DE19943256A1

DE19943256A1 - Aircraft light unit control device has switched bypass unit in parallel with light unit for providing overvoltage protection

Info

Publication number: DE19943256A1
Application number: DE19943256A
Authority: DE
Inventors: Frank Gronemeyer; Frank Klein; Dieter Kolkmann
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-15

Abstract

The light unit control device has a rectifier (2) for rectification of an AC voltage (3) provided by the onboard electrical network, coupled to a current circuit containing a light unit (4) with a number of light elements, e.g. LED's, a bypass unit (10) across the light unit and a constant current source (7), which is controlled by the rectified voltage. The bypass unit may contain an electronic switch element which is operated each time a parameter goes above or below a given threshold value for the light unit. An Independent claim for a control method for a light unit for an aircraft is also included.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Lichteinheit für Fahrzeuge, insbesondere für Luftfahrzeuge.The invention relates to a device and a method for controlling a Light unit for vehicles, in particular for aircraft.

Es ist bekannt, an einen Wechselspannungsanschluß einen Gleichrichter und eine Spannungsregelschaltung nach Art eines Schaltnetzteils anzuschließen zur Bereit stellung einer Gleichspannung, an der ein Verbraucher, beispielsweise eine Lichtein heit, betrieben wird. Eine Leistungsfaktor-Korrektur erfolgt dabei auf Basis einer Pulsweiten-Modulation (PWM).It is known to connect a rectifier and an alternating voltage connection Voltage control circuit in the manner of a switching power supply ready to connect position of a DC voltage at which a consumer, for example a light is operated. A power factor correction is based on a Pulse width modulation (PWM).

Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß eine relativ aufwendige Elektronik mit einer Mehrzahl von aktiven Bauelementen für die Steuerung bzw. Regelung des Betriebsstroms notwendig ist.A disadvantage of the known device is that the electronics are relatively complex with a plurality of active components for the control or regulation of the Operating current is necessary.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Lichteinheit für Fahrzeuge anzugeben, so daß die Lichteinheit auch an einer Wechselspannungsquelle betrieben werden kann, wobei ein zuverläs siger Betrieb mit einem relativ geringen Maß an Verzerrungen ermöglicht wird.The object of the present invention is to provide an apparatus and a method for Activate control of a light unit for vehicles, so that the light unit can also be operated on an AC voltage source, with a reliable operation with a relatively low level of distortion.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bestehend aus:
To achieve this object, the device according to the invention consists of:

- A rectifier for rectifying one of the vehicle's electrical system supplied AC voltage,
- A constant current source arranged in a circuit for generating a constant current depending on the ver generated by the rectifier supply voltage,
- One having a plurality of light-emitting elements (light-emitting diodes) first branch of the circuit arranged light unit and
- A bypass unit arranged in a second branch of the circuit, the is designed such that it the current in a predetermined time interval records in which the flow of current through the light unit is substantially blocked is.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch das Vorsehen einer Bypasseinheit in einem zweiten Zweig der für den Betrieb der Lichteinheit vorgesehene Strom für den Zeitraum, in dem die Lichteinheit keinen Be triebsstrom führt, umgeleitet wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Versor gungsspannung zum Betrieb der Lichteinheit eine relativ geringe Verzerrung auf weist.The particular advantage of the device according to the invention is that the provision of a bypass unit in a second branch of the for the operation of the Light unit provided electricity for the period in which the light unit no Be drive current leads, is diverted. This ensures that the Versor voltage to operate the light unit on a relatively low distortion has.

Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Bypasseinheit parallel zu der Lichteinheit unter Bildung eines parallelen zweiten Zweiges geschaltet. Durch das Vorsehen des parallelen Bypass-Zweiges zu der Lichteinheit wird mit geringem Bauteileaufwand ermöglicht, daß in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schwellwert der Gesamtstrom entweder durch den die Lichtein heit aufweisenden ersten Zweig oder durch den parallelen Bypass-Zweig geleitet wird. Dadurch, daß keine energiespeichernden Bauteile vorgesehen sind, kann der ursprüngliche Signalverlauf des Gesamtstromes im wesentlichen aufrechterhalten werden.According to a special embodiment of the device according to the invention Bypass unit parallel to the light unit to form a parallel second Branch switched. By providing the parallel bypass branch to the Light unit is made possible with little effort, depending on a predetermined threshold the total current either through which the light enters unit having the first branch or through the parallel bypass branch becomes. Because no energy-storing components are provided, the Maintain the original signal curve of the total current become.

Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Konstant stromquelle mit einem Überspannungsschutz vorgesehen, so daß eine Überlastung infolge eines zu hohen Versorgungsspannungswertes sicher verhindert wird.According to an embodiment of the device according to the invention is a constant Power source provided with overvoltage protection, so that an overload is reliably prevented due to a too high supply voltage value.

Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Bypass-Ein heit einen bipolaren Transistor oder einen FET-Transistor auf. Der Arbeitsbereich des Transistors wird so eingestellt, daß er bei Überschreiten bzw. Unterschreiten ei ner vorgegebenen Schwellspannung der Lichteinheit in einen Sperrzustand bzw. in einen Öffnungszustand versetzt wird. Auf diese Weise wird selbsttätig ein periodi sches Hin- und Herschalten des ersten und zweiten Zweiges erzielt. According to an embodiment of the device according to the invention, the bypass on a bipolar transistor or a FET transistor. The work area of the transistor is set so that it ei when exceeded or undershot ner predetermined threshold voltage of the light unit in a blocking state or in is opened. In this way, a periodi becomes automatic achieved switching back and forth of the first and second branches.

Die Konstantstromquelle ist in Reihe zu der Lichteinheit und zu der Bypasseinheit angeordnet. Diese hat eine stabilisierende Wirkung auf den Betrieb der Lichteinheit und der Bypasseinheit.The constant current source is in series with the light unit and the bypass unit arranged. This has a stabilizing effect on the operation of the light unit and the bypass unit.

Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 dadurch gekennzeichnet, daß während eines vorgegebenen periodischen Sperrzeitintervalls, in dem ein die Lichteinheit aufwei sender erster Zweig keinen Strom führt, der Strom in einen zweiten Zweig umgeleitet wird.To achieve the object, the method according to the invention is in connection with the Preamble of claim 9 characterized in that during a predetermined periodic blocking time interval in which the light unit has sender first branch has no current, the current is diverted to a second branch becomes.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, durch das Vorsehen eines Bypass-Stromes während eines vorgegebenen periodischen Sperrintervalls, in dem der die Lichteinheit aufweisende erste Zweig per se gesperrt ist, eine Aufrechterhaltung der Sinusförmigkeit des Gesamtstromes zu ermöglichen, so daß nichtlineare Verzerrungen weitgehend vermieden werden. Auf diese Weise wird ein Betrieb der Lichteinheit platzsparend mit geringem Bauteileaufwand erzielt.The advantage of the method according to the invention is in particular that of the provision of a bypass flow during a predetermined periodic Blocking interval in which the first branch comprising the light unit is blocked per se is to enable the sinusoidal shape of the total current to be maintained, so that nonlinear distortions are largely avoided. In this way operation of the light unit is achieved in a space-saving manner with little component expenditure.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der folgenden aus führlichen Beschreibung näher beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the following detailed description described in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is a block diagram of a device according to the invention,

Fig. 2 ein Stromverlaufsdiagramm eines Gesamtstromes der Vorrichtung und eines Betriebsstromes der Lichteinheit, Fig. 2 is a current waveform diagram of a total current of the device and an operating current of the light unit,

Fig. 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 is a circuit diagram of an inventive apparatus according to a first embodiment,

Fig. 4 ein Schaltbild der Erfindung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und Fig. 4 is a circuit diagram of the invention according to a second embodiment and

Fig. 5 ein Schaltbild der Erfindung nach einem dritten Ausführungsbeispiel. Fig. 5 is a circuit diagram of the invention according to a third embodiment.

Die im folgenden beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise zur Ansteuerung von Leseleuchten in einem Flugzeug verwendet werden. Eine Spannungsversorgung 1 eines Bordnetzes stellt eine Wechselspannung von 115 V bei einer Frequenz von 400 Hz zur Verfügung. Ein nachgeschalteter Gleichrichter 2 wandelt die Wechsels pannung in eine Gleichspannung um, die als Versorgungsspannung 3 zur Speisung einer Lichteinheit 4 Verwendung findet.The device described below can be used, for example, to control reading lights in an aircraft. A voltage supply 1 of an electrical system provides an AC voltage of 115 V at a frequency of 400 Hz. A downstream rectifier 2 converts the AC voltage into a DC voltage, which is used as a supply voltage 3 for supplying a light unit 4 .

Wie aus den Ausführungsformen gemäß der Schaltpläne nach Fig. 3 bis 5 ersicht lich ist, weist der Gleichrichter 2 eine Zweipuls-Brückenschaltung auf. Die Lichtein heit 4 besteht aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LED) 5.As is evident from the embodiments according to the circuit diagrams according to FIGS . 3 to 5, the rectifier 2 has a two-pulse bridge circuit. The light unit 4 consists of a plurality of light-emitting diodes (LED) 5 connected in series.

Zur Einprägung einer relativ konstanten Betriebsstromstärke 6 der Lichteinheit 4 ist in Reihe zu der Lichteinheit 4 eine Konstantstromquelle 7 angeordnet. Parallel zu der in einem ersten Zweig 8 angeordneten Lichteinheit 4 ist in einem zweiten Zweig 9 ei ne Bypasseinheit 10 angeordnet, die den von dem Gleichrichter 2 bereitgestellten Strom 1 aufnimmt, wenn die Lichteinheit 4 in einen Sperrzustand eintritt, in dem die Stromstärke I_L der Lichteinheit 4 in dem ersten Zweig 8 vernachlässigbar klein ist.To impress a relatively constant operating current 6 of the light unit 4 , a constant current source 7 is arranged in series with the light unit 4 . In parallel to the light unit 4 arranged in a first branch 8 , a bypass unit 10 is arranged in a second branch 9 , which receives the current 1 provided by the rectifier 2 when the light unit 4 enters a blocking state in which the current intensity I _L Light unit 4 in the first branch 8 is negligibly small.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist während eines Durchlaßzeitintervalls t_D der durch die Lichteinheit 4 fließende Strom h im wesentlichen identisch zu dem Gesamtstrom I des Stromkreises, während der durch die Bypasseinheit 10 geleitete Strom I_B den Wert 0 hat. Wird ein vorgegebener Schwellwert S der Lichteinheit 4 unterschritten - bei den die Lichteinheit 4 bildenden Leuchtdioden 5 wird der Schwellwert S durch ei ne vorgegebene Schwellwertspannung gebildet -, wird der erste Zweig 8 schlagartig hochohmig, so daß der Strom 1 _L in einem anschließenden Sperrzeitintervall t_S gleich Null ist. Gleichzeitig mit dem Übergang des ersten Zweigs 8 in den Sperrzustand er folgt ein Schalten des zweiten Zweigs 9 in einen Durchlaßzustand, so daß der Ge samtstrom I entsprechend seine sinusförmigen Signalform weiterfließen kann. Hier durch kann die ursprüngliche Signalform des Gesamtstromes 1 im wesentlichen un verändert aufrechterhalten werden, was mit einem geringen Grad an Verzerrung bzw. einen kleinen Klirrfaktor von weniger als 10%, vorzugsweise 2-6%, erzielbar ist.As can be seen from FIG. 2, during a pass time interval t _D, the current h flowing through the light unit 4 is essentially identical to the total current I of the circuit, while the current I _B conducted through the bypass unit 10 has the value 0. If a predetermined threshold value S of the light unit 4 is undershot - in the light-emitting diodes 5 forming the light unit 4 , the threshold value S is formed by a predetermined threshold voltage - the first branch 8 suddenly becomes high-resistance, so that the current 1 _L in a subsequent blocking time interval t _S is zero. Simultaneously with the transition of the first branch 8 into the blocking state, it follows a switching of the second branch 9 into a pass state, so that the total current I Ge can continue to flow according to its sinusoidal waveform. Here, the original signal shape of the total current 1 can be maintained essentially unchanged, which can be achieved with a low degree of distortion or a small distortion factor of less than 10%, preferably 2-6%.

Nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besteht eine Bypasseinheit 11 im wesentlichen aus einem MOS-FET-Transistor 12, dessen Drain-Anschluß an einem Pluspol der Versorgungsspannung, der Gate-Anschluß über einen Widerstand 13 und 14 an dem Pluspol und der Source-Anschluß über einen Widerstand 15 und eine Diode 16 an den Kollektor eines die Konstantstromquelle 7 bildenden bipolaren Transistors 17 angeschlossen ist. Die Konstantstromquelle 7 weist neben dem NPN- Transistor 17 einen Emitterwiderstand 18 auf, mit dem sich die Höhe des Kollektor stromes einstellen läßt. Die in Reihe geschalteten Widerstände 19 und 20 dienen zur Einstellung des Stromes in Abhängigkeit von der Amplitude der eingangsseitig anlie genden Versorgungsspannung. Die Zenerdiode 21 begrenzt den Strom im Fall einer Überspannung, um die Leuchtdioden 5 vor der Zerstörung zu schützen.According to a first exemplary embodiment according to FIG. 3, a bypass unit 11 essentially consists of a MOS-FET transistor 12 , the drain connection of which is connected to a positive pole of the supply voltage, the gate connection via a resistor 13 and 14 to the positive pole and the source Connection via a resistor 15 and a diode 16 is connected to the collector of a bipolar transistor 17 forming the constant current source 7 . The constant current source 7 has, in addition to the NPN transistor 17, an emitter resistor 18 with which the level of the collector current can be adjusted. The series connected resistors 19 and 20 are used to adjust the current as a function of the amplitude of the supply voltage on the input side. The Zener diode 21 limits the current in the event of an overvoltage in order to protect the LEDs 5 from being destroyed.

An die Basis des Transistors 17 ist ein Schalter 22 angeschlossen, mittels dessen durch Widerstandsänderung die Lichteinheit 4 ein-, ausgeschaltet oder gedimmt wer den kann.A switch 22 is connected to the base of the transistor 17 , by means of which the light unit 4 can be switched on, off or dimmed by changing the resistance.

Nach Einschalten der Lichteinheit 4 mittels des Schalters 22 ist der erste Zweig 8, in dem die Lichteinheit 4 angeordnet ist, während des Sperrzeitintervalls t_S so lange ge sperrt, bis eine für die Leuchtdioden 5 maßgebliche Schwellspannung erreicht ist. Während des Zeitintervalls t_S ist der Transistor 12 durchgeschaltet und ermöglicht ei nen Stromfluß durch den zweiten Zweig 9. Der Widerstand 14 und eine Zenerdiode 24 legen die Referenzspannung für den Transistor 12 fest. Der Transistor 12 bleibt so lange durchgeschaltet, bis die Leuchtdioden 5 ihre Schwellspannung S erreichen, so daß das Potential am Kollektor des Transistors 17 angehoben wird. Hierdurch sinkt die Gate-Source-Spannung des Transistors 12 betragsmäßig so weit, daß er in den Sperrzustand schaltet. Nunmehr fließt der gesamte Strom I durch den ersten Zweig 8. Diese Umschaltung erfolgt periodisch vor und nach dem Erreichen des Ma ximums des Stromes 1.After switching on the light unit 4 by means of the switch 22 , the first branch 8 , in which the light unit 4 is arranged, is blocked during the blocking time interval t _S until a threshold voltage relevant for the light-emitting diodes 5 is reached. During the time interval t _S , the transistor 12 is turned on and enables a current to flow through the second branch 9 . The resistor 14 and a zener diode 24 determine the reference voltage for the transistor 12 . The transistor 12 remains switched on until the light-emitting diodes 5 reach their threshold voltage S, so that the potential at the collector of the transistor 17 is raised. As a result, the amount of the gate-source voltage of the transistor 12 drops to such an extent that it switches to the blocking state. The entire current I now flows through the first branch 8 . This switchover takes place periodically before and after reaching the maximum of the current 1 .

Eine Zenerdiode 25 dient zum Schutz des Gate-Anschlusses des Transistors 12. Der Widerstand 15 dient zur Begrenzung der Einschaltflanken des Transistors 12. Der Widerstand 13 dient zur Entkopplung des Widerstandes 14 und der Diode 24 gegenüber der Gate-Source-Spannung des Transistors 12 beim Abschalten dessel ben. Die Diode 16 verhindert den Stromfluß über die Widerstände 13, 15 und die Di oden 24, 25.A zener diode 25 serves to protect the gate connection of the transistor 12 . The resistor 15 serves to limit the switch-on edges of the transistor 12 . The resistor 13 is used to decouple the resistor 14 and the diode 24 against the gate-source voltage of the transistor 12 when the same ben. The diode 16 prevents the current flow through the resistors 13 , 15 and the diodes 24 , 25th

Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist ein Ausführungs beispiel gemäß Fig. 4 einen Optokoppler 29 als Bestandteil einer Konstantstrom quelle 30 auf, wodurch der durch die Widerstände 19, 20 gebildete Spannungsteiler sowie die Diode 21 für die Strombegrenzung entfallen. Hierdurch kann die Lichtein heit 4 galvanisch von einer nicht dargestellten Ansteuerelektronik getrennt werden.In contrast to the previous exemplary embodiment, an embodiment example according to FIG. 4 has an optocoupler 29 as part of a constant current source 30 , as a result of which the voltage divider formed by the resistors 19 , 20 and the diode 21 for the current limitation are omitted. As a result, the light unit 4 can be galvanically separated from control electronics, not shown.

Nach einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 können sowohl eine Kon stantstromquelle 36 als auch eine Bypasseinheit 31 mit dem gleichen Transistor, nämlich einem pnp-Transistor, betrieben werden. Die Konstantstromquelle 36 mit ei nem Transistor 32 ist an einem Pluspol der Versorgungsspannung angeschlossen, wobei eine parallele Strombegrenzungsdiode als Zenerdiode 33 mit der Kathode am Pluspol der Versorgungsspannung anliegt. Die Bypasseinheit 31 weist den gleichen Transistor 32 auf. Die Funktionsweise der Schaltung ist die gleiche wie bei dem er sten und zweiten Ausführungsbeispiel. Durch einen nicht dargestellten veränderba ren, parallel zu der Diode 33 geschalteten Widerstand läßt sich die Lichteinheit 4 ein- bzw. ausschalten. Die Diode 33 begrenzt den Strom im Fall einer Überspan nung, um die Leuchtdioden 5 vor der Zerstörung zu schützen.According to a third embodiment of FIG. 5 can both Kon stantstromquelle 36 and a bypass unit 31 with the same transistor, are operated namely a pnp transistor. The constant current source 36 with egg nem transistor 32 is connected to a positive pole of the supply voltage, a parallel current limiting diode being present as a Zener diode 33 with the cathode at the positive pole of the supply voltage. The bypass unit 31 has the same transistor 32 . The operation of the circuit is the same as in the first and second embodiments. The light unit 4 can be switched on or off by a variable resistor (not shown) connected in parallel with the diode 33 . The diode 33 limits the current in the event of an overvoltage in order to protect the LEDs 5 from destruction.

In gleicher Weise wird durch Überschreiten der Schwellspannung der Lichteinheit 4 die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 32 so klein, daß er in den Sperrzustand übergeht.In the same way, by exceeding the threshold voltage of the light unit 4, the base-emitter voltage of the transistor 32 becomes so small that it changes into the blocking state.

Claims

4. Device for controlling a light unit for vehicles, in particular for aircraft, consisting of:

- a rectifier ( 2 ) for rectifying an AC voltage ( 3 ) supplied by an on-board electrical system of the vehicle,
a constant current source ( 7 , 30 , 36 ) arranged in a circuit for generating a constant current (I) as a function of the supply voltage generated by the rectifier,
- A light unit ( 4 ) having a plurality of light-emitting elements (light-emitting diodes 5 ) and arranged in a first branch ( 8 ) of the circuit
- one of the circuit arranged in a second branch (9) Bypassein unit (10) which is formed such that it (t _S) the current (I) in a pre give NEN time interval receives, in which the flow of current (I _L) by the light unit ( 4 ) is essentially locked.

2. Device according to claim 1, characterized in that the bypass unit ( 10 , 11 , 31 ) is connected in parallel to the light unit ( 4 ) and has an electronic switching element ( 12 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the electronic cal switching element ( 12 ) when exceeding and falling below a pregiven NEN threshold value (S) of the light unit ( 4 ) in a locked state or in an open state.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that an overvoltage protection ( 21 ) is integrated in the constant current source ( 7 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the constant current source ( 7 ) has at least one transistor ( 17 ).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the constant current source ( 7 ) comprises an optocoupler ( 29 ).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bypass unit ( 31 ) and the constant current source ( 36 ) are designed such that they each comprise a single identical active component ( 32 ).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the light unit ( 4 ) is formed from a plurality of LEDs arranged in series ( 5 ).

9. A method for controlling a light unit for vehicles, in particular for aircraft, the light unit being fed with a rectified alternating voltage, characterized in that during a predetermined periodic blocking time interval (t _S ) in which a first branch having the light unit ( 4 ) ( 8 ) carries no current, the current ( 1 ) in a second branch ( 9 ) is passed around.

10. The method according to claim 9, characterized in that the current conducted during the blocking time interval (t _S ) through the second branch ( 9 ) and during the passage time interval (t _D ) through the first branch ( 8 ) conducted current (I _L ) each form the total current of the circuit.