專利名稱：驅(qū)動發(fā)光信號的電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)權(quán)利要求1的上位概念驅(qū)動發(fā)光信號的電路裝置。
背景技術(shù)：
基于發(fā)光二極管而不是白熾燈的發(fā)光信號正越來越多地應(yīng)用在許多領(lǐng)域，尤其是在信號技術(shù)領(lǐng)域。相對而言，發(fā)光二極管比較便宜、耐久和輝度高。但難以使用在應(yīng)當(dāng)無需改變控制就可以用LED發(fā)光信號替換白熾燈的情況。對于鐵路的光信號電路尤其是這樣，其中符合規(guī)定的功能一般通過信號技術(shù)上可靠的電流測量來監(jiān)控。為了能毫無更改地繼續(xù)采用該監(jiān)控，LED發(fā)光信號的電流-電壓特征曲線必須近似地與白熾燈的電流-電壓特征曲線一致。
另一特別之處是在隧道或具有近似恒定的光照條件的環(huán)境條件之外發(fā)送信號。這里在電路技術(shù)上，使夜晚驅(qū)動的光功率與白天驅(qū)動相比下降。人眼在白天的光靈敏度和在晚上的光靈敏度相差約1000倍。因此，如果在晚上不降低光功率，則白天幾乎無法看見的光也是非常耀眼的。但是，耀眼的光尤其是在城市交通和鐵路交通中應(yīng)當(dāng)絕對避免，因?yàn)榭赡艽嬖谄渌盘栍捎谶^度輻射而幾乎被忽略的危險(xiǎn)。對于鐵路技術(shù)中基于白熾燈的光信號，白天和夜晚之間的亮度通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的電源電壓或電源電流控制。由于白熾燈的光功率與該電源電壓或電源電流成指數(shù)關(guān)系，因此電源電流或電源電壓很小的變化就會引起光功率很大的改變。這意味著，要光功率下降到輸出光強(qiáng)度的20％，只需將電源電流或電源電壓減少到輸出值的大約2/3。為了對發(fā)光二極管獲得類似有利的特征曲線，DE 19846753A1提出對每個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)一個(gè)控制電路。其缺點(diǎn)是，所獲得的白天和夜晚之間的光功率差相對較小。此外，導(dǎo)致發(fā)光二極管、晶體管和其它元件的導(dǎo)通電壓(Flussspannung)不同的元件容差，以及該導(dǎo)通電壓的溫度影響是不能補(bǔ)償?shù)摹?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服上述缺點(diǎn)并提供一種這樣的電路裝置，其可以提高白天和夜晚之間的光功率動態(tài)特性。
該技術(shù)問題是通過權(quán)利要求1的特征解決的。通過預(yù)先給出不流過發(fā)光二極管的并聯(lián)電流，在很大的范圍內(nèi)控制該發(fā)光二極管的光功率。但是在此也有缺點(diǎn)，即取決于白天或夜晚電壓范圍內(nèi)的驅(qū)動電壓的發(fā)光二極管電流不是恒定的。
根據(jù)權(quán)利要求2，發(fā)光二極管的恒定電流可以借助其它用于預(yù)先給出發(fā)光二極管電流的受控電流源實(shí)現(xiàn)。
但是也可以在沒有其它受控電流源的情況下實(shí)現(xiàn)恒定電流。為此，根據(jù)權(quán)利要求6，不是保持并聯(lián)電流恒定，而是根據(jù)驅(qū)動電壓控制該并聯(lián)電流。
但為了改善電流穩(wěn)定性，也可以根據(jù)權(quán)利要求6相應(yīng)控制驅(qū)動電壓。
對于待控制的并聯(lián)電流和必要時(shí)加上待控制的發(fā)光二極管電流，根據(jù)權(quán)利要求3限定的實(shí)施方式，借助比較器進(jìn)行額定-實(shí)際值比較。其中，各電流額定值的預(yù)先給定由預(yù)定義的開關(guān)閾進(jìn)行，其預(yù)先給定何時(shí)接通或斷開相應(yīng)的電流。開關(guān)閾可以是近似連續(xù)的預(yù)先給定參數(shù)，但也可以是純數(shù)字信息，優(yōu)選具有滯后作用。
在根據(jù)權(quán)利要求4的優(yōu)選擴(kuò)展中，對所述開關(guān)閾進(jìn)行溫度補(bǔ)償和/或?qū)妷貉a(bǔ)償。通過電壓補(bǔ)償平衡那些根據(jù)溫度變化的元件特性。導(dǎo)通電壓補(bǔ)償平衡所采用的發(fā)光二極管的不同導(dǎo)通電壓。例如可以想到，所采用的發(fā)光二極管劃分為導(dǎo)通電壓組，裝配時(shí)從這些導(dǎo)通電壓組中挑選出合適的發(fā)光二極管。
根據(jù)權(quán)利要求5，整個(gè)裝置的一個(gè)重要特性在于，該裝置在小電壓時(shí)就已經(jīng)可以驅(qū)動電流。該功能表示保護(hù)該電路裝置免受耦合的外來能量的干擾，該外來能量在向該電路裝置饋電時(shí)可以出現(xiàn)在更長的距離上。即使接收的外來能量最大時(shí)，在發(fā)光二極管上形成的電壓也必須保持小于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓。由此防止發(fā)光二極管在有外來能量流過(即有干擾電壓)時(shí)開始不容許地發(fā)光。


下面借助附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。其中，圖1是用于驅(qū)動發(fā)光信號的電路裝置的原理電路圖，圖2是控制電路的第一實(shí)施方式，圖3是根據(jù)圖2的控制電路的特征變化曲線，圖4是控制電路的第二實(shí)施方式，圖5是根據(jù)圖4的控制電路的特征變化曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有n個(gè)激勵器T的LED信號的總結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)激勵器T至少控制一個(gè)LED D。各LED D并聯(lián)至少一個(gè)LED控制器St。LED控制器St用一個(gè)極直接與驅(qū)動電壓U連接。而另一個(gè)極與電阻R串聯(lián)地連接到驅(qū)動電壓U上。電阻R的特征在于所定義的斷電性能，也就是說，使確定的故障、例如完全的短路實(shí)際上不會出現(xiàn)。此外電阻R還這樣設(shè)計(jì)，即LEDD或LED控制器St的故障，例如短路，只稍微影響電路裝置吸收的總電流。例如，在一個(gè)具有60個(gè)激勵器T的LED信號中，當(dāng)LED控制器St短路時(shí)總電流只升高了大約5％。
圖2示出了一個(gè)激勵器T的第一實(shí)施方式作為根據(jù)圖1的LED信號的細(xì)節(jié)。通過LED控制器St控制與LED D并聯(lián)的電流I_P。為此采用一個(gè)受控電流源。在此作為運(yùn)算放大器OPV的比較器，在輸入端與一個(gè)表示額定值的開關(guān)閾Sch以及一個(gè)實(shí)際值給定器Ist連接。在輸出端，該運(yùn)算放大器OPV加載到一個(gè)與LED D并聯(lián)的支路上。開關(guān)閾Sch預(yù)先給定何時(shí)為白天驅(qū)動、夜晚驅(qū)動以及空轉(zhuǎn)接通并聯(lián)電流I_P。開關(guān)閾Sch本身被加載了溫度補(bǔ)償Tk和導(dǎo)通電壓補(bǔ)償Fk。溫度補(bǔ)償Tk平衡取決于溫度的元件特性，而導(dǎo)通電壓補(bǔ)償Fk考慮特定于LED的導(dǎo)通電壓。實(shí)際值給定器Ist處理全部LED信號的驅(qū)動電壓U或驅(qū)動電流，其中實(shí)際值的預(yù)先給定也可以通過其它信息，例如調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的其它控制導(dǎo)線，或通過在電源電流或電源電壓U中編碼的信息進(jìn)行。并聯(lián)電流I_P的電流源是這樣構(gòu)造的，該電流源在小電壓時(shí)就已經(jīng)可以驅(qū)動電流。由此，其大小基本上完全取決于饋電導(dǎo)線長度的、耦合的外來能量被這樣短路，即不能形成高電壓，以及LED D不會由于外來能量而開始發(fā)光。
在圖3中示出了與傳統(tǒng)的白熾燈G相比，取決于電源電壓的并聯(lián)電流I_P和通過LED D流動的電流I_D的電流變化曲線。圖3示出通過電阻R確定的負(fù)載電阻線W，該負(fù)載電阻線W在只有電阻R而沒有激勵器T和LED D的情況下出現(xiàn)。負(fù)載電阻線W描述了流過圖2的電路裝置的、取決于驅(qū)動電壓U的最大可能電流。在該電路實(shí)施例中，通過控制并聯(lián)電流I_P實(shí)現(xiàn)了夜晚電壓的下降。由圖3可以看出，LED電流I_D在白天和在夜晚電壓范圍內(nèi)都不是恒定的。
為了獲得恒定的電流，采用具有附加LED電流控制器的電流實(shí)施例。圖4示出了這樣的電流設(shè)置。其中，借助受控電流源控制并聯(lián)電流I_P，此外還控制LED電流I_D。圖5中示出了所屬的電流變化曲線。所設(shè)置的電流以及由此的信號亮度在理想情況下對于白天和夜晚的驅(qū)動都是恒定的。
在斷開的信號0＜＝U_Nacht min時(shí)，該信號即使在有耦合的外來能量時(shí)也不發(fā)光。LED電流I_D等于0。但是，并聯(lián)電流I_P在理想情況下與最大可能電流一致。通過該并聯(lián)電流I_P，耦合的外來能量被短路，從而無法形成導(dǎo)致LED D發(fā)光的電壓。
在夜晚驅(qū)動U_Nacht min＜＝U_Nacht max時(shí)，經(jīng)過LED D的LED電流I_D＝I_D_Nacht由LED控制器St驅(qū)動。LED D以很小的光功率發(fā)光。并聯(lián)電流I_P在理想情況下與通過電阻R確定的電流和LED電流I_D之間的差值對應(yīng)。
在白天驅(qū)動U_Tag min＜＝U_Tag max時(shí)，經(jīng)過LED D的LED電流I_D＝I_D_Tag由LED控制器St驅(qū)動。LED D以最大的光功率發(fā)光。并聯(lián)電流I_P又與通過電阻R確定的電流和LED電流I_D之間的差值對應(yīng)。
在白天和夜晚驅(qū)動之間的重疊區(qū)域中，并聯(lián)電流I_P和LED電流I_D的滯后作用起作用，從而LED信號保持在穩(wěn)定狀態(tài)下。
根據(jù)圖4的電路裝置示出了非常合適的實(shí)施方式。LED信號在信號技術(shù)的意義下是可靠的，具有很高的穩(wěn)定性，幾乎與溫度波動和元件波動無關(guān)，并提供了很大的白天和夜晚驅(qū)動之間的動態(tài)特性。但是，這種合適需要相應(yīng)較高的電路技術(shù)成本。這種較高的成本可以利用集成技術(shù)解決。也可以采用經(jīng)過裁減的變形，其以較小的成本只實(shí)現(xiàn)部分功能。
一個(gè)實(shí)施方式考慮了以下事實(shí)，即在白天應(yīng)當(dāng)可以達(dá)到最大可能的光功率，而在夜晚將光功率限制為所確定的程度。為此，僅在U_Nacht min和U_Nacht max之間的范圍內(nèi)保持LED電流I_D恒定，而在U_Tag min和U_Tag max之間的范圍內(nèi)，在I_P＝0的條件下驅(qū)動最大可能的LED電流I_D。
另一實(shí)施方式涉及直流電壓和交流電壓的設(shè)置。為此，LED控制器St設(shè)置了相應(yīng)的整流二極管。對于在交流電壓下的驅(qū)動，有意義的是這樣設(shè)置LED控制器St，即不將實(shí)際值的瞬時(shí)值用于與額定值的比較，而優(yōu)選采用有效值。
此外還可以既為直流電壓又為交流電壓設(shè)置LED控制器St，因?yàn)長ED控制器St在直流電壓驅(qū)動下也用于交流電壓。但是其中應(yīng)當(dāng)注意，可能需要不同的開關(guān)閾Sch。通過從外面輸入的程序可以轉(zhuǎn)換為需要的電壓類型。
本發(fā)明不僅限于已給出的實(shí)施方式。還可以采用很多變形，它們在基本上是另一種類型的實(shí)施方式中也可以采用本發(fā)明的特征。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動發(fā)光信號、特別是LED信號的電路裝置，具有至少一個(gè)發(fā)光二極管(D)，該發(fā)光二極管(D)與一個(gè)電阻(R)串聯(lián)，并與一個(gè)控制器(St)并聯(lián)，其特征在于，所述控制器(St)具有一個(gè)受控電流源，其用于預(yù)先給定通過流過所述發(fā)光二極管(D)的電流(I_D)而減小的并聯(lián)電流(I_P)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述控制電路(St)具有另一個(gè)受控電流源，其用于預(yù)先給定流過所述發(fā)光二極管(D)的電流(I_D)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述受控電流源具有一個(gè)比較器，該比較器的輸入端施加了一個(gè)開關(guān)設(shè)置(Sch)和一個(gè)實(shí)測值給定器(Ist)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述開關(guān)閾(Sch)加載了溫度補(bǔ)償(Tk)和/或?qū)妷貉a(bǔ)償(Fk)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述用于預(yù)先給定并聯(lián)電流的電流源具有用于這樣驅(qū)動電流的裝置，即在預(yù)料的耦合外來能量最大時(shí)在所述發(fā)光二極管(D)上形成的電壓小于所述發(fā)光二極管(D)的導(dǎo)通電壓。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述并聯(lián)電流的預(yù)先給定是通過所述發(fā)光信號的控制驅(qū)動電壓(U)進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動發(fā)光信號，特別是LED信號的電路裝置，具有至少一個(gè)發(fā)光二極管(D)，該發(fā)光二極管(D)與一個(gè)電阻(R)串聯(lián)，并與一個(gè)控制器(St)并聯(lián)。為了將該發(fā)光信號的光功率與白天和夜晚的不同環(huán)境亮度匹配，所述控制器(St)具有一個(gè)受控電流源，其用于預(yù)先給定通過流過所述發(fā)光二極管(D)的電流(ID)而減小的并聯(lián)電流(IP)。
文檔編號H05B33/08GK1605227SQ02825040
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月14日
發(fā)明者諾伯特·波普洛, 德克·齊默爾曼 申請人:西門子公司