EP3125648B1 - Leuchtdioden-steuerungsschaltung für einen signalgeber - Google Patents

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EP3125648B1
EP3125648B1 EP16181356.3A EP16181356A EP3125648B1 EP 3125648 B1 EP3125648 B1 EP 3125648B1 EP 16181356 A EP16181356 A EP 16181356A EP 3125648 B1 EP3125648 B1 EP 3125648B1
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EP
European Patent Office
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light
emitting diode
input
circuit
signal
Prior art date
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EP16181356.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3125648A1 (de
Inventor
Johannes Buchner
Heiko Junker
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Yunex GmbH
Original Assignee
Yunex GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Yunex GmbH filed Critical Yunex GmbH
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Publication of EP3125648A1 publication Critical patent/EP3125648A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection
    • H05B47/23—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection of two or more light sources connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits

Definitions

  • the invention relates to a light-emitting diode control circuit according to the preamble of patent claim 1 for a signal generator of a traffic light system.
  • Light signal systems also known as light signal systems, are used to control road traffic. They order road users to behave in a certain way by emitting controlled light signals. These traffic signs, which vary in shape and color, each have a different meaning and only radiate in the opposite direction to the traffic to be controlled. There are various reasons for using traffic lights, 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 light-emitting diodes
  • LED signal heads 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 head can be initiated.
  • a monitoring circuit measures the voltage which is present between the input and the output of an LED or an LED arrangement made up of several LEDs connected in series. If a voltage value is measured that is outside a defined range, it is concluded that the LED arrangement is defective and the LED signal generator is switched off permanently. Switching off can be achieved, for example, by blowing a fuse.
  • An overvoltage on the LED array can be measured, for example, when due to a breakage of an LED in the LED array no current flows.
  • An undervoltage across the LED array can be measured, for example, when a short circuit occurs within an LED of the LED array.
  • Such voltage values are conventionally measured using a base-emitter circuit with a bipolar transistor.
  • a disadvantage of voltage measurement using bipolar transistors with an emitter circuit is the dependence of the base-emitter switching voltage on manufacturing parameters and the ambient temperature. Due to this dependency, the switching voltage of bipolar transistors used in LED signaling devices can vary by a factor of 3. This results in a tolerance of approx. +-50% when measuring the LED voltages. A failure of an LED can therefore only be determined very imprecisely using a voltage measurement. Due to this inaccuracy, it can happen that an LED that is still working is incorrectly identified as defective, or that a defective LED is not recognized.
  • EP 1 777 533 describes a device for monitoring a light-emitting diode array.
  • the device includes a differential amplifier connected in series with a comparator. With this circuit, an electrical voltage dropping across the light-emitting diode array can be compared with a reference voltage.
  • the light-emitting diode control circuit of the type mentioned at the outset has a voltage monitoring circuit for a light-emitting diode arrangement of a signal generator of a traffic signal system, which has a light-emitting diode interface for connecting the light-emitting diode arrangement to the light-emitting diode control circuit, a first voltage divider, which is connected in parallel to the light-emitting diode arrangement, a reference voltage source with a Having input and at least a first output and a second output.
  • a supply voltage can be present at the input of the reference voltage source, for example.
  • the voltage monitoring circuit also includes a first 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 first comparator circuit.
  • the second input of the first comparator circuit is electrically connected to a tap of the first voltage divider.
  • the light-emitting diode control circuit also includes a safety circuit which is electrically connected to a signal output of the voltage monitoring circuit.
  • the voltage monitoring circuit includes a second comparator circuit with a first input, a second input and a signal output.
  • the first input of the second comparator circuit is connected to the first input of the first comparator circuit.
  • the second input of the second comparator circuit is electrically connected to a tap of a second voltage divider in the voltage monitoring circuit.
  • the signal output of the first comparator circuit and the signal output of the second comparator circuit are electrically interconnected on a common signal line and form a wired OR circuit.
  • the reference voltage source provides the comparators with a predetermined reference potential, which the comparators use as a reference for a comparison with an electrical voltage dropping across the light-emitting diode arrangement.
  • a reference voltage source can be designed, 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 components, with temperature resistance of the reference voltage source being able to be achieved by a clever combination of components with materials with opposing temperature coefficients. Improved precision of the voltage monitoring circuit according to the invention is achieved in comparison to conventional monitoring circuits based on individual bipolar transistors, particularly when temperature fluctuations and production-related fluctuations in the electronic properties of individual components occur.
  • a light-emitting diode arrangement is to be understood below as meaning both a single light-emitting diode and a plurality of light-emitting diodes connected in series.
  • a comparator circuit or a comparator is to be understood as meaning an electronic circuit which compares two electrical voltages or potentials present at its inputs. The output shows 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 present at the comparator.
  • the safety circuit can be put into a switched-off state by a switch-off signal on the common signal line, by means of which the light-emitting diode arrangement can be switched off.
  • the light-emitting diode interface can, for example, comprise a diode base to which the light-emitting diodes of the light-emitting diode arrangement are mechanically and electrically connected.
  • the diode base is electrically connected to the voltage monitoring circuit and the safety circuit with a plug connector, so that the light-emitting diodes can be controlled and monitored.
  • the signal transmitter according to the invention for a traffic light system has a light-emitting diode arrangement and a light-emitting diode control circuit according to the invention.
  • the light-emitting diode control circuit according to the invention also includes a voltage monitoring circuit and a safety circuit with which a light-emitting diode or a light-emitting diode arrangement can be switched off in the event of a defect occurring.
  • a light-emitting diode control circuit is used to monitor an electrical voltage applied to a light-emitting diode arrangement of a signal transmitter of a traffic light system. As a result, a more precise and reliable functional monitoring of the light-emitting diode arrangement of the signal generator circuit can be achieved.
  • an electrical voltage present at a light-emitting diode arrangement of the signal generator is detected.
  • the detected electrical voltage value is then compared with a reference voltage and a switch-off signal is output if, during the comparison, a deviation of the electrical voltage value from the reference voltage has exceeded a predetermined maximum value or fallen below a predetermined minimum value.
  • the transgression a maximum value can be associated, for example, with a diode breakage in which no current flows through the light-emitting diode arrangement. Falling below 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 low electrical voltage drops across the light-emitting diode.
  • the input of the reference voltage source and a second terminal 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 not subject to any fluctuations caused by temperature or time, so that it can be used at least indirectly as a fixed reference variable for measuring the voltage applied to a light-emitting diode arrangement.
  • a current measuring resistor also known as a shunt resistor, can also be connected between the light-emitting diode arrangement and the fixed reference potential, across which a comparatively low electrical voltage drops.
  • a first connection of the light-emitting diode arrangement is an anode connection.
  • a second connection of the light-emitting diode arrangement is therefore a cathode connection and the defined first reference potential at the output of the reference voltage source is a positive potential.
  • an electric current flows through the light-emitting diode arrangement from the first connection to the second connection of the light-emitting diode arrangement.
  • a positive potential is present at the second input of the comparator, which is electrically connected to the first terminal of the light-emitting diode arrangement.
  • a positive electrical potential is thus also selected as the reference potential present at the first output of the reference voltage source, which is also present at the first input of the comparator and which is compared with the potential at the anode of the light-emitting diode arrangement.
  • the light-emitting diode control circuit according to the invention can also be designed such that a first connection of the light-emitting diode arrangement is a cathode connection, a second connection of the light-emitting diode arrangement is an anode connection and the defined first reference potential at the first output of the reference voltage source is a negative potential.
  • an electric current flows through the light-emitting diode arrangement from the second connection to the first connection of the light-emitting diode arrangement.
  • a negative potential is present at the second input of the comparator, which is electrically connected to the first terminal of the light-emitting diode arrangement.
  • a negative electrical potential which is present at the first input of the comparator and is compared with the negative potential at the first connection of the light-emitting diode, is therefore also selected as the reference potential at the first output of the reference voltage source.
  • 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 marked “+”).
  • the comparator circuit works in such a way 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 the electrical voltage at the positive, non-inverting input is lower than at the negative, inverting input, then the output voltage approaches the negative supply voltage of the comparator circuit. The voltage present at the inverting input is thus inverted in both cases into a voltage with the opposite sign.
  • the first voltage divider has a first ohmic resistor and a second ohmic resistor, 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 by means of the tap.
  • a voltage divider enables the electrical voltage drop across the light-emitting diode arrangement to be matched to an input voltage that is favorable for the comparator.
  • the voltage monitoring circuit according to the invention of the light-emitting diode control circuit according to the invention has a second comparator circuit with a first input, a second input and a signal output, whose first input is connected to the first input of the first comparator circuit and whose second input is connected to a tap of a second Voltage divider is electrically connected.
  • a second comparator is therefore used, with the inputs of the second comparator preferably having an opposite function to that of the first comparator.
  • the first input of the first comparator circuit is a non-inverting input and the second input of the first comparator circuit is an inverting input
  • the first input is the second comparator circuit an inverting input and the second input of the second comparator circuit a non-inverting input.
  • the signals present at the outputs of the two comparator circuits are evaluated as logical signals with an OR logic. This means that if there is an L signal (a signal with a low level) at one of the two outputs, this is interpreted as information that the monitored light-emitting diode is defective.
  • the electrical voltage dropping across the light-emitting diode arrangement can be compared both with a predetermined maximum value and with a minimum value of the electrical voltage. Exceeding the maximum value can be interpreted, for example, as a break in a light-emitting diode, while falling below the minimum value can be interpreted as a short circuit in the light-emitting diode arrangement.
  • a permitted value range of the measured electrical voltage at the light-emitting diode arrangement is defined, which is associated with a correctly functioning light-emitting diode arrangement.
  • a measured electrical light-emitting diode voltage is compared with this value range. If the measured voltage is within the permitted range, it is concluded that the light-emitting diode arrangement is OK. However, if the measured voltage value is outside the permitted range, a defect is suspected and the light-emitting diode arrangement is automatically switched off.
  • the second voltage divider has 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 being connected to the tap between the third ohmic resistor and is connected to the fourth ohmic resistor of the second voltage divider.
  • the second voltage divider makes it possible to adapt the on the light-emitting diode arrangement falling electrical voltage to an input voltage favorable for the second comparator.
  • the voltage monitoring circuit also has a third comparator circuit with a first, non-inverting input, a second inverting input and an output.
  • the first input of the third comparator circuit is electrically connected to the second output of the reference voltage source and the second input of the third comparator circuit is electrically connected to the common signal line.
  • the third comparator preferably functions as an inverter, which inverts the logic signal present at its second, preferably inverting, input.
  • the first and second comparators advantageously output an L signal, which is then inverted by the third comparator circuit to form an H signal (signal with a high level).
  • the voltage monitoring circuit according to the invention has a signal adjustment circuit which is connected between the output of the third comparator circuit and the output of the voltage monitoring circuit.
  • the signal adjustment circuit adjusts the level of the output signal of the monitoring circuit to a level range of an input of a downstream unit.
  • the respective outputs of the first comparator circuit and the second comparator circuit of the voltage monitoring circuit can be in the form of open collector outputs.
  • a circuit with an open collector output (open collector output) is to be understood as an output circuit in which the emitter is connected to ground and the collector is brought up to the output without being connected.
  • An H signal present at an output of a comparator circuit is pulled up to a high level with the aid of a so-called pull-up resistor.
  • With an L signal at the output of a comparator circuit With an L signal at the output of a comparator circuit, a ground level is present at its output. Due to the unconnected collector, when different levels are present at the two outputs of the two comparator circuits, one of the relevant output circuits cannot be 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 has to be used for the logic operation of the output signals.
  • the safety circuit has a transistor, preferably a field effect transistor, and a safety resistor connected in series with the transistor.
  • a field effect transistor as a switching transistor has the advantage over using a bipolar transistor that a field effect transistor has a relatively low source-drain resistance compared to a collector-emitter resistance of a bipolar transistor.
  • the field effect transistor can thus be dimensioned significantly smaller, which saves space and is cost-effective.
  • the fuse resistor is electrically connected to an input voltage at its end remote from the transistor.
  • the safety circuit according to the invention preferably comprises a supply voltage tap between the safety resistor and the transistor, which is electrically connected to the light-emitting diode arrangement via the interface already mentioned and provides the light-emitting diode with a supply voltage.
  • the gate of the field effect transistor is electrically connected to the signal output of the voltage monitoring circuit in this embodiment. If the field effect transistor is in the form of an n-channel field effect transistor, for example, then the field effect transistor switches on at its gate when the level is H, so that a high current flows through the fuse resistor. As a result, the safety resistor is placed in a non-conductive state, so that a ground potential or no potential at all is present at the supply voltage tap and the light-emitting diode arrangement is therefore no longer supplied with electrical energy.
  • a comparator circuit is used for the comparison step to monitor a light-emitting diode voltage of a signal generator of a traffic light system.
  • a comparator circuit in combination with a reference voltage source allows a more precise voltage measurement that is free from precision fluctuations.
  • FIG 1 a circuit diagram of a circuit arrangement 10 of a signal generator of a traffic light 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 present at the diode 1.
  • the monitoring circuit 9 includes a voltage divider 11 which is connected in parallel with the light-emitting diode 1 .
  • the voltage divider 11 has a first ohmic resistor R 1 and a second ohmic resistor R 2 connected in series with the first ohmic resistor R 1 .
  • the base 14b 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 is used to control a safety circuit (not shown) with which the light-emitting diode 1 can be switched off.
  • the level of the base-emitter switching voltage of a bipolar transistor depends on the fluctuating parameters of the manufacturing processes and on the temperature, so that there are very high measurement tolerances.
  • FIG 2 a circuit diagram of a signaling circuit arrangement 20 with a monitoring circuit 19 of a light-emitting diode 1 according to an embodiment of the invention is shown.
  • the light-emitting diode 1 comprises an anode 1a and a cathode 1b.
  • the monitoring circuit 19 is connected in parallel to the light-emitting diode 1 and includes a reference voltage source 2 whose first output 2a provides a predetermined reference potential U ref and whose input 2b is electrically connected to a ground potential M of the circuit arrangement 20 .
  • the value of the reference potential U ref can, for example, correspond to a voltage value of an electrical voltage which is present at the light-emitting diode 1 if the latter is not defective.
  • the monitoring circuit 19 includes a comparator 3.
  • a first input 3a of the comparator 3 is connected to the first output 2a of the reference voltage source 2 electrically connected, so that at the first input 3a of the comparator 3, a reference voltage U ref is applied.
  • the comparator 3 is electrically connected to the input or the anode 1a of the light-emitting diode 1 with its second input 3b.
  • the comparator 3 can change between two signal values at its output 3c, depending on whether a higher potential is present at its first input 3a or at its second input 3b.
  • the exemplary embodiment shown is designed as the first input 3a as an inverting input (marked "-") and the second input 3b of the comparator 3 as a non-inverting input (marked "+").
  • the value of the reference voltage U ref can, for example, be chosen such that it corresponds to a value that is significantly higher than the value of the voltage U D dropping across a correctly functioning light-emitting diode 1 .
  • the potential at the second input 3b of the comparator 3 is lower than at the first input 3a of the comparator 3. Consequently, the output signal AS of the comparator 3 is a signal with a negative level, since the non-inverting input 3b a lower potential is present than at the inverting input 3a.
  • the potential present at the second input 3b rises significantly above the reference voltage U ref of the reference voltage source 2 present at the first input, so that at the output 3c of the comparator 3 an output signal AS is present at a high potential, since the potential present at the non-inverting input 3b is now higher than the potential present at the inverting input 3a.
  • Such a change in potential of the output signal AS of the comparator 3 can be interpreted as an indication of the occurrence of a defect in the light-emitting diode 1 due to a break in the light-emitting diode 1 .
  • a reference potential U ref is present at one of the inputs of the comparator 3, the comparator 3 operates largely without production-related or temperature changes caused fluctuations. A significantly improved measurement accuracy is achieved in this way, which leads to greater precision when determining defects in the light-emitting diodes 1 of a signal generator.
  • a signal transmitter Instead of a single light-emitting diode, a signal transmitter usually has several light-emitting diodes connected in series. In such a case, for example, a single monitoring circuit can be connected in parallel with a series of light-emitting diodes.
  • FIG. 3 a circuit diagram is shown which shows in detail a signaling circuit 30 with a light-emitting diode 1 and a light-emitting diode control circuit 27 connected in parallel thereto with a monitoring circuit 29 and a safety circuit 28 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the safety 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 in the light-emitting diode 1.
  • the monitoring circuit 29 is set up to determine whether the value of an electrical voltage U D dropping across the light-emitting diode 1 is within a predetermined value interval which is assigned to a correctly functioning light-emitting diode. If it is determined that the value of the electrical voltage U D dropping across the light-emitting diode 1 is not within the predetermined value interval, a control signal AS is output to the fuse circuit 28, so that a fuse integrated in the fuse circuit 28 protects the relevant light-emitting diode 1 from an electrical Input voltage U E separates and the light-emitting diode 1 thus turns off.
  • the monitoring circuit 29 includes 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. There is a tap for a first comparator circuit between the first ohmic resistor R1 and the second ohmic resistor R2 3.
  • the first comparator circuit 3 has its first input 3a, a non-inverting input (which is marked "+”), electrically connected to a first output 2a of a reference voltage source 2, so that at the non-inverting input 3a one of the reference voltage source 2 defined reference voltage U ref is applied.
  • the second input 3b of the first comparator circuit 3 an inverting input (marked “-") 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 at the second input 3b and includes a voltage value that corresponds to the electrical 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 has 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 a reference voltage U ref defined by the reference voltage source 2 is present at the inverting input 31a.
  • 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 at the second input 31b, the voltage value of which corresponds to the voltage drop across the fourth ohmic resistor R4.
  • the two outputs 3c, 31c of the two comparators 3, 31 are brought together on a signal line SL. If a signal AS1, AS2 with a high level (H signal) is present at both outputs 3c, 31c, the signal LS present on the signal line SL is raised by a so-called pull-up resistor R p to an increased level pulled because the comparators 3 and 31 have an open collector output.
  • the two comparators 3, 31 are connected in such a way that in the event of a defect in the light-emitting diode 1 at an output 3c, 31c of the two comparators a low signal (also L signal), ie a signal AS1, AS2 with a low level applied.
  • an L signal represents a strong level, which prevails over an H signal, which can be regarded as a weak level, since the H level is "pulled up" with the help of the pull-up resistor R p comes about.
  • an L signal at an output 3c, 31c of one of the two comparators 3, 31 an output of one of the two comparators is connected to ground or another fixed reference potential.
  • an L signal at the output 3c, 31c of one of the two comparators 3, 31 always prevails over an H signal at the output of the other comparator 3, 31.
  • the two comparators 3, 31 are preferably designed 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 connected to a common signal line SL without different output level forms a short-circuit current that could damage the switching elements of the comparators 3, 31.
  • the outputs 3c, 31c of the two comparator circuits 3, 31 can be connected together as a so-called wired-OR circuit and an additional OR gate that would otherwise be necessary can be saved.
  • the monitoring circuit 29 also includes a third comparator 32 which functions as an inverter, ie inverts a signal LS present at its inverting input 32b.
  • a first input 32a of the third comparator 32 which is a non-inverting input (marked “+"), is connected to a second output 2c of the reference voltage source 2, so that at the first input 32a of the third comparator 32 a from the reference voltage source 2 defined reference voltage U ref is applied.
  • the same electrical voltage can be applied to the third comparator 32 as the reference voltage as to the first and the second comparator 3, 31. In other words, 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 to form a signal LS. If, for example, a signal LS with an H level is present at the second input 32b, which is an inverting input (marked "-"), this is inverted by the third comparator 32, so that at the output 32c of the third comparator 32 an output signal AS3 with an L level is present.
  • 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 adjustment 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 a permitted input voltage of the safety circuit 28 connected to the monitoring circuit 29 is.
  • the final output signal AS output from the signal adjustment circuit 4 is transmitted to the protection circuit 28 .
  • the safety circuit 28 includes a switching transistor 5, in this exemplary embodiment a field effect transistor, more precisely 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 to the ground potential M via the signal conditioning circuit 4 and specifically via a Z-diode 41 therein, and the drain D (drain) of the switching transistor 5 is electrically connected to a fuse resistor R s , to which in turn an input voltage U E is present.
  • a supply voltage U v is tapped off between the safety resistor R s and the switching transistor 5, from which the light-emitting diode drive voltage U D is generated via other circuit elements not listed here (for example a switching converter).
  • the safety circuit 28 functions as follows: If an H signal is present at the input of the safety circuit 28, which corresponds to a case of damage, then the switching transistor 5 is conductive. The consequence of this is 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 causes the fuse resistor R S to burn out, so that the supply voltage U V drops to zero. There is therefore no electrical voltage for the control circuit (not shown) of the light-emitting diode 1 and thus for the light-emitting diode 1, so that the light-emitting diode 1 is switched off.
  • the switching transistor 5 blocks R s corresponds to the input voltage U E , at the output of the safety circuit 28 is present.
  • a non-zero electrical voltage is thus applied to the control circuit (not shown) of the light-emitting diode 1 and a non-zero electrical voltage U D is generated, so that the light-emitting diode 1 is switched on, which corresponds to regular operation.
  • 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 during the comparison that the difference between the two electrical voltages U D -U ref exceeds a maximum value max, which is FIG 4 marked with "j", a switch-off signal is output in step 4.III. In the event that the difference between the two electrical voltages U D -U ref does not exceed a maximum value max, which is FIG 4 marked with "n”, go back to step 4.I and monitor of the LED continued.
  • step 4.II can also be carried out by checking the difference U D -U ref ⁇ min or the difference U ref -U D >max or U ref -U D ⁇ min, where "min” is 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 for monitoring individual light-emitting diodes, but also for monitoring a number of light-emitting diodes connected in series.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leuchtdioden-Steuerungsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 für einen Signalgeber einer Lichtsignalanlage.
  • 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.
  • 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. 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.
  • In EP 1 777 533 wird eine Einrichtung zur Überwachung eins Leuchtdioden-Arrays beschrieben. Die Einrichtung umfasst einen differentiellen Verstärker der seriell mit einem Komparator geschaltet ist. Mit dieser Schaltung lässt sich eine an dem Leuchtdioden-Array abfallende elektrische Spannung mit einer Referenzspannung vergleichen.
  • Es ist mithin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Leuchtdioden-Steuerungsschaltung für eine Leuchtdiodenanordnung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage zu entwickeln, welche die Funktionsfähigkeit der Leuchtdiodenanordnung des Signalgebers überwacht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Leuchtdioden-Steuerungsschaltung nach Patentanspruch 1 und durch einen Signalgeber gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
  • Die Leuchtdioden-Steuerungsschaltung der eingangs genannten Art weist eine Spannungsüberwachungsschaltung für eine Leuchtdioden-anordnung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage auf, welche eine Leuchtdiodenschnittstelle zum Verbinden der Leuchtdiodenanordnung mit der Leuchtdioden-Steuerschaltung, einen ersten Spannungsteiler, welcher parallel zur Leuchtdiodenanordnung geschaltet ist, eine Referenzspannungsquelle mit einem Eingang und mindestens einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang aufweist. An dem Eingang der Referenzspannungsquelle kann zum Beispiel eine Versorgungsspannung anliegen. Die Spannungsüberwachungsschaltung umfasst außerdem eine erste 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 ersten Komparatorschaltung elektrisch verbunden. Der zweite Eingang der ersten Komparatorschaltung ist mit einem Abgriff des ersten Spannungsteilers elektrisch verbunden. Die Leuchtdioden-Steuerungsschaltung umfasst außerdem eine Sicherungsschaltung, welche mit einem Signalausgang der Spannungsüberwachungsschaltung elektrisch verbunden ist.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Spannungsüberwachungsschaltung eine zweite Komparatorschaltung mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Signalausgang. Der erste Eingang der zweiten Komparatorschaltung ist mit dem ersten Eingang der ersten Komparatorschaltung verbunden. Der zweite Eingang der zweiten Komparatorschaltung ist mit einem Abgriff eines zweiten Spannungsteilers der Spannungsüberwachungsschaltung elektrisch verbunden. Der Signalausgang der ersten Komparatorschaltung und der Signalausgang der zweiten Komparatorschaltung sind auf eine gemeinsame Signalleitung elektrisch zusammengeschaltet und bilden eine verdrahtete Oder-Schaltung. Die Referenzspannungsquelle stellt den Komparatoren ein vorbestimmtes Referenzpotential zur Verfügung, welches die Komparatoren als Bezugsgröße für einen Vergleich mit einer an der Leuchtdiodenanordnung abfallenden elektrischen Spannung nutzen.
  • 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.
  • Die Sicherungsschaltung ist durch ein Ausschaltsignal auf der gemeinsamen Signalleitung in einen Ausschaltzustand versetzbar, mittels der die Leuchtdiodenanordnung ausschaltbar ist. 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.
  • Der erfindungsgemäße Signalgeber für eine Lichtsignalanlage weist eine Leuchtdiodenanordnung 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.
  • Eine erfindungsgemäße Leuchtdioden-Steuerungsschaltung wird zur Überwachung einer an einer Leuchtdiodenanordnung eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage anliegenden elektrischen Spannung eingesetzt. Dadurch lässt sich eine präzisere und zuverlässigere Funktionsüberwachung der Leuchtdiodenanordnung der Signalgeberschaltung erreichen.
  • Bei dem nicht beanspruchten Verfahren 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.
  • Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. die
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung sind der Eingang der Referenzspannungsquelle und ein zweiter 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 einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung ist ein erster Anschluss der Leuchtdiodenanordnung ein Anodenanschluss. Ein zweiter 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.
  • Alternativ kann die erfindungsgemäße Leuchtdioden-Steuerungsschaltung auch derart ausgebildet sein, dass ein erster Anschluss der Leuchtdiodenanordnung ein Kathodenanschluss ist, ein zweiter 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.
  • 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 einer besonders praktikablen Variante der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist der erste Spannungsteiler einen ersten ohmschen Widerstand und einen zweiten ohmschen Widerstand auf, welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Der zweite Eingang der Komparatorschaltung ist mittels des Abgriffs 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.
  • Wie bereits erwähnt, weist die erfindungsgemäße 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 verbunden ist und deren zweiter Eingang mit einem Abgriff eines zweiten Spannungsteilers 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.
  • 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 Leuchtdiodenspannung 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.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist der zweite Spannungsteiler einen dritten ohmschen Widerstand und einen vierten ohmschen Widerstand auf, welche zueinander in Serie geschaltet sind, wobei der zweite Eingang der zweiten Komparator-schaltung mittels des Abgriffs 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 einer besonders effektiven Variante der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Steuerungsschaltung weist die Spannungsüberwachungsschaltung zusätzlich eine dritte Komparatorschaltung mit einem ersten, nicht-invertierenden Eingang, einem zweiten invertierenden Eingang und einem Ausgang auf. Der erste Eingang der dritten Komparatorschaltung ist mit dem zweiten Ausgang der Referenzspannungsquelle elektrisch verbunden und der zweite Eingang der dritten Komparatorschaltung ist mit der gemeinsamen Signalleitung 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 Komparators 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 Überwachungsschaltung 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 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.
  • Die jeweiligen Ausgänge der ersten Komparatorschaltung und der zweiten Komparatorschaltung der Spannungsüberwachungsschaltung können als offene Kollektor-Ausgänge ausgebildet sein. Als Schaltung mit einem offenen Kollektor-Ausgang (O-pen-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 Kurzschluss 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.
  • 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. 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.
  • Handelt es sich bei dem Transistor um einen Feldeffekttransistor, so ist das Gatter des Feldeffekttransistors in dieser Ausgestaltung mit dem Signalausgang der Spannungsüberwachungsschaltung elektrisch verbunden. Ist der Feldeffekttransistor beispielsweise als n-Kanal-Feldeffekttransis-tor 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.
  • 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.
  • 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,
  • In FIG 1 ist ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung 10 eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage gezeigt. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst eine Leuchtdiodenanordnung, in dieser Ausführungsform eine Leuchtdiode 1 mit einer Anode 1a und einer Kathode 1b, und eine herkömmliche Überwachungsschaltung 9. Mit der Überwachungsschaltung 9 wird eine an der Diode 1 anliegende elektrische Spannung UD überwacht. Im Detail umfasst die Überwachungsschaltung 9 einen Spannungsteiler 11, welcher parallel zu der Leuchtdiode 1 geschaltet ist. Der Spannungsteiler 11 weist einen ersten ohmschen Widerstand R1 und einen zweiten, zu dem ersten ohmschen Widerstand R1 in Serie geschalteten ohmschen Widerstand R2 auf. Zwischen die beiden Widerstände R1, R2 ist die Basis 14b eines Bipolartransistors 14 geschaltet. Der Emitter 14a des Bipolartransistors 14 ist elektrisch mit Masse M verbunden und der Kollektor 14c des Bipolartransistors 14 bildet den Ausgang der Überwachungsschaltung 9 und dient der Steuerung einer Sicherungsschaltung (nicht gezeigt), mit der eine Abschaltung der Leuchtdiode 1 vorgenommen werden kann.
  • Die Arbeitsweise der in FIG 1 gezeigten Signalgeberschaltung 10 ist wie folgt: Liegt zum Beispiel aufgrund eines Diodenbruchs eine hohe elektrische Spannung zwischen der Basis 14b und dem Emitter 14a des Bipolartransistors 14 an, so schaltet der Transistor 14 durch und führt den Ausgang der Schaltung 9 auf ein Potential mit einem niedrigen Wert. Unterschreitet das Potential bzw. ein Signal AS am Ausgang der Schaltung 9
    • 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 nicht beanspruchtes Verfahren zur Spannungsüberwachung einer Leuchtdiode eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage veranschaulicht.
    einen vorbestimmten Wert, so wird dies als Signal für einen Defekt aufgrund eines Bruchs der Leuchtdiode 1 gedeutet und es wird eine Abschaltung der Diode 1 beispielsweise über eine Sicherungsschaltung (nicht gezeigt) vorgenommen. Liegt an der Leuchtdiode 1 dagegen eine zu niedrige elektrische Spannung an, weil die Diode 1 zum Beispiel einen Kurzschluss aufweist, so liegt auch zwischen Basis 14b und Emitter 14a des Bipolartransistors 14 eine sehr niedrige Basis-Emitterspannung. Die niedrige Basis-Emitterspannung bewirkt einen deutlich erhöhten Spannungsabfall zwischen Emitter 14a und Kollektor 14c, so dass in diesem Fall am Ausgang der Schaltung 9 ein Signal AS mit einem hohen Pegel anliegt, welcher einen vorbestimmten Maximalwert übersteigt. Das Übersteigen des Maximalwerts des Potentials am Ausgang der Schaltung 9 wird als Hinweis auf einen Kurzschluss in der Leuchtdiode 1 gewertet und es erfolgt ebenfalls eine Abschaltung der Leuchtdiode aufgrund eines detektierten Defekts.
  • 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.
  • In FIG 2 ist ein Schaltbild einer Signalgeber-Schaltungsanordnung 20 mit einer Überwachungsschaltung 19 einer Leuchtdiode 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Leuchtdiode 1 umfasst eine Anode 1a und eine Kathode 1b. Die Überwachungsschaltung 19 ist parallel zu der Leuchtdiode 1 geschaltet und umfasst eine Referenzspannungsquelle 2, deren erster Ausgang 2a ein vorbestimmtes Referenzpotential Uref zur Verfügung stellt und deren Eingang 2b mit einem Massepotential M der Schaltungsanordnung 20 elektrisch verbunden ist. Der Wert des Referenzpotentials Uref kann zum Beispiel einem Spannungswert einer elektrischen Spannung entsprechen, welche an der Leuchtdiode 1 anliegt, wenn diese nicht defekt ist. Weiterhin umfasst die Überwachungsschaltung 19 einen Komparator 3. Ein erster Eingang 3a des Komparators 3 ist mit dem ersten Ausgang 2a der Referenzspannungsquelle 2 elektrisch verbunden, so dass an dem ersten Eingang 3a des Komparators 3 eine Referenzspannung Uref anliegt. Mit seinem zweiten Eingang 3b ist der Komparator 3 mit dem Eingang bzw. der Anode 1a der Leuchtdiode 1 elektrisch verbunden. Der Komparator 3 kann an seinem Ausgang 3c zwischen zwei Signalwerten wechseln, je nachdem, ob an seinem ersten Eingang 3a ein höheres Potential anliegt oder an seinem zweiten Eingang 3b. In dem in FIG 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Eingang 3a als invertierender Eingang (mit "-" gekennzeichnet) ausgebildet und der zweite Eingang 3b des Komparators 3 als nicht-invertierender Eingang (mit "+" gekennzeichnet) ausgebildet.
  • 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 3 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 2 an, so dass an dem Ausgang 3c des Komparators 3 ein Ausgangssignal AS 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.
  • Eine solche Potentialänderung des Ausgangssignals AS 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.
  • In FIG 3 ist ein Schaltbild gezeigt, welches eine Signalgeberschaltung 30 mit einer Leuchtdiode 1 und einer dazu parallel geschalteten Leuchtdioden-Steuerungsschaltung 27 mit einer Überwachungsschaltung 29 und einer Sicherungsschaltung 28 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail zeigt. Die Sicherungsschaltung 28, welche von der Überwachungsschaltung 29 angesteuert wird, dient dazu, für den Fall eines Defekts der Leuchtdiode 1, die Leuchtdiode 1 abzuschalten.
  • 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.
  • 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 3, 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 zweiten 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.
  • 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 5 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.
  • 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.
  • 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.
  • In FIG 4 ist ein Flussdiagramm 400 gezeigt, welches ein Verfahren zur Überwachung einer Leuchtdiodenspannung eines Signalgebers veranschaulicht. Bei dem Schritt 4.I wird zunächst eine an einer Leuchtdiode anliegende elektrische Spannung UD gemessen. Bei dem Schritt 4.II erfolgt ein Vergleich des gemessenen elektrischen Spannungswerts UD mit einer Referenzspannung Uref. Falls bei dem Vergleich ermittelt wird, dass die Differenz der beiden elektrischen Spannungen UD-Uref einen Maximalwert max überschreitet, was in FIG 4 mit "j" gekennzeichnet wird, so wird bei dem Schritt 4.III ein Ausschaltsignal ausgegeben. Für den Fall, dass die Differenz der beiden elektrischen Spannungen UD-Uref einen Maximalwert max nicht überschreitet, was in FIG 4 mit "n" gekennzeichnet ist, so wird zu dem Schritt 4.I zurückgegangen und die Überwachung der Leuchtdiode fortgesetzt. Der Vergleich in Schritt 4.II kann sinngemäß auch mit der Prüfung der Differenz UD-Uref < min oder der Differenz Uref- UD > max bzw. Uref-UD < min erfolgen, wobei "min" einem vorgegeben Minimalwert entspricht und "max" den bereits eingeführten Maximalwert repräsentiert.
  • Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Spannungsüberwachungsschaltung nicht nur zur Überwachung von einzelnen Leuchtdioden, sondern auch für die Überwachung von mehreren seriell geschalteten Leuchtdioden eingesetzt werden kann.

Claims (10)

  1. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27), aufweisend:
    - eine Spannungsüberwachungsschaltung (19, 29) für eine Leuchtdiodenanordnung (1) eines Signalgebers einer Lichtsignalanlage, umfassend:
    - eine Leuchtdiodenschnittstelle zum Verbinden der Leuchtdiodenanordnung (1) mit der Leuchtdioden-Steuerschaltung (27),
    - einen ersten Spannungsteiler (11a), welcher parallel zur Leuchtdiodenanordnung (1) geschaltet ist,
    - eine Referenzspannungsquelle (2) mit einem Eingang (2b) und mindestens einem ersten Ausgang (2a) und einem zweiten Ausgang (2c),
    - eine erste Komparatorschaltung (3) mit einem ersten Eingang (3a), einem zweiten Eingang (3b) und einem Signalausgang (3c),
    wobei
    der erste Ausgang (2a) der Referenzspannungsquelle (2) ein durch die Referenzspannungsquelle (2) definiertes Referenzpotential (Uref) aufweist und mit dem ersten Eingang (3a) der ersten Komparatorschaltung (3) elektrisch verbunden ist,
    der zweite Eingang (3b) der ersten Komparatorschaltung (3) mit einem Abgriff des ersten Spannungsteilers (11a) verbunden ist, und
    eine Sicherungsschaltung (28) die mit einem Signalausgang (32c) der Spannungsüberwachungsschaltung (19, 29) elektrisch verbunden ist
    gekennzeichnet durch
    - eine zweite Komparatorschaltung (31) mit einem ersten Eingang (31a), einem zweiten Eingang (31b) und einem Signalausgang (31c),
    wobei
    der erste Eingang (31a) der zweiten Komparatorschaltung (31) mit dem ersten Eingang (3a) der ersten Komparatorschaltung (31) verbunden ist,
    der zweite Eingang (31b) der zweiten Komparatorschaltung (31) mit einem Abgriff eines zweiten Spannungsteilers (11b) verbunden ist,
    der Signalausgang (3c) der ersten Komparatorschaltung (3) und der Signalausgang (31c) der zweiten Komparatorschaltung (31) auf eine gemeinsame Signalleitung (SL) elektrisch zusammengeschaltet sind und eine verdrahtete ODER-Schaltung bilden, und
    - die Sicherungsschaltung (28) durch ein Ausschaltsignal (AS) auf der gemeinsamen Signalleitung (SL) in einen Ausschaltzustand versetzbar ist, mittels dem die Leuchtdiodenanordnung (1) ausschaltbar ist.
  2. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach Anspruch 1, wobei der Eingang (2b) der Referenzspannungsquelle (2) und ein zweiter Anschluss (1b) der Leuchtdiodenanordnung (1) mit einem gemeinsamen festen zweiten Referenzpotential (M) elektrisch verbunden sind.
  3. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach Anspruch 2, wobei ein erster Anschluss (1a) der Leuchtdiodenanordnung (1) ein Anodenanschluss ist, der zweite Anschluss (1b) der Leuchtdiodenanordnung (1) ein Kathodenanschluss ist und das definierte erste Referenzpotential (Uref) ein positives Potential ist oder ein erster Anschluss (1a) der Leuchtdiodenanordnung (1) ein Kathodenanschluss ist, der zweite Anschluss (1b) der Leuchtdiodenanordnung (1) ein Anodenanschluss ist und das definierte erste Referenzpotential (Uref) ein negatives Potential ist.
  4. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Spannungsteiler (11a) einen ersten ohmschen Widerstand (R1) und einen zweiten ohmschen Widerstand (R2) aufweist, welche zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Eingang (3b) der Komparatorschaltung (3) mittels des Abgriffes zwischen den ersten ohmschen Widerstand (R1) und den zweiten ohmschen Widerstand (R2) geschaltet ist.
  5. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Eingang (3a) der ersten Komparatorschaltung (3) ein nicht-invertierender Eingang ist, der zweite Eingang (3b) der ersten Komparatorschaltung (3) ein invertierender Eingang ist, der erste Eingang (31a) der zweiten Komparatorschaltung (31) ein invertierender Eingang ist und der zweite Eingang (31b) der zweiten Komparatorschaltung (31) ein nicht-invertierender Eingang ist.
  6. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Spannungsteiler (11b) einen dritten ohmschen Widerstand (R3) und einen vierten ohmschen Widerstand (R4) umfasst, welche zueinander in Serie geschaltet sind, wobei der zweite Eingang (31b) der zweiten Komparatorschaltung (31) mittels des Abgriffes zwischen den dritten ohmschen Widerstand (R3) und den vierten ohmschen Widerstand (R4) des zweiten Spannungsteilers (11b) geschaltet ist.
  7. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Spannungsüberwachungsschaltung (29) eine dritte Komparatorschaltung (32) mit einem ersten, nicht-invertierenden Eingang (32a), einem zweiten, invertierenden Eingang (32b) und einem Ausgang (32c) aufweist, wobei der erste Eingang (32a) der dritten Komparatorschaltung (32) mit dem zweiten Ausgang (2c) der Referenzspannungsquelle (2) elektrisch verbunden ist und der zweite Eingang (32b) der dritten Komparatorschaltung (32) mit der gemeinsamen Signalleitung (SL) elektrisch verbunden ist.
  8. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die jeweiligen Ausgänge (3c, 31c) der ersten Komparatorschaltung (3) und der zweiten Komparatorschaltung (31) als offene Kollektor-Ausgänge ausgebildet sind.
  9. Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Sicherungsschaltung (28) einen Transistor, vorzugsweise einen Feldeffekttransistor (5), und einen mit dem Transistor (5) in Reihe geschalteten Sicherungswiderstand (Rs) umfasst, wobei das Gatter (5b) des Transistors (5) mit dem Signalausgang (32c) der Spannungsüberwachungsschaltung (29) elektrisch verbunden ist.
  10. Signalgeber (20, 30) für eine Lichtsignalanlage, aufweisend:
    - eine Leuchtdiodenanordnung (1),
    - eine Leuchtdioden-Steuerungsschaltung (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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