EP2818027A1 - Verfahren zum betreiben einer schaltungsanordnung für ein konstantstromgespeistes leuchtdiodenfeld, mit fehlererkennung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer schaltungsanordnung für ein konstantstromgespeistes leuchtdiodenfeld, mit fehlererkennung

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EP2818027A1
EP2818027A1 EP13702013.7A EP13702013A EP2818027A1 EP 2818027 A1 EP2818027 A1 EP 2818027A1 EP 13702013 A EP13702013 A EP 13702013A EP 2818027 A1 EP2818027 A1 EP 2818027A1
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EP
European Patent Office
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control
controllable switching
emitting diode
light
switching element
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Application number
EP13702013.7A
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English (en)
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EP2818027B1 (de
Inventor
Dieter Nietfeld
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Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
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Publication date
Application filed by Hella KGaA Huek and Co filed Critical Hella KGaA Huek and Co
Publication of EP2818027A1 publication Critical patent/EP2818027A1/de
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Publication of EP2818027B1 publication Critical patent/EP2818027B1/de
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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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
    • H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a circuit arrangement
  • the light-emitting diode array comprising at least two series circuits comprising at least one light-emitting diode and a controllable switching element
  • controllable switching elements and the current source are controlled by the control and / or regulating means and in such a way
  • control and / or regulating means controls the controllable switching element of at least one series connection of the LED array during a clock period for a determined by the control and / or regulating means pulse duration by a control pulse at the control input of the controllable switching element to close and
  • Such a method is disclosed in the German patent application with the official file number DE 10 2010 060 857.2.
  • the application further discloses a circuit arrangement and a control and / or regulating means with which the method can be carried out.
  • the pulse durations during which the controllable switching elements of the series circuits are driven to close are selected in the disclosed method such that the LEDs of the parallel-connected series circuits have the same average brightness.
  • Controllable switching elements in series with light-emitting diodes with a low forward voltage will result in succession its switched on for a shorter time as controllable switching elements in series with light emitting diodes with a high forward voltage.
  • German patent application is not disclosed how to proceed when it comes to a failure of one of the light-emitting diodes.
  • a failure of a light-emitting diode could, for example, be caused by a short circuit of the light-emitting diode or an interruption of the current path via the light-emitting diode.
  • the invention was based on the problem to improve a method of the type mentioned so that a failure detection is possible.
  • This problem is solved according to the invention in that, during successive clock periods, at least one of the controllable switching elements of the series circuits is switched on by the control and / or regulating means for a period of time known as the diagnosis time alone. During this diagnostic time, therefore, a current can flow only through the light-emitting diode arranged in series with the closed controllable switching element. According to the electrical properties of the light emitting diode and the controllable switching element then sets a voltage across the energized series circuit. This voltage can be detected and be a basis for failure detection.
  • each controllable switching element can be switched on for the diagnosis time in n consecutive clock periods. This ensures that the failure of one light-emitting diode is detected at the latest after n clock periods. But it is also possible to choose a different rhythm in the control of the controllable switching elements to close. In particular, it is also possible to select random controllable switching elements to be closed during the diagnosis time.
  • the diagnostic time during which a controllable switching element is driven to close may be part of the pulse duration during which the same switching element is driven to close in all clock periods.
  • the total duty cycle of the controllable switching element during the clock period then changes as little as the average brightness of the LEDs in series with the controllable switching element.
  • the pulse durations during which the remaining controllable switching elements are closed during the same clock period remain unaffected by the diagnosis time. Because of the diagnostic time, if necessary, the beginning or the end of the pulse durations for the activation of the other controllable switching elements must be shifted from clock period to clock period.
  • pulse durations during which the controllable switching elements are switched on within one clock period can be shifted to one another such that several or all controllable switching elements are switched on during a diagnostic time within the clock period alone, it is possible to use several or all light emitting diodes of the light emitting diode array with respect to to investigate one of the described failures.
  • a pulse duration must be shared, so that one of the controllable switching elements is turned on for two periods during a clock period, these periods together forming the pulse duration.
  • the diagnostic time can be at the beginning of the pulse duration and after the expiry of the diagnostic time, other controllable switching elements can be controlled to close.
  • the diagnosis time may be at the beginning of a clock period.
  • the diagnostic time can be 50 ps. But longer or shorter diagnosis times are possible.
  • the diagnostic time may be the same or different in duration from clock period to clock period.
  • the circuit arrangement can have a voltage sensor with which the voltage across the light-emitting diode field is detected during the diagnosis time.
  • the voltage across the LED field varies depending on the characteristics the light emitting diode and the closed controllable switching element, which is why it can be concluded from the measured voltage on the functionality of the light emitting diode.
  • the voltage detected during the diagnosis time over the light-emitting diode array can be compared by the control and / or regulating means with a predetermined value. Upon exceeding the predetermined value plus a predetermined tolerance by the detected voltage, the controllable switching element, which was closed during the detection during the diagnosis time, permanently, i. also be switched off for the following clock periods. Probably due to an interruption of the current path through the series connection failed
  • the controllable switching element which was closed during the detection during the diagnosis time, can be permanently switched off. At a small or compared to small voltage across the light emitting diode array or the only switched series connection can be connected to a short circuit of the
  • the pulse durations during which the remaining controllable switching elements are closed can be extended and / or the current of the switched-off series circuit can be distributed to the remaining series circuits.
  • the average brightness of the still functioning light-emitting diodes is increased, the average brightness of the entire circuit can u. U. despite the permanently disconnected light emitting diode or LEDs are maintained. It should be noted, however, that the thermal and electrical load capacity of the LEDs or controllable switching elements that are not switched off permanently, is not exceeded.
  • Fig. 3 shows a course of currents in the circuit arrangement according to the invention during a second clock period
  • FIG. 4 shows a course of currents in the circuit arrangement according to the invention during a third clock period.
  • the circuit arrangement illustrated in FIG. 1 comprises a light-emitting diode array composed of three series circuits D1, R1, S1, D2, R2, S2, D3, R3, S3.
  • Each series circuit 1, 2, 3 comprises a light-emitting diode D1, D2, D3, a resistor R1, R2, R3 and a switch S1, S2, S3.
  • the following will be spoken of the first series circuit 1, the second series circuit 2 and the third series circuit 3.
  • the series circuits 1, 2, 3 are connected in parallel.
  • the light-emitting diodes D1, D2, D3 are arranged within the series circuits so that their anodes abut against a common node.
  • the controllable switching elements S1, S2, S3 also have a common node.
  • the resistors R1, R2, R3 are arranged between the diodes D1, D2, D3 and the controllable switching elements S1, S2, S3.
  • the circuit arrangement comprises a current source I, which is connected upstream of the anode-side node.
  • the current source I is a controllable current source.
  • a parallel circuit Downstream of the switch element-side node is a parallel circuit, are arranged in the measuring resistors.
  • a controllable switching element S4 is arranged in a first branch of the parallel circuit.
  • the controllable switching element is advantageously a transistor whose emitter collector path forms a first measuring resistor and thus the measuring resistor of the first branch of the parallel circuit.
  • a measuring resistor R4 is arranged in a second branch.
  • a measuring resistor R4 is arranged in a third branch.
  • a third branch is a series connection of a measuring resistor R5 and a arranged nem controllable switching element S5.
  • the parallel circuit is connected via ground to the current source I.
  • a voltage sensor V1 and a current sensor V2 is provided.
  • the voltage sensor V1 detects the voltage between the anode-side node and the ground potential.
  • the current sensor V2 detects the current through the light-emitting diode array via the detour of measuring the voltage which drops across the parallel connection of the measuring resistors.
  • control and / or regulating means C is provided in the circuit arrangement.
  • the control and / or regulating means C has several inputs and several outputs. About these inputs and outputs is the control and / or regulating means C with the controllable current source I, the controllable switching elements S1, S2, S3 of the LED array, the controllable switching elements S4, S5, the parallel connection of the measuring resistors, the voltage sensor V1 and the current sensor V2 connected.
  • connections between the components or components and the inputs or outputs of the control and / or regulating means are produced as follows:
  • a first input of the control and / or regulating means C is connected to the current sensor V2. Via the first input E1, the control and / or regulating means C can be supplied with the current intensity detected by the current sensor V2 or with an equivalent voltage thereto.
  • a second input E2 of the control and / or regulating means is connected to the voltage sensor V1. Via this input E2, a signal can be supplied to the control and / or regulating means which indicates the voltage between the a node-side node and the ground potential.
  • First outputs A11, A12, A13 of the control and / or regulating means are connected to control terminals of the controllable switching elements S1, S2, S3 of the series circuits 1, 2, 3 of the LED array connected. Control pulses can be applied to the switching elements via these first outputs A11, A12, A13 in order to close them.
  • a second output A2 is connected to the controllable current source I. Via this second output A2, a signal can be given by the control and / or regulating means to the controllable current source I in order to set the current supplied by the current source I.
  • the control and / or regulating means which may be a microcontroller or an ASIC, is set up such that the light-emitting diodes D1, D2, D3 have a desired brightness.
  • the current source is adjusted by the control and / or regulating means C so as to provide a current sufficiently large enough to supply power to the series circuit whose LED has the highest forward voltage. This is, for example, the light emitting diode D3 in the third series circuit 3.
  • the current supplied by the controllable current source I divides at the anode-side node into the respective currents which flow through the series circuits 1, 2, 3.
  • the current distribution depends on the components of the series circuits 1, 2, 3. Among these components are also the LEDs D1, D2, D3 with their different forward voltages.
  • the currents are distributed in such a way that the series connection with the light-emitting diode with the lowest forward voltage, ie the first series connection, carries the largest current, while the series connection with the light-emitting diode D3 with the largest forward voltage, namely the third series circuit 3, leads the lowest current.
  • the third light-emitting diode D3 with the highest forward voltage provides the desired Hel ⁇ ltechnik
  • the current of the controllable current source I must be adjusted so that the necessary for providing the desired brightness flow through the third serial circuit 3 and therefore by the third light-emitting diode D3 flows ,
  • the controllable switching element S3 is turned on in the third series circuit 3 for a pulse duration T3.
  • the controllable switches S1, S2 of the first and the second series circuit 1, 2 are switched on for pulse durations T1, T2, the pulse duration T2 being smaller than the pulse duration T3 and the pulse duration T1 being smaller than the pulse duration T2.
  • the pulse durations T1, T2, T3 are chosen so that on average of the clock periods T, a current flows through the series circuit 1, 2, 3, which supplies on average the desired brightness of the light-emitting diodes.
  • the controllable current source I is controlled so that at the end of the respective pulse durations T1, T2, T3, the current Iges supply of the controllable current source I is reduced by the current consumption of the switched off at the end of the pulse duration T1, T2, T3 series connection.
  • the controllable current source I supplies exactly the current Iges, which is necessary for the supply of the switched series circuits.
  • diagnosis time Tdiag a period is provided, which is referred to as diagnosis time Tdiag.
  • diagnosis time Tdiag a period is provided, which is referred to as diagnosis time Tdiag.
  • a voltage across the light-emitting diode field arises during the diagnosis time Tdiag, which voltage is detected via the voltage sensor V1. If the detected voltage is within a specified tolerance range, it can be assumed that the LED works as desired. If, however, a deviation of the detected voltage is detected, that is, the voltage is not within the tolerance range, the controllable switching element, which was turned on during the diagnostic time Tdiag, during which the deviation was detected, permanently switched off.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Control Of El Displays (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung mit einer Stromquelle (I), - mit einem Leuchtdiodenfeld (1, 2, 3) in Reihe zu der Stromquelle (I), wobei das Leuchtdiodenfeld (1, 2, 3) wenigstens zwei Reihenschaltungen (1, 2, 3) umfasst, die wenigstens eine Leuchtdiode (D1, D2, D3) und ein steuerbares Schaltelement (S1, S2, S3) umfassen, mit einem Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) für das Leuchtdiodenfeld (1, 2, 3) und - mit einem Spannungssensor (V1), wobei die steuerbaren Schaltelemente und die Stromquelle (I) vom Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) angesteuert werden und zwar derart, dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) das steuerbare Schaltelement (S1, S2, S3) wenigstens einer Reihenschaltung (1, 2, 3) des Leuchtdiodenfeldes (1, 2, 3) während einer Taktperiode (Tcycle) für eine von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) ermittelte Impulsdauer (T1, T2, T3) durch einen Steuerimpuls am Steuereingang des steuerbaren Schaltelements (S1, S2, S3) zum Schließen ansteuert und - dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) kurz vor oder spätestens gleichzeitig mit dem Ende einer Impulsdauer (T1, T2, T3) die Stromquelle (I) so ansteuert, dass der Strom reduziert wird, und zwar um den Betrag des Stroms durch die Reihenschaltung (1, 2, 3), deren steuerbares Schaltelement (S1, S2, S3) am Ende der Impulsdauer (T1, T2, T3) vom Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) zum Öffnen angesteuert wird. Während aufeinanderfolgender Taktperioden (Tcycle) wird vom Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) je eines der steuerbaren Schaltelemente der Reihenschaltungen (1, 2, 3) für eine als Diagnosezeit (Tdiag) bezeichnete Zeitdauer allein eingeschaltet.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER SCHALTUNGSANORDNUNG FÜR EIN
ONSTANTSTROMGESPEISTES LEUCHTDIODENFELD, MIT FEHLERERKENNUNG
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung
mit einer Stromquelle,
mit einem Leuchtdiodenfeld in Reihe zu der Stromquelle, wobei das Leuchtdiodenfeld wenigstens zwei Reihenschaltungen umfasst, die wenigstens eine Leuchtdiode und ein steuerbares Schaltelement umfassen,
mit einem Steuer- und/oder Regelungsmittel und
mit einem Spannungssensor,
wobei die steuerbaren Schaltelemente und die Stromquelle vom Steuer- und/oder Regelungsmittel angesteuert werden und zwar derart,
- dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel das steuerbare Schaltelement wenigstens einer Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes während einer Taktperiode für eine von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ermittelte Impulsdauer durch einen Steuerimpuls am Steuereingang des steuerbaren Schaltelements zum Schließen ansteuert und
- dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel kurz vor oder spätestens gleichzeitig mit dem Ende einer Impulsdauer die Stromquelle so ansteuert, dass der Strom reduziert wird, und zwar um den Betrag des Stroms durch die Reihenschaltung, deren steuerbares Schaltelement am Ende der Impulsdauer vom Steuer- und/oder Regelungsmittel zum Öffnen angesteuert wird.
Ein solches Verfahren ist in der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2010 060 857.2 offenbart. In der Anmeldung ist ferner eine Schaltungsanordnung und ein Steuer- und/oder Regelungsmittel offenbart, mit welchem das Verfahren durchgeführt werden kann. Die Impulsdauern, während der die steuerbaren Schaltelemente der Reihenschaltungen zum Schließen angesteuert werden, sind bei dem offenbarten Verfahren so gewählt, dass die Leuchtdioden der parallel geschalteten Reihenschaltungen die gleiche mittlere Helligkeit haben. Steuerbare Schaltelemente in Reihe zu Leuchtdioden mit einer geringen Flussspannung werden in Folge dessen für eine kürzere Zeit eingeschaltet als steuerbare Schaltelemente in Reihe zu Leuchtdioden mit einer hohen Flussspannung.
In der genannten deutschen Patentanmeldung ist nicht offenbart, wie verfahren wird, wenn es zu einem Ausfall einer der Leuchtdioden kommt. Ein Ausfall einer Leuchtdiode könnte zum Beispiel durch einen Kurzschluss der Leuchtdiode oder eine Unterbrechung des Strompfads über die Leuchtdiode hervorgerufen sein.
Zu diesen beiden möglichen Ausfallszenarien wird mit der vorliegenden Erfindung eine Lösung angeboten, mit welcher zunächst der Ausfall erkannt wird und wie nach der Erkennung des Ausfalls verfahren wird, um mit dem Ausfall umzugehen.
Der Erfindung lag das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine Ausfallerkennung möglich ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während aufeinanderfolgender Taktperioden vom Steuer- und/oder Regelungsmittel wenigstens eines der steuerbaren Schaltelemente der Reihenschaltungen für eine als Diagnosezeit bezeichnete Zeitdauer allein eingeschaltet wird. Während dieser Diagnosezeit kann also nur durch die in Reihe zu dem geschlossenen steuerbaren Schaltelement angeordnete Leuchtdiode ein Strom fließen. Entsprechend der elektrischen Eigenschaften der Leuchtdiode und des steuerbaren Schaltelementes stellt sich dann eine Spannung über der bestromten Reihenschaltung ein. Diese Spannung kann erfasst werden und eine Grundlage für eine Ausfallerkennung sein.
Bei einer Anzahl von n Reihenschaltungen kann gemäß der Erfindung in n aufeinanderfolgenden Taktperioden jedes steuerbare Schaltelement für die Diagnosezeit eingeschaltet werden. Da ist sichergestellt, dass spätestens nach n Taktperioden der Ausfall einer Leuchtdiode erkannt ist. Es ist aber auch möglich, einen anderen Rhythmus bei der Ansteuerung der steuerbaren Schaltelemente zum Schließen zu wählen. Insbesondere ist es auch möglich, dass während der Diagnosezeit zu schließende steuerbare Schaltelement zufällig zu wählen. Die Diagnosezeit, während der ein steuerbares Schaltelement zum Schließen angesteuert wird, kann Teil der Impulsdauer sein, während der das gleiche Schaltelement in allen Taktperioden zum Schließen angesteuert wird. Die Gesamteinschaltdauer des steuerbaren Schaltelementes während der Taktperiode ändert sich dann ebenso wenig wie die mittlere Helligkeit der Leuchtdioden in Reihe zu dem steuerbaren Schaltelement. Die Impulsdauern, während der die übrigen steuerbaren Schaltelemente während der gleichen Taktperiode geschlossen werden, bleibt von der Diagnosezeit e- benfalls unbeeinflusst. Wegen der Diagnosezeit muss ggf. der Anfang oder das Ende der Impulsdauern für die Einschaltung der übrigen steuerbaren Schaltelemente von Taktperiode zu Taktperiode verschoben werden.
Wenn die Impulsdauern, während derer die steuerbaren Schaltelemente innerhalb einer Taktperiode eingeschaltet werden, so zu einander verschoben sein können, dass mehrere oder alle steuerbaren Schaltelemente während einer Diagnosezeit innerhalb der Taktperiode allein eingeschaltet sind, ist es möglich, mehrere oder alle Leuchtdioden des Leuchtdiodenfelds im Hinblick auf einen der beschriebenen Ausfälle zu untersuchen. Eventuell muss dazu eine Impulsdauer geteilt werden, so dass eines der steuerbaren Schaltelemente für zwei Zeiträume während einer Taktperiode eingeschaltet wird, wobei diese Zeiträume zusammen die Impulsdauer bilden.
Die Diagnosezeit kann am Anfang der Impulsdauer liegen und nach Ablauf der Diagnosezeit können auch andere steuerbare Schaltelemente zum Schließen angesteuert werden.
Gemäß der Erfindung kann die Diagnosezeit am Anfang einer Taktperiode liegen.
Die Diagnosezeit kann 50 ps betragen. Es sind aber auch längere oder kürzere Diagnosezeiten möglich. Die Diagnosezeit kann von Taktperiode zu Taktperiode gleich oder unterschiedlich lang sein.
Die Schaltungsanordnung kann einen Spannungssensor aufweist, mit welchem während der Diagnosezeit die Spannung über dem Leuchtdiodenfeld erfasst wird. Die Spannung über dem Leuchtdiodenfeld stellt sich in Abhängigkeit der Eigenschaften der Leuchtdiode und des geschlossenen steuerbaren Schaltelementes ein, weshalb aus der gemessenen Spannung auf die Funktionsfähigkeit der Leuchtdiode geschlossen werden kann.
Die während der Diagnosezeit erfasste Spannung über dem Leuchtdiodenfeld kann von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel mit einem vorgegebenen Wert verglichen werden. Bei einem Überschreiten des vorgegebenen Wertes zuzüglich einer vorgegebenen Toleranz durch die erfasste Spannung kann das steuerbare Schaltelement, welches während der Erfassung während der Diagnosezeit geschlossen war, dauerhaft, d.h. auch für folgende Taktperioden, abgeschaltet werden. Die vermutlich durch eine Unterbrechung des Strompfades durch die Reihenschaltung ausgefallene
Leuchtdiode ist dann dauerhaft abgeschaltet.
Bei einem Unterschreiten des vorgegebnen Wertes abzüglich einer Toleranz durch die erfasste Spannung kann das steuerbare Schaltelement, welches während der Erfassung während der Diagnosezeit geschlossen war, dauerhaft abgeschaltet werden. Bei einer kleinen bzw. im Vergleich zu kleinen Spannung über dem Leuchtdiodenfeld bzw. der einzigen eingeschalteten Reihenschaltung kann auf einen Kurzschluss der
Leuchtdioden geschlossen werden, weshalb die dauerhafte Abschaltung sinnvoll ist.
Nach einem dauerhaften Abschalten mittels des Steuer- und/oder Regelungsmittels können die Impulsdauern, während der die verbleibenden steuerbaren Schaltelemente geschlossen sind, verlängert werden und/oder der Strom der abgeschalteten Reihenschaltung auf die verbleibenden Reihenschaltungen verteilt werden. Damit wird zwar die mittlere Helligkeit der noch funktionierenden Leuchtdioden erhöht, die mittlere Helligkeit der gesamten Schaltung kann aber u. U. trotz der dauerhaft abgeschalteten Leuchtdiode oder Leuchtdioden erhalten bleiben. Dabei ist allerdings zu beachten, dass die thermische und elektrische Belastbarkeit der Leuchtdioden oder steuerbaren Schaltelemente, die nicht dauerhaft abgeschaltet sind, nicht überschritten wird.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann,
Fig. 2 einen Verlauf von Strömen in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung während einer erste Taktperiode,
Fig. 3 einen Verlauf von Strömen in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung während einer zweiten Taktperiode und
Fig. 4 einen Verlauf von Strömen in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung während einer dritten Taktperiode.
Die in der Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst ein Leuchtdiodenfeld aus drei Reihenschaltungen D1 , R1 , S1 , D2, R2, S2, D3, R3, S3. Jede Reihenschaltung 1 , 2, 3 umfasst eine Leuchtdiode D1 , D2, D3, einen Widerstand R1 , R2, R3 und einen Schalter S1 , S2, S3. Entsprechend der Indizes der Bezeichnungen der Bauelemente wird nachfolgend von der ersten Reihenschaltung 1 , der zweiten Reihenschaltung 2 und der dritten Reihenschaltung 3 gesprochen werden.
Die Reihenschaltungen 1 , 2, 3 sind parallel geschaltet. Die Leuchtdioden D1 , D2, D3 sind innerhalb der Reihenschaltungen so angeordnet, dass ihre Anoden an einem gemeinsamen Knoten anliegen. Auch die steuerbaren Schaltelemente S1 , S2, S3 haben einen gemeinsamen Knoten. Die Widerstände R1 , R2, R3 sind zwischen den Dioden D1 , D2, D3 und den steuerbaren Schaltelementen S1 , S2, S3 angeordnet.
Neben dem Leuchtdiodenfeld umfasst die Schaltungsanordnung eine Stromquelle I, die dem anodenseitigen Knoten vorgeschaltet ist. Bei der Stromquelle I handelt es sich um eine steuerbare Stromquelle.
Dem schaltelementseitigen Knoten nachgeschaltet ist eine Parallelschaltung, in der Messwiderstände angeordnet sind. In einem ersten Zweig der Parallelschaltung ist ein steuerbares Schaltelement S4 angeordnet. Bei dem steuerbaren Schaltelement handelt es sich vorteilhaft um einen Transistor, dessen Emitterkollektorstrecke einen ersten Messwiderstand und somit den Messwiderstand des ersten Zweiges der Parallelschaltung bildet. In einem zweiten Zweig ist ein Messwiderstand R4 angeordnet. In einem dritten Zweig ist eine Reihenschaltung aus einem Messwiderstand R5 und ei- nem steuerbaren Schaltelement S5 angeordnet. Die Parallelschaltung ist über Masse mit der Stromquelle I verbunden.
In der Schaltungsanordnung ist ein Spannungssensor V1 und ein Stromsensor V2 vorgesehen. Der Spannungssensor V1 erfasst die Spannung zwischen dem anoden- seitigen Knoten und dem Massepotential. Der Stromsensor V2 erfasst über den Umweg der Messung der Spannung, die über der Parallelschaltung der Messwiderstände abfällt, den Strom durch das Leuchtdiodenfeld.
Außerdem ist bei der Schaltungsanordnung ein erfindungsgemäßes Steuer- und/oder Regelungsmittel C vorgesehen. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel C hat mehrere Eingänge und mehrere Ausgänge. Über diese Ein- und Ausgänge ist das Steuer- und/oder Regelungsmittel C mit der steuerbaren Stromquelle I, den steuerbaren Schaltelementen S1 , S2, S3 des Leuchtdiodenfeldes, den steuerbaren Schaltelementen S4, S5, der Parallelschaltung der Messwiderstände, dem Spannungssensor V1 und dem Stromsensor V2 verbunden.
Im Einzelnen sind die Verbindungen zwischen den Bauelementen beziehungsweise Komponenten und den Ein- beziehungsweise Ausgängen des Steuer- und/oder Regelungsmittels folgendermaßen hergestellt:
Ein erster Eingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels C ist mit dem Stromsensor V2 verbunden. Über den ersten Eingang E1 kann dem Steuer- und/oder Regelungsmittel C die vom Stromsensor V2 erfasste Stromstärke beziehungsweise eine dazu äquivalente Spannung zugeführt werden.
Ein zweiter Eingang E2 des Steuer- und/oder Regelungsmittels ist mit dem Spannungssensor V1 verbunden. Über diesen Eingang E2 kann dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ein Signal zugeführt werden, welches die Spannung zwischen dem a- nodenseitigen Knoten und dem Massepotential anzeigt.
Erste Ausgänge A11 , A12, A13 des Steuer- und/oder Regelungsmittels sind mit Steueranschlüssen der steuerbaren Schaltelemente S1 , S2, S3 der Reihenschaltungen 1 , 2, 3 des Leuchtdiodenfeldes verbunden. Über diese ersten Ausgänge A11 , A12, A13 können Steuerimpulse an die Schaltelemente gegeben werden, um diese zu schließen.
Ein zweiter Ausgang A2 ist mit der steuerbaren Stromquelle I verbunden. Über diesen zweiten Ausgang A2 kann von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ein Signal an die steuerbare Stromquelle I gegeben werden, um den von der Stromquelle I gelieferten Strom einzustellen.
Das Steuer- und/oder Regelungsmittel, bei dem es sich um einen MikroController oder um einen ASIC handeln kann, ist so eingerichtet, dass die Leuchtdioden D1 , D2, D3 eine gewünschte Helligkeit haben. Dazu sind aufgrund von Toleranzen der Kenngrößen der Leuchtdioden insbesondere unterschiedliche Flussspannungen der Leuchtdioden und unterschiedliche Ströme in den Reihenschaltungen 1 , 2, 3 notwendig. Die Stromquelle wird von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel C so eingestellt, dass sie einen Strom bereitstellt, der ausreichend groß ist, um die Reihenschaltung mit Strom zu versorgen, deren Leuchtdiode die höchste Flussspannung hat. Dieses ist beispielsweise die Leuchtdiode D3 in der dritten Reihenschaltung 3. Die erste Reihenschaltung 1 soll dagegen die Leuchtdiode D1 mit der geringsten Flussspannung und die zweite Reihenschaltung 2 eine Leuchtdiode D2 mit einer mittleren Flussspannung haben.
Der von der steuerbaren Stromquelle I gelieferte Strom teilt sich am anodenseitigen Knoten in die jeweiligen Ströme auf, die durch die Reihenschaltungen 1 , 2, 3 fließen. Die Stromaufteilung hängt dabei von den Bauelementen der Reihenschaltungen 1 , 2, 3 ab. Unter diesen Bauelementen sind auch die Leuchtdioden D1 , D2, D3 mit ihren unterschiedlichen Flussspannungen. Die Ströme teilen sich so auf, dass die Reihenschaltung mit der Leuchtdiode mit der geringsten Flussspannung, also die erste Reihenschaltung den größten Strom führt, während die Reihenschaltung mit der Leuchtdiode D3 mit der größten Flussspannung, nämlich die dritte Reihenschaltung 3 den geringsten Strom führt. Damit die dritte Leuchtdiode D3 mit der höchsten Flussspannung die gewünschte Hel¬ ligkeit liefert, muss der Strom der steuerbaren Stromquelle I so eingestellt sein, dass der für die Bereitstellung der gewünschten Helligkeit notwendige Strom durch die dritte Reihenschaltung 3 und somit durch die dritte Leuchtdiode D3 fließt.
Das führt allerdings zu Strömen in den anderen beiden Reihenschaltungen 1 , 2, die größer sind, als die Ströme, die zur Lieferung der gewünschten Helligkeit durch die Leuchtdioden D1 und D2 erforderlich sind. Die Leuchtdioden D1 und D2 beziehungsweise die Reihenschaltungen 1 und 2 werden daher ein- und ausgeschaltet. Dadurch ergibt sich ein Strom durch die erste und die zweite Reihenschaltung 1 , 2, der im Mittel dem Strom entspricht, der zum Herstellen der gewünschten Helligkeit notwendig ist.
Das Ein- und Ausschalten erfolgt mit einer so hohen Frequenz, dass es für das menschliche Auge nicht erkennbar ist.
Im Beispiel der Figuren 2, 3 und 4 sind drei zeitlich aufeinander folgende Taktperioden Tcycle dargestellt. Innerhalb der Taktperioden wird das steuerbare Schaltelement S3 in der dritten Reihenschaltung 3 für eine Impulsdauer T3 eingeschaltet. Analog werden die steuerbaren Schalter S1 , S2 der ersten und der zweiten Reihenschaltung 1 , 2 für Impulsdauern T1 , T2 eingeschaltet, wobei die Impulsdauer T2 kleiner ist als die Impulsdauer T3 und die Impulsdauer T1 kleiner ist als die Impulsdauer T2. Die Impulsdauern T1 , T2, T3 sind so gewählt, dass im Mittel der Taktperioden T ein Strom durch die Reihenschaltung 1 , 2, 3 fließt, der im Mittel die gewünschte Helligkeit der Leuchtdioden liefert. Die steuerbare Stromquelle I wird dabei so gesteuert, dass zum Ende der jeweiligen Impulsdauern T1 , T2, T3 die Stromlieferung Iges der steuerbaren Stromquelle I um die Stromaufnahme der am Ende der Impulsdauer T1 , T2, T3 abgeschalteten Reihenschaltung reduziert wird. Damit liefert die steuerbare Stromquelle I genau den Strom Iges, der zur Versorgung der eingeschalteten Reihenschaltungen notwendig ist.
Am Anfang der Taktperioden Tcycle ist ein Zeitraum vorgesehen, der als Diagnosezeit Tdiag bezeichnet wird. Während dieser Zeit ist nur eines der steuerbaren Schaltete- mente zum Schließen angesteuert, so dass während dieser Zeit nur eine Reihenschaltung von einem Strom durchflössen wird. Entsprechend der elektrischen Eigenschaften der stromdurchflossenen Reihenschaltung 1 , 2, 3 stellt sich während der Diagnosezeit Tdiag eine Spannung über dem Leuchtdiodenfeld ein, die über den Spannungssensor V1 erfasst wird. Liegt die erfasste Spannung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches, kann davon ausgegangen werden, dass die Leuchtdiode wie gewünscht funktioniert. Wird dagegen eine Abweichung der erfassten Spannung festgestellt, liegt also die Spannung nicht innerhalb des Toleranzbereiches, wird das steuerbare Schaltelement, das während der Diagnosezeit Tdiag eingeschaltet war, während derer die Abweichung festgestellt wurde, dauerhaft ausgeschaltet.
Während der Taktperioden Tcycle sind alle Impulsdauern T1 , T2, T3 stets gleich lang, so dass durch die Leuchtdioden D1 , D2, D3 stets die gleiche mittlere Helligkeit zur Verfügung gestellt wird. Die Diagnosezeiten Tdiag sind somit Teil der Impulsdauern. Damit während der Diagnosezeiten trotz der gleichen Impulsdauern T1 , T2, T3 stets nur ein steuerbares Schaltelement eingeschaltet ist, sind im dargestellten Beispiel die Zeitpunkte des Beginns und die Zeitpunkte des Endes der Impulsdauern T1 , T2, T3 bezüglich der Diagnosezeit Tdiag verschoben, wenn die Schaltelemente nicht während der Diagnosezeit Tdiag eingeschaltet sind.
Bezugszeichenliste
I steuerbare Stromquelle
V1 Spannungssensor
V2 Stromsensor
D1 Leuchtdiode der ersten Reihenschaltung
R1 Widerstand der ersten Reihenschaltung
51 steuerbarer Schalter der ersten Reihenschaltung
D2 Leuchtdiode der zweiten Reihenschaltung
R2 Widerstand der zweiten Reihenschaltung
52 steuerbarer Schalter der zweiten Reihenschaltung
D3 Leuchtdiode der dritten Reihenschaltung
R3 Widerstand der dritten Reihenschaltung
53 steuerbarer Schalter der dritten Reihenschaltung
C Steuer- und/oder Regelungsmittel
54 steuerbarer Schalter im ersten Zweig der Parallelschaltung von Messwiderständen
R4 Widerstand im zweiten Zweig der Parallelschaltung von Messwiderständen
55 steuerbarer Schalter im drittem Zweig der Parallelschaltung von Messwiderständen
R5 Widerstand im dritten Zweig der Parallelschaltung von Messwiderständen
Tcycle Taktperiode
T1 Impulsdauer
T2 Impulsdauer
T3 Impulsdauer
II Strom durch Reihenschaltung 1
12 Strom durch Reihenschaltung 2
13 Strom durch Reihenschaltung 3
Iges Gesamtstrom durch das Leuchtdiodenfeld
Tdiag Diagnosezeit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung
- mit einer Stromquelle (I),
- mit einem Leuchtdiodenfeld (1 , 2, 3) in Reihe zu der Stromquelle (I), wobei das Leuchtdiodenfeld (1 , 2, 3) wenigstens zwei Reihenschaltungen (1 , 2, 3) umfasst, die wenigstens eine Leuchtdiode (D1 , D2, D3) und ein steuerbares Schaltelement (S1 , S2, S3) umfassen,
- mit einem Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) für das Leuchtdiodenfeld (1 , 2, 3) und
mit einem Spannungssensor (V1 ),
wobei die steuerbaren Schaltelemente und die Stromquelle (I) vom Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) angesteuert werden und zwar derart,
- dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) das steuerbare
Schaltelement (S1 , S2, S3) wenigstens einer Reihenschaltung (1 , 2, 3) des Leuchtdiodenfeldes (1 , 2, 3) während einer Taktperiode (Tcycle) für eine von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) ermittelte Impulsdauer (T1 , T2, T3) durch einen Steuerimpuls am Steuereingang des steuerbaren Schaltelements (S1 , S2, S3) zum Schließen ansteuert und
- dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) kurz vor oder spätestens gleichzeitig mit dem Ende einer Impulsdauer (T1 , T2, T3) die Stromquelle (I) so ansteuert, dass der Strom reduziert wird, und zwar um den Betrag des Stroms durch die Reihenschaltung (1 , 2, 3), deren steuerbares Schaltelement (S1 , S2, S3) am Ende der Impulsdauer (T1 , T2, T3) vom Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) zum Öffnen angesteuert wird,
gekennzeichnet dadurch,
dass während aufeinanderfolgender Taktperioden (Tcycle) vom Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) eines der steuerbaren Schaltelemente der Reihenschaltungen (1 , 2, 3) für eine als Diagnosezeit (Tdiag) bezeichnete Zeitdauer allein zum Schließen angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von n Reihenschaltungen in n aufeinanderfolgenden Taktperioden (Tcycle) jedes steuerbare Schaltelement (S1 , S2, S3) für die Diagnosezeit (Tdiag) zum Schließen angesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosezeit, während der ein steuerbares Schaltelement (S1 , S2, S3) zum Schließen angesteuert wird, Teil der Impulsdauer (T1 , T2, T3) ist, während der das gleiche Schaltelement (S1 , S2, S3) in allen Taktperioden (Tcycle) zum Schließen angesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosezeit (Tdiag) am Anfang der Impulsdauer (T1 , T2, T3) liegt und nach Ablauf der Diagnosezeit (Tdiag) auch andere steuerbare Schaltelemente (S1 , S2, S3) zum Schließen angesteuert sein können.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosezeit (Tdiag) am Anfang einer Taktperiode (Tcycle) liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosezeit (Tdiag) 50 \is beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung einen Spannungssensor (V1 ) aufweist, mit welchem während der Diagnosezeit (Tdiag) die Spannung über dem Leuchtdiodenfeld (1 , 2, 3) erfasst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die während der
Diagnosezeit erfasste Spannung über dem Leuchtdiodenfeld von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten des vorgegebenen Wertes zuzüglich einer vorgegebenen Toleranz durch die erfasste Spannung das steuerbare Schaltelement (S1 , S2, S3), welches während der Erfassung während der Diagnosezeit (Tdiag) geschlossen war, dauerhaft, d.h. auch für folgende Taktperioden (Tcycle) abgeschaltet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem
Unterschreiten des vorgegebenen Wertes abzüglich einer Toleranz durch die erfasste Spannung das steuerbare Schaltelement (S1 , S2, S3), welches während der Erfassung während der Diagnosezeit (Tdiag) geschlossen war, dauerhaft abgeschaltet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem dauerhaften Abschalten mittels des Steuer- und/oder Regelungsmittels (C) die Impulsdauern (T1 , T2, T3), während der die verbleibenden steuerbaren Schaltelemente (S1 , S2, S3) geschlossen sind, verlängert werden.
12. Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) für ein Leuchtdiodenfeld (1 , 2, 3)
mit wenigstens zwei ersten Ausgängen (A11 , A12, A13), an denen Steuersignale zum Steuern von steuerbaren Schaltelementen (S1 , S2, S3) des Leuchtdiodenfeldes (1 , 2, 3) abgreifbar sind und
mit einem Messsignaleingang (E2), an welchem ein Sensorsignal eines Spannungssensors (V1 ) anlegbar ist
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel (C) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 geeignet und eingerichtet ist.
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