專利名稱：驅動發(fā)光信號的電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)權利要求1的上位概念驅動發(fā)光信號的電路裝置。
背景技術：
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用在許多領域，尤其是在信號技術領域。相對而言，發(fā)光二極管比較便宜、耐久和輝度高。但難以使用在應當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。這里在電路技術上，使夜晚驅動的光功率與白天驅動相比下降。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當絕對避免，因為可能存在其它信號由于過度輻射而幾乎被忽略的危險。對于鐵路技術中基于白熾燈的光信號，白天和夜晚之間的亮度通過調節(jié)機構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提出對每個發(fā)光二極管并聯(lián)一個控制電路。其缺點是，所獲得的白天和夜晚之間的光功率差相對較小。此外，導致發(fā)光二極管、晶體管和其它元件的導通電壓(Flussspannung)不同的元件容差，以及該導通電壓的溫度影響是不能補償?shù)摹?br>
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，克服上述缺點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。
該技術問題是通過權利要求1的特征解決的。通過預先給出不流過發(fā)光二極管的并聯(lián)電流，在很大的范圍內控制該發(fā)光二極管的光功率。但是在此也有缺點，即取決于白天或夜晚電壓范圍內的驅動電壓的發(fā)光二極管電流不是恒定的。
根據(jù)權利要求2，發(fā)光二極管的恒定電流可以借助其它用于預先給出發(fā)光二極管電流的受控電流源實現(xiàn)。
但是也可以在沒有其它受控電流源的情況下實現(xiàn)恒定電流。為此，根據(jù)權利要求6，不是保持并聯(lián)電流恒定，而是根據(jù)驅動電壓控制該并聯(lián)電流。
但為了改善電流穩(wěn)定性，也可以根據(jù)權利要求6相應控制驅動電壓。
對于待控制的并聯(lián)電流和必要時加上待控制的發(fā)光二極管電流，根據(jù)權利要求3限定的實施方式，借助比較器進行額定-實際值比較。其中，各電流額定值的預先給定由預定義的開關閾進行，其預先給定何時接通或斷開相應的電流。開關閾可以是近似連續(xù)的預先給定參數(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)權利要求4的優(yōu)選擴展中，對所述開關閾進行溫度補償和/或導通電壓補償。通過電壓補償平衡那些根據(jù)溫度變化的元件特性。導通電壓補償平衡所采用的發(fā)光二極管的不同導通電壓。例如可以想到，所采用的發(fā)光二極管劃分為導通電壓組，裝配時從這些導通電壓組中挑選出合適的發(fā)光二極管。
根據(jù)權利要求5，整個裝置的一個重要特性在于，該裝置在小電壓時就已經可以驅動電流。該功能表示保護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可以出現(xiàn)在更長的距離上。即使接收的外來能量最大時，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)時開始不容許地發(fā)光。


下面借助附圖詳細解釋本發(fā)明。其中，圖1是用于驅動發(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。
具體實施例方式
圖1示出具有n個激勵器T的LED信號的總結構，其中每個激勵器T至少控制一個LED D。各LED D并聯(lián)至少一個LED控制器St。LED控制器St用一個極直接與驅動電壓U連接。而另一個極與電阻R串聯(lián)地連接到驅動電壓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、例如完全的短路實際上不會出現(xiàn)。此外電阻R還這樣設計，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，在一個具有60個激勵器T的LED信號中，當LED控制器St短路時總電流只升高了大約5％。
圖2示出了一個激勵器T的第一實施方式作為根據(jù)圖1的LED信號的細節(jié)。通過LED控制器St控制與LED D并聯(lián)的電流I_P。為此采用一個受控電流源。在此作為運算放大器OPV的比較器，在輸入端與一個表示額定值的開關閾Sch以及一個實際值給定器Ist連接。在輸出端，該運算放大器OPV加載到一個與LED D并聯(lián)的支路上。開關閾Sch預先給定何時為白天驅動、夜晚驅動以及空轉接通并聯(lián)電流I_P。開關閾Sch本身被加載了溫度補償Tk和導通電壓補償Fk。溫度補償Tk平衡取決于溫度的元件特性，而導通電壓補償Fk考慮特定于LED的導通電壓。實際值給定器Ist處理全部LED信號的驅動電壓U或驅動電流，其中實際值的預先給定也可以通過其它信息，例如調節(jié)機構的其它控制導線，或通過在電源電流或電源電壓U中編碼的信息進行。并聯(lián)電流I_P的電流源是這樣構造的，該電流源在小電壓時就已經可以驅動電流。由此，其大小基本上完全取決于饋電導線長度的、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確定的負載電阻線W，該負載電阻線W在只有電阻R而沒有激勵器T和LED D的情況下出現(xiàn)。負載電阻線W描述了流過圖2的電路裝置的、取決于驅動電壓U的最大可能電流。在該電路實施例中，通過控制并聯(lián)電流I_P實現(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施例。圖4示出了這樣的電流設置。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動都是恒定的。
在斷開的信號0＜＝U_Nacht min時，該信號即使在有耦合的外來能量時也不發(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，從而無法形成導致LED D發(fā)光的電壓。
在夜晚驅動U_Nacht min＜＝U_Nacht max時，經過LED D的LED電流I_D＝I_D_Nacht由LED控制器St驅動。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。
在白天驅動U_Tag min＜＝U_Tag max時，經過LED D的LED電流I_D＝I_D_Tag由LED控制器St驅動。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。
在白天和夜晚驅動之間的重疊區(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施方式。LED信號在信號技術的意義下是可靠的，具有很高的穩(wěn)定性，幾乎與溫度波動和元件波動無關，并提供了很大的白天和夜晚驅動之間的動態(tài)特性。但是，這種合適需要相應較高的電路技術成本。這種較高的成本可以利用集成技術解決。也可以采用經過裁減的變形，其以較小的成本只實現(xiàn)部分功能。
一個實施方式考慮了以下事實，即在白天應當可以達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之間的范圍內保持LED電流I_D恒定，而在U_Tag min和U_Tag max之間的范圍內，在I_P＝0的條件下驅動最大可能的LED電流I_D。
另一實施方式涉及直流電壓和交流電壓的設置。為此，LED控制器St設置了相應的整流二極管。對于在交流電壓下的驅動，有意義的是這樣設置LED控制器St，即不將實際值的瞬時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置LED控制器St，因為LED控制器St在直流電壓驅動下也用于交流電壓。但是其中應當注意，可能需要不同的開關閾Sch。通過從外面輸入的程序可以轉換為需要的電壓類型。
本發(fā)明不僅限于已給出的實施方式。還可以采用很多變形，它們在基本上是另一種類型的實施方式中也可以采用本發(fā)明的特征。
權利要求
1.一種用于驅動發(fā)光信號、特別是LED信號的電路裝置，具有至少一個發(fā)光二極管(D)，該發(fā)光二極管(D)與一個電阻(R)串聯(lián)，并與一個控制器(St)并聯(lián)，其特征在于，所述控制器(St)具有一個受控電流源，其用于預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)具有另一個受控電流源，其用于預先給定流過所述發(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比較器，該比較器的輸入端施加了一個開關設置(Sch)和一個實測值給定器(Ist)。
4.根據(jù)上述權利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述開關閾(Sch)加載了溫度補償(Tk)和/或導通電壓補償(Fk)。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述用于預先給定并聯(lián)電流的電流源具有用于這樣驅動電流的裝置，即在預料的耦合外來能量最大時在所述發(fā)光二極管(D)上形成的電壓小于所述發(fā)光二極管(D)的導通電壓。
6.根據(jù)上述權利要求之一所述的電路裝置，其特征在于，所述并聯(lián)電流的預先給定是通過所述發(fā)光信號的控制驅動電壓(U)進行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于驅動發(fā)光信號，特別是LED信號的電路裝置，具有至少一個發(fā)光二極管(D)，該發(fā)光二極管(D)與一個電阻(R)串聯(lián)，并與一個控制器(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)具有一個受控電流源，其用于預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