an input and a first output and a second output.
- a supply voltage can be present at the input of the reference voltage source.
- the voltage monitoring circuit also includes a comparator circuit having a first input, a second input, and a signal output.
- the first output of the reference voltage source has a reference potential defined by the reference voltage source and is electrically connected to the first input of the comparator circuit.
- the second input of the comparator circuit is electrically connected to a terminal of the light emitting diode arrangement of the signal generator.
- the reference voltage source provides the comparator with a predetermined reference potential which the comparator uses as a reference for comparison with a voltage drop across the LED array.
- a reference voltage source may be formed, for example, as a voltage divider circuit with a Zener diode.
- a reference voltage source can also be based on the bandgap frequency of semiconductor-based devices, wherein a temperature resistance of the reference voltage source can be achieved by skillful combination of devices with materials having opposite temperature coefficients.
- a light emitting diode arrangement to be understood in the following both a single light emitting diode and a plurality of light emitting diodes connected in series.
- a comparator circuit or a comparator is understood to mean an electronic circuit which compares two electrical voltages or potentials present at their inputs. The output indicates in binary / digital form which of the two input voltages has the higher voltage value.
- Such a comparator has, for example, a positive, non-inverting input and a negative, inverting input. Furthermore, a negative and a positive supply voltage or alternatively a positive or negative supply voltage and ground are applied to the comparator.
- the output voltage approaches the positive supply voltage. If a lower electrical voltage is present at the positive, non-inverting input than at the negative, inverting input, then the output voltage approaches the negative supply voltage or ground.
- the light-emitting diode control circuit also comprises a light-emitting diode interface and a fuse circuit, which is electrically connected to the output of the voltage monitoring circuit.
- the fuse circuit can be set to a switch-off state by a switch-off signal at the output of the voltage monitoring circuit. For the off state, the light emitting diode array is turned off by means of the fuse circuit.
- the light-emitting diode interface can, for example, comprise a diode base with which the light-emitting diodes of the light-emitting diode arrangement are mechanically and electrically connected.
- the diode base is electrically connected to a connector with the voltage monitoring circuit and the fuse circuit, so that a control and monitoring of the LEDs is possible.
- the signal generator according to the invention for a traffic signal system has a light-emitting diode and a light-emitting diode control circuit according to the invention on.
- the light-emitting diode control circuit according to the invention also comprises a voltage monitoring circuit and a fuse circuit with which a light emitting diode or a light emitting diode array can be switched off in the event of a defect occurring.
- a light-emitting diode control circuit is used for monitoring an electrical voltage applied to a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system.
- an electrical voltage applied to a light-emitting diode arrangement of the signal generator is detected.
- the detected electrical voltage value is compared with a reference voltage and output a switch-off signal for the case that in the comparison, a deviation of the electrical voltage value from the reference voltage has exceeded a predetermined maximum value or has fallen below a predetermined minimum value.
- Exceeding a maximum value can, for example, be associated with a diode break in which no current flows through the light-emitting diode arrangement.
- a shortfall of a minimum value can occur, for example, when a short circuit occurs in a light emitting diode of a light emitting diode arrangement, so that only a small electrical voltage drops across the light emitting diode.
- the second output of the reference voltage source and the connection of the light-emitting diode arrangement are electrically connected to a common fixed second reference potential.
- This common fixed reference potential is preferably a ground potential or a ground potential.
- the common fixed reference potential is preferably subject to any temperature or time-related fluctuations, so that it can serve at least indirectly as a fixed reference for measuring the voltage applied to a light emitting diode array voltage.
- a current measuring resistor also called a shunt resistor, may additionally be connected, at which a comparatively low electrical voltage drops.
- the first terminal of the light-emitting diode arrangement is an anode terminal.
- the second terminal of the light-emitting diode arrangement is thus a cathode terminal and the defined first reference potential at the output of the reference voltage source is a positive potential.
- an electrical current flows from the first terminal to the second terminal of the light emitting diode array through the light emitting diode arrangement.
- the comparator which is electrically connected to the first terminal of the light-emitting diode array, in this embodiment is a positive potential.
- a reference potential which is applied to the first output of the reference voltage source, and a positive electrical potential is selected, which also at the first input the comparator is applied and which is compared with the potential at the anode of the light emitting diode array.
- the light-emitting diode control circuit may also be designed such that the first terminal of the light-emitting diode array is a cathode terminal, the second terminal of the light-emitting diode array is an anode terminal and the defined first reference potential at the first output of the reference voltage source is a negative potential.
- an electrical current flows from the second terminal to the first terminal of the light-emitting diode arrangement through the light-emitting diode arrangement.
- the comparator which is electrically connected to the first terminal of the light-emitting diode array, in this embodiment, there is a negative potential.
- a negative electrical potential is selected, which is applied to the first input of the comparator and compared with the negative potential at the first terminal of the light emitting diode.
- one of the two inputs of the comparator circuit is an inverting input (usually marked “-") and the other of the two inputs of the comparator circuit is a non-inverting input (usually labeled "+").
- the comparator circuit operates such that when the input voltage at the positive, non-inverting input is higher than the voltage at the negative, inverting input, the output voltage approaches the positive supply voltage. If a lower electrical voltage is present at the positive, non-inverting input than at the negative, inverting input, then the output voltage approaches the negative supply voltage of the comparator circuit. The voltage applied to the inverting input voltage is thus inverted in both cases in a voltage of opposite sign.
- the voltage monitoring circuit has a first voltage divider which is connected in parallel to the light-emitting diode arrangement and has a first ohmic resistance and a second ohmic resistance which are connected in series with one another.
- the second input of the comparator circuit is connected between the first ohmic resistor and the second ohmic resistor of the first voltage divider.
- a voltage divider allows the adaptation of the voltage drop across the light-emitting diode arrangement to an input voltage which is favorable for the comparator.
- the voltage monitoring circuit of the light-emitting diode control circuit preferably has a second comparator circuit having a first input, a second input and a signal output whose first input is connected in parallel with the first input of the first comparator circuit and whose second input is electrically connected to the input of the light-emitting diode arrangement ,
- a second comparator is used, wherein the inputs of the second comparator preferably have a function opposite to that of the first comparator.
- the first input of the first comparator circuit is a non-inverting input
- the second input of the first comparator circuit is an inverting input
- the first input of the second comparator circuit is an inverting input
- the second input of the second comparator circuit is a non-inverting input.
- the signals applied to the outputs of the two comparator circuits are evaluated as logical signals with an OR logic. This means that if an L signal (a signal with a low level) is present at one of the two outputs, this is interpreted as information in that the monitored LED is defective. This way a comparison can be made the voltage dropping across the light emitting diode array is carried out both with a predetermined maximum value and with a minimum value of the electrical voltage. Exceeding the maximum value can be interpreted as breaking a light-emitting diode, for example, while falling short of the minimum value can be interpreted as a short-circuit in the light-emitting diode arrangement.
- a permitted range of values of the measured electrical voltage at the light-emitting diode arrangement is defined, which is brought into connection with a correctly functioning light-emitting diode arrangement. This range of values is used to compare a measured electrical light-emitting diode voltage. If the measurement voltage lies in the permitted range, then it is concluded that the light-emitting diode arrangement is in order, but if the measured voltage value is outside the permitted range, then a defect is suspected and automatic deactivation of the light-emitting diode arrangement is undertaken.
- the voltage monitoring circuit has a second voltage divider which is connected in parallel with the first voltage divider and comprises a third ohmic resistor and a fourth ohmic resistor which are connected in series with one another, the second input of the second comparator circuit is connected between the third ohmic resistor and the fourth ohmic resistor of the second voltage divider.
- the second voltage divider allows the adaptation of the voltage drop across the light-emitting diode arrangement to a voltage which is favorable for the second comparator.
- the voltage monitoring circuit additionally has a third comparator circuit with a first, preferably non-inverting input, a second preferably inverting input and a Exit on.
- the first input of the third comparator circuit is electrically connected to an output of the reference voltage source and the second input of the third comparator circuit is electrically connected to the output of the first comparator circuit and / or the second comparator circuit.
- the third comparator preferably functions as an inverter which inverts the logic signal applied to its second, preferably inverting input.
- the first and second comparators output an L signal in the event of a defect of the LED which is then inverted by the third comparator circuit to an H (high level) signal.
- an L signal is used as the output signal of the first and the second comparator for the occurrence of a defect, this has the advantage that this L signal has an H signal applied to the output of the respective other comparator when the outputs of the outputs are connected in parallel
- Both comparators can easily exaggerate. This means that the L signal prevails against the H signal when the two outputs are interconnected.
- an otherwise necessary additional logical OR circuit for logically combining the output signals of the first comparator and the second comparator can be omitted, whereby the monitoring circuit is simplified and thus cheaper.
- Such a circuit arrangement which requires no additional logic components, and nevertheless acts as a logic gate, is also referred to as a wired OR logic circuit or wired OR circuit.
- the voltage monitoring circuit according to the invention has a signal matching circuit which is connected between the output of the third comparator circuit and the output of the voltage monitoring circuit.
- the signal matching circuit adjusts the level of the output signal of the monitoring circuit to a level range of an input of a downstream unit.
- the outputs of the first comparator circuit and the second comparator circuit of the voltage monitoring circuit may be designed as open collector outputs.
- a circuit with an open collector output should be understood an output circuit in which the emitter is connected to the ground and the collector is brought to the output unconnected.
- An H signal at an output of a comparator circuit is pulled up to a high level by means of a so-called pull-up resistor.
- a ground level is present at its output. Due to the uncoupled collector, it may not happen at a concern of different levels at the two outputs of the two comparator circuits that one of the respective output circuits is damaged by a short circuit.
- the two outputs of the two comparator circuits can be easily connected together to form an OR logic.
- no additional logic circuit must be used for the logical connection of the output signals.
- the safety circuit has a transistor, preferably a field-effect transistor, and a fuse resistor connected in series with the transistor.
- a field-effect transistor as a switching transistor has the advantage, in comparison to the use of a bipolar transistor, that a field-effect transistor has a relatively low source-drain resistance in comparison with a collector-emitter resistor of a bipolar transistor.
- the field effect transistor can be dimensioned significantly smaller, which is space-saving and inexpensive.
- the fuse resistor is electrically connected at its end remote from the transistor to an input voltage.
- the inventive fuse circuit preferably comprises a supply voltage tap between the fuse resistor and the transistor. which is electrically connected via the already mentioned interface with the light-emitting diode arrangement and the light-emitting diode provides a supply voltage.
- the gate of the field effect transistor in this embodiment is electrically connected to the output of the voltage monitoring circuit.
- the field-effect transistor is designed, for example, as an n-channel field-effect transistor, the field-effect transistor switches at its gate at an H level, so that a strong current flows through the fuse resistor.
- the fuse resistor is set in a non-conductive state, so that a ground potential or no potential is applied to the supply voltage tap and thus the LED array is no longer supplied with electrical energy.
- a comparator circuit is used for the comparison step.
- a comparator circuit in combination with a reference voltage source allows a more precise voltage measurement that has been freed from precision fluctuations.
- FIG. 1 a circuit diagram of a circuit 10 of a signal transmitter of a traffic signal system is shown.
- the circuit arrangement 10 comprises a light-emitting diode arrangement, in this embodiment a light-emitting diode 1 with an anode 1a and a cathode 1b, and a conventional monitoring circuit 9.
- the monitoring circuit 9 monitors an electrical voltage U D applied to the diode 1.
- the monitoring circuit 9 comprises a voltage divider 11, which is connected in parallel with the light-emitting diode 1.
- the voltage divider 11 has a first ohmic resistance R 1 and a second ohmic resistance R 2 connected in series with the first ohmic resistance R 1 .
- the base 14 b of a bipolar transistor 14 is connected between the two resistors R 1 , R 2 .
- the emitter 14a of the bipolar transistor 14 is electrically connected to ground M and the collector 14c of the bipolar transistor 14 forms the output of the monitoring circuit 9 and serves to control a fuse circuit (not shown), with a shutdown of the light emitting diode 1 can be made.
- the electrical voltage applied to the light-emitting diode 1 is too low because the diode has a short circuit, for example, a very low base-emitter voltage is also present between the base 14b and the emitter 14a of the bipolar transistor 14.
- the low base-emitter voltage causes a significantly increased voltage drop between emitter and collector, so that in this case at the output of the circuit 9, a signal with a high level is applied, which exceeds a predetermined maximum value.
- Exceeding the maximum value of the potential at the output of the circuit 9 is interpreted as an indication of a short circuit in the light emitting diode 1 and there is also a shutdown of the light emitting diode due to a detected defect.
- the height of the base-emitter switching voltage of a bipolar transistor depends on fluctuating parameters of the manufacturing processes as well as on the temperature, so that very high measurement tolerances result.
- FIG. 2 a circuit diagram of a signaling device circuit 20 is shown with a monitoring circuit 19 of a light-emitting diode 1 according to an embodiment of the invention.
- the light-emitting diode comprises an anode 1a and a cathode 1b.
- the monitoring circuit 19 is connected in parallel to the light-emitting diode 1 and comprises a reference voltage source 2 whose first output 2a provides a predetermined reference potential U ref and whose second input 2b is electrically connected to a ground potential M of the circuit arrangement 20.
- the value of the reference potential U ref may, for example, correspond to a voltage value of an electrical voltage which is applied to the light-emitting diode 1, if this is not defective.
- the monitoring circuit 19 comprises a comparator 3.
- a first input 3a of the comparator 3 is electrically connected to the first output 2a of the reference voltage source 2, so that a reference voltage U ref is applied to the first input 3a of the comparator 3. With his second input 3b, the comparator 3 is electrically connected to the input or the anode 1a of the light-emitting diode 1.
- the comparator 3 can switch at its output 3c between two signal values, depending on whether at its first input 3a, a higher potential is applied or at its second input 3b.
- the first input 3a is designed as an inverting input (marked "-")
- the second input 3b of the comparator 3 is designed as a non-inverting input (marked "+").
- the value of the reference voltage U ref can, for example, be chosen such that it corresponds significantly above the value of the voltage U D dropping across a correctly functioning light-emitting diode 1.
- a lower potential than at the first input 3a of the comparator 3. results as the output signal AS of the comparator 3, a signal having a negative level, since the non-inverting input 3b lower potential than at the inverting input 3a.
- the potential applied to the second input 3b increases significantly above the reference voltage U ref of the reference voltage source applied to the first input, so that an output signal at the output 3c of the comparator 3 high potential applied, since now the voltage applied to the non-inverting input 3b potential is higher than the voltage applied to the inverting input 3a potential.
- Such a change in potential of the output signal of the comparator 3 can be interpreted as an indication of the occurrence of a defect of the light emitting diode 1 due to a breakage of the light emitting diode 1. Since a reference potential U ref is applied to one of the inputs of the comparator 3, the comparator 3 operates largely without production-related or fluctuations caused by temperature changes. In this way, a significantly improved measurement accuracy is achieved, resulting in a higher precision in the detection of defects in the LEDs 1 of a signal generator leads.
- a signal generator instead of a single light emitting diode, a signal generator usually has series connections of a plurality of light emitting diodes. In such a case, for example, a single monitoring circuit may be connected in parallel with a series of light-emitting diodes.
- FIG. 3 a circuit diagram is shown, which shows a signal generator circuit 30 with a light emitting diode 1 and a light-emitting diode control circuit 27 connected in parallel with a monitoring circuit 29 and a fuse circuit 28 according to an embodiment of the invention in detail.
- the fuse circuit 28, which is controlled by the monitoring circuit 29, serves to switch off the light-emitting diode 1 in the event of a defect of the light-emitting diode 1.
- the monitoring circuit 29 is set up to determine whether the value of a voltage drop across the light-emitting diode 1 U D lies in a predetermined value interval, which is associated with a correctly functioning light-emitting diode. If it is ascertained that the value of the electrical voltage U D dropping across the light-emitting diode 1 is not within the predetermined value interval, then a control signal AS is output to the safety circuit 28, so that a fuse integrated in the safety circuit 28 can switch the relevant light-emitting diode 1 from an electrical Input voltage U E disconnects and the LED 1 turns off.
- the monitoring circuit 29 comprises a first voltage divider 11a.
- the first voltage divider 11a has a first ohmic resistor R1 and a second ohmic resistor R2, which are connected in series with one another. Between the first ohmic resistor R1 and the second ohmic resistor R2 is a tap for a first comparator circuit 3.
- the first comparator circuit 3 is with its first input 3a, a non-inverting input (which is identified by "+”), electrically connected to a first output 2a of a reference voltage source 2, so that a reference voltage U ref defined by the reference voltage source 2 is applied to the non-inverting input 3a.
- the second input 3b of the first comparator circuit forms the tap of the comparator circuit 3 between the first ohmic resistor R1 and the second ohmic resistor R2 of the first voltage divider 11a.
- a first measurement signal MS1 is present, which comprises a voltage value which corresponds to the voltage drop across the second resistor R2.
- a second voltage divider 11b is connected in parallel with the first voltage divider 11a and also in parallel with the light-emitting diode 1.
- the second voltage divider 11b has a third ohmic resistor R3 and a fourth ohmic resistor R4, which are connected in series with one another. Between the third ohmic resistor R3 and the fourth ohmic resistor R4 is a tap for a second comparator circuit 31.
- the second comparator circuit 31 is connected to its first input 31a, an inverting input 31a (which is marked "-") with the first output 2a of the reference voltage source 2 is electrically connected, so that at the inverting input 31a is applied a defined by the reference voltage source 2 reference voltage U ref .
- the second input 31b of the second comparator circuit 31 forms a tap of the second comparator circuit 31 between the third ohmic resistor R3 and the fourth ohmic resistor R4 of the second voltage divider 11b.
- a measurement signal MS2 is present, the voltage value of which corresponds to the voltage dropping across the fourth ohmic resistor R4.
- the two outputs 3c, 31c of the two comparators 3, 31 are combined on a signal line SL. That at the Signal line SL applied signal LS is pulled in the event that at both outputs 3c, 31c, a signal AS1, AS2 with a high level (H signal), pulled by a so-called pull-up resistor R p to an increased level the comparators 3 and 31 have an open collector output.
- the two comparators 3, 31 are connected so that in the event of a defect of the light emitting diode 1 at an output 3c, 31c of one of the two comparators, a low signal (also L signal), ie a signal AS1, AS2 with a low level is applied.
- an L signal represents a strong level that prevails over an H signal that can be considered a weak level because the H level is raised by "pulling up" with the aid of the pull-up resistor R p comes about.
- the two comparators 3, 31 are preferably formed with a so-called open collector output 3c, 31c (open collector output).
- the formation of the outputs 3c, 31c of the comparators 3, 31 with an open collector has the advantage that the two outputs 3c, 31c can be switched to a common signal line SL, without forming a short-circuit current at different output levels, the switching elements of the Damage comparators 3, 31 could.
- the outputs 3c, 31c of the two comparator circuits 3, 31 can be switched together as a so-called wired-OR circuit and an otherwise necessary additional OR gate can be saved.
- the monitoring circuit 29 also comprises a third comparator 32, which functions as an inverter, ie inverts a signal LS applied to its inverting input 32b.
- a first input 32a of the third comparator 32 which is a non-inverting input (marked “+"), is connected to a third output 2c of the reference voltage source 2 so that at the first input 32a of the third comparator 32 one from the reference voltage source 2 defined reference voltage U ref is present.
- a reference voltage may be applied to the third comparator 32, the same electrical voltage as at the first and the second comparator 3, 31. That is, the reference voltage at the first output 2a can be used directly.
- the second input 32b of the third comparator 32 is connected to a signal line SL which combines the two output signals AS1, AS2 of the two first and second comparators 3, 31 into a signal LS. If, at the second input 32b, which is an inverting input (denoted by "-"), for example a signal LS with an H level, it is inverted by the third comparator 32, so that at the output 32c of the third comparator 32, an output signal AS3 is applied to an L level. An output signal AS3 with an L level corresponds to the information that the light-emitting diode 1 is functioning correctly.
- the monitoring circuit 29 also includes a signal matching circuit 4 which is electrically connected to the output 32c of the third comparator 32 and adjusts the level of the output signal AS3 of the third comparator 32 to a voltage level which is compatible with an allowable input voltage of the fuse circuit 28 connected to the monitoring circuit 29.
- the output signal AS output from the signal matching circuit 4 is sent to the fuse circuit 28.
- the fuse circuit 28 includes a switching transistor 5, in this embodiment, a field effect transistor, more specifically an N-FET whose gate G is electrically connected to the output of the monitoring circuit 29.
- the source S (source) of the switching transistor 5 is connected via the signal matching circuit 4 and therein specifically via a Zener diode 41 to the ground potential M and the drain D (drain) of the switching transistor is electrically connected to a fuse resistor R s , in turn, a Input voltage U E is present.
- a supply voltage U v is tapped, from the other not listed here circuit elements (such as a switching converter), the LED driving voltage U D is generated.
- the fuse circuit 28 operates as follows: If an H signal is present at the input of the fuse circuit 28, which corresponds to a damage event, the switching transistor 5 is conductive. This has the consequence that the fuse resistor R s is short-circuited to ground M and a very strong current flows through the fuse resistor R s , which can blow through the fuse resistor R s , so that the supply voltage U V falls to zero. This is for the drive circuit (not shown) of the light emitting diode 1 and thus to the light emitting diode 1 no electrical voltage, so that the light emitting diode 1 is turned off.
- FIG. 4 a flowchart 400 is shown which illustrates a method for monitoring a light-emitting diode voltage of a signal generator.
- step 4.I an electrical voltage U D applied to a light-emitting diode is first measured.
- step 4.II the measured electrical voltage value U D is compared with a reference voltage U ref . If it is determined in the comparison that the difference of the two electrical voltages U D -U ref exceeds a maximum value max, which is in FIG. 4 is marked with "j", then a switch-off signal is output in step 4.III. In the event that the difference of the two electrical voltages U D -U ref does not exceed a maximum value max, which is in FIG.
- step 4.II can analogously also with the examination of the difference U D -U ref ⁇ min or the difference U ref -DU> max or U ref -U D ⁇ min, where "min” corresponds to a predetermined minimum value and "max” represents the maximum value already introduced.
- the voltage monitoring circuit according to the invention can be used not only to monitor individual LEDs, but also for the monitoring of a plurality of serially connected light-emitting diodes.
- the use of indefinite articles does not exclude “one” or “one”, that the characteristics in question can also be present multiple times.
- the term "unit” does not exclude that it consists of several components, which may also be spatially distributed.
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
Es wird eine Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) mit einer Spannungsüberwachungsschaltung (19, 29) für eine Leuchtdiodenanordnung (1) eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage beschrieben. Die Spannungsüberwachungsschaltung (19, 29) weist eine Referenzspannungsquelle (2) mit einem Eingang und einem ersten Ausgang (2a) und einem zweiten Ausgang (2b) auf. Zudem weist die Spannungsüberwachungsschaltung (19, 29) eine Komparatorschaltung (3, 31) mit einem ersten Eingang (3a), einem zweiten Eingang (3b, 31b) und einem Signalausgang (3c, 31c) auf. Der erste Ausgang (2a) der Referenzspannungsquelle (2) weist ein durch die Referenzspannungsquelle (2) definiertes erstes Referenzpotential (U ref ) auf und ist mit dem ersten Eingang (3a, 31a) der Komparatorschaltung (3, 31) elektrisch verbunden. Der zweite Eingang (3b, 31b) der Komparatorschaltung (3, 31) ist mit einem Anschluss (1a) der Leuchtdiodenanordnung (1) des Signalgebers elektrisch verbunden. Die Leuchtdioden-Steuerungsschaltung umfasst zudem eine Leuchtdiodenschnittstelle und eine Sicherungsschaltung (28), welche mit dem Ausgang (3c, 32c) der Spannungsüberwachungsschaltung (19, 29) elektrisch verbunden ist, wobei die Sicherungsschaltung (28) durch ein Ausschaltsignal an dem Ausgang der Spannungsüberwachungsschaltung (29) in einen Ausschaltzustand versetzbar ist, in dem die Leuchtdiodenanordnung (1) ausgeschaltet ist. Es wird ferner ein Signalgeber (20, 30) einer Lichtsignalanlage beschrieben. Außerdem wird die Verwendung einer Spannungsüberwachungsschaltung (19, 29) zur Überwachung einer an einer Leuchtdiodenanordnung (1) eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage anliegenden elektrischen Spannung (U D ) beschrieben. Überdies wird ein Verfahren zur Überwachung einer Leuchtdiodenanordnung (1) einer Leuchtdiodenspannung (U D ) eines Signalgebers (20, 30) einer Lichtsignalanlage beschrieben.A light-emitting diode control circuit (27) with a voltage monitoring circuit (19, 29) for a light-emitting diode arrangement (1) of a signal generator of a traffic signal system is described. The voltage monitoring circuit (19, 29) has a reference voltage source (2) with an input and a first output (2a) and a second output (2b). In addition, the voltage monitoring circuit (19, 29) has a comparator circuit (3, 31) with a first input (3a), a second input (3b, 31b) and a signal output (3c, 31c). The first output (2a) of the reference voltage source (2) has a first reference potential (U ref) defined by the reference voltage source (2) and is electrically connected to the first input (3a, 31a) of the comparator circuit (3, 31). The second input (3b, 31b) of the comparator circuit (3, 31) is electrically connected to a terminal (1a) of the light-emitting diode arrangement (1) of the signal generator. The light-emitting diode control circuit further comprises a light-emitting diode interface and a fuse circuit (28) which is electrically connected to the output (3c, 32c) of the voltage monitoring circuit (19, 29), wherein the fuse circuit (28) by a turn-off signal at the output of the voltage monitoring circuit (28). 29) is displaceable in an off state in which the light-emitting diode array (1) is turned off. Furthermore, a signal generator (20, 30) of a traffic signal system is described. In addition, the use of a voltage monitoring circuit (19, 29) for monitoring an electrical voltage (U D) applied to a light-emitting diode arrangement (1) of a signal generator of a traffic signal system is described. Moreover, a method for monitoring a light-emitting diode arrangement (1) of a light-emitting diode voltage (U D) of a signal generator (20, 30) of a traffic signal system is described.
Description
Die Erfindung betrifft eine Leuchtdioden-Steuerungsschaltung. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Signalgeber für eine Lichtsignalanlage. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer Leuchtdioden-Steuerungsschaltung zur Überwachung einer Leuchtdiodenanordnung. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Leuchtdiodenspannung einer Leuchtdiodenanordnung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage.The invention relates to a light-emitting diode control circuit. Furthermore, the invention relates to a signal generator for a traffic signal system. Moreover, the invention relates to the use of a light-emitting diode control circuit for monitoring a light emitting diode array. Moreover, the invention relates to a method for monitoring a light-emitting diode voltage of a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system.
Lichtsignalanlagen, auch als Lichtzeichenanlage bezeichnet, dienen der Steuerung des Straßenverkehrs. Sie ordnen für Verkehrsteilnehmer ein bestimmtes Verhalten an, indem gesteuerte Lichtsignale abgegeben werden. Diese nach Form und Farbe verschiedenartigen Verkehrszeichen haben jeweils eine andere Bedeutung und strahlen nur entgegen der Fahrtrichtung des zu regelnden Verkehrs ab. Der Einsatz von Lichtsignalanlagen hat unterschiedliche Gründe, beispielsweise um den Verkehrsfluss zu verbessern und gefährliche oder gefahrenträchtige Verkehrssituationen zu entschärfen. Im Straßenverkehr sind dies insbesondere Einmündungen sowie Engstellen, zum Beispiel bei Baustellen oder Brücken.Traffic light systems, also referred to as a traffic light system, are used to control road traffic. They assign a certain behavior to road users by emitting controlled light signals. These different in shape and color traffic signs each have a different meaning and radiate only against the direction of traffic to be regulated. The use of traffic lights has different reasons, for example, to improve the flow of traffic and to defuse dangerous or dangerous traffic situations. In road traffic, these are in particular junctions and bottlenecks, for example at construction sites or bridges.
Heutzutage werden für die Signalgebung als Leuchtmittel Leuchtdioden, auch kurz LED genannt, verwendet. Diese verbrauchen deutlich weniger Energie als herkömmliche Leuchtmittel. LED-Signalgeber haben eine Überwachungsschaltung, mit der defekte LEDs detektiert werden können und im Fall eines Defekts einer LED-Anordnung eine Zwangsabschaltung des LED-Signalgebers veranlasst werden kann. Eine solche Überwachungsschaltung misst die Spannung, welche zwischen dem Eingang und dem Ausgang einer LED oder einer LED-Anordnung aus mehreren in Reihe geschalteten LEDs anliegt. Wird ein Spannungswert gemessen, welcher außerhalb eines definierten Bereichs liegt, so wird daraus geschlossen, dass die LED-Anordnung defekt ist, und der LED-Signalgeber wird dauerhaft ausgeschaltet. Das Ausschalten kann zum Beispiel durch das Durchbrennen einer Sicherung erreicht werden. Eine Überspannung an der LED-Anordnung kann beispielsweise gemessen werden, wenn aufgrund eines Bruchs einer LED in der LED-Anordnung kein Strom fließt. Eine Unterspannung an der LED-Anordnung kann zum Beispiel dann gemessen werden, wenn innerhalb einer LED der LED-Anordnung ein Kurzschluss auftritt. Herkömmlich werden solche Spannungswerte mit Hilfe einer Basis-Emitter-Schaltung mit einem bipolaren Transistor gemessen.Nowadays LEDs are used for signaling as light sources, also called LED for short. These consume significantly less energy than conventional bulbs. LED signaling devices have a monitoring circuit with which defective LEDs can be detected and, in the event of a defect in an LED arrangement, a forced shutdown of the LED signal generator can be initiated. Such a monitoring circuit measures the voltage which is applied between the input and the output of an LED or an LED arrangement of a plurality of LEDs connected in series. If a voltage value is measured which lies outside a defined range, then it is concluded that the LED arrangement is defective, and the LED buzzer is switched off permanently. The shutdown can be achieved, for example, by blowing a fuse. An overvoltage on the LED array can be measured, for example, when no current flows due to breakage of an LED in the LED array. For example, undervoltage on the LED array may be measured if a short circuit occurs within an LED of the LED array. Conventionally, such voltage values are measured by means of a base-emitter circuit with a bipolar transistor.
Ein Nachteil bei der Spannungsmessung mit Hilfe von bipolaren Transistoren mit einer Emitter-Schaltung liegt in der Abhängigkeit der Basis-Emitter-Schaltspannung von Herstellungsparametern und der Umgebungstemperatur. Aufgrund dieser Abhängigkeit kann die Schaltspannung von bipolaren Transistoren bei dem Einsatz in LED-Signalgebern bis zu einem Faktor 3 schwanken. Hieraus ergibt sich eine Toleranz von ca. +-50% bei der Messung der Leuchtdiodenspannungen. Somit lässt sich ein Ausfall einer LED anhand einer Spannungsmessung nur sehr ungenau ermitteln. Aufgrund dieser Ungenauigkeit kann es passieren, dass eine noch funktionierende LED fälschlicherweise als defekt ermittelt wird oder eine defekte LED nicht erkannt wird.A disadvantage in the voltage measurement by means of bipolar transistors with an emitter circuit is the dependence of the base-emitter switching voltage on production parameters and the ambient temperature. Due to this dependence, the switching voltage of bipolar transistors when used in LED signal generators can fluctuate up to a factor of 3. This results in a tolerance of approx. + -50% for the measurement of the LED voltages. Thus, a failure of an LED can only be determined very imprecisely based on a voltage measurement. Due to this inaccuracy, it may happen that a still functioning LED is erroneously detected as defective or a defective LED is not recognized.
Es ist mithin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leuchtdioden-Steuerungsschaltung für eine Leuchtdiodenanordnung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage zu entwickeln, welche die Funktionsfähigkeit der Leuchtdiodenanordnung des Signalgebers mit erhöhter Genauigkeit überwacht.It is therefore an object of the present invention to develop a light-emitting diode control circuit for a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system, which monitors the functionality of the light-emitting diode arrangement of the signal generator with increased accuracy.
Diese Aufgabe wird durch eine Leuchtdioden-Steuerungsschaltung nach Patentanspruch 1, durch einen Signalgeber gemäß Patentanspruch 11, die Verwendung einer Leuchtdioden-Steuerungsschaltung zur Überwachung einer Leuchtdiodenanordnung nach Patentanspruch 12 sowie ein Überwachungsverfahren gemäß Patentanspruch 13 gelöst.This object is achieved by a light-emitting diode control circuit according to claim 1, by a signal generator according to claim 11, the use of a light-emitting diode control circuit for monitoring a light emitting diode array according to claim 12 and a monitoring method according to claim 13.
Die erfindungsgemäße Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist eine Spannungsüberwachungsschaltung für eine Leuchtdiodenanordnung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage auf, welche eine Referenzspannungsquelle mit einem Eingang und einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang aufweist. An dem Eingang der Referenzspannungsquelle kann zum Beispiel eine Versorgungsspannung anliegen. Die Spannungsüberwachungsschaltung umfasst außerdem eine Komparatorschaltung mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Signalausgang. Der erste Ausgang der Referenzspannungsquelle weist ein durch die Referenzspannungsquelle definiertes Referenzpotential auf und ist mit dem ersten Eingang der Komparatorschaltung elektrisch verbunden. Der zweite Eingang der Komparatorschaltung ist mit einem Anschluss der Leuchtdiodenanordnung des Signalgebers elektrisch verbunden. Die Referenzspannungsquelle stellt dem Komparator ein vorbestimmtes Referenzpotential zur Verfügung, welches der Komparator als Bezugsgröße für einen Vergleich mit einer an der Leuchtdioden-anordnung abfallenden elektrischen Spannung nutzt.The light-emitting diode control circuit according to the invention has a voltage monitoring circuit for a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system, which has a reference voltage source with an input and a first output and a second output. For example, a supply voltage can be present at the input of the reference voltage source. The voltage monitoring circuit also includes a comparator circuit having a first input, a second input, and a signal output. The first output of the reference voltage source has a reference potential defined by the reference voltage source and is electrically connected to the first input of the comparator circuit. The second input of the comparator circuit is electrically connected to a terminal of the light emitting diode arrangement of the signal generator. The reference voltage source provides the comparator with a predetermined reference potential which the comparator uses as a reference for comparison with a voltage drop across the LED array.
Eine Referenzspannungsquelle kann zum Beispiel als Spannungsteilerschaltung mit einer Zenerdiode ausgebildet sein. Eine Referenzspannungsquelle kann auch auf der Bandabstandsfrequenz von halbleiterbasierten Bauelementen beruhen, wobei eine Temperaturfestigkeit der Referenzspannungsquelle durch geschickte Kombination von Bauelementen mit Materialien mit gegensätzlichen Temperaturkoeffizienten erreicht werden kann. Es wird eine verbesserte Präzision der erfindungsgemäßen Spannungsüberwachungsschaltung im Vergleich zu herkömmlichen, auf einzelnen Bipolartransistoren basierenden Überwachungsschaltungen, insbesondere bei dem Auftreten von Temperaturschwankungen und produktionsbedingten Schwankungen der elektronischen Eigenschaften einzelner Bauelemente erreicht. Als eine Leuchtdiodenanordnung soll im Folgenden sowohl eine einzelne Leuchtdiode als auch mehrere in Reihe geschaltete Leuchtdioden verstanden werden. Wird eine Leuchtdiodengruppe verwendet, so ist der zweite Eingang des Komparators dann mit einem Anschluss einer der Leuchtdioden der Leuchtdiodengruppe elektrisch verbunden. Unter einer Komparatorschaltung bzw. einem Komparator soll eine elektronische Schaltung verstanden werden, welche zwei an ihren Eingängen anliegende elektrische Spannungen bzw. Potentiale vergleicht. Der Ausgang zeigt in binärer/digitaler Form an, welche der beiden Eingangsspannungen den höheren Spannungswert aufweist. Ein solcher Komparator weist beispielsweise einen positiven, nicht-invertierenden Eingang und einen negativen, invertierenden Eingang auf. Weiterhin liegen an dem Komparator eine negative und eine positive Versorgungsspannung oder alternativ eine positive bzw. negative Versorgungsspannung und Masse an. Wenn die Eingangsspannung am positiven, nicht-invertierenden Eingang höher ist als die Spannung am negativen, invertierenden Eingang, so nähert sich die Ausgangsspannung der positiven Versorgungsspannung. Liegt am positiven, nicht-invertierenden Eingang eine niedrigere elektrische Spannung als an dem negativen, invertierenden Eingang, so nähert sich die Ausgangsspannung der negativen Versorgungsspannung bzw. Masse.A reference voltage source may be formed, for example, as a voltage divider circuit with a Zener diode. A reference voltage source can also be based on the bandgap frequency of semiconductor-based devices, wherein a temperature resistance of the reference voltage source can be achieved by skillful combination of devices with materials having opposite temperature coefficients. There is achieved an improved precision of the voltage monitoring circuit according to the invention in comparison with conventional, based on individual bipolar transistors monitoring circuits, in particular in the occurrence of temperature fluctuations and production-related fluctuations in the electronic properties of individual components. As a light emitting diode arrangement to be understood in the following both a single light emitting diode and a plurality of light emitting diodes connected in series. If a light-emitting diode group is used, then the second input of the comparator is with a terminal of one of the light emitting diodes of the light emitting diode group electrically connected. A comparator circuit or a comparator is understood to mean an electronic circuit which compares two electrical voltages or potentials present at their inputs. The output indicates in binary / digital form which of the two input voltages has the higher voltage value. Such a comparator has, for example, a positive, non-inverting input and a negative, inverting input. Furthermore, a negative and a positive supply voltage or alternatively a positive or negative supply voltage and ground are applied to the comparator. If the input voltage at the positive, non-inverting input is higher than the voltage at the negative, inverting input, the output voltage approaches the positive supply voltage. If a lower electrical voltage is present at the positive, non-inverting input than at the negative, inverting input, then the output voltage approaches the negative supply voltage or ground.
Die erfindungsgemäße Leuchtdioden-Steuerungsschaltung umfasst außerdem eine Leuchtdiodenschnittstelle und eine Sicherungsschaltung, welche mit dem Ausgang der Spannungsüberwachungsschaltung elektrisch verbunden ist. Die Sicherungsschaltung ist durch ein Ausschaltsignal an dem Ausgang der Spannungsüberwachungsschaltung in einen Ausschaltzustand versetzbar. Für den Ausschaltzustand wird die Leuchtdiodenanordnung mit Hilfe der Sicherungsschaltung ausgeschaltet. Die Leuchtdiodenschnittstelle kann zum Beispiel einen Diodensockel umfassen, mit dem die Leuchtdioden der Leuchtdiodenanordnung mechanisch und elektrisch verbunden sind. Der Diodensockel ist mit einem Steckverbinder mit der Spannungsüberwachungsschaltung und der Sicherungsschaltung elektrisch verbunden, so dass eine Ansteuerung und Überwachung der Leuchtdioden ermöglicht ist.The light-emitting diode control circuit according to the invention also comprises a light-emitting diode interface and a fuse circuit, which is electrically connected to the output of the voltage monitoring circuit. The fuse circuit can be set to a switch-off state by a switch-off signal at the output of the voltage monitoring circuit. For the off state, the light emitting diode array is turned off by means of the fuse circuit. The light-emitting diode interface can, for example, comprise a diode base with which the light-emitting diodes of the light-emitting diode arrangement are mechanically and electrically connected. The diode base is electrically connected to a connector with the voltage monitoring circuit and the fuse circuit, so that a control and monitoring of the LEDs is possible.
Der erfindungsgemäße Signalgeber für eine Lichtsignalanlage weist eine Leuchtdiode und eine erfindungsgemäße Leuchtdioden-Steuerungsschaltung auf. Wie bereits erwähnt, umfasst die erfindungsgemäße Leuchtdioden-Steuerungsschaltung auch eine Spannungsüberwachungsschaltung sowie eine Sicherungsschaltung, mit der eine Leuchtdiode bzw. eine Leuchtdiodenanordnung für den Fall des Auftretens eines Defekts ausgeschaltet werden kann.The signal generator according to the invention for a traffic signal system has a light-emitting diode and a light-emitting diode control circuit according to the invention on. As already mentioned, the light-emitting diode control circuit according to the invention also comprises a voltage monitoring circuit and a fuse circuit with which a light emitting diode or a light emitting diode array can be switched off in the event of a defect occurring.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird eine erfindungsgemäße Leuchtdioden-Steuerungsschaltung zur Überwachung einer an einer Leuchtdiodenanordnung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage anliegenden elektrischen Spannung eingesetzt. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung in einer Signalgeberschaltung lässt sich eine präzisere und zuverlässigere Funktionsüberwachung der Leuchtdiodenanordnung der Signalgeberschaltung erreichen.In the use according to the invention, a light-emitting diode control circuit according to the invention is used for monitoring an electrical voltage applied to a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system. By using the light-emitting diode control circuit according to the invention in a signal generator circuit, it is possible to achieve a more precise and reliable functional monitoring of the light-emitting diode arrangement of the signal transmitter circuit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung einer Leuchtdiodenspannung einer Leuchtdiodenanordnung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage wird eine an einer Leuchtdiodenanordnung des Signalgebers anliegende elektrische Spannung erfasst. Anschließend wird der erfasste elektrische Spannungswert mit einer Referenzspannung verglichen und ein Ausschaltsignal für den Fall ausgegeben, dass bei dem Vergleich eine Abweichung des elektrischen Spannungswerts von der Referenzspannung einen vorbestimmten Maximalwert überschritten oder einen vorbestimmten Minimalwert unterschritten hat. Die Überschreitung eines Maximalwerts kann zum Beispiel mit einem Diodenbruch in Verbindung gebracht werden, bei dem durch die Leuchtdiodenanordnung kein Strom mehr fließt. Eine Unterschreitung eines Minimalwerts kann zum Beispiel dann vorkommen, wenn in einer Leuchtdiode einer Leuchtdiodenanordnung ein Kurzschluss auftritt, so dass an der Leuchtdiode nur noch eine geringe elektrische Spannung abfällt.In the method according to the invention for monitoring a light-emitting diode voltage of a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system, an electrical voltage applied to a light-emitting diode arrangement of the signal generator is detected. Subsequently, the detected electrical voltage value is compared with a reference voltage and output a switch-off signal for the case that in the comparison, a deviation of the electrical voltage value from the reference voltage has exceeded a predetermined maximum value or has fallen below a predetermined minimum value. Exceeding a maximum value can, for example, be associated with a diode break in which no current flows through the light-emitting diode arrangement. A shortfall of a minimum value can occur, for example, when a short circuit occurs in a light emitting diode of a light emitting diode arrangement, so that only a small electrical voltage drops across the light emitting diode.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.The dependent claims and the following description each contain particularly advantageous embodiments and further developments of the invention. In particular, the claims of a claim category can also be analogous to the dependent ones Be further developed claims of another claim category. In addition, in the context of the invention, the various features of different embodiments and claims can be combined to form new embodiments.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung sind der zweite Ausgang der Referenzspannungsquelle und der Anschluss der Leuchtdiodenanordnung mit einem gemeinsamen festen zweiten Referenzpotential elektrisch verbunden. Dieses gemeinsame feste Referenzpotential ist vorzugsweise ein Massepotential oder ein Erdpotential. Das gemeinsame feste Referenzpotential unterliegt vorzugsweise keinerlei temperatur- oder zeitlich bedingten Schwankungen, so dass es zumindest indirekt als feste Bezugsgröße für eine Messung der an einer Leuchtdiodenanordnung anliegenden Spannung dienen kann. Zwischen die Leuchtdiodenanordnung und das feste Bezugspotential kann zusätzlich noch ein Strommesswiderstand, auch Shunt-Widerstand genannt, geschaltet sein, an dem eine vergleichsweise geringe elektrische Spannung abfällt.In a preferred refinement of the light-emitting diode control circuit according to the invention, the second output of the reference voltage source and the connection of the light-emitting diode arrangement are electrically connected to a common fixed second reference potential. This common fixed reference potential is preferably a ground potential or a ground potential. The common fixed reference potential is preferably subject to any temperature or time-related fluctuations, so that it can serve at least indirectly as a fixed reference for measuring the voltage applied to a light emitting diode array voltage. Between the light emitting diode array and the fixed reference potential, a current measuring resistor, also called a shunt resistor, may additionally be connected, at which a comparatively low electrical voltage drops.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung ist der erste Anschluss der Leuchtdiodenanordnung ein Anodenanschluss. Der zweite Anschluss der Leuchtdiodenanordnung ist somit ein Kathodenanschluss und das definierte erste Referenzpotential am Ausgang der Referenzspannungsquelle ist ein positives Potential. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung fließt durch die Leuchtdiodenanordnung ein elektrischer Strom von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss der Leuchtdiodenanordnung. An dem zweiten Eingang des Komparators, welcher mit dem ersten Anschluss der Leuchtdiodenanordnung elektrisch verbunden ist, liegt in dieser Ausgestaltung ein positives Potential an. Somit wird als Referenzpotential, das an dem ersten Ausgang der Referenzspannungsquelle anliegt, auch ein positives elektrisches Potential gewählt, welches auch an dem ersten Eingang des Komparators anliegt und welches mit dem Potential an der Anode der Leuchtdiodenanordnung verglichen wird.In a preferred embodiment of the light-emitting diode control circuit according to the invention, the first terminal of the light-emitting diode arrangement is an anode terminal. The second terminal of the light-emitting diode arrangement is thus a cathode terminal and the defined first reference potential at the output of the reference voltage source is a positive potential. In this preferred embodiment, an electrical current flows from the first terminal to the second terminal of the light emitting diode array through the light emitting diode arrangement. At the second input of the comparator, which is electrically connected to the first terminal of the light-emitting diode array, in this embodiment is a positive potential. Thus, as a reference potential, which is applied to the first output of the reference voltage source, and a positive electrical potential is selected, which also at the first input the comparator is applied and which is compared with the potential at the anode of the light emitting diode array.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Leuchtdioden-Steuerungsschaltung auch derart ausgebildet sein, dass der erste Anschluss der Leuchtdiodenanordnung ein Kathodenanschluss ist, der zweite Anschluss der Leuchtdiodenanordnung ein Anodenanschluss ist und das definierte erste Referenzpotential an dem ersten Ausgang der Referenzspannungsquelle ein negatives Potential ist. Bei dieser alternativen Ausgestaltung fließt durch die Leuchtdiodenanordnung ein elektrischer Strom von dem zweiten Anschluss zu dem ersten Anschluss der Leuchtdiodenanordnung. An dem zweiten Eingang des Komparators, welcher mit dem ersten Anschluss der Leuchtdiodenanordnung elektrisch verbunden ist, liegt in dieser Ausgestaltung ein negatives Potential an. Somit wird als Referenzpotential an dem ersten Ausgang der Referenzspannungsquelle auch ein negatives elektrisches Potential gewählt, welches an dem ersten Eingang des Komparators anliegt und mit dem negativen Potential an dem ersten Anschluss der Leuchtdiode verglichen wird.Alternatively, the light-emitting diode control circuit according to the invention may also be designed such that the first terminal of the light-emitting diode array is a cathode terminal, the second terminal of the light-emitting diode array is an anode terminal and the defined first reference potential at the first output of the reference voltage source is a negative potential. In this alternative embodiment, an electrical current flows from the second terminal to the first terminal of the light-emitting diode arrangement through the light-emitting diode arrangement. At the second input of the comparator, which is electrically connected to the first terminal of the light-emitting diode array, in this embodiment, there is a negative potential. Thus, as the reference potential at the first output of the reference voltage source, a negative electrical potential is selected, which is applied to the first input of the comparator and compared with the negative potential at the first terminal of the light emitting diode.
In einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung ist einer der beiden Eingänge der Komparatorschaltung ein invertierender Eingang (üblicherweise mit "-" gekennzeichnet) und der andere der beiden Eingänge der Komparatorschaltung ein nicht-invertierender Eingang (üblicherweise mit "+" gekennzeichnet). Wie bereits erwähnt, funktioniert die Komparatorschaltung derart, dass wenn die Eingangsspannung am positiven, nicht-invertierenden Eingang höher ist als die Spannung am negativen, invertierenden Eingang, sich die Ausgangsspannung der positiven Versorgungsspannung nähert. Liegt am positiven, nicht-invertierenden Eingang eine niedrigere elektrische Spannung als an dem negativen, invertierenden Eingang, so nähert sich die Ausgangsspannung der negativen Versorgungsspannung der Komparatorschaltung. Die an dem invertierenden Eingang anliegende Spannung wird also in beiden Fällen in eine Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen invertiert.In a special embodiment of the light-emitting diode control circuit according to the invention, one of the two inputs of the comparator circuit is an inverting input (usually marked "-") and the other of the two inputs of the comparator circuit is a non-inverting input (usually labeled "+"). As already mentioned, the comparator circuit operates such that when the input voltage at the positive, non-inverting input is higher than the voltage at the negative, inverting input, the output voltage approaches the positive supply voltage. If a lower electrical voltage is present at the positive, non-inverting input than at the negative, inverting input, then the output voltage approaches the negative supply voltage of the comparator circuit. The voltage applied to the inverting input voltage is thus inverted in both cases in a voltage of opposite sign.
In einer besonders praktikablen Variante der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist die Spannungsüberwachungsschaltung einen ersten Spannungsteiler auf, welcher parallel zu der Leuchtdiodenanordnung geschaltet ist und einen ersten ohmschen Widerstand und einen zweiten ohmschen Widerstand aufweist, welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Der zweite Eingang der Komparatorschaltung ist zwischen den ersten ohmschen Widerstand und den zweiten ohmschen Widerstand des ersten Spannungsteilers geschaltet. Ein Spannungsteiler ermöglicht die Anpassung der an der Leuchtdiodenanordnung abfallenden elektrischen Spannung an eine für den Komparator günstige Eingangsspannung.In a particularly practical variant of the light-emitting diode control circuit according to the invention, the voltage monitoring circuit has a first voltage divider which is connected in parallel to the light-emitting diode arrangement and has a first ohmic resistance and a second ohmic resistance which are connected in series with one another. The second input of the comparator circuit is connected between the first ohmic resistor and the second ohmic resistor of the first voltage divider. A voltage divider allows the adaptation of the voltage drop across the light-emitting diode arrangement to an input voltage which is favorable for the comparator.
Bevorzugt weist die Spannungsüberwachungsschaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung eine zweite Komparatorschaltung mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Signalausgang auf, deren erster Eingang mit dem ersten Eingang der ersten Komparatorschaltung parallel geschaltet ist und deren zweiter Eingang mit dem Eingang der Leuchtdiodenanordnung elektrisch verbunden ist. Es wird also ein zweiter Komparator verwendet, wobei die Eingänge des zweiten Komparators vorzugsweise eine im Vergleich zu dem ersten Komparator entgegengesetzte Funktion aufweisen. Ist beispielsweise der erste Eingang der ersten Komparatorschaltung ein nicht-invertierender Eingang, der zweite Eingang der ersten Komparatorschaltung ein invertierender Eingang, so ist der erste Eingang der zweiten Komparatorschaltung ein invertierender Eingang und der zweite Eingang der zweiten Komparatorschaltung ein nicht-invertierender Eingang.The voltage monitoring circuit of the light-emitting diode control circuit according to the invention preferably has a second comparator circuit having a first input, a second input and a signal output whose first input is connected in parallel with the first input of the first comparator circuit and whose second input is electrically connected to the input of the light-emitting diode arrangement , Thus, a second comparator is used, wherein the inputs of the second comparator preferably have a function opposite to that of the first comparator. For example, if the first input of the first comparator circuit is a non-inverting input, the second input of the first comparator circuit is an inverting input, the first input of the second comparator circuit is an inverting input and the second input of the second comparator circuit is a non-inverting input.
Die an den Ausgängen der beiden Komparatorschaltungen anliegenden Signale werden als logische Signale mit einer ODER-Logik ausgewertet. D.h., liegt an einem der beiden Ausgänge ein L-Signal (ein Signal mit einem niedrigen Pegel), so wird dies als Information dahingehend interpretiert, dass die überwachte Leuchtdiode defekt ist. Auf diese Weise kann ein Vergleich der an der Leuchtdiodenanordnung abfallenden elektrischen Spannung sowohl mit einem vorbestimmten Maximalwert als auch mit einem Minimalwert der elektrischen Spannung durchgeführt werden. Ein Überschreiten des Maximalwerts kann zum Beispiel als Bruch einer Leuchtdiode interpretiert werden, während ein Unterschreiten des Minimalwerts als ein Kurzschluss in der Leuchtdiodenanordnung interpretiert werden kann. In dieser Ausgestaltung wird also ein erlaubter Wertebereich der gemessenen elektrischen Spannung an der Leuchtdiodenanordnung definiert, welcher mit einer korrekt funktionierenden Leuchtdiodenanordnung in Verbindung gebracht wird. Mit diesem Wertebereich wird eine gemessene elektrische Leuchtdiodenspannnung verglichen. Liegt die Messspannung in dem erlaubten Bereich, so wird daraus geschlossen, dass die Leuchtdiodenanordnung in Ordnung ist, befindet sich der gemessene Spannungswert jedoch außerhalb des erlaubten Bereichs, so wird ein Defekt vermutet und eine automatische Abschaltung der Leuchtdiodenanordnung vorgenommen.The signals applied to the outputs of the two comparator circuits are evaluated as logical signals with an OR logic. This means that if an L signal (a signal with a low level) is present at one of the two outputs, this is interpreted as information in that the monitored LED is defective. This way a comparison can be made the voltage dropping across the light emitting diode array is carried out both with a predetermined maximum value and with a minimum value of the electrical voltage. Exceeding the maximum value can be interpreted as breaking a light-emitting diode, for example, while falling short of the minimum value can be interpreted as a short-circuit in the light-emitting diode arrangement. In this embodiment, therefore, a permitted range of values of the measured electrical voltage at the light-emitting diode arrangement is defined, which is brought into connection with a correctly functioning light-emitting diode arrangement. This range of values is used to compare a measured electrical light-emitting diode voltage. If the measurement voltage lies in the permitted range, then it is concluded that the light-emitting diode arrangement is in order, but if the measured voltage value is outside the permitted range, then a defect is suspected and automatic deactivation of the light-emitting diode arrangement is undertaken.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist die Spannungsüberwachungsschaltung einen zweiten Spannungsteiler auf, welcher parallel zu dem ersten Spannungsteiler geschaltet ist und einen dritten ohmschen Widerstand und einen vierten ohmschen Widerstand umfasst, welche zueinander in Serie geschaltet sind, wobei der zweite Eingang der zweiten Komparatorschaltung zwischen den dritten ohmschen Widerstand und den vierten ohmschen Widerstand des zweiten Spannungsteilers geschaltet ist. Der zweite Spannungsteiler ermöglicht die Anpassung der an der Leuchtdiodenanordnung abfallenden elektrischen Spannung an eine für den zweiten Komparator günstige Eingangsspannung.In a particularly preferred embodiment of the light-emitting diode control circuit according to the invention, the voltage monitoring circuit has a second voltage divider which is connected in parallel with the first voltage divider and comprises a third ohmic resistor and a fourth ohmic resistor which are connected in series with one another, the second input of the second comparator circuit is connected between the third ohmic resistor and the fourth ohmic resistor of the second voltage divider. The second voltage divider allows the adaptation of the voltage drop across the light-emitting diode arrangement to a voltage which is favorable for the second comparator.
In einer besonders effektiven Variante der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist die Spannungsüberwachungsschaltung zusätzlich eine dritte Komparatorschaltung mit einem ersten, vorzugsweise nicht-invertierenden Eingang, einem zweiten vorzugsweise invertierenden Eingang und einem Ausgang auf. Der erste Eingang der dritten Komparatorschaltung ist mit einem Ausgang der Referenzspannungsquelle elektrisch verbunden und der zweite Eingang der dritten Komparatorschaltung ist mit dem Ausgang der ersten Komparatorschaltung und/oder der zweiten Komparatorschaltung elektrisch verbunden. Der dritte Komparator funktioniert vorzugsweise als ein Negator, welcher das an seinem zweiten, vorzugsweise invertierenden Eingang anliegende logische Signal invertiert. Vorteilhaft geben der erste und der zweite Komparator für den Fall eines Defekts der Leuchtdiode ein L-Signal aus, welches dann von der dritten Komparatorschaltung zu einem H-Signal (Signal mit hohem Pegel) invertiert wird. Wird als Ausgangssignal des ersten und des zweiten Kompara-tors für das Auftreten eines Defekts ein L-Signal verwendet, hat das den Vorteil, dass dieses L-Signal ein an dem Ausgang des jeweils anderen Komparators anliegendes H-Signal bei einer Parallelschaltung der Ausgänge der beiden Komparatoren leicht übertreiben kann. D.h., das L-Signal setzt sich bei einer Zusammenschaltung der beiden Ausgänge gegen das H-Signal durch. Auf diese Weise kann eine sonst notwendige zusätzliche logische ODER-Schaltung zur logischen Verknüpfung der Ausgangssignale des ersten Komparators und des zweiten Komparators weggelassen werden, wodurch die Überwachungs-schaltung vereinfacht wird und somit kostengünstiger wird. Eine solche Schaltungsanordnung, welche ohne zusätzliche Logikbausteine auskommt, und trotzdem als Logik-Gatter wirkt, wird auch als verdrahtete ODER-Logik-Schaltung bzw. Wired-OR-Schaltung bezeichnet.In a particularly effective variant of the light-emitting diode control circuit according to the invention, the voltage monitoring circuit additionally has a third comparator circuit with a first, preferably non-inverting input, a second preferably inverting input and a Exit on. The first input of the third comparator circuit is electrically connected to an output of the reference voltage source and the second input of the third comparator circuit is electrically connected to the output of the first comparator circuit and / or the second comparator circuit. The third comparator preferably functions as an inverter which inverts the logic signal applied to its second, preferably inverting input. Advantageously, the first and second comparators output an L signal in the event of a defect of the LED which is then inverted by the third comparator circuit to an H (high level) signal. If an L signal is used as the output signal of the first and the second comparator for the occurrence of a defect, this has the advantage that this L signal has an H signal applied to the output of the respective other comparator when the outputs of the outputs are connected in parallel Both comparators can easily exaggerate. This means that the L signal prevails against the H signal when the two outputs are interconnected. In this way, an otherwise necessary additional logical OR circuit for logically combining the output signals of the first comparator and the second comparator can be omitted, whereby the monitoring circuit is simplified and thus cheaper. Such a circuit arrangement, which requires no additional logic components, and nevertheless acts as a logic gate, is also referred to as a wired OR logic circuit or wired OR circuit.
In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist die erfindungsgemäße Spannungsüberwachungsschaltung eine Signalanpassungsschaltung auf, welche zwischen den Ausgang der dritten Komparatorschaltung und den Ausgang der Spannungsüberwachungsschaltung geschaltet ist. Die Signalanpassungsschaltung passt den Pegel des Ausgangssignals der Überwachungsschaltung an einen Pegelbereich eines Eingangs einer nachgeschalteten Einheit an.In a preferred variant of the light-emitting diode control circuit according to the invention, the voltage monitoring circuit according to the invention has a signal matching circuit which is connected between the output of the third comparator circuit and the output of the voltage monitoring circuit. The signal matching circuit adjusts the level of the output signal of the monitoring circuit to a level range of an input of a downstream unit.
Die Ausgänge der ersten Komparatorschaltung und der zweiten Komparatorschaltung der Spannungsüberwachungsschaltung können als offene Kollektor-Ausgänge ausgebildet sein. Als Schaltung mit einem offenen Kollektor-Ausgang (Open-Collector-Ausgang) soll eine Ausgangsschaltung verstanden werden, bei der der Emitter mit der Masse verbunden ist und der Kollektor unbeschaltet an den Ausgang herangeführt ist. Ein an einem Ausgang einer Komparatorschaltung liegendes H-Signal wird mit Hilfe eines sogenannten Pull-up-Widerstands auf einen High-Pegel hochgezogen. Bei einem L-Signal am Ausgang einer Komparatorschaltung liegt an ihrem Ausgang ein Masse-Pegel an. Aufgrund des unbeschalteten Kollektors kann es bei einem Anliegen von verschiedenen Pegeln an den beiden Ausgängen der beiden Komparatorschaltungen nicht dazu kommen, dass eine der betreffenden Ausgangsschaltungen durch einen Kurschluss beschädigt wird. Somit lassen sich die beiden Ausgänge der beiden Komparatorschaltungen einfach miteinander verbinden, um eine ODER-Logik zu bilden. Vorteilhaft muss für die logische Verknüpfung der Ausgangssignale keine zusätzlich logische Schaltung verwendet werden.The outputs of the first comparator circuit and the second comparator circuit of the voltage monitoring circuit may be designed as open collector outputs. As a circuit with an open collector output (open-collector output) should be understood an output circuit in which the emitter is connected to the ground and the collector is brought to the output unconnected. An H signal at an output of a comparator circuit is pulled up to a high level by means of a so-called pull-up resistor. In the case of an L signal at the output of a comparator circuit, a ground level is present at its output. Due to the uncoupled collector, it may not happen at a concern of different levels at the two outputs of the two comparator circuits that one of the respective output circuits is damaged by a short circuit. Thus, the two outputs of the two comparator circuits can be easily connected together to form an OR logic. Advantageously, no additional logic circuit must be used for the logical connection of the output signals.
In einer Variante der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist die Sicherungsschaltung einen Transistor, vorzugsweise einen Feldeffekttransistor, und einen mit dem Transistor in Reihe geschalteten Sicherungswiderstand auf. Der Einsatz eines Feldeffekttransistors als Schalttransistor hat den Vorteil im Vergleich zum Einsatz eines Bipolartransistors, dass ein Feldeffekttransistor einen relativ geringen Source-Drain-Widerstand im Vergleich zu einem Kollektor-Emitter-Widerstand eines Bipolartransistors aufweist. Somit kann der Feldeffekttransistor deutlich kleiner dimensioniert werden, was platzsparend und kostengünstig ist.In a variant of the light-emitting diode control circuit according to the invention, the safety circuit has a transistor, preferably a field-effect transistor, and a fuse resistor connected in series with the transistor. The use of a field-effect transistor as a switching transistor has the advantage, in comparison to the use of a bipolar transistor, that a field-effect transistor has a relatively low source-drain resistance in comparison with a collector-emitter resistor of a bipolar transistor. Thus, the field effect transistor can be dimensioned significantly smaller, which is space-saving and inexpensive.
Vorzugsweise ist der Sicherungswiderstand an seinem von dem Transistor abgewandten Ende mit einer Eingangsspannung elektrisch verbunden. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Sicherungsschaltung vorzugsweise zwischen dem Sicherungswiderstand und dem Transistor einen Versorgungsspannungsabgriff, welcher über die bereits erwähnte Schnittstelle mit der Leuchtdiodenanordnung elektrisch verbunden ist und der Leuchtdiode eine Versorgungsspannung zur Verfügung stellt.Preferably, the fuse resistor is electrically connected at its end remote from the transistor to an input voltage. Furthermore, the inventive fuse circuit preferably comprises a supply voltage tap between the fuse resistor and the transistor. which is electrically connected via the already mentioned interface with the light-emitting diode arrangement and the light-emitting diode provides a supply voltage.
Handelt es sich bei dem Transistor um einen Feldeffekttransistor, so ist das Gatter des Feldeffekttransistors in dieser Ausgestaltung mit dem Ausgang der Spannungsüberwachungsschaltung elektrisch verbunden. Ist der Feldeffekttransistor beispielsweise als n-Kanal-Feldeffekttransistor ausgebildet, so schaltet der Feldeffekttransistor bei einem H-Pegel an seinem Gatter durch, so dass ein starker Strom durch den Sicherungswiderstand fließt. Dadurch wird der Sicherungswiderstand in einen nicht-leitenden Zustand versetzt, so dass an dem Versorgungspannungsabgriff ein Masse-Potential bzw. gar kein Potential mehr anliegt und damit die Leuchtdiodenanordnung nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt wird.If the transistor is a field effect transistor, the gate of the field effect transistor in this embodiment is electrically connected to the output of the voltage monitoring circuit. If the field-effect transistor is designed, for example, as an n-channel field-effect transistor, the field-effect transistor switches at its gate at an H level, so that a strong current flows through the fuse resistor. As a result, the fuse resistor is set in a non-conductive state, so that a ground potential or no potential is applied to the supply voltage tap and thus the LED array is no longer supplied with electrical energy.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung einer Leuchtdiodenspannung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage wird für den Vergleichsschritt eine Komparatorschaltung verwendet. Wie bereits erwähnt, erlaubt der Einsatz einer Komparatorschaltung in Kombination mit einer Referenzspanungsquelle eine präzisere und von Präzisionsschwankungen befreite Spannungsmessung.In one embodiment of the method according to the invention for monitoring a light-emitting diode voltage of a signal generator of a traffic signal system, a comparator circuit is used for the comparison step. As already mentioned, the use of a comparator circuit in combination with a reference voltage source allows a more precise voltage measurement that has been freed from precision fluctuations.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
- FIG 1
- ein Schaltbild einer herkömmlichen Überwachungsschaltung einer Leuchtdiode eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage,
- FIG 2
- ein Schaltbild einer Signalgeberschaltung mit einer Überwachungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- FIG 3
- ein Schaltbild einer Signalgeberschaltung mit einer Überwachungsschaltung gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- FIG 4
- ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Spannungsüberwachung einer Leuchtdiode eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
- FIG. 1
- a circuit diagram of a conventional monitoring circuit of a light emitting diode of a signal generator of a traffic signal system,
- FIG. 2
- 1 is a circuit diagram of a signal generator circuit with a monitoring circuit according to an embodiment of the invention,
- FIG. 3
- 2 is a circuit diagram of a signaling circuit with a monitoring circuit according to an alternative embodiment of the invention,
- FIG. 4
- a flowchart illustrating a method for voltage monitoring of a light emitting diode of a signal transmitter of a traffic signal system according to an embodiment of the invention.
In
Die Arbeitsweise der in
Wie bereits erwähnt, ist die Höhe der Basis-Emitter-Schaltspannung eines Bipolartransistors von schwankenden Parametern der Herstellungsprozesse sowie von der Temperatur abhängig, so dass sich sehr hohe Messtoleranzen ergeben.As already mentioned, the height of the base-emitter switching voltage of a bipolar transistor depends on fluctuating parameters of the manufacturing processes as well as on the temperature, so that very high measurement tolerances result.
In
Der Wert der Referenzspannung Uref kann zum Beispiel so gewählt werden, dass er deutlich über dem Wert der an einer korrekt funktionierenden Leuchtdiode 1 abfallenden Spannung UD entspricht. Somit liegt an dem zweiten Eingang 3b des Komparators bei regulärem Betrieb ein niedrigeres Potential an als an dem ersten Eingang 3a des Komparators 3. Mithin ergibt sich als Ausgangssignal AS des Komparators 3 ein Signal mit einem negativen Pegel, da am nicht-invertierenden Eingang 3b ein niedrigeres Potential anliegt als an dem invertierenden Eingang 3a. Ereignet sich nun ein Defekt aufgrund eines Bruchs der Leuchtdiode 1, so steigt das an dem zweiten Eingang 3b anliegende Potential deutlich über die an dem ersten Eingang anliegende Referenzspannung Uref der Referenzspannungsquelle an, so dass an dem Ausgang 3c des Komparators 3 ein Ausgangssignal mit einem hohen Potential anliegt, da nun das an dem nicht-invertierenden Eingang 3b anliegende Potential höher ist als das an dem invertierenden Eingang 3a anliegende Potential.The value of the reference voltage U ref can, for example, be chosen such that it corresponds significantly above the value of the voltage U D dropping across a correctly functioning light-emitting diode 1. Thus, at the
Eine solche Potentialänderung des Ausgangssignals des Komparators 3 kann als Hinweis auf das Auftreten eines Defekts der Leuchtdiode 1 aufgrund eines Bruchs der Leuchtdiode 1 interpretiert werden. Da an einem der Eingänge des Komparators 3 ein Referenzpotential Uref anliegt, arbeitet der Komparator 3 weitgehend ohne produktionsbedingte oder durch Temperaturänderungen verursachte Schwankungen. Auf diese Weise wird eine deutlich verbesserte Messgenauigkeit erreicht, was zu einer höheren Präzision bei der Ermittlung von Defekten in den Leuchtdioden 1 eines Signalgebers führt. Anstatt einer einzelnen Leuchtdiode weist ein Signalgeber üblicherweise Reihenschaltungen von mehreren Leuchtdioden auf. In einem solchen Fall kann zum Beispiel eine einzelne Überwachungsschaltung parallel zu einer Serie von Leuchtdioden geschaltet sein.Such a change in potential of the output signal of the
In
Die Überwachungsschaltung 29 ist dazu eingerichtet zu ermitteln, ob der Wert einer an der Leuchtdiode 1 abfallenden elektrischen Spannung UD in einem vorbestimmten Werteintervall liegt, welches einer korrekt funktionierenden Leuchtdiode zugeordnet ist. Wird ermittelt, dass der Wert der an der Leuchtdiode 1 abfallenden elektrischen Spannung UD nicht in dem vorbestimmten Werteintervall liegt, so wird an die Sicherungsschaltung 28 ein Steuerungssignal AS ausgegeben, so dass eine in der Sicherungsschaltung 28 integrierte Sicherung die betreffende Leuchtdiode 1 von einer elektrischen Eingangsspannung UE trennt und die Leuchtdiode 1 damit abschaltet.The
Die Überwachungsschaltung 29 umfasst einen ersten Spannungsteiler 11a. Der erste Spannungsteiler 11a weist einen ersten ohmschen Widerstand R1 und einen zweiten ohmschen Widerstand R2 auf, die zueinander seriell geschaltet sind. Zwischen dem ersten ohmschen Widerstand R1 und dem zweiten ohmschen Widerstand R2 liegt ein Abgriff für eine erste Komparatorschaltung 3. Die erste Komparatorschaltung 3 ist mit ihrem ersten Eingang 3a, einem nicht-invertierenden Eingang (welcher mit "+" gekennzeichnet ist), mit einem ersten Ausgang 2a einer Referenzspannungsquelle 2 elektrisch verbunden, so dass an dem nicht-invertierenden Eingang 3a eine von der Referenzspannungsquelle 2 definierte Referenzspannung Uref anliegt. Der zweite Eingang 3b der ersten Komparatorschaltung, ein invertierender Eingang (mit "-" gekennzeichnet), bildet den Abgriff der Komparatorschaltung 3 zwischen dem ersten ohmschen Widerstand R1 und dem zweiten ohmschen Widerstand R2 des ersten Spannungsteilers 11a. An dem zweiten Eingang 3b liegt ein erstes Messsignal MS1 an, welches einen Spannungswert umfasst, der der an dem zweiten Widerstand R2 abfallenden elektrischen Spannung entspricht.The
Ein zweiter Spannungsteiler 11b ist parallel zu dem ersten Spannungsteiler 11a und ebenfalls parallel zu der Leuchtdiode 1 geschaltet. Der zweite Spannungsteiler 11b weist einen dritten ohmschen Widerstand R3 und einen vierten ohmschen Widerstand R4 auf, die zueinander seriell geschaltet sind. Zwischen dem dritten ohmschen Widerstand R3 und dem vierten ohmschen Widerstand R4 liegt ein Abgriff für eine zweite Komparatorschaltung 31. Die zweite Komparatorschaltung 31 ist mit ihrem ersten Eingang 31a, einem invertierenden Eingang 31a (welcher mit "-" gekennzeichnet ist), mit dem ersten Ausgang 2a der Referenzspannungsquelle 2 elektrisch verbunden, so dass an dem invertierenden Eingang 31a eine von der Referenzspannungsquelle 2 definierte Referenzspannung Uref anliegt. Der zweite Eingang 31b der zweiten Komparatorschaltung 31, ein nicht-invertierender Eingang (mit "+" gekennzeichnet), bildet einen Abgriff der zweiten Komparatorschaltung 31 zwischen dem dritten ohmschen Widerstand R3 und dem vierten ohmschen Widerstand R4 des zweiten Spannungsteilers 11b. An dem zweiten Eingang 31b liegt ein Messsignal MS2 an, dessen Spannungswert der an dem vierten ohmschen Widerstand R4 abfallenden Spannung entspricht.A
Die beiden Ausgänge 3c, 31c der beiden Komparatoren 3, 31 werden auf eine Signalleitung SL zusammengeführt. Das an der Signalleitung SL anliegende Signal LS wird für den Fall, dass an beiden Ausgängen 3c, 31c ein Signal AS1, AS2 mit einem hohen Pegel (H-Signal) anliegt, von einem sogenannten Pull-up-Widerstand Rp auf einen erhöhten Pegel gezogen, da die Komparatoren 3 und 31 einen Open-Collector-Ausgang besitzen. Die beiden Komparatoren 3, 31 sind so verschaltet, dass für den Fall eines Defekts der Leuchtdiode 1 an einem Ausgang 3c, 31c eines der beiden Komparatoren ein Low-Signal (auch L-Signal), d.h. ein Signal AS1, AS2 mit einem niedrigen Pegel anliegt. Dies tritt immer dann ein, wenn an einem der invertierenden Eingänge 3b, 31a der beiden Komparatoren 3, 31 ein Potential mit einem höheren Wert anliegt als an dem jeweiligen nicht-invertierenden Eingang 3a, 31b. Indem ein mit einem Defekt der Leuchtdiode 1 verbundenes Ausgangssignal der Komparatoren als L-Signal (Signal mit niedrigem Pegel) ausgebildet ist, kann eine ODER-Schaltung der beiden Ausgänge 3c, 31c der beiden Komparatoren 3, 31 einfach durch Zusammenschalten der Ausgange 3c, 31c der beiden Komparatoren gebildet werden. Denn bei einer solchen Konfiguration repräsentiert ein L-Signal einen starken Pegel, der sich gegenüber einem H-Signal durchsetzt, das als schwacher Pegel betrachtet werden kann, da der H-Pegel durch "Hochziehen" mit Hilfe des Pull-up-Widerstands Rp zustande kommt. Dagegen ist bei einem L-Signal an einem Ausgang 3c, 31c eines der beiden Komparatoren 3, 31 ein Ausgang eines der beiden Komparatoren auf Masse oder ein anderes festes Bezugspotential geschaltet. Somit setzt sich ein L-Signal am Ausgang 3c, 31c eines der beiden Komparatoren 3, 31 immer gegen ein H-Signal an dem Ausgang des anderen Komparators 3, 31 durch.The two
Die beiden Komparatoren 3, 31 sind vorzugsweise mit einem sogenannten offenen Kollektor-Ausgang 3c, 31c (Open-Collector-Ausgang) ausgebildet. Die Ausbildung der Ausgänge 3c, 31c der Komparatoren 3, 31 mit einem offenen Kollektor hat den Vorteil, dass die beiden Ausgänge 3c, 31c auf eine gemeinsame Signalleitung SL geschaltet werden können, ohne dass sich bei unterschiedlichem Ausgangspegel ein Kurzschlussstrom ausbildet, der die Schaltelemente der Komparatoren 3, 31 beschädigen könnte. Somit können die Ausgänge 3c, 31c der beiden Komparatorschaltungen 3, 31 als sogenannte wired-OR-Schaltung zusammen geschaltet werden und ein andernfalls notwendiges zusätzliches ODER-Gatter kann eingespart werden.The two
Die Überwachungsschaltung 29 umfasst auch einen dritten Komparator 32, der als Negator funktioniert, d.h. ein an seinem invertierenden Eingang 32b anliegendes Signal LS invertiert. Ein erster Eingang 32a des dritten Komparators 32, welcher ein nicht-invertierender Eingang (mit "+" gekennzeichnet) ist, ist mit einem dritten Ausgang 2c der Referenzspannungsquelle 2 verbunden, so dass an dem ersten Eingang 32a des dritten Komparators 32 eine von der Referenzspannungsquelle 2 definierte Referenzspannung Uref anliegt. Als Referenzspannung kann an dem dritten Komparator 32 die gleiche elektrische Spannung wie an dem ersten und dem zweiten Komparator 3, 31 anliegen. D.h., es kann direkt die Referenzspannung an dem ersten Ausgang 2a genutzt werden. Es ist aber auch allgemein möglich, dass an dem dritten Komparator 32 eine andere Referenzspannung als an dem ersten und dem zweiten Komparator 3, 31 anliegt. Der zweite Eingang 32b des dritten Komparators 32 ist an eine Signalleitung SL angeschlossen, welche die beiden Ausgangssignale AS1, AS2 der beiden ersten und zweiten Komparatoren 3, 31 zu einem Signal LS zusammenführt. Liegt nun an dem zweiten Eingang 32b, welcher ein invertierender Eingang (mit "-" gekennzeichnet) ist, beispielsweise ein Signal LS mit einem H-Pegel an, so wird dieses von dem dritten Komparator 32 invertiert, so dass am Ausgang 32c des dritten Komparators 32 ein Ausgangssignal AS3 mit einem L-Pegel anliegt. Ein Ausgangssignal AS3 mit einem L-Pegel entspricht der Information, dass die Leuchtdiode 1 korrekt funktioniert. Liegt dagegen an dem zweiten Eingang 32b des dritten Komparators 32 ein Signal LS mit einem L-Pegel an, so wird dieses Signal von dem dritten Komparator 32 in ein Signal mit einem H-Pegel invertiert, so dass an dem Ausgang 32c des dritten Komparators ein Signal AS3 mit einem H-Pegel anliegt. Ein solches Signal AS3 entspricht der Information, dass die Leuchtdiode 1 einen Defekt aufweist. Die Überwachungsschaltung 29 umfasst auch eine Signalanpassungsschaltung 4, welche mit dem Ausgang 32c des dritten Komparators 32 elektrisch verbunden ist und den Pegel des Ausgangssignals AS3 des dritten Komparators 32 an ein Spannungsniveau anpasst, welches mit einer erlaubten Eingangsspannung der an die Überwachungsschaltung 29 angeschlossenen Sicherungsschaltung 28 kompatibel ist.The
Das von der Signalanpassungsschaltung 4 ausgegebene endgültige Ausgangssignal AS wird an die Sicherungsschaltung 28 übermittelt. Die Sicherungsschaltung 28 umfasst einen Schalttransistor 5, in diesem Ausführungsbeispiel einen Feldeffekttransistor, genauer gesagt einen N-FET, dessen Gatter G mit dem Ausgang der Überwachungsschaltung 29 elektrisch verbunden ist. Die Quelle S (Source) des Schalttransistors 5 ist über die Signalanpassungsschaltung 4 und darin speziell über eine Z-Diode 41 mit dem Massepotential M verbunden und die Senke D (Drain) des Schalttransistors ist mit einem Sicherungswiderstand Rs elektrisch verbunden, an dem wiederum eine Eingangsspannung UE anliegt. Zwischen dem Sicherungswiderstand Rs und dem Schalttransistor 5 wird eine Versorgungsspannung Uv abgegriffen, aus der über weitere hier nicht aufgeführte Schaltungselemente (beispielsweise ein Schaltwandler) die Leuchtdiodenansteuerspannung UD erzeugt wird.The output signal AS output from the
Die Sicherungsschaltung 28 funktioniert wie folgt: Liegt an dem Eingang der Sicherungsschaltung 28 ein H-Signal an, was einem Schadensfall entspricht, so ist der Schalttransistor 5 leitend. Dies hat zur Folge, dass der Sicherungswiderstand Rs mit Masse M kurzgeschlossen ist und ein sehr starker Strom durch den Sicherungswiderstand Rs fließt, der den Sicherungswiderstand Rs durchbrennen lässt, so dass die Versorgungsspannung Uv auf Null fällt. Damit liegt für die Ansteuerschaltung (nicht gezeigt) der Leuchtdiode 1 und somit an der Leuchtdiode 1 keine elektrische Spannung an, so dass die Leuchtdiode 1 ausgeschaltet ist.The
Liegt an dem Eingang der Sicherungsschaltung 28 ein L-Signal an, was einem regulären Betriebszustand entspricht, so sperrt der Schalttransistor 5. Dies hat zur Folge, dass der Sicherungswiderstand Rs von Masse M getrennt ist und eine Versorgungsspannung Uv, welche bei kleinem Sicherungswiderstand Rs der Eingangsspannung UE entspricht, am Ausgang der Sicherungsschaltung 28 anliegt. Damit liegt an der Ansteuerschaltung (nicht gezeigt) der Leuchtdiode 1 eine von Null verschiedene elektrische Spannung an und es wird eine von Null verschiedene elektrische Spannung UD erzeugt, so dass die Leuchtdiode 1 eingeschaltet ist, was dem regulären Betrieb entspricht. Indem zur Messung der Diodenspannung UD Komparatoren statt Bipolartransistoren verwendet werden, kann die Genauigkeit der Messung der Diodenspannung UD erheblich gesteigert werden. Bei gleichem Sicherheitsstandard führt dies im Vergleich zu herkömmlichen Überwachungsschaltungen zu einer deutlich verbesserten Genauigkeit, da die Sicherheitstoleranzen deutlich geringer ausgelegt werden müssen, d.h. das Risiko einer fälschlichen Abschaltung noch funktionierender LED-Signalgeber sinkt und es wird bei gleicher Effektivität ein deutlich verbessertes Sicherheitsniveau erreicht, da die Wahrscheinlichkeit, dass defekte Leuchtdioden nicht erkannt werden, deutlich verringert wird.If an L signal is present at the input of the
In
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Spannungsüberwachungsschaltung nicht nur zur Überwachung von einzelnen Leuchtdioden, sondern auch für die Überwachung von mehreren seriell geschalteten Leuchtdioden eingesetzt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel "ein" bzw. "eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff "Einheit" nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.It is finally pointed out again that the above-described methods and devices are merely preferred embodiments of the invention and that the invention can be varied by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention, as far as it is specified by the claims. In particular, the voltage monitoring circuit according to the invention can be used not only to monitor individual LEDs, but also for the monitoring of a plurality of serially connected light-emitting diodes. For the sake of completeness, it is also pointed out that the use of indefinite articles does not exclude "one" or "one", that the characteristics in question can also be present multiple times. Similarly, the term "unit" does not exclude that it consists of several components, which may also be spatially distributed.
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wobei
in which
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