DE19943256A1

DE19943256A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ansteuerung einer Lichteinheit für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE19943256A1
Application number: DE19943256A
Authority: DE
Inventors: Frank Gronemeyer; Frank Klein; Dieter Kolkmann
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-15

Abstract

Zur Verminderung der Verzerrung besteht eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für eine Lichteinheit aus: DOLLAR A - einem Gleichrichter zur Gleichrichtung einer von einem Bordnetz des Fahrzeugs gelieferten Wechselspannung, DOLLAR A - einer in einem Stromkreis angeordneten Konstantstromquelle zur Erzeugung eines konstanten Stroms, DOLLAR A - einer Mehrzahl von Leuchtelementen (Leuchtdioden) aufweisenden, in einem ersten Zweig des Stromkreises angeordneten Lichteinheit und DOLLAR A - einer in einem zweiten Zweig des Stromkreises angeordneten Bypasseinheit, die derart ausgebildet ist, daß sie den Strom in einem vorgegebenen Zeitintervall aufnimmt, in der der Stromdurchfluß durch die Lichteinheit im wesentlichen gesperrt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Lichteinheit für Fahrzeuge, insbesondere für Luftfahrzeuge.

Es ist bekannt, an einen Wechselspannungsanschluß einen Gleichrichter und eine Spannungsregelschaltung nach Art eines Schaltnetzteils anzuschließen zur Bereit stellung einer Gleichspannung, an der ein Verbraucher, beispielsweise eine Lichtein heit, betrieben wird. Eine Leistungsfaktor-Korrektur erfolgt dabei auf Basis einer Pulsweiten-Modulation (PWM).

Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß eine relativ aufwendige Elektronik mit einer Mehrzahl von aktiven Bauelementen für die Steuerung bzw. Regelung des Betriebsstroms notwendig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Lichteinheit für Fahrzeuge anzugeben, so daß die Lichteinheit auch an einer Wechselspannungsquelle betrieben werden kann, wobei ein zuverläs siger Betrieb mit einem relativ geringen Maß an Verzerrungen ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bestehend aus:

- einem Gleichrichter zur Gleichrichtung einer von einem Bordnetz des Fahrzeugs gelieferten Wechselspannung,
- einer in einem Stromkreis angeordneten Konstantstromquelle zur Erzeugung eines konstanten Stroms in Abhängigkeit von der durch den Gleichrichter erzeugten Ver sorgungsspannung,
- einer eine Mehrzahl von Leuchtelementen (Leuchtdioden) aufweisende, in einem ersten Zweig des Stromkreises angeordnete Lichteinheit und
- einer in einem zweiten Zweig des Stromkreises angeordneten Bypasseinheit, die derart ausgebildet ist, daß sie den Strom in einem vorgegebenen Zeitintervall aufnimmt, in der der Stromdurchfluß durch die Lichteinheit im wesentlichen gesperrt ist.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch das Vorsehen einer Bypasseinheit in einem zweiten Zweig der für den Betrieb der Lichteinheit vorgesehene Strom für den Zeitraum, in dem die Lichteinheit keinen Be triebsstrom führt, umgeleitet wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Versor gungsspannung zum Betrieb der Lichteinheit eine relativ geringe Verzerrung auf weist.

Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Bypasseinheit parallel zu der Lichteinheit unter Bildung eines parallelen zweiten Zweiges geschaltet. Durch das Vorsehen des parallelen Bypass-Zweiges zu der Lichteinheit wird mit geringem Bauteileaufwand ermöglicht, daß in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schwellwert der Gesamtstrom entweder durch den die Lichtein heit aufweisenden ersten Zweig oder durch den parallelen Bypass-Zweig geleitet wird. Dadurch, daß keine energiespeichernden Bauteile vorgesehen sind, kann der ursprüngliche Signalverlauf des Gesamtstromes im wesentlichen aufrechterhalten werden.

Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Konstant stromquelle mit einem Überspannungsschutz vorgesehen, so daß eine Überlastung infolge eines zu hohen Versorgungsspannungswertes sicher verhindert wird.

Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Bypass-Ein heit einen bipolaren Transistor oder einen FET-Transistor auf. Der Arbeitsbereich des Transistors wird so eingestellt, daß er bei Überschreiten bzw. Unterschreiten ei ner vorgegebenen Schwellspannung der Lichteinheit in einen Sperrzustand bzw. in einen Öffnungszustand versetzt wird. Auf diese Weise wird selbsttätig ein periodi sches Hin- und Herschalten des ersten und zweiten Zweiges erzielt.

Die Konstantstromquelle ist in Reihe zu der Lichteinheit und zu der Bypasseinheit angeordnet. Diese hat eine stabilisierende Wirkung auf den Betrieb der Lichteinheit und der Bypasseinheit.

Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 dadurch gekennzeichnet, daß während eines vorgegebenen periodischen Sperrzeitintervalls, in dem ein die Lichteinheit aufwei sender erster Zweig keinen Strom führt, der Strom in einen zweiten Zweig umgeleitet wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, durch das Vorsehen eines Bypass-Stromes während eines vorgegebenen periodischen Sperrintervalls, in dem der die Lichteinheit aufweisende erste Zweig per se gesperrt ist, eine Aufrechterhaltung der Sinusförmigkeit des Gesamtstromes zu ermöglichen, so daß nichtlineare Verzerrungen weitgehend vermieden werden. Auf diese Weise wird ein Betrieb der Lichteinheit platzsparend mit geringem Bauteileaufwand erzielt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der folgenden aus führlichen Beschreibung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Stromverlaufsdiagramm eines Gesamtstromes der Vorrichtung und eines Betriebsstromes der Lichteinheit,

Fig. 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein Schaltbild der Erfindung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 5 ein Schaltbild der Erfindung nach einem dritten Ausführungsbeispiel.

Die im folgenden beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise zur Ansteuerung von Leseleuchten in einem Flugzeug verwendet werden. Eine Spannungsversorgung 1 eines Bordnetzes stellt eine Wechselspannung von 115 V bei einer Frequenz von 400 Hz zur Verfügung. Ein nachgeschalteter Gleichrichter 2 wandelt die Wechsels pannung in eine Gleichspannung um, die als Versorgungsspannung 3 zur Speisung einer Lichteinheit 4 Verwendung findet.

Wie aus den Ausführungsformen gemäß der Schaltpläne nach Fig. 3 bis 5 ersicht lich ist, weist der Gleichrichter 2 eine Zweipuls-Brückenschaltung auf. Die Lichtein heit 4 besteht aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LED) 5.

Zur Einprägung einer relativ konstanten Betriebsstromstärke 6 der Lichteinheit 4 ist in Reihe zu der Lichteinheit 4 eine Konstantstromquelle 7 angeordnet. Parallel zu der in einem ersten Zweig 8 angeordneten Lichteinheit 4 ist in einem zweiten Zweig 9 ei ne Bypasseinheit 10 angeordnet, die den von dem Gleichrichter 2 bereitgestellten Strom 1 aufnimmt, wenn die Lichteinheit 4 in einen Sperrzustand eintritt, in dem die Stromstärke I_L der Lichteinheit 4 in dem ersten Zweig 8 vernachlässigbar klein ist.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist während eines Durchlaßzeitintervalls t_D der durch die Lichteinheit 4 fließende Strom h im wesentlichen identisch zu dem Gesamtstrom I des Stromkreises, während der durch die Bypasseinheit 10 geleitete Strom I_B den Wert 0 hat. Wird ein vorgegebener Schwellwert S der Lichteinheit 4 unterschritten - bei den die Lichteinheit 4 bildenden Leuchtdioden 5 wird der Schwellwert S durch ei ne vorgegebene Schwellwertspannung gebildet -, wird der erste Zweig 8 schlagartig hochohmig, so daß der Strom 1 _L in einem anschließenden Sperrzeitintervall t_S gleich Null ist. Gleichzeitig mit dem Übergang des ersten Zweigs 8 in den Sperrzustand er folgt ein Schalten des zweiten Zweigs 9 in einen Durchlaßzustand, so daß der Ge samtstrom I entsprechend seine sinusförmigen Signalform weiterfließen kann. Hier durch kann die ursprüngliche Signalform des Gesamtstromes 1 im wesentlichen un verändert aufrechterhalten werden, was mit einem geringen Grad an Verzerrung bzw. einen kleinen Klirrfaktor von weniger als 10%, vorzugsweise 2-6%, erzielbar ist.

Nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besteht eine Bypasseinheit 11 im wesentlichen aus einem MOS-FET-Transistor 12, dessen Drain-Anschluß an einem Pluspol der Versorgungsspannung, der Gate-Anschluß über einen Widerstand 13 und 14 an dem Pluspol und der Source-Anschluß über einen Widerstand 15 und eine Diode 16 an den Kollektor eines die Konstantstromquelle 7 bildenden bipolaren Transistors 17 angeschlossen ist. Die Konstantstromquelle 7 weist neben dem NPN- Transistor 17 einen Emitterwiderstand 18 auf, mit dem sich die Höhe des Kollektor stromes einstellen läßt. Die in Reihe geschalteten Widerstände 19 und 20 dienen zur Einstellung des Stromes in Abhängigkeit von der Amplitude der eingangsseitig anlie genden Versorgungsspannung. Die Zenerdiode 21 begrenzt den Strom im Fall einer Überspannung, um die Leuchtdioden 5 vor der Zerstörung zu schützen.

An die Basis des Transistors 17 ist ein Schalter 22 angeschlossen, mittels dessen durch Widerstandsänderung die Lichteinheit 4 ein-, ausgeschaltet oder gedimmt wer den kann.

Nach Einschalten der Lichteinheit 4 mittels des Schalters 22 ist der erste Zweig 8, in dem die Lichteinheit 4 angeordnet ist, während des Sperrzeitintervalls t_S so lange ge sperrt, bis eine für die Leuchtdioden 5 maßgebliche Schwellspannung erreicht ist. Während des Zeitintervalls t_S ist der Transistor 12 durchgeschaltet und ermöglicht ei nen Stromfluß durch den zweiten Zweig 9. Der Widerstand 14 und eine Zenerdiode 24 legen die Referenzspannung für den Transistor 12 fest. Der Transistor 12 bleibt so lange durchgeschaltet, bis die Leuchtdioden 5 ihre Schwellspannung S erreichen, so daß das Potential am Kollektor des Transistors 17 angehoben wird. Hierdurch sinkt die Gate-Source-Spannung des Transistors 12 betragsmäßig so weit, daß er in den Sperrzustand schaltet. Nunmehr fließt der gesamte Strom I durch den ersten Zweig 8. Diese Umschaltung erfolgt periodisch vor und nach dem Erreichen des Ma ximums des Stromes 1.

Eine Zenerdiode 25 dient zum Schutz des Gate-Anschlusses des Transistors 12. Der Widerstand 15 dient zur Begrenzung der Einschaltflanken des Transistors 12. Der Widerstand 13 dient zur Entkopplung des Widerstandes 14 und der Diode 24 gegenüber der Gate-Source-Spannung des Transistors 12 beim Abschalten dessel ben. Die Diode 16 verhindert den Stromfluß über die Widerstände 13, 15 und die Di oden 24, 25.

Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist ein Ausführungs beispiel gemäß Fig. 4 einen Optokoppler 29 als Bestandteil einer Konstantstrom quelle 30 auf, wodurch der durch die Widerstände 19, 20 gebildete Spannungsteiler sowie die Diode 21 für die Strombegrenzung entfallen. Hierdurch kann die Lichtein heit 4 galvanisch von einer nicht dargestellten Ansteuerelektronik getrennt werden.

Nach einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 können sowohl eine Kon stantstromquelle 36 als auch eine Bypasseinheit 31 mit dem gleichen Transistor, nämlich einem pnp-Transistor, betrieben werden. Die Konstantstromquelle 36 mit ei nem Transistor 32 ist an einem Pluspol der Versorgungsspannung angeschlossen, wobei eine parallele Strombegrenzungsdiode als Zenerdiode 33 mit der Kathode am Pluspol der Versorgungsspannung anliegt. Die Bypasseinheit 31 weist den gleichen Transistor 32 auf. Die Funktionsweise der Schaltung ist die gleiche wie bei dem er sten und zweiten Ausführungsbeispiel. Durch einen nicht dargestellten veränderba ren, parallel zu der Diode 33 geschalteten Widerstand läßt sich die Lichteinheit 4 ein- bzw. ausschalten. Die Diode 33 begrenzt den Strom im Fall einer Überspan nung, um die Leuchtdioden 5 vor der Zerstörung zu schützen.

In gleicher Weise wird durch Überschreiten der Schwellspannung der Lichteinheit 4 die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 32 so klein, daß er in den Sperrzustand übergeht.

Claims

4. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Lichteinheit für Fahrzeuge, insbesondere für Luftfahrzeuge, bestehend aus:
- - einem Gleichrichter (2) zur Gleichrichtung einer von einem Bordnetz des Fahrzeugs gelieferten Wechselspannung (3),
- - einer in einem Stromkreis angeordneten Konstantstromquelle (7, 30, 36) zur Erzeugung eines konstanten Stroms (I)in Abhängigkeit von der durch den Gleichrichter erzeugten Versorgungsspannung,
- - einer eine Mehrzahl von Leuchtelementen (Leuchtdioden 5) aufweisende, in einem ersten Zweig (8) des Stromkreises angeordnete Lichteinheit (4) und
- - einer in einem zweiten Zweig (9) des Stromkreises angeordneten Bypassein heit (10), die derart ausgebildet ist, daß sie den Strom (I) in einem vorgegebe nen Zeitintervall (t_S) aufnimmt, in der der Stromdurchfluß (I_L) durch die Licht einheit (4) im wesentlichen gesperrt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypasseinheit (10, 11, 31) parallel zu der Lichteinheit (4) geschaltet ist und ein elektronisches Schaltelement (12) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektroni sche Schaltelement (12) bei Überschreiten und Unterschreiten eines vorgegebe nen Schwellwertes (S) der Lichteinheit (4) in einen Sperrzustand bzw. in einen Öffnungszustand übergeht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Konstantstromquelle (7) ein Überspannungsschutz (21) integriert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (7) mindestens einen Transistor (17) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (7) einen Optokoppler (29) umfaßt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypasseinheit (31) und die Konstantstromquelle (36) derart ausgebildet sind, daß sie jeweils ein einziges gleiches aktives Bauteil (32) umfassen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinheit (4) aus einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Leuchtdioden (5) gebildet ist.
9. Verfahren zur Ansteuerung einer Lichteinheit für Fahrzeuge, insbesondere für Luftfahrzeuge, wobei die Lichteinheit mit einer gleichgerichteten Wechselspan nung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß während eines vorgegebenen periodischen Sperrzeitintervalls (t_S), in dem ein die Lichteinheit (4) aufweisender erster Zweig (8) keinen Strom führt, der Strom (1) in einem zweiten Zweig (9) um geleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der während des Sperrzeitintervalls (t_S) durch den zweiten Zweig (9) geleitete Strom und der wäh rend des Durchlaßzeitintervalls (t_D) durch den ersten Zweig (8) geleitete Strom (I_L) jeweils den Gesamtstrom des Stromkreises bilden.