-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen leistungssparenden Regelschaltkreis für eine lichtemittierende Diode nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Regelschaltkreis kann insbsondere für eine lichtemittierende Diode mit starker Lichtabstrahlung und einer hohen Stromaufnahme von beispielsweise einem halben Ampere verwendet werden. Eine lichtemittierende Diode dieser Art kann sehr vorteilhaft als Lichtquelle für einen optischen Codierer verwendet werden, der eine rotierbare Codescheibe oder irgendeine andere bewegliche Codiereinrichtung mit mehreren Codespuren aufweist, welche Spuren durch die Lichtquelle beleuchtet werden. Das Licht wird unterbrochen bzw. moduliert durch die Codespuren und sodann einem entsprechenden fotoelektrischen Wandler bzw. Detektor zugeführt, der mehrere Ausgangssignale erzeugt, die oftmals ein mehrstelliges binäres Codewort entsprechend der Position der Codescheibe darstellen. Die Codescheibe kann mit einer rotierenden Welle verbunden sein, so daß die Position der Welle durch den Codierer durch mehrere elektrische Signale codiert wird, die oftmals ein veränderliches mehrstelliges Codewort darstellen, das einem Computer oder irgendeinem anderen Steuersystem zugeführt wird.
-
Aus der US-PS 41 56 166 ist ein Regelschaltkreis für eine Lichtquelle bekannt, wobei als Lichtquellen Lampen allgemein, insbesondere Glühlampen, verwendet werden. In dieser Veröffentlichung ist ein Regelschaltkreis offenbart, der kompliziert mit einer induzierenden Einrichtung (Spule) versehen ist, so daß dieser Regelkreis relativ viel Energie selbst verbraucht.
-
Aus der US-PS 37 05 316 und der US-PS 41 60 934 sind Regelschaltkreise gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt. Bei diesen Schaltungen wird der Strom durch die lichtemittierende Diode durch Transistoren geregelt, die durch ihre Schaltungsart und teilweise durch einen zusätzlichen Widerstand (US-PS 41 60 934) in Reihe mit der lichtemittierenden Diode sehr viel Leistung verbrauchen.
-
Durch den Verbrauch unnötiger Leistung wird einerseits mehr Energie als notwendig benötigt und andererseits müssen Vorkehrungen getroffen werden, um die unnötige Wärme abzuleiten, um eine Beschädigung der elektronischen Bauteile und die Probleme des thermischen Driftens zu vermeiden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leistungssparenden Regelschaltkreis für eine lichtemittierende Diode zu schaffen, der eine regulierte Wirkungsweise einer lichtemittierenden Diode, die an eine Gleichstromquelle mit einer beträchtlich höheren Spannung als die Arbeitsspannung der lichtemittierenden Diode angeschlossen ist, ermöglicht, während ein Minimum an Leistung verbraucht wird.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Regelschaltkreis der gattungsgemäßen Art gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
-
Fig. 1 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines leistungssparenden Regelschaltkreises für eine lichtemittierende Diode zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
-
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Stromverlaufes durch die lichtemittierende Diode in dem Schaltkreis gemäß Fig. 1; und
-
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Spannungsregelung des Schaltkreises in Abhängigkeit von der Temperatur bei Veränderungen der Eingangsspannung von 4, 5 bis 5,5 Volt.
-
Fig. 1 zeigt einen leistungssparenden Regelschaltkreis 10 zur Lieferung eines geregelten oder stabilisierten Erregerstromes für eine lichtemittierende Diode (LED) 12, die eine hohe Lichtabstrahlung und eine hohe Stromaufnahme in der Größenordnung von beispielsweise einem halben Ampere aufweist. Die lichtemittierende Diode 12 kann als Lichtquelle für einen optischen Codierer dienen. Bei einer solchen Anwendung liefert die lichtemittierende Diode 12 das gesamte erforderliche Licht, um mehrere optische Codespuren auf einer rotierbaren Codescheibe oder irgendeiner anderen beweglichen Codiereinrichtung zu beleuchten. In einem solchen Anwendungsfall ist es im hohen Maße erwünscht, den Strom durch die lichtemittierende Diode 12 zu stabilisieren, um auf diese Weise die Lichtabstrahlung der lichtemittierenden Diode ebenfalls zu stabilisieren. Der Regelschaltkreis 10 gemäß Fig. 1 liefert einen hochstabilen gut geregelten Strom durch die lichtemittierende Diode 12 trotz Schwankungen in der Spannungsversorgung und bezüglich der Betriebstemperatur. Darüber hinaus kann der Schaltkreis 10 individuelle Veränderungen des Spannungsabfalles verschiedener lichtemittierender Dioden kompensieren, die in dem Schaltkreis verwendet werden können.
-
In dem Schaltkreis 10 gemäß Fig. 1 ist die lichtemittierende Diode 12 mit einer eine Steuerspannung erzeugenden Einrichtung 14 versehen, um eine Steuerspannung entsprechend dem durch die lichtemittierende Diode fließenden Strom zu erzeugen. Eine solche Einrichtung 14 kann einen oder mehrere Widerstände umfassen, durch den oder die der die lichtemittierende Diode durchfließende Strom fließt. Gemäß Fig. 1 sind zwei Widerstände 16 parallel zueinander geschaltet und die Parallelanordnung ist in Reihe zu der lichtemittierenden Diode 12 geschaltet. Zwei Widerstände mit einem Wert von 1 Ohm werden in diesem Fall verwendet, um den gewünschten Wert von einem halben Ohm zu erzielen. Ein einziger Widerstand würde genügen; aber der gewünschte Wert von einem halben Ohm ist handelsüblich nicht leicht erhältlich. Ein Anschluß eines jeden der Widerstände 16 ist mit Masse 18 verbunden, so daß eine Steuerspannung zwischen der nicht geerdeten Seite eines jeden Widerstandes 16 und Masse auftritt.
-
Ein Speicherkondensator 20 ist der lichtemittierenden Diode 12 und der hierzu in Reihe geschalteten Parallelanordnung der Widerstände 16 parallel geschaltet.
-
Stromimpulse werden der Parallelanordnung aus lichtemittierender Diode 12 und dem Speicherkondensator 20 durch eine elektronische Schalteinrichtung 21 zugeführt, die einen Schalttransistor 22 umfaßt, welcher als Ausgangseinrichtung der elektronischen Schalteinrichtung 21 dient. Der Schalttransistor 22 ist in Reihe zu einer Gleichstromquelle geschaltet, die in Fig. 1 schematisch durch einen Anschluß 24 mit +15 Volt veranschaulicht ist, wobei der negative Anschluß der Gleichstromquelle ebenfalls mit Masse verbunden ist. Die Spannung der Gleichstromquelle kann in weitem Bereich variieren und sich beispielsweise zwischen ungefähr 4,3 Volt und 16 Volt oder noch höher bewegen, je nach der Spannungsfestigkeit der verschiedenen Komponenten. Ein zweiter Speicherkondensator 26 ist vorzugsweise zwischen dem +15 Volt-Anschluß 24 und Masse angeordnet.
-
Die elektronische Schalteinrichtung 21 kann ebenfalls einen Eingangsschaltkreis 28 umfassen, welcher als Schaltvergleicher 30 dargestellt ist und im Handel als integrierter Schaltkreis erhältlich ist, wobei dessen Ausgang mit dem Eingang des Schalttransistors 22 verbunden ist.
-
Vorzugsweise wird die elektronische Schalteinrichtung mit einer positiven Rückführung ausgestattet, wobei ein Rückführungswiderstand 32 eine Rückführung zwischen dem Ausgang 1 und dem nicht-invertierenden Eingang 3 des Schaltvergleichers 30 bildet. Die positive Rückführung erzeugt bzw. verbessert das Triggerverhalten der elektronsichen Schalteinrichtung 21.
-
Gemäß Fig. 1 ist der Ausgang des Schaltvergleichers 30 direkt mit der Basis des Schalttransistors 22 durch eine Leitung 34 verbunden. Ein Lastwiderstand 36 ist zwischen dem +15 Volt-Anschluß 24 und dem Ausgang des Schaltvergleic ers 30 angeordnet. Der Widerstand 36 gibt ebenfalls eine Vorspannung an der Basis des Schalttransistors 22 vor. Der invertierende Eingang 2 des Schaltvergleichers 30 dient als Steuereingang, dem die Steuerspannung von der die Steuerspannung erzeugenden Einrichtung 14 in dem Schaltkreis mit der lichtemittierenden Diode 12 zugeführt wird. Die Steuerspannung wird dem invertierenden Eingang 2 über eine Leitung 37, 38 zugeführt, die den invertierenden Eingang 2 mit der nicht geerdeten Seite der parallel angeordneten Widerstände 16 verbindet.
-
Der nicht-invertierende Eingang 3 des Schaltvergleichers 30 dient als Referenzeingang, dem über die Leitung 33 eine Referenzspannung durch eine stabilisierte Vorspanneinrichtung 40 zugeführt wird, die eine Stabilisierungsdiode 42 und einen strombegrenzenden Widerstand 44 aufweist, welche beide in Reihe zwischen dem +15 Volt-Spannungsversorgungsanschluß 24 und Masse geschaltet sind. Der Strom durch diesen Reihenschaltkreis erzeugt eine stabilisierte Spannung über der Diode 42 zwischen der nicht geerdeten Seite der Diode und Masse. Die Diode 42 kann eine gewöhnliche Festkörperdiode oder auch eine Zenerdiode sein. Eine gewöhnliche Diode ist weniger teuer und bringt eine befriedigende Stabilisierung, während eine Zenerdiode eine bessere Stabilisierung bei höheren Kosten bringt. Ein Potentiometer 46 ist zwischen der Diode 42 und dem nicht- invertierenden Eingang 3 des Schaltvergleichers 30 angeordnet, um wenigstens einen Teil der stabilisierten Diodenspannung dem nicht-invertierenden Eingang 3 als Referenzspannung zuzuführen. Das Potentiometer 46 ermöglicht die Einstellung der Referenzspannung, die dem nicht-invertierenden Eingang 3 des Schaltvergleichers 30 zugeführt wird. In vielen Fällen können befriedigende Resultate erzielt werden, indem der Schaltvergleicher durch einen Operationsverstärker oder einen Schmitt-Trigger ersetzt wird.
-
Im Betrieb des Regelschaltkreises 10 in Fig. 1 wird der Strom durch die lichtemittierende Diode 12 durch zyklisches Schalten der elektronischen Schalteinrichtung 21 zwischen dem leitenden und dem nicht-leitenden Zustand in der erforderlichen Weise geregelt, um den gewünschten Strom durch die lichtemittierende Diode zu bilden und aufrechtzuerhalten. Der Schalttransistor 22, der als Ausgangseinrichtung des elektronischen Schaltkreises 21 arbeitet, wird zwischen dem leitenden und nicht-leitenden Zustand hin- und hergeschaltet. Der Schalttransistor 30, der als Eingangseinrichtung des elektronischen Schaltkreises 21 arbeitet, wird zwischen dem hohen und niedrigen Ausgangspegel zyklisch geschaltet. Der Schaltvergleicher 30 antwortet auf die relative Polarität der Signale an seinen zwei Eingängen 2 und 3. Wenn die Spannung an dem Referenzeingang 3 die Spannung an dem Steuereingang 2 übersteigt, so nimmt der Ausgang des Schaltvergleichers 30 den hohen Pegel ein. Wenn die Spannung an dem Steuereingang 2 die Spannung an dem Referenzeingang 3 übersteigt, so nimmt der Ausgang des Schaltvergleichers 30 den niedrigen Pegel ein. Beim niedrigen Ausgangs-Pegelzustand des Schaltvergleichers 30 ist der Schalttransistor 22 nicht-leitend. Beim hohen Ausgangs-Pegelzustand des Schaltvergleichers 30 ist der Schalttransistor 22 leitend und befindet sich in der Sättigung.
-
Wenn die Spannungsversorgung anfänglich an den +15 Volt- Anschluß 24 angelegt wird, so wird der Filter- bzw. Speicherkondensator 26 auf die volle Versorgungsspannung aufgeladen. Die Betriebsspannung wird dem Schaltvergleicher 30 durch positive und negative Spannungsversorgungsanschlüsse 50 und 52 zugeführt. Die Referenzspannung wird sofort dem nicht-invertierenden Referenzeingang 3 zugeführt, da kein Kondensator in dem stabilisierten Vorspannungschaltkreis 40 angeordnet ist, der die stabilisierende Diode 42, den Spannungsabfall-Widerstand 44 und das Potentiometer 46 umfaßt. Anfänglich besitzt die Steuerspannung an dem invertierenden Steuereingang 2 den Wert Null und diese Steuerspannung steigt mit geringer Geschwindigkeit an, da der Speicherkondensator 20 über den Schalttransistor 22 aufgeladen werden muß, um die Steuerspannung zu erhöhen. Das Ausgangssignal des Schaltvergleichers 30 nimmt somit den hohen Pegel aufgrund der schnellen Bildung der Referenzspannung an dem Referenzeingang 3 ein, wobei die Referenzspannung die Steuerspannung übersteigt, die mit geringer Geschwindigkeit ansteigt. Die Umschaltung des Schaltvergleichers auf den hohen Ausgangspegel verursacht einen hohen Pegel der Basisspannung des Schalttransistors 22, so daß der Schalttransistor in den gesättigten leitenden Zustand umgeschaltet wird. Der Speicherkondensator 20 wird über den leitenden Schalttransistor 22 aus der Spannungsversorgung 24aufgeladen. Wenn der Speicherkondensator 20 aufgeladen wird, so steigt der Strom über die lichtemittierende Diode 12 und die Widerstände 16 an. Der Strom über die lichtemittierende Diode erzeugt einen Spannungsfall über den Widerständen 16, der als Steuerspannung dient. Wenn diese Steuerspannung genügend angestiegen ist, um die stabilisierte Referenzspannung an dem Referenzeingang 3 zu übersteigen, so schaltet der Ausgang des Schaltvergleichers 30 um und wird auf den niedrigen Pegel getriggert, so daß die Spannung an dem Ausgang des Schaltvergleichers 30 auf einen niedrigen Wert nahe dem Massepotential fällt. Diese niedrige Ausgangsspannung wird direkt der Basis des Schalttransistors 22 zugeführt und verursacht dessen nicht-leitenden Zustand, da die Basisspannung wesentlich geringer als die Emitterspannung ist.
-
Bei nicht-leitendem Schalttransistor 22 wird der Speicherkondensator 20 nicht länger über den Schalttransistor aufgeladen. Statt dessen entlädt sich der Speicherkondensator 20 über die lichtemittierende Diode 12 und die Widerstände 16, so daß der Strom über die lichtemittierende Diode allmählich abfällt. Die entsprechende Steuerspannung über den Widerständen 16 nimmt ebenfalls allmählich ab. Wenn die Steuerspannung an dem Steuereingang 2 unter die Referenzspannung an dem Referenzeingang 3 abfällt, so schaltet der Ausgang des Schaltvergleichers 30 erneut auf den hohen Pegel um, so daß die Ausgangsspannung des Schaltvergleichers 30 auf einen Wert anwächst, der wesentlich größer als die Emitterspannung des Schalttransistors 22 ist. Demgemäß wird der Schalttransistor 22 in den gesättigten leitenden Zustand umgeschaltet.
-
Der Speicherkondensator 20 wird erneut über den Schalttransistor 22 aus der Spannungsversorgungsquelle 24 aufgeladen. Der Schalttransistor 22 bildet somit die Ausgangseinrichtung des elektronischen Schaltkreises 21, die zyklisch zwischen dem leitenden und nicht-leitenden Zustand umgeschaltet wird, um Stromimpulse dem Speicherkondensator 20 und der lichtemittierenden Diode 12 zuzuführen. Der Schaltvergleicher 30 bildet die Eingangseinrichtung des elektronischen Schaltkreises 21 und dieser wird zwischen dem hohen und niedrigen Ausgangspegel umgeschaltet, um die Leitfähigkeit des Schalttransistors 22 zu steuern.
-
Der Schaltvergleicher 30 besitzt eine Triggerwirkung, die durch die positive Rückführung verbessert wird, welche durch den Rückführungswiderstand 32 vorgesehen ist. Wenn der Ausgang des Schaltvergleichers 30 den hohen Pegel einnimmt, aufgrund des Abfalles der Steuerspannung an dem Steuereingang 2 unter die Referenzspannung an dem Referenzeingang 3, so hat der Rückführungswiderstand 32 die Wirkung einer geringen Erhöhung der Referenzspannung, so daß die Steuerspannung um ein entsprechend größeres Ausmaß anwachsen muß, bevor der Schaltvergleicher 30 an seinem Ausgang auf den niedrigen Pegel zurückschaltet. Bei einem solch niedrigen Pegel ist die Rückführung nicht länger vorhanden, so daß die Referenzspannung um ein geringes Ausmaß auf ihren Normalwert fällt, unterhalb den die Steuerspannung fallen muß, bevor der Schaltvergleicher 30 an seinem Ausgang auf den hohen Pegel umschaltet. Die durch den Widerstand 32 vorgegebene positive Rückführung verursacht somit eine Hoch- und Niederschaltung der Referenzspannung an dem Referenzeingang 3 um einen geringen aber merkbaren Betrag, wenn der Schaltvergleicher 30 zwischen seinem hohen und niedrigen Pegelzustand geschaltet wird. Der Einschaltwert der Steuerspannung an dem Eingang 2 ist somit geringfügig höher als der Ausschaltwert, wodurch ein Hystereseeffekt erzeugt wird, der sowohl den hohen als auch den niedrigen Ausgangszustand des Schaltvergleichers 30 stabilisiert, so daß eine verbesserte und genauer bestimmte Triggerwirkung zwischen dem hohen und niedrigen Zustand vorliegt. Ein gewöhnlicher Operationsverstärker kan anstelle des Schaltvergleichers gewünschtenfalls verwendet werden. Ein Schmitt-Trigger-Schaltkreis kann ebenfalls verwendet werden.
-
Der Regelschaltkreis gemäß Fig. 1 hält und reguliert die Steuerspannung über den Widerständen 16 auf einem Wert, der entsprechend eng der durch das Potentiometer 46 gelieferten Referenzspannung angenähert ist. Die Steuerspannung wird aufgrund der zyklischen Betätigung des Schalttransistors 22 zwischen seinem leitenden und nicht-leitenden Zustand um ein geringes Maß hoch- und heruntergeschaltet.
-
Der Strom durch die lichtemittierende Diode 12 ist der Steuerspannung über dem Widerstand 16 proportional, so daß dieser Strom ebenfalls aufrechterhalten und stabilisiert wird. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den Strom durch die lichtemittierende Diode 12 auf einem halben Ampere zu stabilisieren. Bei diesem Stromwert ist die Steuerspannung über den zwei parallel geschalteten Widerständen 16 mit 1 Ohm 1/4 Volt, was sich durch den IR-Spannungsabfall ergibt, der durch den Stromfluß von einem halben Ampere durch den Widerstand mit einem halben Ohm ergibt. Um diese geregelten Werte des Stromes durch die lichtemittierende Diode und der Steuerspannung zu erzielen, wird das Potentiometer 46 so eingestellt, daß eine Referenzspannung von im wesentlichen 250 mV vorgegeben wird. Es versteht sich, daß der geregelte Strom durch die lichtemittierende Diode erhöht oder erniedrigt werden kann, indem über das Potentiometer 46 die Referenzspannung erhöht oder erniedrigt wird.
-
Aufgrund der zyklischen Betätigung des Schalttransistors 22 zwischen seinem leitenden und nicht-leitenden Zustand führt dieser Stromimpulse. Diese Impulse sind von kurzer Dauer.
-
Der zweite Speicherkondensator 26 wirkt als Filter und hält im wesentlichen eine stetige Gleichspannung zwischen dem Spannungsversorgungsanschluß 24 von +15 Volt und Masse aufrecht.
-
Die die Steuerspannung erzeugenden Widerstände 16 besitzen einen geringen Widerstandswert von beispielsweise nur einem halben Ohm, der in Reihe zu der lichtemittierenden Diode 12 geschaltet ist. Demzufolge ist der Spannungsabfall über diesem Widerstand gering im Vergleich zu dem Spannungsabfall über der lichtemittierenden Diode 12. Dieser Schaltkreis mißt und steuert somit grundsätzlich den Strom durch die lichtemittierende Diode 12. Es hat sich herausgestellt, daß der Regelschaltkreis 10 in der Lage ist, den Strom durch die lichtemittierende Diode 12 über einen extrem weiten Bereich der Eingangsspannung der Gleichspannungsquelle 24 zu stabilisieren. In einer Testreihe wurde der Strom durch die lichtemittierende Diode auf ungefähr 500 mA bei einem Bereich der Eingangsspannung zwischen ungefähr 4,3 Volt und ungefähr 16 Volt stabilisiert.
-
Der Strom durch die lichtemittierende Diode 12 wird trotz Veränderungen bezüglich der Betriebstemperatur als auch Veränderungen bezüglich der Gleichspannungsversorgungsquelle 24 in engen Grenzen geregelt und im wesentlichen konstant gehalten. Diesbezüglich wird die Leitung des Regelschaltkreises 10 durch das Diagramm in Fig. 3 veranschaulicht, wobei die Spannungsregulierung des Schaltkreises über der Temperatur aufgetragen ist. Bei den in Fig. 3 veranschaulichten Tests verblieb die Spannungsregelung in einem Bereich von ungefähr 2 bis 3% über den Temperaturbereich von 0 bis 70°C. Bei diesen Tests betrug die Nennspannung der Gleichstromquelle 5 Volt. Die Spannung wurde zwischen 4,5 und 5,5 Volt verändert, was eine Veränderung von ±10% darstellt. Das Regelverhältnis des Stromes durch die lichtemittierende Diode wurde für diesen Bereich der Spannungsänderung ermittelt.
-
Der Regelschaltkreis 10 gemäß Fig. 1 besitzt den weiteren Vorteil, daß die Verwendung einer großen Vielzahl von lichtemittierenden Dioden trotz breiter Veränderung der Betriebscharakteristik der einzelnen Dioden möglich ist. Es hat sich herausgestellt, daß einzelne lichtemittierende Dioden eine sehr unterschiedliche Spannungsabfall-Charakteristik aufweisen. Bei einem Betriebsstrom von 500 mA hat es sich herausgestellt, daß der Spannungsabfall über verschiedenen einzelnen lichtemittierenden Dioden von ungefähr 1,1 Volt bis ungefähr 2 Volt variieren kann. Der Regelschaltkreis 10 ist in der Lage, eine Anpassung an einen solch breiten Bereich der Spannungsabfall-Charakteristik der lichtemittierenden Diode 12 herbeizuführen. Es ist nicht erforderlich, eine spezielle Auswahl der Werte von Komponenten vorzusehen, um eine Anpassung an den breiten Bereich der Charakteristiken der lichtemittierenden Dioden zu erzielen.
-
Der Regelschaltkreis 10 besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß er eine beträchtliche Ersparnis bezüglich des Leistungsverbrauchs im Betrieb gewährleistet. Der Regelschaltkreis 10 ist in der Lage, die lichtemittierende Diode 12 mit einem Strom von 500 mA zu betreiben, wobei der Eingangsstrom nur ungefähr 300 mA bei einer Gleichspannungs- Versorgungsspannung von beispielsweise 5 Volt beträgt. In diesem Fall beträgt der Leistungsverbrauch des Schaltkreises 10 nur ungefähr 1,5 Watt, was sich aus dem Produkt von 5 Volt und 0,3 Ampere ergibt. Wenn der Strom von 500 mA für die lichtemittierende Diode 12 direkt aus der Spannungsquelle von 5 Volt über einen Spannungsabfall-Widerstand gezogen wird, so beträgt der Leistungsverbrauch 2,5 Watt entsprechend dem Produkt von 5 Volt und 0,5 Ampere. In diesem Beispiel vermindert somit der Regelschaltkreis 10 den Leistungsverbrauch von 2,5 Watt auf 1,5 Watt, was einer Ersparnis von 1 Watt bzw. 40% entspricht. Dieser verminderte Leistungsverbrauch besitzt den Vorteil einer verminderten Leistungsentnahme aus der Gleichspannungsquelle, wobei ebenfalls die Wärme vermindert wird, die in dem Speiseschaltkreis für die lichtemittierende Diode erzeugt wird.
-
Die Reduzierung des Leistungsverbrauchs resultiert aus dem pulsierenden bzw. zyklischen Betrieb des Schalltransistors 22 und der Anordnungdes Speicherkondensators 20 parallel zu der lichtemittierenden Diode 12. Der pulsierende Betrieb des Schalttransistors 22 stellt im wesentlichen einen Schaltbetrieb dar, so daß sehr geringe Wärme in dem Schalttransistor erzeugt wird.
-
Die Leistungsersparnis wird einschneidender bei einem erhöhten Wert der Gleichspannungsversorgung. In einer Testreihe wurde beispielsweise gefunden, daß die Stromaufnahme des Regelschaltkreises von ungefähr 300 mA bei einer Eingangsspannung von 5 Volt auf ungefähr 150 mA bei einer Eingangsspannung von 10 Volt herabfiel, so daß der Leistungsverbrauch bei ungefähr 1,5 Watt verblieb. Zur gleichen Zeit wurde der Strom durch die lichtemittierende Diode auf ungefähr 500 mA stabilisiert. Bei einem herkömmlichen Schaltkreis mit einem Spannungsabfall- Widerstand in Reihe zu der lichtemittierenden Diode würde der Leistungsverbrauch bei 10 Volt 5 Watt entsprechend dem Produkt aus 10 Volt und 0,5 Ampere betragen. Der Regelschaltkreis gemäß Fig. 1 erzielt somit eine Verminderung des Leistungsverbrauchs von ungefähr 5 Watt auf ungefähr 1,5 Watt bei einer Spannungsquelle von 10 Volt. Die Verminderung des Leistungsverbrauchs beträgt ungefähr 3,5 Watt und steigt auf ungefähr 70% an.
-
Bei einer höheren Versorgungsspannung, wie beispielsweise 15 Volt, ist die Leistungsersparnis noch größer. Aufgrund der pulsierenden Betätigung des Schalttransistors 22 ist die Eingangsleistung des Transistorschaltkreises unabhängig von der Spannungsversorgung relativ konstant. Der Referenzspannungs- Versorgungsschaltkreis nimmt mehr Leistung bei höheren Spannungen auf, aber diese Leistung ist gering im Vergleich zu der Gesamtleistung. Infolgedessen wird der Prozentsatz der Leistungsersparnis bei vergrößerter Versorgungsspannung höher im Vergleich zu einem herkömmlichen Schaltkreis, der einen Spannungsabfall-Widerstand in Reihe zu der lichtemittierenden Diode benutzt.
-
Fig. 2 veranschaulicht in einem Diagramm den allgemeinen Verlauf des Stroms durch die lichtemittierende Diode 12 innerhalb des Schaltkreises von Fig. 1. Jede Zeiteinheit in Fig. 2 entspricht einer Mikrosekunde. Der Kurvenverlauf veranschaulicht die abwechselnde Aufladung und teilweise Entladung des Speicherkondensators 20. Die sich ergebenden Impulse besitzen eine ziemlich hohe Frequenz von beispielsweise 650 kHz, wobei aber die Frequenz in weitem Bereich in Abhängigkeit von den Werten und Parametern des Schaltkreises verändert werden kann. Hierbei spielen insbesondere der Wert des Speicherkondensators 20, des effektiven Widerstandes der lichtemittierenden Diode 12, des effektiven Widerstandes des Schalttransistors 22 und der Wert der Gleichspannungsversorgungsquelle eine Rolle. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine bestimmte Frequenz bzw. auf bestimmte Betriebsparameter begrenzt.
-
Verschiedene Werte und Typenbezeichnungen für funktionsfähige Teile sind in Fig. 1 angegeben. Der Fachmann ist jedoch in der Lage, andere Bauteile zu verwenden.