NO325779B1

NO325779B1 - Circuit for operation of an LED light signal

Info

Publication number: NO325779B1
Application number: NO20003778A
Authority: NO
Inventors: Dirk Zimmermann
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2008-07-14
Also published as: DE59900274D1; NO20003778D0; DE19802895A1; ATE205997T1; NO20003778L; EP1051882B1; WO1999038361A1; EP1051882A1

Abstract

The breaking distances of electronic switches (T) are parallel connected in relation to the light emitting diodes (LD) of a luminous signal, by means of which they are short circuited when no supply voltage (U=) is available. The interference voltage coupled to the light diodes approximately on the supply lines (L1, L2) cannot light the luminous diodes. Once the supply voltage for the light emitting diodes exceeds a given threshold value, the short circuits are eliminated and the light emitting diodes activated. The electronic switches are preferably embodied as self-conductive field effect transistors whose source gate distances are parallel connected to the series resistors that are series connected to the corresponding series resistors (R).

Description

Oppfinnelsen vedrører en krets i samsvar med den innledende del av patentkrav 1. The invention relates to a circuit in accordance with the introductory part of patent claim 1.

En slik krets er kjent fra WO 95/12512. Der blir det beskrevet et lyssignal for trafikkstyring, hvor lysdioder kommer til anvendelse for å tenne de signallamper som vanligvis anvendes for belysning. Hver gang kobles flere lysdioder til en funksjonsblokk i serie, som sørger for forsyning og overvåkning av de angjeldende lysdioder. Hvert lyssignal omfatter et flertall av slike funksjonsblokker, som kan til- og frakobles enkeltvis eller samlet fra et styrested. Overvåkningen av driftstilstanden for lysdiodene innenfor de enkelte funksjonsblokker skjer på i og for seg kjent måte ved vurdering av forsyningsstrømmene som flyter gjennom lysdiodene. Ved tilkoblet lyssignal og intakte lysdioder flyter det en bestemt forsyningsstrøm gjennom den vurderende strømindikator, som fører til en driftstilstandsmelding PÅ ved styrestedet. Ved avbrutt forsyningskrets for lysdiodene, det være seg forstyrrelsesbetinget eller ikke, detekterer strømindikatoren feilen for en tilstrekkelig høy forsyningsstrøm, og videresender en tilstandsmelding AV til styrestedet. Such a circuit is known from WO 95/12512. There, a light signal for traffic management is described, where LEDs are used to light the signal lamps that are usually used for lighting. Each time, several LEDs are connected to a function block in series, which ensures the supply and monitoring of the LEDs in question. Each light signal comprises a majority of such function blocks, which can be switched on and off individually or collectively from a control point. The monitoring of the operating state of the LEDs within the individual function blocks takes place in a manner known per se by assessing the supply currents that flow through the LEDs. When the light signal is connected and the LEDs are intact, a specific supply current flows through the evaluating current indicator, which leads to an operating status message ON at the control station. In the event of an interrupted supply circuit for the LEDs, whether due to disturbance or not, the current indicator detects the fault for a sufficiently high supply current, and forwards a status message OFF to the control center.

Driftstilstandsmeldingene formidler til styrestedet et tilstandsbilde som er i overensstemmelse med realitetene, bare når de mottatte sammenhenger mellom forsyningsstrøm og den utsendte stråling fra lysdiodene tilsvarer virkeligheten. Riktignok ligger lastmotstanden for de sammenhørende lysdiodene i en funksjonsblokk i sperretilstand i størrelsesorden større enn den lastmotstand som fremkommer dersom lysdiodene drives i området for flytspenningen (LED-ene befinner seg da i ledende tilstand), slik at en entydig strømvurdering for lysdiodedriftstilstanden er mulig. I overgangsområdet mellom ledende og sperret tilstand for lysdiodene finnes det likevel et område hvor lysdiodene allerede lyser, men likevel besitter en forholdsvis høy lastmotstand. Dermed trekker lysdiodene også bare en svært liten strøm, noe som vurderes som AV-tilstand av den overvåkende strømindikatoren. Når det regnes med at lysdiodene kan drives i dette overgangsområdet, er strømvurderingen alene heller ikke noe egnet middel for funksjonsovervåkning for lysdiodene. Ved å anvise en egnet forsyningsspenning lar det seg riktignok sikre at lysdiodene i de enkelte funksjonsblokker tilføres enten ingen eller en tilstrekkelig høy forsyningsspenning for lysdrift fra styrestedet. Det kan likevel ikke utelukkes verken induktiv eller kapasitiv innkobling av energi på de ofte svært lange tilledningene fra hvert styrested til et lyssignal. Slike innkoblede spenninger på tilledningene til lyssignalet kan i ugunstige tilfeller medføre at lysdiodene lyser, uten at dette er foranlediget av styrestedet og pålitelig oppdages gjennom en strømvurdering. Dermed er et feilforhold ved lyssignaler drevet av lysdioder, som ikke kan oppdages fra styrestedet, ikke pålitelig utelukket. Hensikten med den foreliggende oppfinnelsen er å videreutvikle den kjente krets i samsvar med den innledende del av patentkrav 1 slik at det muliggjøres en pålitelig tilstandsovervåkning av lysdiodene for et lyssignal ved hjelp av strømvurdering. The operating status messages convey to the control center a status picture that is in accordance with reality, only when the received connections between supply current and the emitted radiation from the LEDs correspond to reality. Admittedly, the load resistance for the connected LEDs in a function block in blocking state is in the order of magnitude greater than the load resistance that occurs if the LEDs are operated in the range of the flow voltage (the LEDs are then in the conducting state), so that an unambiguous current assessment for the LED operating state is possible. In the transition area between conducting and blocked state for the LEDs, there is still an area where the LEDs already light up, but still have a relatively high load resistance. Thus, the LEDs also only draw a very small current, which is considered as an OFF state by the monitoring current indicator. When it is assumed that the LEDs can be operated in this transition area, the current assessment alone is also not a suitable means of functional monitoring for the LEDs. By designating a suitable supply voltage, it is indeed possible to ensure that the LEDs in the individual function blocks are supplied with either no supply voltage or a sufficiently high supply voltage for light operation from the control point. Nevertheless, neither inductive nor capacitive connection of energy on the often very long leads from each control point to a light signal can be ruled out. Such connected voltages on the leads to the light signal can in unfavorable cases cause the LEDs to light up, without this being caused by the control center and reliably detected through a current assessment. Thus, an error condition in the case of light signals driven by LEDs, which cannot be detected from the control location, cannot be reliably excluded. The purpose of the present invention is to further develop the known circuit in accordance with the introductory part of patent claim 1 so that a reliable condition monitoring of the LEDs for a light signal by means of current assessment is enabled.

I samsvar med oppfinnelsen er denne hensikten oppnådd ved de kjennetegnende trekk i patentkrav 1. Dertil blir lysdiodene i utkoblet tilstand kortsluttet, slik at eventuelle innkoblede spenninger i tilledningene til lyssignalet ikke kan føre til tenning av lysdiodene. Først ved flyt av en tilstrekkelig høy forsyningsstrøm, som antas å stamme fra styrestedet, blir kortslutningen av lysdiodene opphevet, slik at lysdiodene kan sende, ut lys. Ved hjelp av vurderingen av forsyningsstrømmen blir styrestedet underrettet om at lysdioden lyser. In accordance with the invention, this purpose is achieved by the characteristic features of patent claim 1. In addition, the LEDs are short-circuited in the switched-off state, so that any connected voltages in the leads to the light signal cannot lead to lighting of the LEDs. Only by the flow of a sufficiently high supply current, which is assumed to originate from the control location, is the short circuit of the LEDs lifted, so that the LEDs can emit light. By means of the assessment of the supply current, the control center is notified that the LED is lit.

Fordelaktige utførelsesformer og videreutviklinger av kretsen i samsvar med oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Advantageous embodiments and further developments of the circuit in accordance with the invention are indicated in the independent claims.

Således skal læren i krav 2 muliggjøre en tapsfattig vekselstrømsforsyning av lyssignaler over lange avstander, hvorved en omsetting fra vekselspenning til likespenning følger først ved lyssignalet. På særlig fordelaktig måte skal derved funksjonsblokkene kobles slik at de arbeider en halvdel ved positiv halvbølge og den andre halvdel ved negativ halvbølge. Derved forringes blafringen av lysdioden som skyldes vekselspenningsforsyningen. Thus, the teaching in claim 2 should enable a low-loss alternating current supply of light signals over long distances, whereby a conversion from alternating voltage to direct voltage follows first at the light signal. In a particularly advantageous way, the function blocks are to be connected so that one half works at positive half-wave and the other half at negative half-wave. Thereby, the flickering of the LED, which is caused by the AC voltage supply, deteriorates.

Ifølge krav 3 skal den elektroniske kretsen være dannet av selvledende felteffekttransistor, som er styrbar fra et strømavhengig spenningsfall over formotstanden for lysdioden. En slik felteffekttransistor realiserer på fordelaktig måte nesten tapsfritt bryterfunksjonen for en elektronisk bryter innrettet i samsvar med læren i krav 1. According to claim 3, the electronic circuit must be formed by a self-conducting field-effect transistor, which can be controlled from a current-dependent voltage drop across the resistor for the LED. Such a field effect transistor advantageously realizes the almost lossless switch function for an electronic switch arranged in accordance with the teachings in claim 1.

Beregningsregelen angitt etter læren i krav 4 muliggjør at spenningen som lysdiodene i den enkelte funksjonsblokk begynner å lyse ved, kan velges fritt, uavhengig av forsyningsspenningen. The calculation rule stated according to the teachings in claim 4 enables the voltage at which the LEDs in the individual function block start to light up to be freely chosen, independent of the supply voltage.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i henhold til utførelseseksempler vist på tegningene. In the following, the invention will be described in more detail according to the examples shown in the drawings.

Tegningene viser i The drawings show i

fig. 1 prinsippet for et LED-signal med forstyrrelsesspenningsundertrykkelse, for likespenningsforsyning, fig. 1 the principle of an LED signal with interference voltage suppression, for direct voltage supply,

fig. 2 et kretsutsnitt som beregningsregelen i krav 4 kan avledes fra, og fig. 3 et LED-signal for vekselspenningsforsyning. fig. 2 a circuit section from which the calculation rule in claim 4 can be derived, and fig. 3 an LED signal for AC power supply.

Fig. 1 viser skjematisk og i utsnittsvis fremstilling lysdiodene LD for drift at et lyssignal. Med dette lyssignalet dreier det seg fortrinnsvis om et lyssignal for trafikkstyring. Ved dette er lysdiodene anordnet fordelt over siktflaten for lyssignalet, og dertil innrettet for i påslått tilstand å angi et bestemt signalbegrep, særlig et stopp- eller en kjøresignalbegrep, eller et annet trafikksignal. Hertil lyser lysdiodene 15 i fargen for det hver gang tilhørende signalbegrep, eller de belyser et fargefilter for signalfremstilling. Lysdiodene er som i det viste utførelseseksempel separate eller koblet flere i serie som bestanddel av funksjonsblokker FBI - FBn, som fortrinnsvis er utført identiske. Derved er det også mulig å koble flere slike seriekoblinger av lysdioder i parallell med hverandre, for slik å opplyse større delflater av lyssignalet. På kjent måte er lysdiodene LD koblet med formotstander R i serie, som begrenser forsyningsstrømmen som flyter gjennom lysdiodene i påslått tilstand til en forhåndsbestemt verdi. Forsyningen av lysdiodene følger gjennom tilledninger LI, L2 til en likespenningskilde U =. Denne likespenningskilden kan eksempelvis være fremstilt ved hjelp av en likeretteranordning, som blir drevet av en vekselspenning som tilføres lyssignalet fra et fjernt styrested. Ikke viste overvåkningsinnretninger overvåker forsyningsstrømmen som flyter gjennom lysdioden, henholdsvis lysdiodene for den enkelte funksjonsblokk, og formidler tilsvarende driftstilstandsmeldinger eller en samlemelding avledet derav, til styrestedet. Som det allerede er forklart i beskrivelsesinnledningen, kan derved det tilfelle inntreffe, at forstyrrelsesspenninger innkoblet gjennom tilledningene til lyssignalet kan opplyse lysdiodene i det minste forbigående, uten at det flyter en tilsvarende høy forsyningsstrøm som gjør at belysning av lysdiodene kan oppdages for styrestedet. Oppfinnelsen sikrer at en slik forstyrrelsesspenningsbetinget tenning av lysdioder uteblir for fremtiden. I dette øyemed er lysdiodene LD koblet parallelt med det lavohmige koblingsavsnitt (ty: die Schaltstrecke) for en elektronisk bryter T. Denne elektroniske bryteren kortslutter den tilordnede lysdioden ved driftsmessig avslått lyssignal, og hindrer dermed pålitelig dens belysning ved tilstedeværelse av forstyrrelsesspenninger. Ved anvendelse av flere koblede lysdioder i serie kan enten et tilsvarende antall av elektroniske brytere for kortslutning av de enkelte lysdioder være tilstede, eller det kan finnes en eller flere slike brytere som kortslutter summen av alle lysdioder koblet i serie. Har tilledningene til lyssignalet innflytelse fra fremmedspenninger, så driver disse fremmedspenningene i sin Fig. 1 shows schematically and in section the manufacturing of the LEDs LD for operation that a light signal. This light signal is preferably a light signal for traffic management. In this way, the LEDs are arranged distributed over the visible surface of the light signal, and are therefore arranged to indicate a specific signal term when switched on, in particular a stop or a driving signal term, or another traffic signal. In addition, the LEDs 15 light up in the color of the respective signal term, or they illuminate a color filter for signal generation. As in the embodiment shown, the LEDs are separate or several connected in series as part of function blocks FBI - FBn, which are preferably designed identically. Thereby, it is also possible to connect several such series connections of LEDs in parallel with each other, in order to illuminate larger parts of the light signal. In a known manner, the LEDs LD are connected with resistors R in series, which limit the supply current flowing through the LEDs in the on state to a predetermined value. The supply of the LEDs follows through leads LI, L2 to a direct voltage source U =. This direct voltage source can, for example, be produced by means of a rectifier device, which is driven by an alternating voltage which is supplied to the light signal from a remote control point. Monitoring devices, not shown, monitor the supply current flowing through the LED, respectively the LEDs for the individual function block, and convey corresponding operating status messages or a summary message derived therefrom to the control center. As has already been explained in the introduction to the description, it may thereby occur that disturbance voltages connected through the leads to the light signal can illuminate the LEDs at least temporarily, without a correspondingly high supply current flowing which means that illumination of the LEDs can be detected by the control station. The invention ensures that such interference voltage-dependent lighting of LEDs will not occur in the future. To this end, the LEDs LD are connected in parallel with the low-resistance switching section (ie: die Schaltstrecke) of an electronic switch T. This electronic switch short-circuits the assigned LED when the light signal is operationally switched off, thus reliably preventing its illumination in the presence of interference voltages. When using several LEDs connected in series, either a corresponding number of electronic switches for short-circuiting the individual LEDs can be present, or there can be one or more such switches that short-circuit the sum of all LEDs connected in series. If the leads to the light signal are influenced by extraneous voltages, then these extraneous voltages drive their own

amplitude begrensede forstyrrelsesstrømmer gjennom den elektroniske bryteren og de formotstander som ligger i serie med lysdiodene. Mottakelsesmessig skal derved potensialforskjellen over formotstandene være så liten at koblingsavsnittet for den elektroniske bryteren fremdeles er ledende. Først ved innkobling av forsyningsspenningen på tilledningene til lyssignalet stiger spenningen over formotstanden som ligger i serie med den kortsluttede lysdioden til en verdi som er tilstrekkelig til at den tilhørende elektroniske bryteren styres til sperretilstand. Derved blir kortslutningen for lysdiodene opphevet, og lysdiodene lyser. amplitude limited disturbance currents through the electronic switch and the resistors in series with the LEDs. In terms of reception, the potential difference across the resistors must therefore be so small that the connection section for the electronic switch is still conductive. Only when the supply voltage is connected to the leads to the light signal does the voltage rise across the resistor in series with the short-circuited LED to a value that is sufficient for the associated electronic switch to be controlled to the blocking state. Thereby, the short circuit for the LEDs is canceled and the LEDs light up.

De elektroniske bryterne for nødvendig kortslutning av lysdiodene kan prinsipielt utføres i enhver egnet teknikk. Anvendelsen av selvledende felteffekttransistorer har vist seg særlig fordelaktig, hvor deres drain-source-avsnitt (ty.: die Drain-Source-Strecken) D-S er parallellkoblet med lysdiodene. Gate'n (ty: Das Gate) G for felteffekttransistoren er tilsluttet den fjerne ende av den katodesidige motstand tilgrensende lysdioden. The electronic switches for necessary short-circuiting of the LEDs can in principle be made in any suitable technique. The use of self-conducting field-effect transistors has proven particularly advantageous, where their drain-source section (ty.: die Drain-Source-Strecken) D-S is connected in parallel with the LEDs. The gate (ty: Das Gate) G for the field-effect transistor is connected to the far end of the cathode-side resistor adjacent to the LED.

Tegningen i fig. 2 viser en spesiell utførelse av en funksjonsblokk med en lysdiode LD og en felteffekttransistor T for nødvendig kortslutning av denne lysdioden. Gate'n G for felteffekttransistoren er tilsluttet uttaket for en spenningsdeler bestående av motstandene RI og R2. Over denne spenningsdeleren kan spenningen som lysdioden LD begynner å lyse ved, stilles inn. For denne styringen av felteffekttransistoren står bare en brøkdel av den spenningen som faller over motstandene RI og R2 til disposisjon. Ved hjelp av denne forholdsregel oppnås at belysning av en lysdiode eller seriekobling bestående av flere lysdioder er uavhengig av forsyningsspenningen. Tilpasningen av styrespenningen til forsyningsspenningen skjer ved angivelse av et tilsvarende spenningsdeleruttak. The drawing in fig. 2 shows a special embodiment of a function block with an LED LD and a field effect transistor T for the necessary short-circuiting of this LED. Gate'n G for the field effect transistor is connected to the outlet for a voltage divider consisting of resistors RI and R2. The voltage at which the LED LD starts to light can be set via this voltage divider. For this control of the field-effect transistor, only a fraction of the voltage that falls across the resistors RI and R2 is available. With the help of this precaution, it is achieved that the lighting of an LED or series connection consisting of several LEDs is independent of the supply voltage. The control voltage is adapted to the supply voltage by specifying a corresponding voltage divider outlet.

Betegner man forsyningslikespenningen over den selvledende felteffekttransistoren og motstandene RI og R2 med Ulg, flytspenningen for lysdioden, henholdsvis lysdiodene koblet i serie, med Uf, og gate-source-terskelspenningen for transistoren med Us, så Denote the supply DC voltage across the self-conducting field-effect transistor and resistors RI and R2 by Ulg, the drain voltage for the LED, respectively the LEDs connected in series, by Uf, and the gate-source threshold voltage for the transistor by Us, then

følger herav forholdet follows from this the relationship

Det aktuelle spenningsdeleruttaket er den eneste variabelen i ligningen, og bestemmer tennspenningen for lysdioden eller lysdiodene. The voltage divider outlet in question is the only variable in the equation, and determines the turn-on voltage for the LED or LEDs.

Fig. 3 viser en utførelsesform av kretsen i samsvar med oppfinnelsen, hvor funksjons-blokkene FBI<*> til FBn<*> tilføres en vekselspenning U. Funksjonsblokkene omfatter likeretterdioder Dl til Dn for likeretting av driftsvekselspenningen. De enkelte lysdioder er tilsluttet over likeretteren ved de to tilledningene LI, L2, slik at tilstøtende lysdioder for ulike funksjonsblokker i lyssignalet lyser under forskjellige halvbølger for forsyningsspenningen. Slik lyser f.eks. lysdiodene LD1 og LD(n-l) under den ene halvbølgen for forsyningsvekselspenningen, hvorved lysdioden LD2 og LDn forblir mørke, mens i den følgende halvbølgen lyser begge de sistnevnte lysdiodene, og lysdiodene LD1 og LDn-1 lukker. Ved hjelp av denne koblingsmåten reduseres betydelig den ellers oppståtte blafring ved vekselspenningsutstyring av lyssignalet. Ved denne konstellasjon av funksjonsblokkene kan videre et flertall av lysdioder kobles i serie, og denne seriekoblingen eventuelt kobles i parallell med ytterligere seriekoblinger av lysdioder. Derved sørges det for at ved et driftsmessig avslått lyssignal, er samtidlige lysdioder for de tilhørende funksjonsblokker kortsluttet gjennom den tilhørende elektroniske bryter, slik at en forstyrrelsesbetinget innkobling som følge av innkoblede forstyrringsspenninger pålitelig unngås. Fig. 3 shows an embodiment of the circuit in accordance with the invention, where the functional blocks FBI<*> to FBn<*> are supplied with an alternating voltage U. The functional blocks comprise rectifier diodes Dl to Dn for rectifying the operating alternating voltage. The individual LEDs are connected across the rectifier at the two leads LI, L2, so that adjacent LEDs for different function blocks in the light signal light up during different half-waves of the supply voltage. This is how e.g. the LEDs LD1 and LD(n-l) during one half-wave of the supply alternating voltage, whereby the LEDs LD2 and LDn remain dark, while in the following half-wave both the latter LEDs light up, and the LEDs LD1 and LDn-1 close. With the help of this connection method, the flickering that otherwise occurs when the light signal is supplied with alternating voltage is significantly reduced. With this constellation of the function blocks, a majority of LEDs can also be connected in series, and this series connection can optionally be connected in parallel with further series connections of LEDs. Thereby it is ensured that in the event of an operationally turned off light signal, simultaneous LEDs for the associated function blocks are short-circuited through the associated electronic switch, so that a disturbance-related switch-on as a result of switched-on disturbance voltages is reliably avoided.

Claims

1. Circuit for operating a light sign, in particular a light signal light sign, whose light body is made up of a majority of LEDs, where the LEDs individually or several in series connection form functional blocks, which can be connected to and from a control point through assigned resistors, and whose operating state can be determined through power assessment, characterized in that the LED (LD) for each function block (FBI to FBn) is connected in parallel with the low-resistance switch section (D-S) for at least one electronic switch (T), whose control electrode (G) is connected to a resistor (R) or an outlet from the LEDs' resistor (RI, R2) for the extractable voltage (U) for the relevant function block, and that the electronic switch is controlled in the high-resistance switch state as soon as the voltage drop on the resistor, respectively the withdrawal of the resistors, exceeds a given value.

2. Circuit in accordance with claim 1, characterized in that the LEDs (LD1, LD2) for the light sign, and with them the electronic switches (T), are located above one-way rectifiers (Dl, D2) to an AC voltage (U) that can be switched off or set from the control point, whereby to the LEDs spatially adjacent function blocks (FPB1 <*>, FB2<*>) are connected to assigned rectifiers (Dl, D2) as well as the associated LEDs of different polarity to leads (LI, L2) which carry alternating voltage to the light sign.

3. Circuit in accordance with claim 1 or 2, characterized in that the electronic switch (T) is designed as a self-conducting field-effect transistor with a drain-source section (D-S), which is connected in parallel with at least one LED (LD) for the associated function block (FBI), and with a gate (G ) which is connected to the outlet (RI, R2) or the far end of a cathode-side resistor (R) connected to the at least one LED for the function block.

4. Circuit in accordance with claim 3, characterized in that the voltage (Ulg) at which at least one LED (LD) in a function block starts to light up is adjustable via a voltage divider outlet from the resistor (RI + R2) for the LED device, determined by the following conditions: where Ulg = voltage at which at least one LED starts to light up, Uf = sum of flow voltages for the LEDs connected in series each time, Us = source-gate threshold voltage for the field-effect transistor, RI = cathode-side part of the voltage divider, R2 = the second part of the voltage divider.