EP3527043B1 - Led-beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für fahrzeuge - Google Patents

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EP3527043B1
EP3527043B1 EP17787373.4A EP17787373A EP3527043B1 EP 3527043 B1 EP3527043 B1 EP 3527043B1 EP 17787373 A EP17787373 A EP 17787373A EP 3527043 B1 EP3527043 B1 EP 3527043B1
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EP
European Patent Office
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led
transistor
channel
led chain
current
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EP17787373.4A
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EP3527043A1 (de
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Andre Sudhaus
Niyant Patel
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Elmos Semiconductor SE
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Elmos Semiconductor SE
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Publication date
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    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
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    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
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    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/52—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a parallel array of LEDs

Definitions

  • the invention relates to an LED lighting device, in particular for vehicles.
  • the invention relates to devices and methods for supplying LED chains with electrical energy with the possibility of individual LED short-circuit detection.
  • LED lighting devices for vehicles have been state of the art for several years. LED lamps are preferred to filament lamps because of their lifespan and immunity to interference.
  • LED lighting devices for vehicles so-called LED chains are sometimes used, which are series circuits of several LEDs.
  • so-called multi-channel energy supply units are known as ICs, which have failure monitoring for each channel in the form of, for example, a current or voltage detector. While a power interruption through the LED chain as well as a total short circuit of the LED chain can be detected quite easily by the detector, the detection of individual LED short circuits causes problems. This is because the voltage drop across an LED chain that is in normal operation is unfortunately not constant and depends in particular on the age of the LEDs, their temperature, etc. A voltage drop that changes slightly, as occurs, for example, with a single LED short circuit, can therefore definitely not be detected as a short circuit.
  • Devices for operating LED chains i.e. LED series circuits, are off DE-A-10 2008 037 551 , DE-A-10 2009 028 101 , AT-U-005 190 , US-A-2008/0204029 and WO-A-2012/077013 known.
  • the invention relates to a device for supplying at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 with electrical energy, in which the failure of individual LEDs within the LED chains due to an LED short circuit, hereinafter denoted by the reference symbol SC, represents a fault to be detected.
  • Integrated circuits which are used to supply such LED chains electrically, have the option of recognizing and subsequently signaling an interruption in the current path within one of these LED chains L 1 , L 2 , L 3 .
  • the detection of individual LED short circuits is not possible in the prior art.
  • a method for detecting a short circuit in a first light emitting diode element in which the first light emitting diode element is operated as part of a special measurement in the blocked area, it is checked whether an electric current is flowing in the blocking direction via the first light emitting diode element, and the short circuit is detected if the check shows that the current flows in the reverse direction and is greater than a specified leakage current.
  • Such a methodology is unsuitable for short-circuit detection in an LED chain.
  • the invention is therefore based on the object of creating a solution which does not have the above disadvantages of the prior art and has further advantages.
  • the invention proposes a lighting device, in particular for vehicles, which is provided with the features of claim 1.
  • Individual embodiments of the invention are the subject matter of the subclaims.
  • the essential feature of the invention is to couple two LED chains of an LED lighting device to one another and to provide each LED chain with an interrupter switch.
  • the controllable breaker switches are coupled to one another by a coupling component arrangement. If the voltage difference between the control connections of the interrupter switches of the two LED chains exceeds a predeterminable value, which, depending on the specification or request, in the case of a single LED short circuit or a short circuit of a predeterminable, comparatively small number of LEDs in one of the LED chains of the If this is the case, this disturbance and the associated reduction in the voltage across the "disturbed" LED chain have an effect on a change in the voltage across the coupling component arrangement, so that it becomes conductive and thus the circuit breaker of the other LED chain activated, so that the interrupter circuit of this other LED chain opens, which in turn can be reliably detected by the detector that is assigned to this other LED chain.
  • a single LED short circuit or a short circuit of two or fewer LEDs in one of the LED chains is converted into an interruption in the other LED chain.
  • the driver for this other LED chain is provided with a corresponding error detector which detects the interruption of the LED chain.
  • only one interrupter switch per LED chain and a coupling component arrangement, which must fulfill the function of electrically conducting from a predeterminable voltage drop, are required. In the simplest case, this is implemented using diodes.
  • only a few electronic components are therefore required in order to implement the invention, so to speak, as an "add on" to a power or, in general, energy supply unit for a multi-channel LED lighting device.
  • the coupling component arrangement only enables a current flow with a predeterminable sign of the voltage drop across it or, depending on the sign of the voltage drop across it, enables a current flow in one direction or in the opposite direction.
  • the coupling component arrangement has one or more diodes, which can be connected in antiparallel to enable a current flow in both directions.
  • the monitoring device has a number of coupling component arrangements equal to the number of LED chains when there are more than two LED chains, the control connections of the interrupter switches assigned to the LED chains are cyclically coupled by means of a coupling component arrangement and thus as a ring circuit.
  • each coupling component arrangement enables a current flow in the same direction through the ring circuit.
  • the monitoring device UWE has a number of coupling component arrangements equal to the number of LED chains if there are more than two LED chains, the control connections of the interrupter switches assigned to the LED chains by means of the coupling component arrangements (KBA) in are coupled to a star connection.
  • each coupling component arrangement enables unidirectional current flows.
  • interrupter switches are designed as bipolar, FET or MOS transistors.
  • the invention relates to the energy supply for electroluminescent light sources which, as circuit arrangements, are not designed for a specific application. However, it is particularly suitable for use in automotive lights. In the broadest sense, it is therefore a monitoring device for arrangements of signaling or lighting devices or arrangements of optical signaling or lighting devices or arrangements of lighting devices for the vehicle interior or arrangements or special design of portable emergency signaling devices on vehicles.
  • the invention is thus concerned with a device for supplying at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 with electrical energy, in which the failure of individual LEDs within the LED chains due to an LED short circuit, hereinafter referred to as SC denotes, represents a fault to be detected.
  • Integrated circuits which are used to supply such LED chains electrically, have the option of recognizing and subsequently signaling an interruption in the current path within one of these LED chains L 1 , L 2 , L 3 .
  • the detection of individual LED short circuits is not possible in the prior art.
  • the invention is based on the object of creating a solution which does not have the above disadvantages of the prior art and has further advantages.
  • the integrated circuit at least in applications for the automotive industry, has tools for detecting an interruption in the flow of current in one or more of the connected LED chains L 1 , L 2 , L 3 , it is thus able to detect an error and to be issued as such. It it was recognized here that it is usually not important to be able to state which error (short circuit of a single LED or interruption of an LED chain) is present and on which LED chain this error is present. Thus, this information can be sacrificed in favor of a single LED short circuit detection.
  • a method for the detection of a single LED failure in a lighting device with at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 the first step being the detection of a single LED short circuit in a first LED chain which provides at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 by a first detection means and an interruption of the current flow caused by this detection through at least one other LED chain of the at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 an interruption means.
  • a first transistor T 1 and a first diode D 1 in cooperation with a first resistor R 1 such as, for example, in FIG Fig. 3 shown to be proposed.
  • the corresponding detection means of the respective other LED chain of the at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 is proposed as the interruption means.
  • the transistor thus has a dual function as a detection means and as an interruption means. This doesn't necessarily have to be the case.
  • transistor T 2 in Fig. 3 referenced for clarification.
  • the single LED short circuit is converted into an LED chain interruption in another LED chain. This then establishes the measurability and thus the detectability by the integrated circuit, which solves the technical problem.
  • the last step is therefore the detection of the interruption of the current flow through the other LED chain of the at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 .
  • the proposed device for supplying at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 with electrical energy is characterized from the fact that it has a partial device StOC, which in the event of a short circuit of one or more LEDs within a first LED chain of the at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3, a detection and / or subsequent signaling of an interruption of the current path within a Another LED chain of these at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 , hereinafter the second LED chain, brings about.
  • the prerequisite is that the proposed device has measuring means MI 1 , MU 1 ; MI 1 , MU 2 ; MI 3 , MU 3 for detecting an interruption in an LED chain and suitable signaling means to be able to pass on (signal) the detection result to a control device .
  • the particular advantage here lies in the conversion of the appearance of an individual LED short circuit into an LED chain interruption, which can be detected by the integrated circuit (the device).
  • a transistor T 1 , T 2 , T 3 is located in each current path of each LED chain of these at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3.
  • This is preferably a bipolar transistor.
  • each transistor T 1 , T 2 , T 3 is part of the sub-device.
  • each transistor T 1 , T 2 , T 3 is conductive.
  • At least one transistor T 1 , T 2 , T 3 of the second LED chain of the at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 hereinafter referred to as the second transistor, is switched off when the at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 a short circuit SC occurs along the LED chain.
  • This construction has the advantage that it is very compact and can be implemented with a few components.
  • At least one transistor of the first LED chain of the at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 hereinafter referred to as the first transistor, is a bipolar transistor T. 1 , T 2 , T 2 and that at least the second transistor of the second LED chain of the at least two LED chains L 1 , L 2 , L 3 is also a bipolar transistor T 1 , T 2 , T 2 acts.
  • the base of the first transistor is connected to the base of the second transistor via at least one diode D 1 , D 2 , D 3 , D 11 , D 12 , D 21 , D 22 , D 31 , D 32 directly or indirectly, in particular via one Series resistor R v1 , R v2 , connected.
  • the base of the first transistor is energized by means of an operating point setting in such a way that the transistor can be safely switched through during normal operation.
  • this operating point setting takes place via an operating point resistor R 1 , R 2 , R 3 , which connects the control connection (the base or the gate) of the first transistor to the energy source IS 1 , IS 2 , IS 3 of the first LED Chain, in whose current path the first transistor is located, connects.
  • the advantage of this arrangement is that the first transistor is conductive during normal operation and, in the event of a fault, the base current can be sucked through the base-emitter diode of the corresponding transistor of the other LED chain in the event of a single LED short circuit, whereby the first transistor closes locking begins.
  • MOS transistors are firstly not current-controlled and secondly do not have the necessary base-emitter diode that carries out the actual LED short-circuit detection, the detection function for the individual LED short-circuit must be used when using MOS transistors and the interrupt function for interrupting the current flow through the LED chain can be separated. The detection function is then performed by a separate detection device. This can be, for example, a separate PN diode, an auxiliary diode.
  • This auxiliary diode d 1 , d 2 , d 3 is necessary as a detection device if, instead of a bipolar transistor, a MOS transistor is used as the transistor T 1 , T 2 , T 3.
  • the relevant auxiliary diode is then connected between the gate of the MOS transistor as the second node K 12 , K 22 , K 23 of the relevant LED chain and the connection node K 13 , K 23 , K 33 ) between MOS transistor T 1 , T 2 , T 3 and the relevant LED chain switched.
  • the polarity of the auxiliary diode d 1 , d 2 , d 3 is selected in accordance with the transistor type during the interconnection.
  • the auxiliary diode d 1 , d 2 , d 3 of the LED chain in question then emulates the function of the base-emitter diode of a bipolar transistor as a detection device and forces the potential of a transistor of another channel to a potential at that the gate-source path no longer has sufficient voltage, as a result of which it begins to block if there is a short circuit of one or more LEDs along the relevant LED chain.
  • MOS transistors the functions of the detection device (first auxiliary diode) and interruption device (transistor) are separated, while in the case of bipolar transistors they can be carried out simultaneously (transistor alone) by the bipolar transistors.
  • the auxiliary diode d 1 , d 2 , d 3 is therefore not absolutely necessary.
  • the construction with auxiliary diodes and MOS transistors is particularly advantageous because it enables complete integration into integrated CMOS circuits within the framework of standard CMOS processes.
  • the device links several LED chains with one another.
  • the device now comprises at least three LED chains L 1 , L 2 , L 3 .
  • the configuration of the device deals with a special topology of the interconnection of the short-circuit-to-interruption converter StOC.
  • each current path of each LED chain of these at least three LED chains L 1 , L 2 , L 3 there is a respective transistor T 1 , T 2 , T 3 , in particular a bipolar transistor.
  • Each transistor T 1 , T 2 , T 3 is again part of the sub-device.
  • Each transistor T 1 , T 2 , T 3 is connected again in such a way that it is conductive in error-free operation.
  • At least one of the transistors T 1 , T 2 , T 3 of the LED chains that are not affected by the short circuit is always switched to the blocking state. This happens when a short circuit occurs along the LED chain in at least one other LED chain of the at least three LED chains L 1 , L 2 , L 3 , which is not the LED chain of the switched-off transistor.
  • the control connection (base or gate) of each transistor of a preceding LED chain is here connected to the control connection (base or gate) of the following transistor via at least one diode D 1 , D 2 , D 3 , D 11 , D 12 , D 21 , D 22 , D 31 , D 32 directly or indirectly, in particular via a resistor R v1 , R v2 , R v3 , connected.
  • the words "preceding” and “following” relate to a virtual numbering of the m LED chain from 1 to m. The LED chain follows the LED chain with the lower number and precedes the one with the higher number.
  • the first LED chain should be understood here as the successor to the m-th LED chain and the m-th LED chain as the preceding one of the first LED chain. All elements of a preceding LED chain are therefore referred to herein as "preceding". All elements of a subsequent LED chain as subsequent.
  • the control connection (base or gate) of the preceding transistor is energized by means of an operating point setting. Particularly preferred is the control connection (base or gate) of the preceding transistor via an operating point resistor R 1 , R 2 , R 3 with the energy source IS 1 , IS 2 , IS 3 of the associated LED chain, in whose current path the preceding transistor is located. connected.
  • the control connection (base or gate) of the downstream transistor is connected to a connection of the downstream LED chain to which it is connected via an associated downstream auxiliary diode.
  • the control terminal (base or gate) of the preceding transistor is connected to a terminal of the preceding LED chain, to which it is connected, via an associated preceding auxiliary diode.
  • the device also has at least three LED chains L 1 , L 2 , L 3 and these are now to be connected together in a star shape via diodes instead of ring-shaped, as described above.
  • the device also has at least three LED chains L 1 , L 2 , L 3 and these are now to be connected together in a star shape via diodes instead of ring-shaped, as described above.
  • each current path of each LED chain of these three LED chains L 1 , L 2 , L 3 there is again a respective transistor T 1 , T 2 , T 3 , in particular a bipolar transistor or MOS transistor with a control connection (base or Gate) and two further connections each.
  • Each transistor T 1 , T 2 , T 3 is again part of the respective sub-device.
  • Each transistor T 1 , T 2 , T 3 is connected again in such a way that it is conductive in error-free operation.
  • At least one of these transistors T 1 , T 2 , T 3 is always switched off when in at least one other LED chain of the at least three LED chains L 1 , L 2 , L 3 that are not blocking the LED chain switched transistor, a short circuit occurs along the affected LED chain.
  • the control connection (base or gate) of each transistor in a preceding LED chain is now connected to the control connection (base or gate) of the following transistor via at least two series-connected diode pairs D 11 , D 12 ; D 21 , D 22 ; D 31 , D 32 each of two diodes D 11 , D 12 ; D 21 , D 22 ; D 31 , D 32 connected in anti-parallel.
  • the diodes have two connections.
  • Each diode can be connected in series with a resistor.
  • the control connection (base or gate) of the preceding transistor is energized by means of an operating point setting. This energization is particularly preferably carried out in such a way that the control connection (base or gate) of the preceding transistor is connected to the energy source IS 1 , IS 2 , IS 3 of the associated LED chain via an operating point resistor R 1 , R 2 , R 3 The current path where the preceding transistor is located is connected.
  • the control connection (base or gate) of the downstream transistor is connected to a connection of the downstream LED chain to which it is connected via an associated downstream auxiliary diode.
  • the control terminal (base or gate) of the preceding transistor is connected to a terminal of the preceding LED chain, to which it is connected, via an associated preceding auxiliary diode.
  • the diodes are connected in such a way that they are connected to a connection with a common star point (SP).
  • a first lighting channel CH 1 comprises the first energy source - here the first current source IS 1 - the first LED chain L 1 with the LEDs L 11 , L 12 , ... L 1n and first measuring means MI 1 , MU 1 .
  • the first channel comprises a first current measuring means MI 1 , which detects the value of the first electrical current I 1 fed into the first LED chain L 1 by the energy source.
  • a first detector DE 1 in the form of a first voltage measuring means MU 1 detects the voltage drop across the first LED chain L 1 .
  • the first channel CH 1 typically comprises at least one of these first measuring means.
  • a second lighting channel CH 2 comprises the second energy source - here the second current source IS 2 - the second LED chain L 2 with the LEDs L 21 , L 22 , ..., L 2n and second measuring means MI 2 , MU 2 .
  • the second channel CH 2 comprises a second current measuring means MI 2 , which detects the value of the second electrical current I 2 fed into the second LED chain L 2 by the second energy source.
  • a second voltage measuring means 2 detects MU as a detector DE 2 the voltage drop across the second LED string L2.
  • the second channel CH 2 typically comprises at least one of these second measuring means. In other words, at least the second current measuring means MI 2 or the second voltage measuring means MU 2 (detector D 2 ) in order to be able to detect an interruption in the second LED chain L 2.
  • a monitoring device UWE is arranged between the (multi-channel) power supply unit SVE and the LED chains L 1 , L 2 , in which, according to the invention, a short circuit of one LED or a few LEDs in one of the LED chains results in an interruption in another of the LED chains. Chains "transfer" what is recognized by the detector assigned to this interrupted LED chain.
  • the monitoring device UWE thus has a short-circuit-to-interrupt converter StOC, which conducts one end of the first LED chain L 1 in normal operation to the first energy source, here the first current source IS 1 , and one end of the second LED -Chain L 2 in normal operation electrically conductively connects to the second energy source, here the second current source IS 2.
  • the short-circuit-to-interrupt converter evaluates particularly preferably StOC the potential of the third node K 13 of the first lighting channel (CH 1 ) relative to a reference potential - preferably ground - from.
  • the short-circuit-to-interrupt converter StOC interrupts the electrical connection between the second energy source, here the second current source IS 2 , and the second LED chain L 2 .
  • the second measuring means, the second voltage measuring means MU 2 and / or the second current measuring means MI 2 , ie the second detector DE 2 to detect this interruption and to cause a corresponding error message.
  • the short-circuit-to-interruption converter StOC particularly preferably acts symmetrically. In other words, if there is a change in voltage drop across the second LED chain L 2 over a certain amount, the short-circuit-to-interrupt converter StOC disconnects the electrical connection between the first energy source, here the first current source IS 1 and the first LED chain L 1 in analogous way. This enables the first measuring means, the first voltage measuring means MU 1 and / or the first current measuring means MI 1 , ie the first detector DE 1 , to detect this interruption and to cause a corresponding error message.
  • Fig. 2 shows a simple implementation of this principle.
  • the first LED chain L 1 is monitored for individual LED short circuits, while the second LED chain L 2 is used for signaling.
  • a first transistor T 1 (first interrupter switch) is an NPN bipolar transistor in this example. This is connected with its collector to a first node K 11 of the first channel CH 1 . With this first node K 11 of the first channel CH 1 , the first voltage measuring means MU 1 (first detector DE 1 ) and the first current source IS 1 as the first energy source may also be connected connected. The first current measuring means MI 1 , which may be present, is connected in series with the first current source IS 1. The sequence of the first current source IS 1 and the first current measuring means MI 1 can be varied. The first node K n of the first channel CH 1 is connected to the base of the first transistor T 1 by means of a first resistor R 1 . This sets the operating point of the first transistor T 1 .
  • the first resistor R 1 energizes the base-emitter diode of the first transistor T 1 , which is therefore conductive in the normal state.
  • the emitter of the first transistor T 1 at K 13 is connected to one end of the first LED chain L 1 . This connection is the third electrical node K 13 of the first channel CH 1 .
  • the other end of the first LED chain L 1 is connected to the reference potential, here to ground.
  • the base of the first transistor T 1 forms the second electrical node K 12 of the first channel CH 1 .
  • a second transistor T 2 (second interrupter switch) is also an NPN bipolar transistor in this example. This is connected with its collector to a second node K 21 of the second channel CH 2 . With this second node K 21 of the second channel CH 2 , the second voltage measuring means MU 2 (second detector DE 2 ) and the second current source IS 2 as a second energy source may also be connected.
  • the second current measuring means MI 2 which may be present, is connected in series with the second current source IS 2. The sequence of the second current source IS 2 and the second current measuring means MI 2 can be varied.
  • the first node K 21 of the second channel CH 2 is connected to the base of the second transistor T 2 by means of a second resistor R 2 . This sets the operating point of the second transistor T 2 .
  • the second resistor R 2 energizes the base-emitter diode of the second transistor (T 2 ), which is therefore conductive in the normal state.
  • the emitter of the second transistor T 2 is connected to one end of the second LED chain L 2 . This connection is the third electrical node K 23 of the second channel CH 2 .
  • the the other end of the second LED chain L 2 is connected to the reference potential, here to ground.
  • the base of the second transistor T 2 forms the second electrical node K 22 of the first channel CH 2 .
  • the monitoring device UWE has, as a coupling component arrangement KBA connected between the base connections K 12 , K 21 of the transistors T 1 , T 2 , a first diode D 1 which forms the base of the first transistor T 1 , i.e. the second node K 12 of the first channel CH 1 , connects to the base of the second transistor T 2 , that is to say the second node K 22 of the second channel CH 2.
  • the electrical connection between the second node K 12 of the first channel CH 1 and the second node K 22 of the second channel CH 2 is normally interrupted because of the diode D 1 , since the voltage drop across the first LED chain L 1 and the second LED chain L 2 should be equal to the same current flow, and thus no current flow through the diode D 1 drops causing voltage difference across the diode D 1, whose threshold voltage is therefore not achieved.
  • symmetrical relationships are assumed here. This means an equal number n of LEDs in the two LED chains and an equal first current I 1 and a second current I 2 .
  • the currents I 1 , I 2 of the two current sources IS 1 , IS 2 set to the same values result in the same electrical potential for the respective third node K 13 , K 23 of the first channel CH 1 and of the second channel CH 2 .
  • the resistance of the first resistor R 1 is chosen to be equal to the resistance of the second resistor R 2
  • the base-emitter diode of the first transistor T 1 is supplied with the same current as the base-emitter diode of the second transistor T 2 .
  • the first transistor T 1 has properties which are the same as the properties of the second transistor T 2. This means that the same base-emitter voltages drop across the base-emitter-diode paths.
  • the potential on both sides of the first diode D 1 must therefore be the same in normal operation and no current flows.
  • neither the resistors R 1 , R 2 , nor the transistors T 1 , T 2 , nor the LEDs of the LED chains L 1 ; L 2 will be identical, but will differ from one another. Therefore, it is It makes sense to choose the switching voltage of the first diode D 1 or the coupling component arrangement KBA in a suitable manner.
  • Zener diodes or series connections of diodes can be used.
  • germanium diodes or other diodes with a suitable switching voltage modified using suitable materials instead of silicon diodes In any case, a simulation (eg Monte Carlo) should clarify which diode switching voltages require the components to be scattered. However, this differs depending on the application and should therefore not be discussed further here.
  • a short circuit SC of the first LED L 11 of the first LED string L 1 the current flow is through the first LED string L 1 on the current value of the first current I 1 of the first current source IS. 1
  • the potential of the third node K 13 of the first channel CH 1 with respect to the reference potential drops by an LED switching voltage, ie by the voltage that drops across each of the preferably identical LEDs when the first current flows through them.
  • the switching voltage of the first diode D 1 should therefore be selected to be less than or equal to the switching voltages of the LEDs used in the first LED chain L 1 . It is preferably between 5% and 90% lower than the switching voltage of the LEDs. If necessary, the first diode can also be replaced by an electrical circuit with the same effect with amplifiers, etc., which shows a suitable switching voltage. When the first diode D 1 is mentioned here, this refers to the effect of this component or a circuit replacing this component, ie to a coupling component arrangement KBA of whatever type, which becomes conductive from a predetermined switching voltage.
  • the first diode D 1 opens, the current that has previously flowed through the base-emitter diode of the second transistor T 2 flows through the base-emitter diode of the first transistor T 1 .
  • the second LED chain L 2 is switched off (T 2 opens). This reduces the current consumption of the current of the second current source IS 2 , which can be detected by the second measuring means MI 2 , MU 2 (detector DE 2). On the basis of this detection, an interruption is then typically detected and, if necessary, signaled.
  • the remaining second diode D 2 of the second channel CH 2 is only used to illustrate the potential possibility of sequencing (coupling of two LED chains in each case when a large number of LED chains are present).
  • the potential of the second node K 22 of the second channel CH 2 is only 13.4 V instead of 15.7 V.
  • the potential of the third node K 23 of the second channel CH 2 by 0.7 V corresponding to the base-emitter voltage of the second transistor T 2 lower at 12.7 V.
  • This drop in the second current I 2 can be detected directly by the second current measuring means MI 2 or as a changing voltage drop across the second current source IS 2 by the second voltage measuring means (detector DE 2 ).
  • the relationships correspond to an interruption in the second LED chain L 2 and are recognized as such by the second measuring means of the second channel CH 2 .
  • Fig. 3 essentially agrees Fig. 2 match.
  • the LED chains are connected to the supply voltage "upside down".
  • the supply voltage V bat now serves as a reference potential.
  • the first transistor T 1 and the second transistor T 2 are now, by way of example, PNP transistors.
  • the first diode D 1 is also rotated in order to establish functionality. Otherwise, the functionality is similar to that of Fig. 2 .
  • the Fig. 4 equals to Fig. 2 with the difference that N-channel MOS transistors are used instead of the NPN bipolar transistors for the first transistor T 1 and the second transistor T 2 .
  • N-channel MOS transistors are used instead of the NPN bipolar transistors for the first transistor T 1 and the second transistor T 2 .
  • the function of the base-emitter diode that has been eliminated must be replaced. This is done by a first auxiliary diode HD 1 .
  • the current flow via the first auxiliary diode HD 1 is set via the first resistor R 1 , so that it is open during normal operation.
  • the first transistor T 1 is preferably installed in such a way that the source of the first transistor T 1 is connected to the third node K 13 of the first channel CH 1 .
  • the Fig. 5 equals to Fig. 3 with the difference that P-channel MOS transistors are used instead of the PNP bipolar transistors for the first transistor T 1 and the second transistor T 2 .
  • the function of the base-emitter diode that has been eliminated must be replaced. This is done by a first auxiliary diode HD 1 .
  • the current flow via the first auxiliary diode HD 1 is set via the first resistor R 1 , so that it is open during normal operation.
  • the first transistor T 1 is preferably installed in such a way that the source of the first transistor T 1 is connected to the third node K 13 of the first channel CH 1 .
  • Fig. 6 equals to Fig. 2 with the difference that the coupling component arrangement KBA has a second diode D 2 , which is connected in anti-parallel to the first diode D 1 .
  • the second channel CH 2 can now also interrupt the flow of current in the first channel CH 1 in the event of a single LED short circuit in the second LED chain L 2 and thus cause the detection of an LED chain interruption via the first channel CH 1.
  • Fig. 7 equals to Fig. 6 with the difference that the first diode D 1 and the second diode D 2 of the coupling component arrangement KBA are each provided with a series resistor R v1 , R v2 .
  • These series resistors enable the circuit to be asymmetrical. This is particularly necessary if the LED chains are not the same or the rated currents I 1 , I 2 are already different in normal operation.
  • the possibility of replacing the first diode D 1 and / or the second diode D 2 by more complex circuits with the same effect has already been pointed out above. In reality, it can be useful if the first diode D 1 has a different switching voltage than the second diode D 2 .
  • Fig. 8 corresponds to two Figs. 2 , in which three LED chains L 1 , L 2 , L 3 are used in three channels.
  • the coupling component arrangement KBA has three diodes D 1 , D 2 , D 3 , which are triangular, ie connected as a ring circuit, so that a circular current flow - via the first diode D 1, then via the second diode D 2, then via the third diode D. 3 and then again via the first diode D 1 - would be possible.
  • the principle can be extended accordingly to a positive integer k of channels CH 1 to CH k. As a result, all LED chains of any number k of LED chains are monitored for individual LED short circuits.
  • Fig. 9 shows a coupling component arrangement KBA for star-shaped interconnection of three channels for three LED chains L 1 , L 2 , L 3 .
  • Two of the channels correspond to the interconnection according to Fig. 6 with the difference that the first diode D 1 and the second diode D 2 of the Fig. 6 are now formed by four diodes (e.g. D 11 , D 12 and D 21 and D 22 ). Since now two diode voltages drop across the first diode D 1 and second diode D 2 replaced in this way , it can be useful to replace the diodes D 11 , D 12 , D 21 , D 22 , D 31 , D 32 with diodes with a correspondingly reduced switching voltage or to replace corresponding circuits with the same function.
  • An LED in the sense of this disclosure is not just a single light-emitting diode but can also be a series and / or parallel connection of several light-emitting diodes, which may also include further components, such as Zener diodes and / or series and parallel resistors and capacitors. They are typically two-pole circuits with a first connection that serves as a current input and a second connection that serves as a current output. If the LEDs are serially connected to one another in an LED chain, it is conceivable that further lines, for example as control lines for other purposes, are routed along the LED chain in whole or in part, which, however, is not claimed here are, if necessary, should not limit the claimed scope to pure two-pole individual light-emitting diodes.
  • the LED chains are preferably of the same length, that is to say they preferably contain the same number of LEDs with preferably the same diode switching voltages (U D ).
  • An LED chain in the sense of this disclosure is a series connection of at least two LEDs, all of which are oriented in the same way, so that a current flow is possible.
  • the switching voltage of a diode, auxiliary diode or LED is the voltage at which the diode, auxiliary diode or LED begins to conduct.
  • the switching voltage determines the greatest voltage drop across the coupling component arrangement at which it switches through.

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen und Verfahren zur Versorgung von LED-Ketten mit elektrischer Energie mit der Möglichkeit der Einzel-LED-Kurzschlusserkennung.
  • LED-Beleuchtungsvorrichtungen für Fahrzeuge gehören bereits seit mehreren Jahren zum Stand der Technik. LED-Leuchtmittel werden auf Grund ihrer Lebensdauer und Störunanfälligkeit gegenüber Glühfaden-Leuchtmitteln bevorzugt.
  • Bei LED-Beleuchtungsvorrichtungen für Fahrzeuge werden mitunter sogenannte LED-Ketten eingesetzt, bei denen es sich um Reihenschaltungen aus mehreren LEDs handelt. Als Treiber derartiger LED-Beleuchtungsvorrichtungen sind sogenannte Mehrkanal-Energieversorgungseinheiten als ICs bekannt, die pro Kanal eine Ausfallüberwachung in Form beispielsweise eines Strom- oder Spannungsdetektors aufweisen. Während eine Stromunterbrechung durch die LED-Kette sowie ein Gesamtkurzschluss der LED-Kette durch den Detektor recht einfach erkannt werden können, bereitet die Detektion von LED-Einzelkurzschlüssen Probleme. Dies liegt daran, dass der Spannungsabfall über einer im Normalbetrieb befindlichen LED-Kette leider nicht konstant ist und insbesondere vom Alter der LEDs, deren Temperatur, etc., abhängig ist. Ein geringfügig sich verändernder Spannungsabfall, wie er beispielsweise bei einem Einzel-LED-Kurzschluss auftritt, lässt sich also zweifelsfrei nicht als Kurzschluss detektieren.
  • Vorrichtungen zum Betreiben von LED-Ketten, also LED-Serienschaltungen, sind aus DE-A-10 2008 037 551 , DE-A-10 2009 028 101 , AT-U-005 190 , US-A-2008/0204029 und WO-A-2012/077013 bekannt.
  • Die Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zur Versorgung mindestens zweier LED-Ketten L1,L2,L3 mit elektrischer Energie, bei der der Ausfall einzelner LEDs innerhalb der LED-Ketten durch einen LED-Kurzschluss, im Folgenden mit dem Bezugszeichen SC bezeichnet, einen zu detektierenden Fehler darstellt. Typischerweise verfügen integrierte Schaltungen, die der elektrischen Versorgung solcher LED-Ketten dienen, über die Möglichkeit einer Erkennung und anschließenden Signalisierung einer Unterbrechung des Strompfades innerhalb einer dieser LED-Ketten L1,L2,L3. Die Erkennung von Einzel-LED-Kurzschlüssen ist jedoch im Stand der Technik nicht möglich.
  • Aus der DE-A-10 2014 112 171 ist ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses in einem ersten Leuchtdiodenelement bekannt, bei dem das erste Leuchtdiodenelement im Rahmen einer speziellen Vermessung im Sperrbereich betrieben wird, überprüft wird, ob ein elektrischer Strom in Sperrrichtung über das erste Leuchtdiodenelement fließt, und der Kurzschluss erkannt wird, falls die Überprüfung ergibt, dass der Strom in Sperrrichtung fließt und größer als ein vorgegebener Leckstrom ist. Eine solche Methodik ist für die Kurzschlusserkennung in einer LED-Kette ungeeignet.
  • Aus der DE-A-10 2008 047 731 ist ein Verfahren zur Fehlererkennung in einer Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden bekannt, wobei die Fehlererkennung durch Ermittlung des Spannungsabfalls von einzelnen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden oder durch Ermittlung des Spannungsabfalls von Gruppen mehrerer der in Reihe geschalteten Leuchtdioden und durch die Auswertung dieses Spannungsabfalls oder dieser Spannungsabfälle erfolgt. Besonders Merkmal ist, dass die Auswertung durch einen Vergleich mit einem zeitlich veränderlichen Referenzwert erfolgt. Hierbei ist nachteilig, dass es einer separaten Spannungsermittlungsvorrichtung für den Spannungsabfall bedarf, was den Aufwand für die Erkennung von Einzel-LED-Kurzschlüssen erhöht.
  • Aus der DE-A-10 2007 001 501 ist eine Vorrichtung bekannt, die mittels eines Analog-zu-Digital-Wandlers in einem Mikrokontroller die einzelnen Spannungsabfälle über die LEDs einer LED-Kette während des Betriebs überprüft. Nachteilig ist, dass jede LED kontaktiert werden muss.
  • Aus der DE-A-10 2006 058 509 ist ebenfalls eine Schaltung mit Zwischenabgriffen bekannt.
  • Solche Schaltungen sind nicht in ein kleines Gehäuse einer integrierten Schaltung einbaubar, da sie zu viele Anschlüsse erfordern.
  • Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung zu schaffen, die die obigen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist.
  • Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Fahrzeuge, zu schaffen, bei der mehrere LED-Ketten auf einen Einzel-LED-Kurzschluss hin untersucht werden können, und zwar mit möglichst geringem schaltungstechnischem Aufwand.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Fahrzeuge, vorgeschlagen, die versehen ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Einzelne Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Wesensmerkmal der Erfindung ist es, jeweils zwei LED-Ketten einer LED-Beleuchtungsvorrichtung miteinander zu verkoppeln und jede LED-Kette mit einem Unterbrecherschalter zu versehen. Die ansteuerbaren Unterbrecherschalter sind durch eine Koppelbauteilanordnung miteinander gekoppelt. Sofern die Spannungsdifferenz zwischen den Steueranschlüssen der Unterbrecherschalter der beiden LED-Ketten einen vorgebbaren Wert überschreitet, was je nach Vorgabe bzw. Wunsch im Falle eines Einzel-LED-Kurzschlusses oder eines Kurzschlusses einer vorgebbaren vergleichsweise geringen Anzahl von LEDs in einer der LED-Ketten der Fall ist, wirkt sich diese Störung und die damit verbundene Verringerung der Spannung über der "gestörten" LED-Kette auf eine Veränderung der Spannung über der Koppelbauteilanordnung aus, so dass diese leitend wird und damit den Unterbrecherschalter der jeweils anderen LED-Kette aktiviert, so dass der Unterbrecherschaltung dieser anderen LED-Kette öffnet, was wiederum zuverlässig durch den Detektor, der dieser anderen LED-Kette zugeordnet ist, detektiert werden kann.
  • Erfindungsgemäß findet also eine Umsetzung eines Einzel-LED-Kurzschlusses oder eines Kurzschlusses zweier bzw. weniger LEDs in einer der LED-Ketten in eine Unterbrechung der anderen LED-Kette statt. Der Treiber für diese andere LED-Kette ist, wie oben ausgeführt, mit einem entsprechenden Fehlerdetektor versehen, der die Unterbrechung der LED-Kette erkennt. Damit bedarf es für die Realisierung der Erfindung lediglich eines Unterbrecherschalters pro LED-Kette und einer Koppelbauteilanordnung, die die Funktion erfüllen muss, ab einem vorgebbaren Spannungsabfall elektrisch zu leiten. Dies wird im einfachsten Fall durch Dioden realisiert. Es sind also letztendlich nur wenige elektronische Bauteile erforderlich, um die Erfindung sozusagen als "Add on" einer Strom- bzw. allgemein ausgedrückt Energieversorgungseinheit für eine mehrkanalige LED-Beleuchtungsvorrichtung zu realisieren.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Koppelbauteilanordnung nur bei einem vorgebbaren Vorzeichen der über ihr abfallenden Spannung einen Stromfluss ermöglicht oder in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der über ihr abfallenden Spannung einen Stromfluss in der einen oder in der entgegengesetzten anderen Richtung ermöglicht.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Koppelbauteilanordnung ein oder mehrere Dioden aufweist, die zur Ermöglichung eines Stromflusses in beiden Richtungen antiparallel geschaltet sein können.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung bei mehr als zwei LED-Ketten eine der Anzahl der LED-Ketten gleichende Anzahl an Koppelbauteilanordnung aufweist, wobei die Ansteueranschlüsse der den LED-Ketten zugeordneten Unterbrecherschalter zyklisch mittels jeweils einer Koppelbauteilanordnung und damit als Ringverschaltung gekoppelt sind.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jede Koppelbauteilanordnung einen Stromfluss gleicher Richtung durch die Ringschaltung ermöglicht.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung UWE bei mehr als zwei LED-Ketten eine der Anzahl der LED-Ketten gleichende Anzahl an Koppelbauteilanordnungen aufweist, wobei die Ansteueranschlüsse der den LED-Ketten zugeordneten Unterbrecherschaltern mittels der Koppelbauteilanordnungen (KBA) in einer Sternverschaltung gekoppelt sind.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jede Koppelbauteilanordnung unidirektionale Stromflüsse ermöglicht.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Unterbrecherschalter als bipolar-, FET- oder MOS-Transistoren ausgebildet sind.
  • Wie bereits oben erläutert, betrifft die Erfindung die Energieversorgung für elektrolumineszierende Lichtquellen, die als Schaltungsanordnungen nicht für eine bestimmte Anwendung ausgebildet ist. Allerdings ist sie besonders für die Anwendung in automobilen Leuchten geeignet. Es handelt sich daher im weitesten Sinne um eine Überwachungsvorrichtung für Anordnungen von Signal- oder Beleuchtungsvorrichtungen oder Anordnungen von optischen Signal- oder Beleuchtungsvorrichtungen oder von Anordnungen von Beleuchtungsvorrichtungen für das Fahrzeuginnere oder von Anordnungen oder besondere Ausbildung von tragbaren Notsignalvorrichtungen an Fahrzeugen.
  • Die Erfindung befasst sich also mit einer Vorrichtung zur Versorgung mindestens zweier LED-Ketten L1,L2,L3 mit elektrischer Energie, bei der der Ausfall einzelner LEDs innerhalb der LED-Ketten durch einen LED-Kurzschluss, im Folgenden mit dem Bezugszeichen SC bezeichnet, einen zu detektierenden Fehler darstellt. Typischerweise verfügen integrierte Schaltungen, die der elektrischen Versorgung solcher LED-Ketten dienen, über die Möglichkeit einer Erkennung und anschließenden Signalisierung einer Unterbrechung des Strompfades innerhalb einer dieser LED-Ketten L1,L2,L3. Die Erkennung von Einzel-LED-Kurzschlüssen ist jedoch im Stand der Technik nicht möglich.
  • Solche Schaltungen sind nicht in ein kleines Gehäuse einer integrierten Schaltung einbaubar, da sie zu viele Anschlüsse erfordern.
  • Wie oben ausgeführt, liegt der Erfindung also Aufgabe zu Grunde, eine Lösung zu schaffen, die die obigen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist.
  • Es ist die Grundidee in dieser Offenbarung, die bereits vorhandene Erkennung von Unterbrechungen des Strompfades einer LED-Kette von mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 für die Erkennung eines Einzel-LED-Kurzschlusses in einer anderen LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 zu nutzen. Hierzu ist eine spezielle Teilvorrichtung notwendig, die zwischen die Energieversorgung, typischerweise eine Stromquelle IS1, IS2, IS3 innerhalb einer integrierten Schaltung, und die mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 eingefügt wird und diese so koppelt, dass ein Einzel-LED-Kurzschluss oder ein Kurzschluss in einigen wenigen (zwei, drei, vier) LEDs in einer LED-Kette zu einer Unterbrechung des Stromflusses in mindestens eine anderen LED-Kette führt. Da der integrierte Schaltkreis zumindest in Anwendungen für die Automobilindustrie über Hilfsmittel zur Erkennung einer Unterbrechung des Stromflusses in einer oder mehreren der angeschlossenen LED-Ketten L1,L2,L3 verfügt, wird dieser somit in die Lage versetzt, einen Fehler zu erkennen und als solchen auszugeben. Es wurde hierbei erkannt, dass es in der Regel eben nicht wichtig ist, angeben zu können, welcher Fehler (Kurzschluss einer Einzel-LED oder Unterbrechung einer LED-Kette) vorliegt und an welcher LED-Kette dieser Fehler vorliegt. Somit können diese Informationen zu Gunsten einer Einzel-LED-Kurzschlusserkennung geopfert werden.
  • Es wird daher ein Verfahren zur Detektion eines Einzel-LED-Ausfalls in einer Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 vorgeschlagen, das als ersten Schritt das Detektieren eines Einzel-LED-Kurzschlusses in einer ersten LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 durch ein erstes Detektionsmittel vorsieht und ein durch diese Detektion verursachtes Unterbrechen des Stromflusses durch mindestens eine andere LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 durch ein Unterbrechungsmittel. Im Folgenden Text wird offenbart, dass in dem hier vorgelegten Ausführungsbeispiel als erstes Detektionsmittel ein erster Transistor T1 und erste Diode D1 im Zusammenwirken mit einem ersten Widerstand R1, wie z.B. in Fig. 3 gezeigt, vorgeschlagen werden. Als Unterbrechungsmittel wird das entsprechende Detektionsmittel der jeweiligen anderen LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 vorgeschlagen. In den hier vorgelegten Beispielen übt also der Transistor eine Doppelfunktion als Detektionsmittel und als Unterbrechungsmittel aus. Dies muss nicht unbedingt der Fall sein. Als vorgreifendes Beispiel sei hier bereits auf Transistor T2 in Fig. 3 zur Verdeutlichung verwiesen. Nachdem somit der Stromfluss durch die andere LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten erfolgt ist, wird also der Einzel-LED-Kurzschluss in eine LED-Ketten-Unterbrechung einer anderen LED-Kette verwandelt. Hierdurch werden dann die Messbarkeit und damit die Detektierbarkeit durch den integrierten Schaltkreis hergestellt, was das technische Problem löst. Als letzter Schritt erfolgt daher das Detektieren der Unterbrechung des Stromflusses durch die andere LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3.
  • Zusammengefasst zeichnet sich die vorgeschlagene Vorrichtung zur Versorgung mindestens zweier LED-Ketten L1,L2,L3 mit elektrischer Energie dadurch aus, dass Sie eine Teilvorrichtung StOC aufweist, die bei dem Kurzschluss einer oder mehrerer LEDs innerhalb einer ersten LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 eine Erkennung und/oder anschließenden Signalisierung einer Unterbrechung des Strompfades innerhalb einer anderen LED-Kette dieser mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3, im Folgenden die zweite LED-Kette, herbeiführt. Voraussetzung ist, dass die vorgeschlagene Vorrichtung über Messmittel MI1,MU1;MI1,MU2;MI3,MU3 zur Detektion einer Unterbrechung einer LED-Kette und geeignete Signalisierungsmittel verfügt um das Detektionsergebnis an eine Steuereinrichtung weitergeben (signalisieren) zu können.
  • Der besondere Vorteil liegt hierbei in der Umwandlung der Erscheinungsform eines LED-Einzelkurzschlusses in eine LED-Kettenunterbrechung, die durch den integrierten Schaltkreis (die Vorrichtung) detektierbar ist.
  • Eine weitere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass sich in jedem Strompfad jeder LED-Kette dieser mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 jeweils ein Transistor T1,T2,T3 befindet. Hierbei handelt es sich bevorzugt um einen Bipolar-Transistor. Hierbei ist jeder Transistor T1,T2,T3 Teil der Teilvorrichtung. Im fehlerfreien Betrieb ist jeder Transistor T1,T2,T3 leitend. Mindestens ein Transistor T1,T2,T3 der zweiten LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3, im Folgenden zweiter Transistor genannt, wird sperrend geschaltet, wenn in einer ersten LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 ein Kurzschluss SC längs der LED-Kette auftritt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass sie sehr kompakt ist und sich mit wenigen Bauteilen realisieren lässt.
  • Eine weitere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass es sich bei mindestens einem Transistor der ersten LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 im Folgenden erster Transistor genannt, um einen Bipolar-Transistor T1,T2,T2 handelt und dass es sich bei mindestens dem zweiten Transistor der zweiten LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 ebenfalls um einen Bipolar-Transistor T1,T2,T2 handelt. Dabei ist die Basis des ersten Transistors mit der Basis des zweiten Transistors über mindestens eine Diode D1,D2,D3,D11,D12,D21,D22,D31,D32 direkt oder indirekt, insbesondere über einen Vorwiderstand Rv1,Rv2, verbunden. Die Basis des ersten Transistors wird mittels einer Arbeitspunkteinstellung so bestromt, um den Transistor im Normalbetrieb sicher durchzuschalten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Arbeitspunkteinstellung über einen Arbeitspunktwiderstand R1,R2,R3 erfolgt, der den Steueranschluss (die Basis oder das Gate) des ersten Transistors den mit der Energiequelle IS1,IS2,IS3 der ersten LED-Kette, in deren Strompfad sich der erste Transistor befindet, verbindet.
  • Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass der erste Transistor im Normalbetrieb leitend ist und der Basisstrom im Fehlerfall durch die Basis-Emitter-Diode des entsprechenden Transistors der anderen LED-Kette bei einem Einzel-LED-Kurzschluss abgesaugt werden kann, wodurch der erste Transistor zu sperren beginnt. Da MOS-Transistoren zum ersten nicht stromgesteuert sind und zum zweiten nicht über die notwendige Basis-Emitter-Diode verfügen, die die eigentliche LED-Kurzschluss-Detektion durchführt, muss bei der Verwendung von MOS-Transistoren die Detektionsfunktion für den Einzel-LED-Kurzschluss und die Unterbrechungsfunktion für die Unterbrechung des Stromflusses durch die LED-Kette getrennt werden. Die Detektionsfunktion wird durch eine dann separate Detektionsvorrichtung wahrgenommen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine separate PN-Diode, eine Hilfsdiode, handeln. Diese Hilfsdiode d1,d2,d3 wird als Detektionsvorrichtung notwendig, wenn statt eines Bipolar-Transistors als Transistor T1,T2,T3 ein MOS-Transistor verwendet wird. Die betreffende Hilfsdiode wird dann zwischen das Gate des MOS-Transistors als zweiten Konten K12,K22,K23 der betreffenden LED-Kette und dem Verbindungsknoten K13,K23,K33) zwischen MOS-Transistor T1,T2,T3 und der betreffenden LED-Kette geschaltet. Die Polarität der Hilfsdiode d1,d2,d3 wird dabei dem Transistortyp entsprechend bei der Verschaltung gewählt. Die Hilfsdiode d1,d2,d3 der betreffenden LED-Kette emuliert dann die Funktion der Basis-Emitter-Diode eines Bipolar-Transistors als Detektionsvorrichtung und zwingt das Potenzial eines Transistors eines anderen Kanals auf ein Potenzial bei dem die Gate-Source-Strecke keine ausreichende Spannung mehr aufweist, wodurch dieser zu Sperren anfängt, wenn es zu einem Kurzschluss einer einzelnen oder mehrere LEDs längs der betreffenden LED-Kette kommt. Bei der Verwendung von MOS-Transistoren sind also die Funktionen Detektionsvorrichtung (erste Hilfsdiode) und Unterbrechungsvorrichtung (Transistor) getrennt, während sie bei Bipolartransistoren durch die Bipolartransistoren gleichzeitig (Transistor alleine) durchgeführt werden können. Bei der Verwendung eines Bipolartransistors als Transistor T1,T2,T3 ist daher die Hilfsdiode d1,d2,d3 nicht zwingend erforderlich. Besonders vorteilhaft ist die Konstruktion mit Hilfsdioden und MOS-Transistoren daher, weil sie eine Komplettintegration in integrierte CMOS-Schaltungen im Rahmen von CMOS Standardprozessen ermöglicht.
  • Eine weitere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Vorrichtung mehrere LED-Ketten miteinander verknüpft. Dabei umfasst die Vorrichtung nun mindestens drei LED-Ketten L1,L2,L3. Die Ausgestaltung der Vorrichtung befasst sich mit einer speziellen Topologie der Verschaltung der Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler StOC. In jedem Strompfad jeder LED-Kette dieser mindestens drei LED-Ketten L1,L2,L3 befindet sich jeweils ein Transistor T1,T2,T3, insbesondere ein Bipolar-Transistor. Jeder Transistor T1,T2,T3 ist wieder Teil der Teilvorrichtung. Jeder Transistor T1,T2,T3 ist dabei wieder so beschaltet, dass er im fehlerfreien Betrieb leitend ist. Im Fehlerfall eines Kurzschlusses längs einer LED-Kette wird immer mindestens einer der Transistoren T1,T2,T3 der LED-Ketten sperrend geschaltet, die von dem Kurzschluss nicht betroffen sind. Dies geschieht wenn in mindestens einer anderen LED-Kette der mindestens drei LED-Ketten L1,L2,L3, die nicht die LED-Kette des sperrend geschalteten Transistors ist, ein Kurzschluss längs der LED-Kette auftritt. Der Steueranschluss (Basis bzw. Gate) jedes Transistors einer vorausgehenden LED-Kette ist hier mit dem Steueranschluss (Basis bzw. Gate) des nachfolgenden Transistors über mindestens eine Diode D1,D2,D3,D11,D12,D21,D22,D31,D32 direkt oder indirekt, insbesondere über einen Widerstand Rv1,Rv2,Rv3, verbunden. Die Worte "vorausgehend" und "nachfolgend" beziehen sich hierbei auf eine virtuelle Nummerierbarkeit der m LED-Kette von 1 bis m. Hierbei folgt die LED-Kette der LED-Kette mit der niedrigeren Nummer nach und geht der mit der höheren Nummer voraus. Die erste LED-Kette soll hierbei als Nachfolgende der m-ten LED-Kette verstanden werden und die m-te LED-Kette als Vorausgehende der ersten LED-Kette. Alle Elemente einer vorausgehenden LED-Kette werden daher hier als "vorausgehend" bezeichnet. Alle Elemente einer nachfolgenden LED-Kette als nachfolgend. Der Steueranschluss (Basis oder Gate) des vorausgehenden Transistors wird mittels einer Arbeitspunkteinstellung bestromt. Besonders bevorzugt ist der Steueranschluss (Basis oder Gate) des vorausgehenden Transistors über einen Arbeitspunktwiderstand R1,R2,R3 mit der Energiequelle IS1,IS2,IS3 der zugehörigen LED-Kette, in deren Strompfad sich der vorausgehende Transistor befindet, verbunden. Im Falle eines MOS-Transistors als nachfolgenden Transistor ist der Steueranschluss (Basis oder Gate) des nachfolgenden Transistors mit einem Anschluss der nachfolgenden LED-Kette, mit der er verbunden ist, über eine zugehörige nachfolgende Hilfsdiode verbunden. Im Falle eines MOS-Transistors als vorausgehenden Transistor ist der Steueranschluss (Basis oder Gate) des vorausgehenden Transistors mit einem Anschluss der vorausgehenden LED-Kette, mit der er verbunden ist, über eine zugehörige vorausgehende Hilfsdiode verbunden. Das Besondere an dieser Ausgestaltung der Vorrichtung ist, dass die Dioden so geschaltet sind, dass sie einen kreisförmigen Stromfluss durch die Dioden hindurch gestatten. Die Kanäle sind also im Kreis miteinander verschaltet.
  • Eine weitere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung ebenfalls mindestens drei LED-Ketten L1,L2,L3 aufweist und diese statt ringförmig, wie zuvor beschrieben nun sternförmig über Dioden miteinander zusammen geschaltet werden sollen. In jedem Strompfad jeder LED-Kette dieser drei LED-Ketten L1,L2,L3 befindet sich wieder jeweils ein Transistor T1,T2,T3, insbesondere ein Bipolar-Transistor oder MOS-Transistor mit einem Steueranschluss (Basis oder Gate) und jeweils zwei weiteren Anschlüssen. Jeder Transistor T1,T2,T3 ist wieder Teil der jeweiligen Teilvorrichtung. Jeder Transistor T1,T2,T3 ist wieder so beschaltet, dass er im fehlerfreien Betrieb leitend ist. Es wird wieder immer mindestens einer dieser Transistoren T1,T2,T3 sperrend geschaltet, wenn in mindestens einer anderen LED-Kette der mindestens drei LED-Ketten L1,L2,L3, die nicht die LED-Kette des sperrend geschalteten Transistors ist, ein Kurzschluss längs der betroffenen LED-Kette auftritt. Der Steueranschluss (Basis oder Gate) jedes Transistors einer vorausgehenden LED-Kette ist nun jedoch mit dem Steueranschluss (Basis oder Gate) des nachfolgenden Transistors über mindestens zwei seriell hintereinander geschaltete Dioden-Paare D11,D12;D21,D22;D31,D32 aus jeweils zwei antiparallel verschalteten Dioden D11,D12;D21,D22;D31,D32 verbunden. Die Dioden weisen zwei Anschlüsse auf. Jede Diode kann mit einem Widerstand in Serie geschaltet sein. Der Steueranschluss (Basis oder Gate) des vorausgehenden Transistors wird mittels einer Arbeitspunkteinstellung bestromt. Besonders bevorzugt erfolgt diese Bestromung in der Weise, dass der Steueranschluss (Basis oder Gate) des vorausgehenden Transistors über einen Arbeitspunktwiderstand R1,R2,R3 mit der Energiequelle IS1,IS2,IS3 der zugehörigen LED-Kette, in deren Strompfad sich der vorausgehende Transistor befindet, verbunden ist. Im Falle eines MOS-Transistors als nachfolgenden Transistor ist der Steueranschluss (Basis oder Gate) des nachfolgenden Transistors mit einem Anschluss der nachfolgenden LED-Kette, mit der er verbunden ist, über eine zugehörige nachfolgende Hilfsdiode verbunden. Im Falle eines MOS-Transistors als vorausgehenden Transistor ist der Steueranschluss (Basis oder Gate) des vorausgehenden Transistors mit einem Anschluss der vorausgehenden LED-Kette, mit der er verbunden ist, über eine zugehörige vorausgehende Hilfsdiode verbunden. Die Dioden sind dabei so geschaltet, dass sie mit einem Anschluss mit einem gemeinsamen Sternpunkt (SP) verbunden sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
    • Fig. 1
    schematisch vereinfacht das Grundprinzip der vorgeschlagenen Technischen Lösung mit einem Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler StOC,
    Fig. 2
    eine einfache konkretere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lösung mit NPN-Bipolar-Transistoren,
    Fig. 3
    eine einfache konkretere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lösung mit PNP-Bipolar-Transistoren,
    Fig. 4
    eine einfache konkretere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lösung mit N-Kanal-MOS-Transistoren,
    Fig. 5
    eine einfache konkretere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Lösung mit P-Kanal-MOS-Transistoren,
    Fig. 6
    eine Schaltungsanordnung entsprechend derjenigen der Fig. 2 mit dem Unterschied, dass die Teilvorrichtung, die den Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler StOC bildet, in beide Richtungen wirkt,
    Fig. 7
    eine Schaltungsanordnung entsprechend derjenigen der Fig. 6 mit dem Unterschied, dass durch Vorwiderstände der Dioden eine Asymmetrie der LED-Ketten ausgeglichen werden kann,
    Fig. 8
    eine Schaltungsanordnung entsprechend der kreisförmigen Aneinanderreihung mehrerer Fign. 2 und
    Fig. 9
    eine Schaltungsanordnung entsprechend der sternförmigen Zusammenschaltung mehrerer Fign. 6.
  • Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Lösungsgedanken der vorgeschlagenen Vorrichtung und des vorgeschlagenen Verfahrens. Ein erster Beleuchtungskanal CH1 umfasst die erste Energiequelle - hier die erste Stromquelle IS1 - die erste LED-Kette L1 mit den LEDs L11,L12,.... L1n und erste Messmittel MI1,MU1. Der erste Kanal umfasst in diesen Beispiel ein erstes Strommessmittel MI1, das den Wert des durch die Energiequelle in die erste LED-Kette L1 eingespeisten ersten elektrischen Stroms I1 erfasst. Ein erster Detektor DE1 in Form eines ersten Spannungsmessmittels MU1 erfasst den Spannungsabfall über der ersten LED-Kette L1. Der erste Kanal CH1 umfasst typischerweise mindestens eines dieser ersten Messmittel. Also zumindest das erste Strommessmittel MI1 oder das erste Spannungsmessmittel MU1, um eine Unterbrechung der ersten LED-Kette L1 detektieren zu können. Ein zweiter Beleuchtungskanal CH2 umfasst die zweite Energiequelle - hier die zweite Stromquelle IS2 - die zweite LED-Kette L2 mit den LEDs L21,L22,...,L2n und zweite Messmittel MI2,MU2. Der zweite Kanal CH2 umfasst in diesem Beispiel ein zweites Strommessmittel MI2, das den Wert des durch die zweite Energiequelle in die zweite LED-Kette L2 eingespeisten zweiten elektrischen Stroms I2 erfasst. Ein zweites Spannungsmessmittel MU2 erfasst als Detektor DE2 den Spannungsabfall über der zweiten LED-Kette L2. Der zweite Kanal CH2 umfasst typischerweise mindestens eines dieser zweiten Messmittel. Also zumindest das zweite Strommessmittel MI2 oder das zweite Spannungsmessmittel MU2 (Detektor D2), um eine Unterbrechung der zweiten LED-Kette L2 detektieren zu können.
  • Zwischen der (Mehrkanal-)Stromversorgungseinheit SVE und den LED-Ketten L1,L2 ist eine Überwachungseinrichtung UWE angeordnet, in der erfindungsgemäß ein Kurzschluss einer LED bzw. einiger weniger LEDs in einer der LED-Ketten in eine Unterbrechung einer anderen der LED-Ketten "überführt", was von dem dieser unterbrochenen LED-Kette zugeordneten Detektor erkannt wird. Die Überwachungseinrichtung UWE weist also einen Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler StOC auf, der das eine Ende der ersten LED-Kette L1 im Normalbetrieb elektrisch leitend mit der ersten Energiequelle, hier die erste Stromquelle IS1, und das eine Ende der zweiten LED-Kette L2 im Normalbetrieb elektrisch leitend mit der zweiten Energiequelle, hier die zweite Stromquelle IS2 verbindet. Besonders bevorzugt wertet der Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler StOC das Potenzial des dritten Knotens K13 des ersten Beleuchtungskanals (CH1) relativ zu einem Bezugspotenzial - bevorzugt Masse - aus. In Abhängigkeit vom elektrischen Potenzial des dritten Knotens K13 des ersten Beleuchtungskanals CH1 relativ zu dem Bezugspotenzial unterbricht der Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler StOC die elektrische Verbindung zwischen der zweiten Energiequelle, hier die zweite Stromquelle IS2, und der zweiten LED-Kette L2. Hierdurch werden die zweiten Messmittel, das zweite Spannungsmessmittel MU2 und/oder das zweite Strommessmittel MI2, d.h. der zweite Detektor DE2 in die Lage versetzt, diese Unterbrechung zu detektieren und eine entsprechende Fehlermeldung zu verursachen. Besonders bevorzugt wirkt der Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler StOC symmetrisch. D.h. bei einer Spannungsabfalländerung über die zweite LED-Kette L2 über ein gewisses Maß hinweg trennt der Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler StOC die elektrische Verbindung zwischen der ersten Energiequelle, hier die erste Stromquelle IS1 und der ersten LED-Kette L1 in analoger Weise. Hierdurch werden die ersten Messmittel, das erste Spannungsmessmittel MU1 und/oder das erste Strommessmittel MI1, d.h. der erste Detektor DE1 analog in die Lage versetzt, diese Unterbrechung zu detektieren und eine entsprechende Fehlermeldung zu verursachen.
  • Fig. 2 zeigt eine einfache Realisierung dieses Prinzips. Hier wird die erste LED-Kette L1 auf Einzel-LED-Kurzschlüsse überwacht, während die zweite LED-Kette L2 zur Signalisierung benutzt wird.
  • Zunächst wird der Aufbau des dem ersten Kanal CH1 zugeordneten Teils der Überwachungseinrichtung UWE beschrieben.
  • Ein erster Transistor T1 (erster Unterbrecherschalter) ist in diesem Beispiel ein NPN-Bipolar-Transistor. Dieser ist mit seinem Kollektor mit einem ersten Knoten K11 des ersten Kanals CH1 verbunden. Mit diesem ersten Knoten K11 des ersten Kanals CH1 sind auch gegebenenfalls das erste Spannungsmessmittel MU1 (erster Detektor DE1) und die erste Stromquelle IS1 als erste Energiequelle verbunden. In Serie mit der ersten Stromquelle IS1 ist das gegebenenfalls vorhandene erste Strommessmittel MI1 geschaltet. Die Reihenfolge von erster Stromquelle IS1 und erstem Strommessmittel MI1 kann variiert werden. Der erste Knoten Kn des ersten Kanals CH1 ist mittels eines ersten Widerstands R1 mit der Basis des ersten Transistors T1 verbunden. Hierdurch wird der Arbeitspunkt des ersten Transistors T1 eingestellt. Der erste Widerstand R1 bestromt die Basis-Emitter-Diode des ersten Transistors T1, der dadurch im Normalzustand leitend ist. Der Emitter des ersten Transistors T1 bei K13 ist mit einem Ende der ersten LED-Kette L1 verbunden. Diese Verbindung ist der dritte elektrische Knoten K13 des ersten Kanals CH1. Das andere Ende der ersten LED-Kette L1 ist mit dem Bezugspotenzial, hier mit Masse, verbunden. Die Basis des ersten Transistors T1 bildet den zweiten elektrischen Knoten K12 des ersten Kanals CH1.
  • Nun wird der Aufbau des dem zweiten Kanal CH2 zugeordneten Teils der Überwachungseinrichtung UWE beschrieben.
  • Ein zweiter Transistor T2 (zweiter Unterbrecherschalter) ist in diesem Beispiel ebenfalls ein NPN-Bipolar-Transistor. Dieser ist mit seinem Kollektor mit einem zweiten Knoten K21 des zweiten Kanals CH2 verbunden. Mit diesem zweiten Knoten K21 des zweiten Kanals CH2 sind auch gegebenenfalls das zweite Spannungsmessmittel MU2 (zweiter Detektor DE2) und die zweite Stromquelle IS2 als zweite Energiequelle verbunden. In Serie mit der zweiten Stromquelle IS2 ist das gegebenenfalls vorhandene zweite Strommessmittel MI2 geschaltet. Die Reihenfolge von zweiter Stromquelle IS2 und zweitem Strommessmittel MI2 kann variiert werden. Der erste Konten K21 des zweiten Kanals CH2 ist mittels eines zweiten Widerstands R2 mit der Basis des zweiten Transistors T2 verbunden. Hierdurch wird der Arbeitspunkt des zweiten Transistors T2 eingestellt. Der zweite Widerstand R2 bestromt die Basis-Emitter-Diode des zweiten Transistors (T2), der dadurch im Normalzustand leitend ist. Der Emitter des zweiten Transistors T2 ist mit einem Ende der zweiten LED-Kette L2 verbunden. Diese Verbindung ist der dritte elektrische Knoten K23 des zweiten Kanals CH2. Das andere Ende der zweiten LED-Kette L2 ist mit dem Bezugspotenzial, hier mit Masse, verbunden. Die Basis des zweiten Transistors T2 bildet den zweiten elektrischen Knoten K22 des ersten Kanals CH2.
  • Die Überwachungseinrichtung UWE weist als zwischen den Basisanschlüssen K12,K21 der Transistoren T1,T2 geschaltete Koppelbauteilanordnung KBA eine erste Diode D1 auf, die die Basis des ersten Transistors T1, also den zweiten Knoten K12 des ersten Kanals CH1, mit der Basis des zweiten Transistors T2, also dem zweiten Konten K22 des zweiten Kanals CH2 verbindet. Die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Knoten K12 des ersten Kanals CH1 und dem zweiten Knoten K22 des zweiten Kanals CH2 ist wegen der Diode D1 normalerweise unterbrochen, da der Spannungsabfall über die erste LED-Kette L1 und die zweite LED-Kette L2 bei gleicher Bestromung gleich sein sollte und somit keine einen Stromfluss durch die Diode D1 verursachende Spannungsdifferenz über der Diode D1 abfällt, deren Schwellspannung also nicht erreicht ist. Es sei hier zunächst von symmetrischen Verhältnissen ausgegangen. Das bedeutet von einer gleichen Anzahl n an LEDs in den beiden LED-Ketten und von einem gleichen ersten Strom I1 und einem zweiten Strom I2. Durch die auf gleiche Werte eingestellten Ströme I1,I2 der beiden Stromquellen IS1,IS2 wird bei gleichen LEDs und bei gleicher LED-Anzahl ein gleiches elektrisches Potenzial für den jeweiligen dritten Knoten K13,K23 des ersten Kanals CH1 und des zweiten Kanals CH2 vorgegeben. Wird der Widerstandswert des ersten Widerstands R1 gleich dem Widerstandswert des zweiten Widerstands R2 gewählt, so wird die Basis-Emitter-Diode des ersten Transistors T1 mit dem gleichen Strom bestromt, wie die Basis-Emitter-Diode des zweiten Transistors T2. Wir nehmen hier zur Vereinfachung an, dass der erste Transistor T1 Eigenschaften aufweist, die den Eigenschaften des zweiten Transistors T2 gleichen. Damit fallen über die Basis-Emitter-Dioden-Strecken gleiche Basis-Emitter-Spannungen ab. Somit muss in diesem Fall im Normalbetrieb das Potenzial zu beiden Seiten der ersten Diode D1 gleich sein und es fließt kein Strom. In der Realität werden weder die Widerstände R1,R2, noch die Transistoren T1,T2, noch die LEDs der LED-Ketten L1;L2 identisch sein, sondern voneinander abweichen. Daher ist es sinnvoll, die Schaltspannung der ersten Diode D1 bzw. der Koppelbauteilanordnung KBA geeignet zu wählen. Gegebenenfalls können Zenerdioden verwendet werden oder Serienschaltungen von Dioden. In manchen Fällen mag es sinnvoll sein, statt Siliziumdioden Germaniumdioden oder andere in der Schaltspannung geeignet modifizierte Dioden durch geeignete Materialien zu verwenden. In Jedem Falle sollte mittels einer (z.B. Monte-Carlo-)Simulation geklärt werden, welche Diodenschaltspannungen die Streuung der Bauelemente erfordern. Dies ist aber je nach Applikation unterschiedlich und soll daher hier nicht weiter diskutiert werden.
  • Im Falle eines Kurzschlusses einer einzelnen LED (in der Fig. 2 beispielhaft ein Kurzschluss SC der ersten LED L11 der ersten LED-Kette L1 bleibt der Stromfluss durch die erste LED-Kette L1 auf dem Stromwert des ersten Stroms I1 der ersten Stromquelle IS1. Das Potential des dritten Knotens K13 des ersten Kanals CH1 gegenüber dem Bezugspotenzial fällt um eine LED-Schaltspannung, d.h. um die Spannung ab, die über jeder der vorzugsweise gleichen LEDs abfällt, wenn sie vom ersten Strom durchflossen werden. Damit sinkt auch der Betrag des Potenzials des zweiten Knotens K12 des ersten Kanals CH1 gegenüber Masse um genau diesen Wert, das dieses ja durch den erzwungenen fixen Spannungsabfall über die Basis-Emitter-Diode des ersten Transistors T1 an das Potenzial des dritten Knotens K13 des ersten Kanals gekoppelt ist. Es tritt somit eine (erhöhte) Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Knoten K22 des zweiten Kanals CH2 und dem zweiten Knoten K12 des ersten Kanals CH1 und damit eine (erhöhte) Spannungsdifferenz über der Koppelbauteilanordnung KBA auf. Diese Spannungsdifferenz ist in Flussrichtung der ersten Diode D1. Bei geeigneter Wahl der Schaltspannung der Koppelbauteilanordnung KBA (erste Diode D1) beginnt diese zu leiten. Die Schaltspannung der ersten Diode D1 sollte daher kleiner oder gleich der Schaltspannungen der verwendeten LEDs in der ersten LED-Kette L1 gewählt werden. Vorzugsweise liegt sie zwischen 5% und 90% niedriger als die Schaltspannung der LEDs. Gegebenenfalls kann die erste Diode auch durch eine elektrische Schaltung gleicher Wirkung mit Verstärkern etc. ersetzt werden, die eine geeignete Schaltspannung zeigt. Wenn hier also von der ersten Diode D1 die Rede ist, so bezieht sich dies auf die Wirkung dieses Bauteils bzw. einer dieses Bauteil ersetzenden Schaltung, d.h. auf eine wie auch immer geartete Koppelbauteilanordnung KBA, die ab einer vorgegebenen Schaltspannung leitend wird.
  • Wenn nun die erste Diode D1 öffnet, so fließt der Strom, der bisher durch die Basis-Emitter-Diode des zweiten Transistors T2 abgeflossen ist, über die Basis-Emitter-Diode des ersten Transistors T1 ab. Dadurch wird der zweite Transistor weniger leitend, wodurch sich das Potenzial des dritten Knotens K23 des zweiten Kanals CH2 absenkt. Aufgrund der großen Stromverstärkung und des großen differentiellen Widerstands der LEDs der zweiten LED-Kette L2 wird die zweite LED-Kette L2 abgeschaltet (T2 öffnet). Hierdurch sinkt die Stromabnahme des Stroms der zweiten Stromquelle IS2, was durch die zweiten Messmittel MI2,MU2 (Detektor DE2) erfasst werden kann. Auf Grund dieser Erfassung wird dann typischerweise eine Unterbrechung detektiert und gegebenenfalls signalisiert.
  • Die noch verbliebene zweite Diode D2 des zweiten Kanals CH2 dient nur zur Verdeutlichung potenzieller Anreihungsmöglichkeit (Verkopplung jeweils zweier LED-Ketten bei Vorhandensein einer Vielzahl von LED-Ketten).
  • Beispielrechnung:
    Unter der beispielhaften Annahme, dass die Flussspannung einer LED 3V beträgt, beträgt das Potenzial des dritten Knotens K13 des ersten Kanals CH1 n∗3V. Es sei beispielhaft angenommen, dass für die Berechnung n=5 gilt. Es fallen dann also 15 V über die erste LED-Kette L1 zwischen dem dritten Knoten K13 des ersten Kanals und Masse ab. Über die Basis-Emitter-Diode des ersten Transistors T1 sollen beispielhaft 0,7 V abfallen. Damit liegt das Potenzial des zweiten Knotens K12 des ersten Kanals CH1 im Normalbetrieb bei 15,7 V gegen Massepotenzial. Gleiches gilt analog für das Potenzial des zweiten Knotens K22 des zweiten Kanals CH2 im Normalbetrieb, was somit ebenfalls bei 15,7 V gegen Massepotenzial liegt. Wird nun die erste LED L11 durch einen Kurzschluss SC kurzgeschlossen, so fällt das Potenzial des dritten Knotens K13 des ersten Kanals CH1 um eine LED-Schaltspannung = 3 V. Damit liegt es bei 12 V. Daraus folgt, dass das Potenzial des zweiten Knotens K12 des ersten Kanals CH1 dann nur noch bei 12,7V liegt. Es fallen dann 15,7 V-12,7 V=3 V, also eine LED-Schleusenspannung über der ersten Diode D1 ab, woraufhin diese zu leiten beginnt, denn ihre Schwellspannung, d.h. die Schaltspannung der allgemein ausgedrückt Koppelbauteilanordnung KBA liegt in diesem Beispiel bei 0,7 V. Damit wird das Potenzial des zweiten Knotens K22 des zweiten Kanals dann aber durch den Spannungsabfall über die erste Diode D1 bestimmt. Wenn deren Schaltspannung wieder beispielsweise 0,7 V beträgt, so liegt damit das Potenzial des zweiten Knotens K22 des zweiten Kanals CH2 nur noch bei 13,4 V statt bei 15,7 V. Hierdurch muss das Potenzial des dritten Knotens K23 des zweiten Kanals CH2 um 0,7 V entsprechend der Basis-Emitter-Spannung des zweiten Transistors T2 niedriger bei 12,7 V liegen. Aufgrund der steilen Kennlinie der LEDs in der zweiten LED-Kette L2 sinkt dadurch die Stromabnahme an der zweiten Stromquelle IS2. Dies kann durch die zweiten Messmittel MI2,MU2 (Detektor DE2) erfasst werden. Dieses Absinken des zweiten Stromes I2 kann direkt durch das zweite Strommessmittel MI2 oder als sich ändernder Spannungsabfall über die zweite Stromquelle IS2 durch das zweite Spannungsmessmittel (Detektor DE2) detektiert werden. Die Verhältnisse entsprechen einer Unterbrechung der zweiten LED-Kette L2 und werden als solche durch die zweiten Messmittel des zweiten Kanals CH2 erkannt.
  • Fig. 3 stimmt im Wesentlichen mit Fig. 2 überein. Die LED-Ketten sind jedoch "umgedreht" an die Versorgungsspannung angeschlossen. Die Versorgungsspannung Vbat dient nun als Bezugspotenzial. Der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 sind nun beispielhaft PNP-Transistoren. Die erste Diode D1 ist, um die Funktionstüchtigkeit herzustellen ebenfalls gedreht. Die Funktionsweise ist ansonsten aber analog der von Fig. 2.
  • Die Fig. 4 entspricht der Fig. 2 mit dem Unterschied, dass N-Kanal-MOS-Transistoren statt der NPN-Bipolar-Transistoren für den ersten Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 verwendet werden. Um den zweiten Knoten K12 des ersten Kanals CH1 mit dem dritten Knoten K13 des ersten Kanals hinsichtlich der Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden Knoten zu koppeln, muss die weggefallene Basis-Emitter-Diode in ihrer Funktion ersetzt werden. Dies geschieht durch eine erste Hilfsdiode HD1. Über den ersten Widerstand R1 wird der Stromfluss über die erste Hilfsdiode HD1 eingestellt, sodass diese im Normalbetrieb geöffnet ist. Der erste Transistor T1 wird vorzugsweise so eingebaut, dass die Source des ersten Transistors T1 mit dem dritten Knoten K13 des ersten Kanals CH1 verbunden ist.
  • Die Fig. 5 entspricht der Fig. 3 mit dem Unterschied, dass P-Kanal-MOS-Transistoren statt der PNP-Bipolar-Transistoren für den ersten Transistor T1 und den zweiten Transistor T2 verwendet werden. Um den zweiten Knoten K12 des ersten Kanals CH1 mit dem dritten Knoten K13 des ersten Kanals hinsichtlich der Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden Knoten zu koppeln, muss die weggefallene Basis-Emitter-Diode in ihrer Funktion ersetzt werden. Dies geschieht durch eine erste Hilfsdiode HD1. Über den ersten Widerstand R1 wird der Stromfluss über die erste Hilfsdiode HD1 eingestellt, sodass diese im Normalbetrieb geöffnet ist. Der erste Transistor T1 wird vorzugsweise so eingebaut, dass die Source des ersten Transistors T1 mit dem dritten Knoten K13 des ersten Kanals CH1 verbunden ist.
  • Fig. 6 entspricht der Fig. 2 mit dem Unterschied, dass die Koppelbauteilanordnung KBA eine zweite Diode D2 aufweist, die antiparallel zur ersten Diode D1 geschaltet ist. Hierdurch kann nun auch der zweite Kanal CH2 bei einem Einzel-LED-Kurzschluss in der zweiten LED-Kette L2 den Stromfluss im ersten Kanal CH1 unterbrechen und so die Detektion einer LED-Ketten-Unterbrechung über den ersten Kanal CH1 hervorrufen.
  • Fig. 7 entspricht der Fig. 6 mit dem Unterschied, dass die erste Diode D1 und die zweite Diode D2 der Koppelbauteilanordnung KBA mit jeweils einem Vorwiderstand Rv1,Rv2 versehen sind. Diese Vorwiderstände ermöglichen die Asymmetrisierung der Schaltung. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die LED-Ketten nicht gleich sind oder die Nennströme I1,I2 schon im Normalbetrieb ungleich sind. Auf die Möglichkeit der Ersetzung der ersten Diode D1 und oder der zweiten Diode D2 durch komplexere Schaltungen gleicher Wirkung wurde ja bereits oben hingewiesen. In der Realität kann es sinnvoll sein, wenn die erste Diode D1 eine andere Schaltspannung aufweist als die zweite Diode D2.
  • Fig. 8 entspricht zwei Fign. 2, bei denen drei LED-Ketten L1,L2,L3 in drei Kanälen verwendet werden. Die Koppelbauteilanordnung KBA weist drei Dioden D1,D2,D3 auf, die dreiecksförmig, d.h. als Ringschaltung verschaltet sind, so dass ein kreisförmiger Stromfluss - über die erste Diode D1 dann über die zweite Diode D2 dann über die dritte Diode D3 und dann wieder über die erste Diode D1 - möglich wäre. Das Prinzip kann auf eine positive ganze Zahl k von Kanälen CH1 bis CHk entsprechend erweitert werden. Hierdurch werden alle LED-Ketten einer beliebigen Anzahl k von LED-Ketten auf Einzel-LED-Kurzschlüsse überwacht.
  • Fig. 9 zeigt eine Koppelbauteilanordnung KBA zur sternförmigen Zusammenschaltung dreier Kanäle für drei LED-Ketten L1,L2,L3. Je zwei der Kanäle entsprechen dabei der Verschaltung gemäß Fig. 6 mit dem Unterschied dass die erste Diode D1 und die zweite Diode D2 der Fig. 6 nun durch jeweils vier Dioden (z.B. D11,D12 und D21 und D22) gebildet werden. Da nunmehr zwei Diodenspannungen über die so ersetzte erste Diode D1 und zweite Diode D2 abfallen, kann es sinnvoll sein, die Dioden D11,D12,D21,D22,D31,D32 durch Dioden mit entsprechend verkleinerter Schaltspannung oder entsprechende Schaltungen gleicher Funktion zu ersetzen.
    • GLOSSAR LED
  • Eine LED im Sinne dieser Offenbarung ist nicht nur eine einzelne Leuchtdiode sondern es kann sich dabei auch um eine Serien und/oder Parallelschaltung mehrere Leuchtdioden handeln, die gegebenenfalls auch weitere Bauelemente, wie beispielsweise Zehnerdioden und/oder Vor- und Parallelwiderstände sowie Kondensatoren umfasst. Typischerweise handelt es sich um zweipolige Schaltungen mit einem ersten Anschluss, der als Stromeingang dient und einem zweiten Anschluss, der als Stromausgang dient. Sind die LEDs in einer LED-Kette seriell miteinander verschaltet, so ist es denkbar, dass zwischen den LEDs entlang der LED-Kette weitere Leitungen beispielsweise als Steuerleitung für andere Zwecke ganz oder teilweise der LED-Kette entlang geführt werden, die hier jedoch nicht beansprucht werden, gegebenenfalls den beanspruchten umfang jedoch nicht auf reine zweipolige einzelne Leuchtdioden beschränken sollen. Die LED-Ketten sind bevorzugt gleich lang, enthalten also bevorzugt gleich viele LEDs mit bevorzugt gleichen Dioden-Schaltspannungen (UD).
    • LED-Kette
  • Eine LED-Kette im Sinne dieser Offenbarung ist eine serielle Verschaltung von mindestens zwei LEDs, die alle gleich orientiert sind, sodass ein Stromfluss möglich ist.
    • Schaltspannung
  • Im Sinne dieser Offenbarung ist die Schaltspannung einer Diode, Hilfsdiode oder LED die Spannung, bei der die Diode, Hilfsdiode oder LED zu leiten beginnt. Hinsichtlich der Koppelbauteilanordnung bestimmt die Schaltspannung die Größte des Spannungsabfalls über der Koppelbauteilanordnung, bei der diese durchschaltet.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • CH1
    erster Kanal. Der erste Kanal umfasst die erste Energiequelle - hier die erste Stromquelle IS1 - die erste LED-Kette L1, den ersten Transistor T1, den ersten Widerstand R1, die erste Diode D1 und erste Messmittel MI1,MU1. Der erste Transistor T1 ist mit der ersten LED-Kette L1 am dritten Knoten K13 des ersten Kanals in Serie geschaltet und ist am ersten Konten K11 des ersten Kanals mit der ersten Energiequelle, hier die erste Stromquelle IS1, und gegebenenfalls mit einem ersten Spannungsmessmittel MU1 sowie dem ersten Widerstand R1 verbunden. Der erste Widerstand R1 ist mit dem dritten Knoten K13 des ersten Kanals verbunden, der die Verbindung zum Steueranschluss des ersten Transistors T1 und zu einem ersten Anschluss der ersten Diode D1 herstellt. Diese erste Diode ist dann mit ihrem zweiten Anschluss mit dem entsprechenden Steueranschluss des Transistors eines nachfolgenden Kanals verbunden. Insofern ist es in verschiedenen Ausführungen besonders vorteilhaft, wenn der dritte Konten K13 des ersten Kanals auch eine Verbindung zum zweiten Anschluss der Diode des nachfolgenden Kanals oder eines vorausgehenden Kanals herstellt. Darüber hinaus kann der erste Kanal ein erstes Strommessmittel MI1 umfassen, das den Wert des durch die Energiequelle abgegebenen ersten elektrischen Stroms I1 erfasst. Der erste Kanal umfasst typischerweise mindestens eines dieser ersten Messmittel. Also zumindest das erste Strommessmittel MI1 oder das erste Spannungsmessmittel MU1, um eine Unterbrechung der ersten LED-Kette L1 detektieren zu können.
    CH2
    zweiter Kanal. Der zweite Kanal umfasst die zweite Energiequelle - hier die zweite Stromquelle IS2 - die zweite LED-Kette L2, den zweiten Transistor T2, den zweiten Widerstand R2, die zweite Diode D2 und zweite Messmittel MI2,MU2. Der zweite Transistor T2 ist mit der zweiten LED-Kette L2 am dritten Knoten K23 des zweiten Kanals in Serie geschaltet und ist am zweiten Konten K21 des zweiten Kanals mit der zweiten Energiequelle, hier die zweite Stromquelle IS2, und gegebenenfalls mit einem zweiten Spannungsmessmittel MU2 sowie dem zweiten Widerstand R2 verbunden. Der zweite Widerstand R2 ist mit dem zweiten Knoten K23 des zweiten Kanals verbunden, der die Verbindung zum Steueranschluss des zweiten Transistors T2 und zu einem zweiten Anschluss der zweiten Diode D2 herstellt. Diese zweite Diode ist dann mit ihrem zweiten Anschluss mit dem entsprechenden Steueranschluss des Transistors eines nachfolgenden Kanals verbunden. Insofern ist es in verschiedenen Ausführungen besonders vorteilhaft, wenn der dritte Konten K23 des zweiten Kanals auch eine Verbindung zum zweiten Anschluss der Diode des nachfolgenden Kanals oder eines vorausgehenden Kanals herstellt. Darüber hinaus kann der zweite Kanal ein zweites Strommessmittel MI2 umfassen, das den Wert des durch die Energiequelle abgegebenen zweiten elektrischen Stroms I2 erfasst. Der zweite Kanal umfasst typischerweise mindestens eines dieser zweiten Messmittel. Also zumindest das zweite Strommessmittel (MI2) oder das zweite Spannungsmessmittel MU2, um eine Unterbrechung der zweiten LED-Kette L2 detektieren zu können.
    CH3
    dritter Kanal. Der dritte Kanal umfasst die dritte Energiequelle - hier die dritte Stromquelle IS3 - die dritte LED-Kette L3, den dritten Transistor T3, den dritten Widerstand R3, die dritte Diode D3 und dritte Messmittel MI3,MU3. Der dritte Transistor T3 ist mit der dritten LED-Kette L3 am dritten Knoten K33 des dritten Kanals in Serie geschaltet und ist am ersten Knoten K31 des dritten Kanals mit der dritten Energiequelle, hier die dritte Stromquelle IS3, und gegebenenfalls mit einem dritten Spannungsmessmittel MU3 sowie dem dritten Widerstand R3 verbunden. Der dritte Widerstand R3 ist mit dem dritten Knoten K33 des dritten Kanals verbunden, der die Verbindung zum Steueranschluss des dritten Transistors T3 und zu einem ersten Anschluss der dritten Diode D3 herstellt. Diese dritte Diode ist dann mit ihrem zweiten Anschluss mit dem entsprechenden Steueranschluss des Transistors eines nachfolgenden Kanals verbunden. Insofern ist es in verschiedenen Ausführungen besonders vorteilhaft, wenn der dritte Konten K33 des dritten Kanals auch eine Verbindung zum zweiten Anschluss der Diode des nachfolgenden Kanals oder eines vorausgehenden Kanals herstellt. Darüber hinaus kann der dritte Kanal ein drittes Strommessmittel MI3 umfassen, das den Wert des durch die Energiequelle abgegebenen dritten elektrischen Stroms I3 erfasst. Der dritte Kanal umfasst typischerweise mindestens eines dieser dritten Messmittel. Also zumindest das dritte Strommessmittel MI3 oder das dritte Spannungsmessmittel MU3, um eine Unterbrechung der dritten LED-Kette L3 detektieren zu können.
    D1
    erste Diode des ersten Kanals CH1
    D2
    zweite Diode des zweiten Kanals CH2
    D3
    dritte Diode des dritten Kanals CH3
    D11
    erste Vorwärtsdiode des ersten Kanals CH1
    D12
    erste Rückwärtsdiode des ersten Kanals CH1
    D21
    erste Vorwärtsdiode des zweiten Kanals CH2
    D22
    erste Rückwärtsdiode des zweiten Kanals CH2
    D31
    erste Vorwärtsdiode des dritten Kanals CH3
    D32
    erste Rückwärtsdiode des dritten Kanals CH3
    DE1
    erster Detektor
    DE2
    zweiter Detektor
    DE3
    dritter Detektor
    DU
    Dioden-Schaltspannung (Das ist die Diodenspannung, bei der der Stromfluss einsetzt.)
    HD1
    erste Hilfsdiode des ersten Kanals CH1. Die erste Hilfsdiode wird als Detektionsvorrichtung notwendig, wenn statt eines Bipolar-Transistors als ersten Transistor T1 ein MOS-Transistor verwendet wird. Die erste Hilfsdiode emuliert dann die Funktion der Basis-Emitter-Diode als Detektionsvorrichtung und zwingt das Potenzial eines Transistors eines anderen Kanals auf ein Potenzial bei dem die Gate-Source-Strecke keine ausreichende Spannung mehr aufweist, wodurch dieser zu Sperren anfängt, wenn es zu einem Kurzschluss einer einzelnen oder mehrere LEDs längs der betreffenden LED-Kette kommt. Bei der Verwendung von MOS-Transistoren sind also die Funktionen Detektionsvorrichtung (erste Hilfsdiode) und Unterbrechungsvorrichtung (erster Transistor T1) getrennt, während sie bei Bipolartransistoren durch die Bipolartransistoren gleichzeitig (erster Transistor T1 alleine) durchgeführt werden können. Bei der Verwendung eines Bipolartransistors als ersten Transistor T1 ist daher die erste Hilfsdiode HD1 nicht zwingend erforderlich.
    HD2
    zweite Hilfsdiode des zweiten Kanals CH2. Die zweite Hilfsdiode wird als Detektionsvorrichtung notwendig, wenn statt eines Bipolar-Transistors als zweiten Transistor T2 ein MOS-Transistor verwendet wird. Die zweite Hilfsdiode emuliert dann die Funktion der Basis-Emitter-Diode als Detektionsvorrichtung und zwingt das Potenzial eines Transistors eines anderen Kanals auf ein Potenzial bei dem die Gate-Source-Strecke keine ausreichende Spannung mehr aufweist, wodurch dieser zu Sperren anfängt, wenn es zu einem Kurzschluss einer einzelnen oder mehrere LEDs längs der betreffenden LED-Kette kommt. Bei der Verwendung von MOS-Transistoren sind also die Funktionen Detektionsvorrichtung (zweite Hilfsdiode) und Unterbrechungsvorrichtung (zweiter Transistor T2) getrennt, während sie bei Bipolartransistoren durch die Bipolartransistoren gleichzeitig (zweiter Transistor T2 alleine) durchgeführt werden können. Bei der Verwendung eines Bipolartransistors als zweiten Transistor T2 ist daher die zweite Hilfsdiode nicht zwingend erforderlich.
    HD3
    dritte Hilfsdiode des dritten Kanals CH3. Die dritte Hilfsdiode wird als Detektionsvorrichtung notwendig, wenn statt eines Bipolar-Transistors als dritten Transistor T3 ein MOS-Transistor verwendet wird. Die dritte Hilfsdiode emuliert dann die Funktion der Basis-Emitter-Diode als Detektionsvorrichtung und zwingt das Potenzial eines Transistors eines anderen Kanals auf ein Potenzial bei dem die Gate-Source-Strecke keine ausreichende Spannung mehr aufweist, wodurch dieser zu Sperren anfängt, wenn es zu einem Kurzschluss einer einzelnen oder mehrere LEDs längs der betreffenden LED-Kette kommt. Bei der Verwendung von MOS-Transistoren sind also die Funktionen Detektionsvorrichtung (dritte Hilfsdiode) und Unterbrechungsvorrichtung (dritter Transistor T3) getrennt, während sie bei Bipolartransistoren durch die Bipolartransistoren gleichzeitig (dritter Transistor T1 alleine) durchgeführt werden können. Bei der Verwendung eines Bipolartransistors als dritten Transistor T3 ist daher die dritte Hilfsdiode nicht zwingend erforderlich.
    I1
    erster elektrischer Strom, der von der ersten Energiequelle - hier die erste Stromquelle IS1 in die erste LED-Kette L11 eingespeist wird und diese mit elektrischer Energie versorgt.
    I2
    zweiter elektrischer Strom, der von der zweiten Energiequelle - hier die zweite Stromquelle IS2 in die zweite LED-Kette L2 eingespeist wird und diese mit elektrischer Energie versorgt.
    I3
    dritter elektrischer Strom, der von der dritten Energiequelle - hier die dritte Stromquelle IS3 in die dritte LED-Kette L3 eingespeist wird und diese mit elektrischer Energie versorgt.
    IS1
    erste Stromquelle als erste Energiequelle des ersten Kanals CH1
    IS2
    zweite Stromquelle als zweite Energiequelle des zweiten Kanals CH2
    IS3
    dritte Stromquelle als dritte Energiequelle des dritten Kanals CH3
    K11
    erster Knoten des ersten Kanals CH1. Der erste Knoten des ersten Kanals CH1 verbindet die erste Energiequelle, hier die erste Stromquelle IS1, mit dem ersten Transistor T1 und dem ersten Widerstand R1, sowie einem ersten Spannungs-Messmittel MU1 zur Erfassung des Spannungsabfalls über die erste Energiequelle, hier die erste Stromquelle IS1.
    K12
    zweiter Knoten des ersten Kanals CH1. Der zweite Knoten des ersten Kanals CH1 verbindet den Steueranschluss des ersten Transistors T1 mit dem ersten Widerstand R1 und der ersten Diode D1. Im Falle eines NPN Bipolar-Transistors als ersten Transistor T1 ist der Anschluss der ersten Diode D1 deren Kathode (Fig. 2). Im Falle eines PNP Bipolar Transistors als ersten Transistor T1 ist dies die Anode (Fig. 3). Sofern es sich um einen MOS-Transistor als ersten Transistor T1 handelt, kann der zweite Knoten des ersten Kanals CH1 auch mit einer ersten Hilfsdiode HD1 verbunden sein, die mit dem dritten Konten K13 des ersten Kanals CH1 verbunden ist und deren Orientierung sich ebenfalls nach dem Transistortyp des ersten Transistors T1 richtet.
    K13
    dritter Knoten des ersten Kanals CH1. Der dritte Knoten des ersten Kanals CH1 verbindet den ersten Transistor T1 mit einem ersten Anschluss der ersten LED-Kette L1. Gegebenenfalls verbindet er ebenfalls diese mit dem zweiten Anschluss einer ersten Hilfsdiode HD1. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn es sich bei dem ersten Transistor T1 um einen MOS-Transistor handelt. Die Orientierung der ersten Hilfsdiode HD1 richtet sich dann wieder nach dem Transistor-Typ (P-Kanal-MOS-Transistor oder N-Kanal MOS Transistor) des ersten Transistors T1.
    K21
    erster Knoten des zweiten Kanals CH2. Der erste Knoten des zweiten Kanals CH2 verbindet die zweite Energiequelle, hier die zweite Stromquelle IS2, mit dem zweiten Transistor T2 und dem zweiten Widerstand R2, sowie einem zweiten Spannungs-Messmittel MU2 zur Erfassung des Spannungsabfalls über die zweite Energiequelle, hier die zweite Stromquelle IS2.
    K22
    zweiter Knoten des zweiten Kanals CH2. Der zweite Knoten des zweiten Kanals CH2 verbindet den Steueranschluss des zweiten Transistors T2 mit dem zweiten Widerstand R2 und der zweiten Diode D2. Im Falle eines NPN Bipolar-Transistors als zweiten Transistor T2 ist der Anschluss der zweiten Diode D2 deren Kathode. Im Falle eines PNP Bipolar Transistors als zweiten Transistor T2 ist dies die Anode (Fig. 3). Sofern es sich um einen MOS-Transistor als zweiten Transistor T2 handelt, kann der zweite Knoten des zweiten Kanals CH2 auch mit einer zweiten Hilfsdiode HD2 verbunden sein, die mit dem dritten Konten K23 des zweiten Kanals CH2 verbunden ist und deren Orientierung sich ebenfalls nach dem Transistortyp des zweiten Transistors T2 richtet.
    K23
    dritter Knoten des zweiten Kanals CH2. Der dritte Knoten zweiten Kanals CH2 verbindet den zweiten Transistor T2 mit einem ersten Anschluss der zweiten LED-Kette L2. Gegebenenfalls verbindet er ebenfalls diese mit dem zweiten Anschluss einer zweiten Hilfsdiode HD2. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn es sich bei dem zweiten Transistor T2 um einen MOS-Transistor handelt. Die Orientierung der zweiten Hilfsdiode HD2 richtet sich dann wieder nach dem Transistor-Typ (P-Kanal-MOS-Transistor oder N-Kanal MOS Transistor) des zweiten Transistors T2.
    K31
    erster Knoten des dritten Kanals CH3. Der erste Knoten des dritten Kanals CH3 verbindet die dritte Energiequelle, hier die dritte Stromquelle IS3, mit dem dritten Transistor T3 und dem dritten Widerstand R3, sowie einem dritten Spannungs-Messmittel MU3 zur Erfassung des Spannungsabfalls über die dritte Energiequelle, hier die dritte Stromquelle IS3.
    K32
    zweiter Knoten des dritten Kanals CH3. Der zweite Knoten des dritten Kanals CH3 verbindet den Steueranschluss des dritten Transistors T3 mit dem dritten Widerstand R3 und der dritten Diode D3. Im Falle eines NPN Bipolar-Transistors als dritten Transistor T3 ist der Anschluss der dritten Diode D3 deren Kathode (Fig. 2). Im Falle eines PNP Bipolar Transistors als dritten Transistor T3 ist dies die Anode (Fig. 3). Sofern es sich um einen MOS-Transistor als dritten Transistor T3 handelt, kann der zweite Knoten des dritten Kanals CH3 auch mit einer dritten Hilfsdiode HD3 verbunden sein, die mit dem dritten Konten K33 des dritten Kanals CH3 verbunden ist und deren Orientierung sich ebenfalls nach dem Transistortyp richtet.
    K33
    dritter Knoten des dritten Kanals CH3. Der dritte Knoten des dritten Kanals CH3 verbindet den dritten Transistor T3 mit einem ersten Anschluss der dritten LED-Kette L1. Gegebenenfalls verbindet er ebenfalls diese mit dem zweiten Anschluss einer dritten Hilfsdiode HD3. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn es sich bei dem dritten Transistor T3 um einen MOS-Transistor handelt. Die Orientierung der dritten Hilfsdiode HD3 richtet sich dann wieder nach dem Transistor-Typ (P-Kanal-MOS-Transistor oder N-Kanal MOS Transistor) des dritten Transistors T3.
    KBA
    Koppelbauteilanordnung
    L1
    erste LED-Kette
    L2
    zweite LED-Kette
    L3
    dritte LED-Kette
    L11
    erste LED in der ersten LED-Kette
    L12
    zweite LED in der ersten LED-Kette
    L1n
    n-te LED in der ersten LED-Kette
    L21
    erste LED in der zweiten LED-Kette
    L32
    zweite LED in der zweiten LED-Kette
    L4n
    n-te LED in der zweiten LED-Kette
    L31
    erste LED in der dritten LED-Kette
    L32
    zweite LED in der dritten LED-Kette
    L3n
    n-te LED in der dritten LED-Kette
    MI1
    erstes Strom-Messmittel. Dieses Messmittel dient zum Erkennen einer Unterbrechung in der ersten LED-Kette L1.
    MI2
    zweite Strom-Messmittel. Dieses Messmittel dient zum Erkennen einer Unterbrechung in der zweiten LED-Kette L2.
    MI3
    drittes Strom-Messmittel. Dieses Messmittel dient zum Erkennen einer Unterbrechung in der dritten LED-Kette L3.
    MU1
    erstes Spannungs-Messmittel. Dieses Messmittel dient zum Erkennen einer Unterbrechung in der ersten LED-Kette L.
    MU2
    zweite Spannungs-Messmittel. Dieses Messmittel dient zum Erkennen einer Unterbrechung in der zweiten LED-Kette (L21, L22, .... L2n).
    MU3
    drittes Spannungs-Messmittel. Dieses Messmittel dient zum Erkennen einer Unterbrechung in der dritten LED-Kette (L31, L32, .... L3n).
    R1
    erster Widerstand
    R2
    zweiter Widerstand
    R3
    dritter Widerstand
    Rv1
    erster Vorwiderstand. Der erste Vorwiderstand kann beispielsweise mit der ersten Diode D1 in Serie geschaltet werden, um die Schaltschwellen zwischen unterschiedlichen Kanälen unsymmetrisch gestalten zu können. Dann ist es notwendig, dass der erste Vorwiderstand von einem anderen Vorwiderstand, beispielsweise vom zweiten Vorwiderstand Rv2 in Fig. 6 abweicht.
    Rv2
    zweiter Vorwiderstand. Der zweite Vorwiderstand kann beispielsweise mit der zweiten Diode D2 in Serie geschaltet werden, um die Schaltschwellen zwischen unterschiedlichen Kanälen unsymmetrisch gestalten zu können. Dann ist es notwendig, dass der zweite Vorwiderstand von einem anderen Vorwiderstand, beispielsweise vom ersten Vorwiderstand Rv1 in Fig. 6 abweicht.
    Rv3
    dritter Vorwiderstand. Der dritte Vorwiderstand kann beispielsweise mit der dritten Diode D3 in Serie geschaltet werden, um die Schaltschwellen zwischen unterschiedlichen Kanälen unsymmetrisch gestalten zu können. Dann ist es notwendig, dass der erste Vorwiderstand von einem anderen Vorwiderstand, beispielsweise vom zweiten Vorwiderstand Rv2 und/oder vom ersten Vorwiderstand Rv1 abweicht.
    SC
    hypothetischer, beispielhafter Kurzschluss
    StOC
    Kurzschluss-zu-Unterbrechungs-Wandler (Englisch: Short-to-Open-Converter). Es handelt sich um eine Teilvorrichtung, die bei dem Kurzschluss einer oder mehrerer LEDs innerhalb einer betrachteten LED-Kette eine Erkennung und/oder anschließenden Signalisierung einer Unterbrechung des Strompfades innerhalb einer anderen LED-Kette der mindestens zwei LED-Ketten L1,L2,L3 herbeiführt.
    SVE
    (Mehrkanal-)Stromversorgungseinheit
    T1
    erster Transistor
    T2
    zweiter Transistor
    T3
    dritter Transistor
    UWE
    Überwachungseinheit
    Vbat
    Betriebsspannungsanschluss

Claims (9)

  1. Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Fahrzeuge, mit
    - mindestens zwei LED-Ketten (L1,L2,L3), von denen jede eine Reihenschaltung aus mehreren LEDs (L11,L12,...,L1n,L21,L22,...,L2n,L31,L32,...,L3n) aufweist,
    - einer mehrkanaligen Energieversorgungseinheit (SVE) für die mindestens zwei LED-Ketten (L1,L2,L3) mit mindestens zwei Energiequellen (IS1,IS2,IS3), wobei jeder LED-Kette (L1,L2,L3) eine Energiequelle (IS1,IS2,IS3) zugeordnet und jede LED-Kette (L1,L2,L3) einerseits mit einem Energieversorgungsausgangsanschluss (K11,K21,K31) der Energieversorgungseinheit (SVE) und andererseits mit einem Referenzpotential elektrisch verbunden ist, und
    - einer Überwachungseinrichtung (UWE) zur Erkennung eines Kurzschlusses in einer vorgebbaren Anzahl von LEDs (L11,L12,...,L1n,L21, L22,...,L2n,L31,L32,...,L3n) einer der mindestens zwei LED-Ketten (L1,L2,L3), wobei die Überwachungseinrichtung (UWE) versehen ist mit
    - pro LED-Kette (L1,L2,L3) einem Detektor (DE1,DE2,DE3) zur Erkennung und Signalisierung einer Unterbrechung eines Stromflusses in der besagten LED-Kette (L1,L2,L3),
    - pro LED-Kette (L1,L2,L3) einem ansteuerbaren Unterbrecherschalter (T1,T2,T3), der einen mit einem Ansteuersignal steuerbaren Steueranschluss (K12,K22,K32) und einen in Abhängigkeit von der Größe des Ansteuersignals leitend oder nicht-leitend geschalteten Strompfad aufweist, welcher in Reihe mit der LED-Kette (L1,L2,L3) geschaltet ist,
    - wobei pro LED-Kette (L1,L2,L3) der zugehörige Unterbrecherschalter (T1,T2,T3) hinsichtlich seines Strompfads zwischen den Energieversorgungsausgangsanschluss (K11,K21,K31) der Energieversorgungseinheit (SVE) und die betreffende LED-Kette (L1,L2,L3) geschaltet ist, und
    - mindestens einer zwischen die Steueranschlüsse (K12,K22,K32) der mindestens zwei Unterbrecherschalter (T1,T2,T3) geschalteten Koppelbauteilanordnung (KBA) zur Ermöglichung eines Stromflusses von dem Steueranschluss (K12,K22,K32) des einen Unterbrecherschalters (T1,T2,T3) zu dem Steueranschluss (K12,K22,K32) des anderen Unterbrecherschalters (T1,T2,T3), wenn über der Koppelbauteilanordnung (KBA) eine Spannung anliegt, die betragsmäßig größer als eine vorgebbare Schaltspannung ist,
    - wobei die Beleuchtungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass bei einem Kurzschluss der vorgegebenen Anzahl von LEDs (L11,L12,...,L1n,L21,L22,...,L2n,L31,L32,...,L3n) in einer der beiden LED-Ketten (L1,L2,L3) über die Koppelbauteilanordnung (KBA) eine Spannung abfällt, die zumindest gleich groß ist wie die Schaltspannung, und damit das Ansteuersignal des der anderen LED-Kette (L1,L2,L3) zugeordneten Unterbrecherschalters (T1,T2,T3) einen diesen Unterbrecherschalter (T1,T2,T3) öffnenden Wert annimmt, so dass der dieser anderen LED-Kette (L1,L2,L3) zugeordnete Detektor (DE1,DE2,DE3) eine Unterbrechung des Stromflusses in der anderen LED-Kette (L1,L2,L3) signalisiert.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelbauteilanordnung (KBA) derart eingerichtet ist, dass sie nur bei einem vorgebbaren Vorzeichen
    der über ihr abfallenden Spannung einen Stromfluss ermöglicht oder in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der über ihr abfallenden Spannung einen Stromfluss in der einen oder in der entgegengesetzten anderen Richtung ermöglicht.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelbauteilanordnung (KBA) ein oder mehrere Dioden (D1,D2,D3) aufweist, die zur Ermöglichung eines Stromflusses in beiden Richtungen antiparallel geschaltet sein können oder geschaltet sind.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (UWE) bei mehr als zwei LED-Ketten (L1,L2,L3) eine der Anzahl der LED-Ketten (L1,L2,L3) gleichende Anzahl an Koppelbauteilanordnungen (KBA) aufweist, wobei die Ansteueranschlüsse der den LED-Ketten (L1,L2,L3) zugeordneten Unterbrecherschalter (T1,T2,T3) zyklisch mittels jeweils einer Koppelbauteilanordnung (KBA) und damit als Ringverschaltung gekoppelt sind.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Koppelbauteilanordnung (KBA) dazu eingerichtet ist, einen Stromfluss gleicher Richtung durch die Ringschaltung zu ermöglichen.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (UWE) bei mehr als zwei LED-Ketten (L1,L2,L3) eine der Anzahl der LED-Ketten (L1,L2,L3) gleichende Anzahl an Koppelbauteilanordnungen (KBA) aufweist, wobei die Ansteueranschlüsse der den LED-Ketten (L1,L2,L3) zugeordneten Unterbrecherschaltern (T1,T2,T3) mittels der Koppelbauteilanordnungen (KBA) in einer Sternverschaltung gekoppelt sind.
  7. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Koppelbauteilanordnung (KBA) dazu eingerichtet ist, unidirektionale Stromflüsse zu ermöglichen.
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrecherschalter (T1,T2,T3) als Bipolar-, FET- oder MOS-Transistoren ausgebildet sind.
  9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von LEDs (L11,L12,...,L1n,L21, L22,...,L2n,L31,L32,...,L3n), deren Kurzschluss mittels der Überwachungseinheit (UWE) erkennbar ist, gleich eins oder größer als eins ist.
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