DE102008037551B4 - Vorrichtung zum Betreiben von Leuchtdiodenketten - Google Patents

Vorrichtung zum Betrieb eines Leuchtmittels (L), bestehend aus mindestens zwei parallel geschalteten Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) bestehend aus jeweils mindestens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (DL1–DLn; D11–D24), wobei das Leuchtmittel (L) von einer Stromquellenschaltung (S) gespeist wird, welche für jede der mindestens zwei Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) einen definierten Strom über die Ausgänge (SL1–SLn; S1, S2) bereitstellt, wobei eine Diagnoseeinheit (DIAG) und eine Abschalteinheit (A) vorgesehen sind, welche die Spannungsabfälle über jede der mindestens zwei Leuchtdiodenketten (DL1–DLn; Dl1–D24) des Leuchtmittels (L) überwachen und wobei die Stromquellenschaltung (S) einen Stromteiler aus zwei parallel geschalteten Transistoren (Q1, Q2) aufweist, wobei im Emitterzweig des ersten Transistors (Q1) ein erster Widerstand (R1) und im Emitterzweig des zweiten Transistors (Q2) ein zweiter Widerstand (R2) liegt, wobei der erste und der zweite Widerstand (R1, R2) an einer Stromeinspeisestelle (CC) angeschlossen sind und wobei am Verbindungspunkt der beiden Basen des ersten und zweiten Transistors (Q1, Q2) ein...

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von Leuchtdiodenketten.

• Leuchtdiodenketten werden insbesondere im Automobilbereich für die Lichterzeugung in Bremsleuchten, Blinkern wie auch Hauptscheinwerfern verwendet. Um die Lichtausbeute hoch zu gestalten, sind mehrere Leuchtdioden in Reihe geschaltet, zu welchen wiederum mehrere in Reihe geschaltete Leuchtdioden parallel geschaltet sind. Diese Maßnahme ermöglicht die Ansteuerung aus einer Stromquellenschaltung; zugleich erfolgt hierdurch eine besonders ökonomische Ausnutzung von Ressourcen.

• Um die Leuchtdiodenketten gleichmäßig zu betreiben und um eine gleichmäßige Lichtausbeute zu erreichen, werden parallel geschaltete Leuchtdiodenketten möglichst mit gleichen Strömen angesteuert. Um dies zu erreichen, werden die Leuchtdiodenketten über Stromteiler angesteuert, welche jeder Leuchtdiodenkette einen nahezu gleichstarken Strom zuleiten. Es haben sich hierfür Stromteiler bekannter Art als besonders vorteilhaft erwiesen.

• Aus

  DE 100 33 379 A1

  ist eine Vorrichtung zum Betrieb eines Leuchtmittels, bestehend aus mehreren Leuchtdiodenketten, bestehend jeweils aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden, bekannt. Jede Reihe der Leuchtdioden wird von einer eigenen Stromquellenschaltung gespeist. Es erfolgt eine Sollstromüberwachung jeder der Stromquellenschaltungen oder es erfolgt eine Überwachung der jeweiligen Spannung an den Kollektoren eines jeden der Stromquellentransistoren an jeder der Stromquellenschaltungen.

• Die Gebrauchsmusterschrift

  AT 005 190 U1

  beschreibt ein Verfahren zur Ansteuerung von zumindest zwei Serienanordnungen von Leuchtdioden einer Fahrzeugleuchte und eine Fahrzeugleuchte, wobei zu jeder Serienanordnung von Leuchtdioden eine ihr zugeordnete steuerbare Stromversorgung vorgesehen ist und der durch jede Serienanordnung fließende Strom überwacht wird. Eine Unterbrechung des Stromflusses durch die Serienanordnung in Folge einer defekten Leuchtdiode erfolgt, indem die steuerbare Stromversorgung abgeschaltet wird.

• Aus

  EP 0 753 892 B1

  ist eine Halbleiteranordnung mit einer Schutzvorrichtung bekannt. Hierbei handelt es sich um eine elektrostatische Schutzschaltung für elektronische Bauteile.

• Aus

  DE 10 2004 034 359 B3

  ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtzeichens offenbart. Es sind mehrere parallel geschaltete Leuchtdiodenketten vorhanden, denen jeweils eine Konstantstromquelle zugeordnet ist, wobei die Konstantstromquellen aus einer gemeinsamen Spannungsquelle gespeist werden. Um eine exakte Auslegung bei erhöhtem Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Konstantstromquellen jeweils über eine Oder-Verknüpfung mit einem gemeinsamen Schaltungselement zur Regelung der Referenzspannung der Konstantstromquellen verbunden sind.

• Aus

  DE 10 2004 008 896 A1

  ist ein Verfahren und ein Apparat zur Steuerung von Leuchtdioden bekannt. Eine Leuchtdiodenschaltung enthält eine Vielzahl von in einer hybridparallelen Reihenschaltungskonfiguration verbundenen Leuchtdioden und eine Stromregulierungsschaltung, die ein an eine erste Kette einer Vielzahl von Leuchtdiodenketten angeschlossenes Stromregulierungselement und eine Vielzahl von Stromspiegelelementen enthält, wobei jedes Stromspiegelelement an eine jeweilige Kette der Vielzahl von LED-Ketten angeschlossen ist.

• Bei der beschriebenen Ansteuerung von Leuchtdiodenketten mit Stromquellenschaltungen ist zu berücksichtigen, dass die Kettenströme stabil und unter Beachtung der Kettenspannungen aufzuteilen sind. Ursache für unterschiedliche Kettenspannungen sind die verwendeten Bauelemente sowie deren Streuungen und Temperatureinflüsse. Um dies zu kompensieren, werden modifizierte Stromspiegel eingesetzt, die eine Überwachung dieser Aufgabe ermöglichen.

• Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass Störursachen, wie ein Riss oder ein Kurzschluss in einer Leuchtdiodenkette, die vorhandenen Kettenregeltransistoren überlasten und die Stromquellenschaltung durch Überspannung oder die Leuchtdioden durch Überstrom zerstört werden können. Aus diesem Grund sind verschiedene Sicherheitsaspekte zu beachten, die erfordern, dass parallel geschaltete Leuchtdiodenketten im Störungsfall zusammen abgeschaltet werden müssen. Außerdem soll ein Nachglimmen unterbunden werden. Die Diagnose solcher Zustände ist sehr aufwendig, da unterschiedliche Parameter, wie Strom, Spannung, Verlustleistung etc. gleichzeitig und mehrfach erfasst werden müssen. Der ökonomische Vorteil eines preiswerten Stromteilers mit Stromspiegel kann daher nicht ausgenutzt werden.

• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für den Betrieb von mindestens zwei Leuchtdiodenketten aufzuzeigen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll unter Einsatz möglichst weniger Standardbauelemente ein Stromteiler, der den Strom auf die Leuchtdiodenketten verteilt, überwacht und im Störungsfall mit geeigneten Maßnahmen abgeschaltet werden.

• Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Hierzu werden nicht mehrere einzelne oder verschiedene Parameter der einzelnen Schaltungskomponenten überwacht, sondern es werden ausschliellich die Spannungsabfälle an den Leuchtdiodenketten überwacht. In vorteilhafter Ausgestaltung werden die Spannungsabfälle an den Transistoren, im Weiteren mit Kettenregeltransistoren bezeichnet, überwacht, über die die Leuchtdiodenketten angesteuert werden, die Rückschlüsse auf die Betriebszustände der Leuchtdiodenketten zulassen. In einer vorteilhaften konkreten Ausgestaltung einer elektrischen Schaltung zur Umsetzung der Erfindung werden die Spannungsabfälle über den Kettenregeltransistoren und/oder Strommesswiderstände überwacht, da sich diese in einem Störungsfall stark verändern.

• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der abhängigen Ansprüche sowie der weiteren Beschreibung und insbesondere der Beschreibung anhand konkreter Ausführungsbeispiele.

• Die Leuchtdiodenketten werden über eine Stromquellenschaltung mit Strom versorgt. Die Leuchtdiodenketten sind über eine Stromteilerschaltung mit der Stromquelle bzw. der Stromquellenschaltung verbunden.

• Die vorliegende Erfindung nutzt die Eigenschaft einer Stromteilerschaltung derart aus, dass jede Störung mit der Erhöhung mindestens eines Spannungsabfalls über den entsprechenden Regelelementen der Stromteilerschaltung einhergeht. Werden diese Spannungen addiert, lässt sich anhand der Summierung dieser Einzelspannungen der Gesamtzustand der Stromteilerschaltung und damit die Zustände der Leuchtdiodenketten, insbesondere jeder einzelnen Leuchtdiodenkette, diagnostizieren. Dies lässt sich auch anhand der Überwachung der Spannungsabfälle über den Kettenregeltransistoren diagnostizieren. Große Summenspannungen entsprechen großen Spannungsdifferenzen. Für die Auswertung bietet sich zum einen eine Softwareüberwachung an, zum anderen die Verwendung eines Triggers. Erstere erkennt durch Lernfähigkeit schleichende Veränderungen. Der Trigger erkennt Grenzwertüberschreitungen bei plötzlich auftretenden Überbeanspruchungen und schaltet unmittelbar ab, so dass größere Schäden vermieden werden können. Zusätzlich erfolgt ein Schutz der Hardware bei auftretenden Softwareproblemen. Bei der Abschaltung läuft die Stromquelle, welche den Strom für die Leuchtdiodenketten liefert, auf ihre physikalischen Grenzen hoch. Bei den physikalischen Grenzen handelt es sich in einem konkreten Ausführungsbeispiel um eine Kurzschlussstrombelastung der Stromquelle(n) und/oder um eine Spannungsüberlastung.

• Eine entsprechend zu diagnostizierende Situation und eine entsprechende plötzliche Spannungsunsymmetrie durch Spannungsunterschiede über den Leuchtdiodenketten und/oder deren Regelelementen tritt beispielsweise ein bei einem Riss einer der Diodenkette, einem Kurzschluss, dem Ausfall oder der Beschädigung einzelner Dioden oder zu großer Unsymmetrie der Spannungen und Leistungen zwischen den einzelnen Leuchtdiodenketten.

• Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Betrieb eines Leuchtmittels. Das Leuchtmittel besteht aus mindestens zwei parallel geschalteten Leuchtdiodenketten aus jeweils mindestens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden. Das Leuchtmittel wird entweder von einer Stromquelle mit Stromteiler oder aus separaten Stromquellen, oder einer Stromquellenschaltung gespeist, welche für jede der mindestens zwei Leuchtdiodenketten einen definierten Strom über die jeweiligen Ausgänge bereitstellt. Vorzugsweise ist der Strom nahezu konstant. Außerdem sind eine Diagnoseeinheit und eine Abschalteinheit vorhanden, welche den Spannungsabfall über jeder der mindestens zwei Leuchtdiodenketten des Leuchtmittels überwachen.

• Erfindungsgemäß ist die Leuchtdioden der Leuchtdiodenketten des Leuchtmittels baugleich sind. Damit werden Unsymmetrien und ungleiche Spannungsverteilungen der Leuchtdiodenketten nahezu vermieden.

• Vorteilhaft ist, dass die Stromquellenschaltung von einem Stromteiler aus zwei parallel geschalteten Transistoren gebildet, wobei im Emitterzweig des ersten Transistors ein erster Widerstand und im Emitterzweig des zweiten Transistors ein zweiter Widerstand liegt, wobei der erste und der zweite Widerstand an einer Spannungsquelle oder Stromquelle angeschlossen sind, wobei der erste und der zweite Widerstand Unsymmetrien von Spannungen und somit der Ströme in den Emitterzweigen der beiden Transistoren liniearisieren. Dies stellt einen einfachen und kostengünstigen Aufbau eines Stromteilers dar.

• Zwischen den beiden Basen des ersten und zweiten Transistors ein dritter Transistor mit seinem Emitter angeordnet und am Kollektor des dritten Transistors ein dritter Widerstand angeschlossen, wobei an der Basis des dritten Transistors ein vierter Widerstand angeschlossen ist, wobei der dritte und vierte Widerstand auf Masse geführt sind und wobei die Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors über beispielsweise vier Dioden verbunden sind. Die Anzahl der Dioden ist abhängig von der Art der und der Anzahl der eingesetzten Transistoren.

• Vorteilhaft nach Patentanspruch 2 ist, dass die Leuchtdioden der Leuchtdiodenketten des Leuchtmittels baugleich sind. Damit werden Unsymmetrien und ungleiche Spannungsverteilungen der Leuchtdiodenketten nahezu vermieden.

• Vorteilhaft nach Patentanspruch 3 ist, dass die Diagnoseschaltung die mindestens zwei Leuchtdiodenketten auf Ungleichmäßigkeiten und/oder Unsymmetrien des Spannungsabfalls über den mindestens zwei Leuchtdiodenketten den Leuchtdiodenkettenregeltransistoren überwacht und ein proportionales Signal ausgibt. Das proportionale Signal wird z. B. über einen Analog-Digital-Konverter und/oder über eine entsprechende Software ausgewertet. Hierdurch kann eine Beschädigung des Leuchtmittels durch Bauteilveränderungen der integrierten elektrischen Bauelemente erkannt werden.

• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich oder alternativ der Spannungsabfall über den Leuchtdiodenkettenregeltransistoren auf Ungleichmäßigkeit und/oder Unsymmetrie des Spannungsabfalls überwacht.

• Vorteilhaft nach Patentanspruch 4 ist, dass die Diagnoseeinheit die Werte der Spannungsabfälle über den mindestens zwei Leuchtdiodenketten in einen elektrischen/elektronischen Speicher abspeichert. Hierdurch kann dann eine Langzeitanalyse vorgenommen werden und es können schleichende Veränderungen der Leuchtdiodenketten erkannt werden. Dies ist besonders beim Einsatz im automotiven Bereich von Bedeutung, da auf diese Weise bereits frühzeitig Ausfälle diagnostiziert werden können.

• Vorteilhaft nach Patentanspruch 5 ist, dass die Abschalteinheit die Stromquellenschalter oder den Stromteiler oder die Stromquellen oder die Stromquelle abschaltet, sobald die Summenspannung über den mindestens zwei Leuchtdiodenketten einen vordefinierten Wert überschreitet. Hierdurch erfolgt ein schnelles und sicheres Abschalten. Es wird vermieden, dass weitere Bauelemente beschädigt werden.

• Vorteilhaft nach Patentanspruch 6 ist, dass die Abschalteinheit auf schnelle Änderungen des Spannungsabfalls über den Leuchtdiodenketten reagiert. Hierdurch wird vermieden, dass weitere Bauelemente beschädigt werden.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 7 ist bevorzugt, dass der erste und der zweite Widerstand Unsymmetrien von Spannungen und somit die Ströme in den Emitterzweigen der beiden Transistoren linearisieren.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 8 ist bevorzugt, dass der erste und zweite Transistor und der erste und zweite Widerstand baugleich sind oder gleiche elektrische Parameter aufweisen.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 9 ist bevorzugt, dass die Transistoren pnp-Transistoren oder npn-Transistoren oder Feldeffekttransistoren sind.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 10 ist bevorzugt, dass die Transistoren als komplementäre Darlington-Transistoren geschaltet sind. Bei den beiden Transistoren handelt es sich um Leuchtdiodenkettenregeltransistoren.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 11 ist bevorzugt, dass die Diagnoseschaltung aus einem vierten Transistor und einem fünften, sechsten, siebten und achten Widerstand besteht, wobei der fünfte Widerstand am Emitter des vierten Transistors angeschlossen ist, der sechste Widerstand zwischen Kollektor des vierten Transistors und Masse gelegt ist und der siebte Widerstand von der Basis an die erste Leuchtdiodenkette und der achte Widerstand von der Basis an die zweite Leuchtdiodenkette geschaltet ist.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 12 ist bevorzugt, dass eine Softwareüberwachung des Leuchtmittels mittels eines Abgriffs der Spannung im Kollektorzweig des vierten Transistors erfolgt, wobei dort die Summen der Fehlspannungen zwischen dem ersten und zweiten Transistor (Leuchtdiodenkettenregeltransistoren) bzw. den Leuchtdiodenketten anliegen.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 13 ist bevorzugt, dass ein fünfter Transistor vorgesehen ist, wobei der Emitter des fünften Transistors an der Stromquelle bzw. Spannungsquelle anliegt und an die Basis des fünften Transistors ein neunter, ein zehnter und ein elfter Widerstand angeschlossen sind, wobei der elfte Widerstand an die Stromquelle/Spannungsquelle angeschlossen ist und der neunte Widerstand an die erste Leuchtdiodenkette und der zehnte Widerstand an die zweite Leuchtdiodenkette des Leuchtmittels geschaltet ist.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 14 ist bevorzugt, dass bei der Abschalteinheit die Spannung über den ersten und zweiten Transistor zusammen mit den Spannungsabfällen über den ersten und zweiten Widerstand abgebildet und summiert wird, so dass die Abschalteinheit beim Vorliegen größerer Ströme und Spannungsdifferenzen zwischen den beiden Leuchtdiodenketten den Stromteiler oder die Stromquelle abschaltet.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 15 ist bevorzugt, dass der erste und zweite Transistor Leuchtdiodenkettenregeltransistoren sind.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 16 ist bevorzugt, dass weitere Leuchtdiodenketten von weiteren Leuchtdiodenkettenregeltransistoren angesteuert werden und dass von deren Verbindungspunkt weitere Widerstände zu den Basisanschlüssen des vierten und fünften Transistors geschaltet sind.

• Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Funktion der Vorrichtung zum Betreiben von Leuchtdiodenketten und deren Aufbau anhand konkreter Ausführungsbeispiele anhand von Figuren näher erläutert. Zur besseren Verständlichkeit und Übersichtlichkeit der Figuren wurden für gleiche Elemente in allen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.

• Die weitere Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele stellt keine Einschränkung der Erfindung auf eine konkrete Ausführungsform dar. Es handelt sich hier lediglich um beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung.

• 1

  zeigt den schematischen Aufbau der Schutzschaltung für die Diodenketten;

• 2

  zeigt ein konkretes, hardwaremäßiges Ausführungsbeispiel;

• 3

  zeigt ein weiteres konkretes, hardwaremäßiges Ausführungsbeispiel.

• In

  1

  ist eine Stromquellenschaltung S dargestellt, welche definierte Ströme an ihren Ausgängen SL1 bis SLn bereitstellt. Diese Ströme mit definierter Stromstärke werden einem Leuchtmittel L, welches aus mehreren Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn besteht, zugeführt, wobei die Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn aus mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden DL1 bis DLn bestehen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kommen Leuchtdioden gleicher Bauart zum Einsatz. Eine Leuchtdiodenkette LL1 bis LLn besteht aus mindestens zwei Leuchtdioden DL1 bis DLn. Die Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn sind parallel geschaltet, so dass jedem Stromausgang SL1 bis SLn der Stromquellenschaltung S eine Leuchtdiodenkette LL1 bis LLn im Leuchtmittel L zugeordnet ist.

• Im Weiteren sind eine Diagnoseschaltung DIAG sowie eine Abschaltschaltung A angeordnet. Die Diagnoseschaltung DIAG ermittelt die Spannungsabfälle über jeder der Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn und überprüft den Spannungsabfall über den einzelnen Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn auf Ungleichmäßigkeit und Unsymmetrie. Das Summensignal dieser Spannungen wird einer Auswerteschaltung zugeführt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Auswerteschaltung einen Mikroprozessor. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Abbildung des jeweiligen Spannungsabfalls über jeder der Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn anhand des Spannungsabfalls über einen jeweils einer Leuchtdiodenkette LL1 bis LLn zugeordneten Leuchtdiodenkettenregeltransistors bzw. einer zugeordneten Regelungsschaltung.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die von der Diagnoseschaltung DIAG ermittelten Werte in einer angeschlossenen Speichereinheit gespeichert, so dass über einen längeren Zeitraum eine Diagnose des Leuchtmittels L, bezogen auf die Spannungsabfälle über jede der einzelnen Leuchtdiodenketten LL1 bis LLn möglich ist. Auf diese Weise können geringfügige und schleichende Veränderungen im Leuchtmittel L festgestellt werden. Die Speicherung der Spannungswerte erfolgt zu definiert vorgegebenen Zeitpunkten. Diese Zeitpunkte können frei gewählt werden, wobei aber die Speicherungen in vorteilhafter Weise zu äquidistanten Zeitpunkten erfolgen.

• Die Abschalteinheit A überwacht ebenfalls den Spannungsabfall an jeder der Leuchtdiodenkette LL1 bis LLn des Leuchtmittels L. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an jedem einzelnen Leuchtdiodenkettenregeltransistor bzw. der Regelungsschaltung. Bei plötzlichen oder erheblichen Veränderungen der einzelnen überwachten Spannungen, wobei ein Delta für die Abweichung vorgebbar ist, schaltet die Abschalteinheit A die Stromquellenschaltung S ab. Der Zufluss von Strom an das Leuchtmittel L wird dadurch dann unterbunden.

• 2

  zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es werden zwei Leuchtdiodenketten L1 und L2 im Leuchtmittel L betrieben, welche parallel zueinander geschaltet sind. Die erste Leuchtdiodenkette L1 wird von vier in Reihe geschalteten Leuchtdioden D11, D12, D13 und D14 gebildet. Die zweite Leuchtdiodenkette L2 bilden die vier in Reihe geschalteten Leuchtdioden D21, D22, D23 und D24.

• Die Leuchtdiodenketten L1 und L2 werden über eine Stromquellenschaltung S mit Energie versorgt. Die Stromquellenschaltung S weist einen Stromteiler, bestehend aus den Widerständen R1 und R2, sowie den Transistoren Q1 und Q2, auf wobei zwischen den beiden Basen der Transistoren Q1 und Q2 ein dritter Transistor Q3 angeordnet ist. Die Basis des dritten Transistors Q3 ist über einen Widerstand R4 auf Masse geführt. Der Kollektor des dritten Transistors Q3 ist ebenfalls über einen Widerstand R3 auf Masse geführt .

• Bei den Transistoren Q1 und Q2 handelt es sich vorzugsweise um baugleiche Transistoren. Die Widerstände R1 und R2 haben vorzugsweise gleiche Widerstandswerte. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Widerstände R1 und R2 bzw. und die beiden Transistoren Q1 und Q2 gleich.

• Dem Stromteiler liegt der Grundsatz zugrunde, dass sich Transistoren gleicher Größe und Bauart gleich verhalten. Gleiche Basisemitterspannungen erzeugen gleiche Kollektorströme. Dies gilt für die beiden Transistoren Q1 und Q2. Verbleibende Unsymmetrien werden durch die Einfügung der beiden Widerstände R1 und R2 in den Emitterzweig der zweiten Transistoren Q1 und Q2 linearisiert, da ein höherer Kollektorstrom, beispielsweise des zweiten Transistors Q2, auch einen höheren Emitterstrom zur Folge hätte, der am Widerstand R2 einen höheren Spannungsabfall erzeugt. Da aber beide Zweige der Stromteilerschaltung am Punkt B die gleiche Spannung haben, verkleinert sich dann die Basis-Emitterspannung des zweiten Transistors Q2 und es kommt zu einer Abregelung mit dem Ergebnis, dass die Ströme in beiden Zweigen sich angleichen. Der am Punkt CC eingespeiste Strom verteilt sich also hälftig, gleiche Bauelemente in den Zweigen vorausgesetzt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kommen mehrere parallel geschaltete Leuchtdiodenketten zum Einsatz, wobei dann sinngemäß eine äquivalente Aufteilung des Stromes auf die Leuchtdiodenketten erfolgt.

• Die am Punkt B eingespeisten Basisströme für die Transistoren Q1 und Q2 müssen gleich oder größer sein als der Quotient aus den Kollektorströmen und der Stromverstärkung. Der Transistor Q3 und der am Emitter vom Transistor Q3 angeschlossene Widerstand R3 ist für den Extremfall höchster notwendiger Basisströme, kleinster Leuchtdiodenkettenspannungen und kleinster Temperatur ausgelegt. Das treibt aber die Verlustleistung an diesem Widerstand R3 unnötig in die Höhe, vor allem dann, wenn für eine sichere Abschaltung der Stromquellenschaltung der Punkt B nach CC kurzgeschlossen wird und die treibende Stromquelle an CC mit ihrer Spannung hochläuft. Um dies zu vermeiden, werden der Transistor Q3 und der Widerstand R4 an deren Basis eingesetzt. Die Kollektoren der beiden Transistoren Q1 und Q2 sind in diesem konkreten Ausführungsbeispiel über die vier Dioden D1, D2, D3 und D4 verbunden. Diese vier Dioden D1 bis D4 haben die Aufgabe, die notwendigen Basisströme der Transistoren Q1 und Q2 auf ein Minimum zu reduzieren. Steuert jetzt einer der beiden Transistoren Q1 oder Q2 vollkommen auf, würden die Dioden D1 und D2 oder D3 und D4 mit ihrer kleineren Flussspannung die Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q3 und Q1 bzw. Q2 unterschreiten und diese sperren. So stellt sich für die Transistoren Q1 oder Q2 der Arbeitspunkt Uce (Spannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors) bei etwa 100...200 mV ein mit minimaler Verlustleistung und zwar an demjenigen der beiden Transistoren Q1/Q2, der die Leuchtdiodenkette L1/L2 mit der höchsten Flussspannung treibt. Der jeweils andere Transistor Q1/Q2, der als Last die Leuchtdiodenkette L1/L2 mit kleinerer Flussspannung treibt, muss die Spannungsdifferenz zwischen den Leuchtdiodenketten L1/L2 aufnehmen und in Wärme umsetzen. Ohne die Dioden D1 bis D4 würde sich der Spannungsabfall Uce (Spannungsabfall über dem Kollektor zur Basis des Transistors) der Transistoren Q1 und Q2 um etwa 1,5 V erhöhen und es müsste unnötig Wärme in jedem Kanal zusätzlich umgesetzt werden. Dies würde den Wirkungsgrad erheblich verschlechtern.

• Die zweite Aufgabe der Dioden D1 bis D4 ist die Abschaltung der Gesamtschaltung bei Riss einer der beiden Leuchtdiodenketten L1 oder L2.

• Im Falle des Risses der Leuchtdiodenkette L1 fließt durch den Emitterwiderstand R1 kein Strom mehr. Die Spannungsdifferenz zwischen dem Punkt B und CC beträgt dann nur noch den Spannungswert Ube (Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors) des Transistors Q1. Daher sperrt dann der Transistor Q2. Gleichzeitig ziehen die Dioden D1 und D2 den Basisstrom des dritten Transistors Q3. Dies führt zusätzlich zur Sperrung des zweiten Transistors Q2.

• Es fließen nur noch Restströme um 1 mA durch den Transistor Q2. Dies führt allerdings ggf. zum Nachglimmen der Leuchtdiodenkette L2. Dies muss aber nicht in jedem Fall störend sein.

• Bei Kurzschluss einer der Leuchtdiodenketten L1 oder L2 liegt am jeweiligen zugehörigen Kettenregeltransistor Q1/Q2 die volle Spannung der gegenüberliegenden Leuchtdiodenkette L1/L2, an bei gleich gebliebenem Kettenstrom, was eine erhebliche Überlast darstellen kann. Bei Kurzschluss der Leuchtdiodenkette L1 liegt am ersten Transistor Q1 die Spannung der gegenüberliegenden Leuchtdiodenkette L2 an, wobei der Stromfluss weiterhin konstant bleibt.

• Der Stromteiler kann mehr als die zwei in

  2

  dargestellten Leuchtdiodenketten L1, L2 versorgen. Entsprechend müssen dann weitere Kettenregeltransistoren und zugehörige Widerstände angeordnet werden.

• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden pnp-Transistoren oder npn-Transistoren oder Feldeffekttransistoren eingesetzt.

• Die Stromquellenschaltung S und die angeschlossenen Leuchtdiodenketten L1 und L2 werden von einer Diagnoseeinheit DIAG überwacht. Diese Diagnoseeinheit DIAG besteht aus dem Transistor Q5 und den beiden Widerständen R51 und R52, sowie dem Widerstand R58, der am Emitter des Transistors Q5 angeschlossen ist. Weiterhin ist am Kollektor des Transistors Q5 der Widerstand R59 vorhanden, der auf Masse gelegt ist.

• Der Diagnoseeinheit DIAG liegt der Gedanke zugrunde, dass sich Differenzen zwischen den Kettenspannungen der Leuchtdiodenketten L1 und L2 prinzipiell bei Laständerungen und Temperatur nicht wesentlich verändern. Für die Diagnose und Softwareüberwachung, welche am Punkt D abgreift, werden nur die Teilspannungen Uce (Spannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors) an den Funkten C1, C2 und über den Kettenregeltransistoren Q1 und Q2 mit den Widerständen R51 und R52 am Summationspunkt S1 der Stromquellenschaltung S mit dem Transistor Q5 aufgeschaltet, dessen Emitterwiderstand R58 direkt an einen Emitterwiderstand eines Kettenregeltransistors Q1 angeschlossen wird oder dessen mehrere Emitterwiderstände R58 an die Emitter der weiteren Kettenregeltransistoren angeschlossen werden. Die entstehende Fehlbelastung der Stromquellenschaltung S ist im allgemeinen vernachlässigbar. Der erzeugte Strom wird am Widerstand R59 abgebildet und lässt eine Diagnose der gesamten Fehlspannungen über den Kettenregeltransistoren Q1 und Q2 bzw. über die Differenzspannungen der Leuchtdiodenketten L1 und L2 zu. Schleichende Veränderungen werden von der Software sicher erkannt. Der Arbeitspunkt des Transistors Q5 entspricht etwa dem der Kettenregeltransistoren Q1, Q2, weshalb hinreichend genau die Fehlspannungen am Widerstand R59 abgebildet werden. Für eine vollständige Diagnose wird die sich einstellende Spannung am Stromteilereingang CC zusätzlich softwaremäßig erfasst.

• Um eine schnelle Abschaltung der Stromquellenschaltung S bei plötzlichen erheblichen Veränderungen zu erreichen, ist die Abschalteinheit A vorgesehen, welche aus dem Transistor Q6, den beiden Widerständen R61 und R62 sowie aus dem Widerstand R68 gebildet wird. Es erfolgt eine Summierung der Spannungen am Punkt S2 von den gleichen Punkten C1, C2, über die Widerstände R61, R62 und R68. Es wird somit die Spannung über die Kettenregeltransistoren Q1 und Q2, hier aber zusammen mit den Spannungsabfällen über die Emitterwiderstände R1, R2 abgebildet und summiert, so dass bei größeren Strömen, gleichbedeutend mit größeren Verlustleistungen an den Kettenregeltransistoren Q1 und Q2, bereits kleinere Spannungsdifferenzen an den Punkten C1 und C2 zum Abschalten führen. Es wird also auf einfache Weise die Verlustleistung bewertet. Durch den Abschaltvorgang steigen die Spannungen über den Kettenregeltransistoren Q1 und Q2, wodurch die Abschalteinheit A in den stabilen Abschaltpunkt triggert. Die Kettenregeltransistoren Q1 und Q2 werden durch den Kurzschluss der Basis des Transistors Q3 nach CC sicher gesperrt. Es fließen äußerst geringe Restströme. Es tritt kein Nachglimmen auf. Der Arbeitspunkt des Abschalttransistors Q6 entspricht dem Derating der Kettenregeltransistoren-Verlustleistung der Kettenregeltransistoren Q1 und Q2. Es entsteht hier eine gewollte Drift.

• 3

  zeigt ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist nahezu identisch zum Ausführungsbeispiel in

  2

  . Es ist aber hier der Widerstand R58.1 vorgesehen. Dieser Widerstand R58.1 bildet die Teilspannung Uce (Spannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors) des zweiten Transistors Q2 ab. Hierdurch erfolgt eine genauere Erfassung der Spannungsdifferenzen.

• Bezugszeichenliste

L

Leuchtmittel

L1, L2, LL1 bis LLn

Leuchtdiodenketten

DL1 bis DLn; D11 bis D24

Leuchtdioden

S

Stromquellenschaltung

A

Abschalteinheit

DIAG

Diagnoseeinheit

SL1

bis SLnAusgänge der Stromquellenschaltung

Q1

bis Q6Transistoren

R1

bis R68Widerstände

D1

bis D4Dioden

CC

Stromeinspeisestelle

C1, C2, Cn, B

Verbindungspunkt

1. Vorrichtung zum Betrieb eines Leuchtmittels (L), bestehend aus mindestens zwei parallel geschalteten Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) bestehend aus jeweils mindestens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (DL1–DLn; D11–D24), wobei das Leuchtmittel (L) von einer Stromquellenschaltung (S) gespeist wird, welche für jede der mindestens zwei Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) einen definierten Strom über die Ausgänge (SL1–SLn; S1, S2) bereitstellt, wobei eine Diagnoseeinheit (DIAG) und eine Abschalteinheit (A) vorgesehen sind, welche die Spannungsabfälle über jede der mindestens zwei Leuchtdiodenketten (DL1–DLn; Dl1–D24) des Leuchtmittels (L) überwachen und wobei die Stromquellenschaltung (S) einen Stromteiler aus zwei parallel geschalteten Transistoren (Q1, Q2) aufweist, wobei im Emitterzweig des ersten Transistors (Q1) ein erster Widerstand (R1) und im Emitterzweig des zweiten Transistors (Q2) ein zweiter Widerstand (R2) liegt, wobei der erste und der zweite Widerstand (R1, R2) an einer Stromeinspeisestelle (CC) angeschlossen sind und wobei am Verbindungspunkt der beiden Basen des ersten und zweiten Transistors (Q1, Q2) ein dritter Transistor (Q3) angeordnet und am Kollektor des dritten Transistors (Q3) ein dritter Widerstand (R3) angeschlossen ist, wobei an der Basis des dritten Transistors (Q3) ein vierter Widerstand (R4) angeschlossen ist, die auf Masse geführt sind, und wobei die Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors (Q1, Q2) jeweils über mindestens zwei Dioden (D1, D2, D3, D4) mit der Basis des dritten Transistors (Q3) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (DL1–DLn; D11–D24) baugleich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (DIAG) die mindestens zwei Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) auf Ungleichmäßigkeiten und/oder Unsymmetrien des Spannungsabfalls über den mindestens zwei Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) überwacht und ein proportionales Signal ausgibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (DIAG) die Werte der Spannungsabfälle über den mindestens zwei Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) in einen elektrischen/elektronischen Speicher abspeichert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinheit (A) die Stromquellenschaltung (S) abschaltet, sobald mindestens eine Fehlspannung über den mindestens zwei Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) einen vordefinierten Wert überschreitet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinheit (A) auf schnelle Änderungen des Spannungsabfalls über mindestens einer der Leuchtdiodenketten (LL1–LLn; L1, L2) reagiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Widerstand (R1, R2) Unsymmetrien von Spannungen und somit die Ströme in den Emitterzweigen der beiden Stromteiler-Transistoren (Q1, Q2) linearisieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Transistor (Q1, Q2) und der erste und zweite Widerstand (R1, R2) baugleich sind oder gleiche elektrische Parameter aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (Q1, Q2, Q3) pnp-Transistoren sind oder dass die Schaltung in analoger Weise mit npn-Transistoren oder Feldeffekttransistoren aufgebaut wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromteiler-Transistoren (Q1, Q2) als komplementäre Darlington-Transistoren geschaltet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (DIAG) aus einem vierten Transistor (Q5) und einem fünften, sechsten, siebten und achten Widerstand (R51, R52, R58, R59) besteht, wobei der fünfte Widerstand (R58) am Emitter des vierten Transistors (Q5) angeschlossen ist, der sechste Widerstand (R59) zwischen Kollektor des vierten Transistors (Q5) und Masse gelegt ist und der siebte Widerstand (R51) von der Basis des vierten Transistors (Q5) zur ersten Leuchtdiodenkette (L1) und der achte Widerstand (R52) von der Basis des vierten Transistors (Q5) zur zweiten Leuchtdiodenkette (L2) geschaltet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Softwareüberwachung des Leuchtmittels (L) mittels eines Abgriffs der Spannung im Kollektorzweig des vierten Transistors (Q5) erfolgt, wobei dort die Differenzspannungen zwischen den Leuchtdiodenketten (L1 und L2) anliegen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschalteinheit (A) ein fünfter Transistor (Q6) vorgesehen ist, wobei der Emitter des fünften Transistors (Q6) an der Stromeinspeisestelle (CC) anliegt und an die Basis des fünften Transistors (Q6) ein neunter, ein zehnter und ein elfter Widerstand (R61, R62, R68) angeschlossen sind, wobei der elfte Widerstand (R68) an die Stromeinspeisestelle (CC) angeschlossen ist und der neunte Widerstand (R61) an die erste Leuchtdiodenkette (L1) und der zehnte Widerstand (R62) an die zweite Leuchtdiodenkette (L2) des Leuchtmittels (L) geschaltet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abschalteinheit (A) die Spannung über den ersten und zweiten Transistor (Q1, Q2) zusammen mit den Spannungsabfällen über den ersten und zweiten Widerstand (R1, R2) abgebildet und summiert wird, so dass die Abschalteinheit (A) bei größeren Strömen bereits bei kleineren Spannungsdifferenzen zwischen den beiden Leuchtdiodenketten (L1, L2) die Stromquelle (S) abschaltet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (Q1) und der zweite Transistor (Q2) Leuchtdiodenkettenregeltransistoren sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Leuchtdiodenketten von weiteren Leuchtdiodenkettenregeltransistoren angesteuert werden und dass von deren Verbindungspunkte (SL1–SLn) weitere Widerstände zu den Basisanschlüssen des vierten und fünften Transistors (Q5, Q6) geschaltet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquellenschaltung (S) mit Hilfe der Dioden (D1...D4) im Falle eines Risses mindestens einer Leuchtdiodenkette (L1, L2) den Stromteiler-Transistor (Q1; Q2) der anderen Leuchtmittelkette (L1; L2) bzw. die Stromteiler-Transistoren der anderen Leuchtmittelketten (LL1–LLn) für die Stromzufuhr sperrt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (DIAG) und die Abschalteinheit (A) die Spannungsabfälle über den Stromteilerschaltungen (Q1, R1; Q2, R2) überwachen.