Schaltungsanordnung für Signalgeber mit Leuchtdioden

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Signalge¬ ber mit Leuchtdioden (LEDs) zum Aussenden von farbigem Licht, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Sie bezieht sich insbesondere auf eine derartige Schaltungsanordnung für Signalgeber in Straßenverkehrssignalanlagen.

Bisher wurde in Straßenverkehrsignalanlagen oder Ampeln zur Erzeugung von farbigem Licht eine übliche Glühbirne einge¬ setzt, vor der eine farbige Filterplatte angeordnet wird. Da¬ bei kann es jedoch durch Reflexion von einwirkenden Licht- quellen dazu kommen, daß die farbige Filterplatte einer aus¬ geschalteten Ampel leuchtet und es nicht deutlich ist, ob das entsprechende Signal an- oder ausgeschaltet ist. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Glühbirnen besteht darin, daß diese Licht in einem breitbandigem Strahlungsspektrum abgeben und nur ein kleiner Prozentsatz in der gewünschten Farbe her¬ ausgefiltert und dadurch nur ein Bruchteil der eingesetzten Energie genutzt wird.

Diese Nachteile werden durch die Verwendung von LEDs (Light Emitting Diode) als Strahlungsquelle behoben, da die LEDs na¬ hezu monochromes Licht in der gewünschten Farbe produzieren und daher keine Filter benötigen, die die oben beschriebene täuschende Reflexion verursachen können. Außerdem wird bei Verwendung von LEDs fast 100 % der erzeugten Energie in Licht der gewünschten Farbe umgesetzt.

Der Einsatz von LEDs, die auch als Lumineszenzdioden bekannt sind, in Ampelanlagen erfolgt bisher nur in Prototypen und ist noch mit einer Reihe von Problemen behaftet. Die LEDs werden hierbei mit einem Vorschaltgerät betrieben, welches ein Netzteil, eventuell einen Regler sowie unter Umständen einen Impulsgenerator zum Pulsbetrieb der LEDs beinhaltet. Problematisch ist dabei, daß die in den Vorschaltgeräten ver¬ wendeten Bauteile entsprechend der DIN 0832 keine Fehlerauε- schlüsse beinhalten. Die Vorschaltgeräte können daher nicht als eigensichere Baugruppe angesehen werden. Aus diesem Grund und da die Vorschaltgeräte insgesamt so komplex sind, daß ei¬ ne interne Überwachung nicht mehr sicher durchgeführt werden kann, muß eine sensorische Messung oder Überwachung insbeson¬ dere eines Sperrsignals durchgeführt werden. Bei Ampelanlagen wird üblicherweise ein rotes Licht als Sperrsignal verwendet. Derartige komplexe Vorschaltgeräte, die zusätzlich eine Aus¬ fallerkennung benötigen, sind auch nur mit hohen Kosten pro¬ duzierbar.

Der Erfindung liegt die u f g a e zugrunde, eine Schal- tungsanordnung für Signalgeber mit LEDs zum Aussenden von farbigem Licht zu schaffen, die einen einfachen Aufbau, eine sichere Funktion und eine sichere Überwachung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den

Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildun¬ gen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß bei der Schaltungsanord¬ nung der eingangs genannten Art jeweils eine LED der ersten

Gruppe mit einer zu dieser antiparallel betriebenen LED der zweiten Gruppe in einem Gehäuse zusammengefaßt sind und min¬ destens ein Verbindungspunkt zwischen zwei LEDs der ersten Gruppe mit mindestens einem Verbindungspunkt zwischen zwei LEDs der zweiten Gruppe durch eine Querverbindungsleitung verbunden ist.

Gemäß einer alternativen Lösung, die insbesondere dann zur Anwendung kommt, wenn die LEDs nur geringe Sperrspannung zu- lassen, sind die LEDs in einem Stromkreis angeordnet, der mit einer WechselSpannung versorgt ist, und in welchem mindestens ein Brückengleichrichter angeordnet ist, durch den die LEDs angesteuert sind.

Nach einem Grundgedanken der Erfindung werden die LEDs anti- parallel an einer WechselSpannung über einen Vorwiderstand betrieben. Jede LED leuchtet zwar nur für eine halbe Periode, was zu einem erkennbaren Flackern mit einer Netzfrequenz füh¬ ren könnte. Dieser Effekt wird jedoch durch die antiparallele Schaltung der Gruppen der LEDs vermieden. Damit gibt es für das Gesamtmodul so gut wie keine Dunkelzeiten. Für die alter¬ nativ benötigten Bauteile, wie z.B. den Brückengleichrichter, können nach der DIN 0832 Fehlerausschlüsse geltend gemacht werden.

Bevorzugt ist die erste Gruppe der LEDs genauso groß wie die zweite Gruppe der LEDs. Das bedeutet, daß jeweils die halbe Anzahl der in der Schaltungsanordnung verwendeten LEDs anti- parallel zu den restlichen LEDs der Schaltungsanordnung be- trieben wird, so daß in beiden Halbperioden der Wechsel— Spannung die gleiche Anzahl von LEDs leuchtet.

Die WechselSpannung wird bevorzugt von einem Transformator erzeugt, der eine Netzspannung von 220 V auf eine Versor¬ gungsspannung zwischen 10 und 40 V herunter transformiert. Auch für den Transformator kann ein Fehlerausschluß nach der DIN 0832 geltend gemacht werden. Die Wechselspannung ist auch insofern günstig, als auch die Vorteile eines Impulsbetriebes in Anspruch genommen werden können, da die Halbwelle einer sinusförmigen WechselSpannung zu ähnlichen Effekten führen kann, wie ein rechteckförmiger Impuls. Dies ist günstig, da bei Impulsbetrieb der LEDs eine höhere Lichtausbeute erzielt werden kann als bei Gleichstrombetrieb.

Durch die Maßnahme, daß jeweils zwei antiparallel betriebene LEDs in einem Gehäuse zusammengefaßt sind, wird vorteilhaf¬ terweise erreicht, daß die Anzahl der Bauelemente verringert ist. Ein Springen von Lichtpunkten ist dadurch vorteilhafter¬ weise ebenfalls vermindert, da die gleichfarbig emittierenden LEDs so eng beieinander liegen, daß sie nach außen hin wie jeweils ein Leuchtpunkt erscheinen. Das dann verbleibende

Flackern zwischen verschiedenen Leuchtpunkten hätte dann eine Frequenz von 100 Hz, die für einen menschlichen Betrachter nicht mehr wahrnehmbar ist. Hierfür können beispielsweise so¬ genannte MULTILEDS eingesetzt werden (MULTILED ist eine ein- getragene Marke der Siemens AG) .

Weiterhin ist es günstig, wenn jede der beiden Gruppen von LEDs aus mehreren parallel geschalteten elektrischen Strängen besteht, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete LEDs auf- weisen. Diese elektrischen Stränge sind weiterhin untereinan¬ der an allen Verbindungspunkten der einzelnen LEDs verbunden.

Insgesamt ergibt sich so ein Gitter oder Array und ist da¬ durch und auch aufgrund der Parallelschaltung verschiedener elektrischer LED-Stränge als mehrfach redundant einzustufen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Streuscheibe vor den LEDs angebracht, durch die ein mögli¬ cherweise für den Betrachter erkennbares Flackern durch hin und herspringende Leuchtpunkte vermieden wird, da durch die Streuscheibe die örtliche Zuordnung des sichtbaren Lichts für den Betrachter unmöglich wird.

Weiterhin ist es günstig, in die einzelnen Stränge eine Halb¬ leiterdiode zu schalten oder in jeden einzelnen Strang einen Brückengleichrichter einzusetzen. Ein solcher Brückengleich- richter kann auch vor das gesamte LED-Array geschaltet sein. Diese Maßnahmen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die LEDs nur eine geringe Sperrspannung zulassen.

Im Primär-Stromkreis ist auf einfache Weise eine Stromüberwa- chung möglich, so daß ein komplexes Vorschaltgerät nicht be¬ nötigt wird.

Insgesamt gesehen können für den Transformator und den Vorwi¬ derstand Fehlerausschlüsse entsprechend der DIN 0832 geltend gemacht werden. Die Halbleiterdioden und gegebenenfalls die Brückengleichrichter sind genau wie die LED-Stränge mehrfach vorhanden und damit auch mehrfach redundant.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung des AuführungsbeiSpie¬ les und Figur 2 eine schematische Darstellung eines LED-Gehäuses.

In der Zeichnung sind ein sekundärseitiger Stromkreis 1, ein Transformator 2, ein Vorwiderstand 3, zwölf LEDs 4 bis 15 und Querverbindungen 16 und 17 dargestellt. Insgesamt bilden sechs LEDs 4 bis 9 und sechs LEDs 10 bis 15 eine erste bzw. eine zweite Gruppe von LEDs, die antiparallel zueinander ge- schaltet sind, d. h., die LEDs 4 bis 9 der ersten Gruppe lie¬ gen hinsichtlich ihrer Durchlaßrichtung entgegengesetzt ge¬ richtet im Stromkreis, wie die LEDs 10 bis 15 der zweiten Gruppe. Jede Gruppe besteht aus mehreren parallel geschalte¬ ten Strängen 18, 19, 20, 21 hintereinander und in gleicher Durchgangsrichtung geschalteter LEDs. Beispielsweise bilden die LEDs 4, 5 und 6 einen Strang 18 der ersten Gruppe und sind antiparallel zu dem Strang 19 mit den LEDs 10, 11 und 12 der zweiten Gruppe geschaltet. Durch elektrische Querverbin¬ dungen 16 und 17 zwischen Verbindungspunkten der einzelnen LEDs eines Stranges 18, 19, 20, 21 untereinander sind die einzelnen Stränge 18, 19, 20, 21 auch untereinander verbunden und bilden somit ein Array oder eine Matrix. Hierbei ist be¬ vorzugt jeder Verbindungspunkt zwischen zwei LEDs eines Stranges 18, 19, 20, 21 jeweils mit genau einem Verbindungs- punkt zwischen jeweils zwei LEDs eines jeden anderen Stranges durch solche Querverbindungen verbunden. Selbstverständlich ist aber auch denkbar, daß jeweils zwei antiparallel zueinan¬ der geschaltete Stränge nur untereinander Querverbindungen aufweisen und die dadurch gebildeten Strangpaare untereinan- der nur parallel geschaltet sind und keine Querverbindungen aufweisen.

Die eine Gruppe der LEDs wird durch die eine Halbwelle des Wechselstroms und die andere Gruppe durch die andere Halbwel¬ le angesteuert.

Bei Verwendung von Bauteilen, die jeweils zwei LEDs in einem LED-Gehäuse zusammenfassen, wie beispielsweise in einem MUL- TILED-SMD-Gehäuse 22 (Figur 2) (eingetragene Marke der Sie¬ mens AG) , werden beispielsweise die LEDs 4 und 12, 5 und 11 und 9 und 13 zu einem Bauteil mit zwei gleichfarbigen Chips zusammengefaßt .

Der Stromkreis 1 wird von dem Transformator 2 mit einer Wech¬ selspannung von 10 bis 40 V zum Betrieb der LEDs 4 bis 15 versorgt. Der primarseitige 220 V Wechselstrom der Spannungε- versorgung liegt dadurch außerhalb der LED- Schaltungsanordnung.

BezugszeichenliΞte

1 Stromkreis

2 Transformator

3 Vorwiderstand

4 - 15 LEDs

16, 17 Querverbindungen

18 - 21 Stränge

22 LED-Gehäuse