EP1603368A2 - Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

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EP1603368A2
EP1603368A2 EP05090122A EP05090122A EP1603368A2 EP 1603368 A2 EP1603368 A2 EP 1603368A2 EP 05090122 A EP05090122 A EP 05090122A EP 05090122 A EP05090122 A EP 05090122A EP 1603368 A2 EP1603368 A2 EP 1603368A2
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EP
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current
circuit
inrush current
circuit arrangement
arrangement according
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Michael Beutling
Jens Colberg
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/12—Visible signals
    • B61L5/18—Light signals; Mechanisms associated therewith, e.g. blinders
    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1881—Wiring diagrams for power supply, control or testing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2207/00—Features of light signals
    • B61L2207/02—Features of light signals using light-emitting diodes [LEDs]

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for operating a lighting device, in particular an LED signal generator, according to the preamble of claim 1.
  • the following description refers by way of example in the Essentially on LED signalers, which instead of incandescent signalers in many areas, especially in railway signaling, increasingly be applied.
  • the invention also encompasses safety-relevant lighting devices for a wide variety of applications and based on a variety of light sources, such as Fluorescent tubes or OLED.
  • LEDs are comparatively inexpensive, durable and bright. When replacing incandescent bulbs by LEDs is cost reasons sought for the control and monitoring the incandescent lamps to use existing facilities. There are significant problems, because the electrical behavior of LEDs is fundamentally different from that of incandescent lamps.
  • For monitoring the correct functions of the Beacons are in the parent facility supervisor, usually based on supervisor relay provided. These relays require a safe suit higher current than in normal operation.
  • the pull-in current can also above the pickup value of a circuit used in the circuit Fuse, allowing a continuous operation of the monitoring relay with this pull-in current is not possible.
  • the invention is based on the object, a circuit arrangement of the generic type which makes it possible modern bulbs with conventional parent facilities, In particular, monitoring devices to use.
  • the object by the characterizing Characteristics of claim 1 solved. After that contains the circuit arrangement a circuit part having an inrush current sufficient to the response of the monitoring device sure. Due to the additional circuit part is the current consumption for a short time directly or shortly after switching on until above a threshold the monitoring device increases. The raised Power is maintained as long as it is from the monitoring circuit is needed.
  • the time duration for the current increase according to claim 2 so short that the maximum continuous current of the parent Institution is not exceeded, so that Do not address any fuses that may be present.
  • an R / C element for current-time characteristic simulation be formed of an incandescent lamp.
  • the behavior of a light bulb will be complete simulated.
  • the circuit part according to claim 5 also part of a for example, from DE 101 02 352 A1 known current-voltage characteristic simulation or one for example DE 102 21 573 A1 known light intensity-voltage characteristic simulation to be a light bulb.
  • FIGS. 1 to 3 illustrate current I-time t characteristics for the switch-on phases of incandescent lamps 1 and LED signal transmitters 2 and 3. Shown also are the attraction threshold 4 and the holding threshold 5 of a monitoring relay and an upper current limit 6 of a superordinate device, for example is predetermined by a fuse. It can be seen that in the incandescent lamp variant - Figure 1 - immediately after switching on the bulb during a period .DELTA.t G flows a current that exceeds the threshold 4 of the supervisory relay. Consequently, it is ensured that the monitor relay attracts. Only after tightening the monitoring relay reaches the, z. B. melt fuse due, upper current limit 6 a value below the threshold threshold 4. Since the incandescent current does not fall below the holding threshold 5 of the monitor relay, the relay remains in the attracted state.
  • the It characteristic curve 2 shown in FIG. 2 for an LED signal generator has no increased inrush current, so that the starting threshold 4 for the monitoring relay is not exceeded. There remains a current difference ⁇ I L , so that the monitor relay can not respond. Consequently, a simple replacement of incandescent lamps by LEDs leads to a failure of the monitoring circuit, which can not be tolerated.
  • This problem is solved by a circuit part which is connected in parallel with the LED signal generator and generates an additional current flow during a time period ⁇ t L.
  • the period of time .DELTA.t L of this current peak 7 is dimensioned such that the upper current limit 6, the z. B. is specified by a fuse, is not exceeded.
  • FIG. 4 shows a first exemplary embodiment of a circuit arrangement with a circuit part 8.1 to increase the current during the switch-on phase.
  • the circuit part 8.1 is to the LED signal generator 9 connected in parallel and includes a series circuit from a resistor R and a capacitor C. This R / C combination allows a relatively accurate cold-thread replica a filament lamp. In this way it is achieved the I-t curve is approximately that shown in FIG Inrush current 1 corresponds to an incandescent lamp.
  • Figure 6 shows a variant in which an already existing Wiring of the LED signal generator 9 with a resistor R " analogous to the circuit parts 8.1 and 8.2 of Figure 4 or
  • the invention is not limited to the above Embodiments. Rather, a number of Variants conceivable, which are also different in principle Execution of the features of the invention make use.
  • the circuits are not on DC limited.
  • the basic principle is of course also on alternating current applicable.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eines LED-Signalgebers (9), im Zusammenwirken mit einer übergeordneten Einrichtung, insbesondere einer Überwachungseinrichtung, die einen Einschaltstrom vorgibt. Um eine für die Strom-Zeit-Charakteristik einer Glühlampe konzipierte übergeordneten Einrichtung, insbesondere Überwachungseinrichtung, auch für eine andere Beleuchtungseinrichtung verwenden zu können, ist ein Schaltungsteil vorgesehen, der einen Einschaltstrom bis oberhalb einer Ansprechschwelle der Überwachungseinrichtung während einer Zeitdauer (ΔtL) einstellt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eines LED-Signalgebers, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich beispielhaft im Wesentlichen auf LED-Signalgeber, die anstelle von Glühlampen-Signalgebern in vielen Bereichen, insbesondere in der Eisenbahn-Signaltechnik, zunehmend angewendet werden. Von der Erfindung umfasst sind jedoch auch sicherheitsrelevante Beleuchtungseinrichtungen für unterschiedlichste Anwendungen und auf der Basis unterschiedlichster Leuchtmittel, wie beispielsweise Leuchtstoffröhren oder OLED.
LEDs sind vergleichsweise preiswert, langlebig und lichtstark. Beim Ersatz von Glühlampen durch LEDs wird aus Kostengründen angestrebt, die für die Ansteuerung und Überwachung der Glühlampen vorhandenen Einrichtungen weiter zu verwenden. Dabei treten erhebliche Probleme auf, da das elektrische Verhalten von LEDs sich grundlegend von dem der Glühlampen unterscheidet. Für die Überwachung der korrekten Funktionen der Signalgeber sind in der übergeordneten Einrichtung Überwacher, in der Regel auf der Basis von Überwacherrelais, vorgesehen. Diese Relais benötigen für den sicheren Anzug einen höheren Strom als im Normalbetrieb. Der Anzugsstrom kann auch oberhalb des Ansprechwertes einer im Stromkreis eingesetzten Schmelzsicherung liegen, so dass ein Dauerbetrieb der Überwacherrelais mit diesem Anzugsstrom nicht möglich ist. Bei Einsatz von Glühlampen war dieser Umstand kein Problem, da Glühlampen in der Einschaltphase aufgrund des geringen Widerstandes der Glühwendel einen sehr hohen Einschaltstrom, der bis zum zehnfachen des Nennstromes betragen kann, aufnehmen. Dieser hohe Einschaltstrom erfüllt die Bedingungen der übergeordneten Einrichtung. Insbesondere bringt der hohe Einschaltstrom das Überwacherrelais sicher zum Anzug, ist jedoch von derart kurzer Dauer, dass das Auslösen einer Sicherung verhindert wird. Demgegenüber haben LED-Signalgeber derzeit kein ausgeprägte Einschaltstromverhalten. Der Stromimpuls, der beim Einschalten von Glühlampen zu einem Anzug der Überwacherrelais führt, fehlt. Das Überwacherrelais kann somit nicht sicher zum Anzug gebracht werden, wodurch der Lichtstromkreis als gestört gemeldet wird. Letztlich ist der Einsatz der bisherigen LED-Signalgeber bei einer solchen Überwachungseinrichtung unmöglich. Diese Problematik ist nicht auf das Gebiet der Eisenbahnsicherungstechnik beschränkt. Grundsätzlich kann bei Ersatz von Glühlampen durch alternative Leuchtmittel das Problem des fehlenden Kaltfadenverhaltens beispielsweise auch in der Luftfahrt und im Automobilbereich auftreten, die eventuell dadurch nicht auf LED-Technik oder andere alternative Leuchtmittel umgestellt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die es ermöglicht, moderne Leuchtmittel mit herkömmlichen übergeordneten Einrichtungen, insbesondere Überwachungseinrichtungen, zu verwenden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach enthält die Schaltungsanordnung einen Schaltungsteil, der einen Einschaltstrom erzeugt, der ausreicht, um das Ansprechen der Überwachungseinrichtung sicherzustellen. Durch den zusätzlichen Schaltungsteil wird die Stromaufnahme kurzzeitig unmittelbar bzw. kurzfristig nach dem Einschalten bis oberhalb einer Ansprechschwelle der Überwachungseinrichtung erhöht. Der erhöhte Strom wird solange aufrechterhalten, wie er von der Überwachungsschaltung benötigt wird.
Dabei ist die Zeitdauer für die Stromerhöhung gemäß Anspruch 2 derart kurz bemessen, dass der maximale Dauerstrom der übergeordneten Einrichtung nicht überschritten wird, so dass gegebenenfalls vorhandene Sicherungen nicht ansprechen.
Gemäß Anspruch 3 kann die erhöhte Stromaufnahme durch Parallelschaltung eines R/C-Gliedes zur Strom-Zeit-Kennliniennachbildung einer Glühlampe ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform wird das Verhalten einer Glühlampe vollständig nachgebildet.
Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 4 wird anstelle eines glühlampenspezifischen Einschaltstromes mittels eines kurzzeitig zuschaltbaren Widerstandes nur ein Strompeak erzeugt. Bei dieser einfachen Variante wird die Tatsache ausgenutzt, dass es nur darauf ankommt, einen Einschaltstrom zu erzeugen, der hoch genug ist, um die Überwachungseinrichtung anzusprechen.
Der Schaltungsteil kann gemäß Anspruch 5 auch Bestandteil einer beispielsweise aus der DE 101 02 352 A1 bekannten Strom-Spannungs-Kennliniennachbildung oder einer beispielsweise aus der DE 102 21 573 A1 bekannten Lichtstärke-Spannungs-Kennliniennachbildung einer Glühlampe sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
den zeitlichen Stromverlauf in der Einschaltphase bei einer Glühlampe,
Figur 2
den zeitlichen Stromverlauf in der Einschaltphase bei einem LED-Signalgeber,
Figur 3
den zeitlichen Stromverlauf in der Einschaltphase bei einem LED-Signalgeber mit dem erfindungsgemäßen Schaltungsteil und
Figuren 4 bis 6
Ausführungsvarianten für den Schaltungsteil.
Die Figuren 1 bis 3 veranschaulichen Strom I-Zeit t-Kennlinien für die Einschaltphasen von Glühlampen 1 und LED-Signalgebern 2 und 3. Dargestellt sind außerdem die Anzugsschwelle 4 und die Halteschwelle 5 eines Überwacherrelais sowie eine obere Stromgrenze 6 einer übergeordneten Einrichtung, die beispielsweise durch eine Schmelzsicherung vorgegeben ist. Es ist ersichtlich, dass bei der Glühlampenvariante - Figur 1 - unmittelbar nach dem Einschalten der Glühlampe während eines Zeitraumes ΔtG ein Strom fließt, der die Anzugsschwelle 4 des Überwacherrelais übersteigt. Folglich ist sichergestellt, dass das Überwacherrelais anzieht. Erst nach dem Anziehen des Überwacherrelais erreicht die, z. B. schmelzsicherungsbedingte, oberer Stromgrenze 6 einen Wert unterhalb der Anzugsschwelle 4. Da der Glühlampenstrom die Halteschwelle 5 des Überwacherrelais nicht unterschreitet, bleibt das Relais in angezogenem Zustand.
Die in Figur 2 dargestellte I-t-Kennlinie 2 für einen LED-Signalgeber weist keinen erhöhten Einschaltstrom auf, so dass die Anzugsschwelle 4 für das Überwacherrelais nicht überschritten wird. Es verbleibt eine Stromdifferenz ΔIL, so dass das Überwacherrelais nicht ansprechen kann. Folglich führt ein einfacher Ersatz von Glühlampen durch LEDs zu einem Ausfall der Überwachungsschaltung, der nicht hingenommen werden kann.
Diese Problem wird durch einen Schaltungsteil gelöst, der zu dem LED-Signalgeber parallel geschaltet ist und während einer Zeitdauer ΔtL einen zusätzlichen Stromfluss erzeugt. Die Zeitdauer ΔtL dieses Strompeaks 7 ist derart bemessen, dass die obere Stromgrenze 6, die z. B. durch eine Schmelzsicherung vorgegeben ist, nicht überschritten wird.
Figur 4 zeigt ein erste Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung mit einem Schaltungsteil 8.1 zur Stromerhöhung während der Einschaltphase. Der Schaltungsteil 8.1 ist zu dem LED-Signalgeber 9 parallel geschaltet und enthält eine Serienschaltung aus einem Widerstand R und einem Kondensator C. Diese R/C-Kombination ermöglicht eine relativ genaue Kaltfadennachbildung einer Glühfadenlampe. Auf diese Weise wird erreicht, dass der I-t-Verlauf ungefähr dem in Figur 1 dargestellten Einschaltstromverlauf 1 für eine Glühlampe entspricht.
Es genügt jedoch, einen Strompeak 7 gemäß Figur 3 zu erzeugen, um die für eine Glühlampe konzipierte Überwachungseinrichtung mit einem LED-Signalgeber 9 weiterverwenden zu können. Dieser Strompeak 7 wird durch einen zu dem LED-Signalgeber 9 parallelgeschalteten Schaltungsteil 8.2 erzeugt. Dazu ist ein Widerstand R' vorgesehen, der während der Zeitdauer ΔtL mittels eines Schalters S quasi eine Bypassleitung zu dem LED-Signalgeber 9 bestromt.
Figur 6 zeigt eine Variante, bei der eine ohnehin vorhandene Beschaltung des LED-Signalgebers 9 mit einem Widerstand R'' analog zu den Schaltungsteilen 8.1 bzw. 8.2 aus Figur 4 bzw.
Figur 5 oder auch mit einem anders aufgebauten, aber funktionsgleichen Schaltungsteil beschaltet wird. Die vorhandene Beschaltung des LED-Signalgebers 9 bezieht sich beispielsweise auf eine Kennlinienanpassung des LED-Signals an die Glühlampe.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen. Insbesondere sind die Schaltungen nicht auf Gleichstrom begrenzt. Das Grundprinzip ist natürlich auch auf Wechselstrom anwendbar.

Claims (5)

  1. Schaltungsnordung zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eines LED-Signalgebers (9), im Zusammenwirken mit einer übergeordneten Einrichtung, insbesondere einer Überwachungseinrichtung, die einen Einschaltstrom vorgibt,
    gekennzeichnet durch
    einen Schaltungsteil (8.1, 8.2) zur Einstellung des Einschaltstromes bis oberhalb einer Ansprechschwelle der übergeordneten Einrichtung während einer Zeitdauer (ΔtL).
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer (ΔtL) für den Einschaltstrom derart kurz bemessen ist, dass der maximale Dauerstrom der übergeordneten Einrichtung nicht überschritten wird und gegebenenfalls eine stromüberwachende Einrichtung, insbesondere eine Stromsicherung, nicht anspricht.
  3. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (8.1) als Parallelschaltung zu der Beleuchtungseinrichtung mit einem R/C-Glied zur Strom-Zeit-Kennliniennachbildung (1) einer Glühlampe ausgebildet ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (8.1) als Parallelschaltung zu der Beleuchtungseinrichtung mit einem während der Zeitdauer (ΔtL) zuschaltbaren Wiederstand (R') ausgebildet ist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (8.1, 8.2) in eine Schaltung zur Strom-Spannungs-Kennliniennachbildung oder zur Lichtstärke-Spannungs-Kennliniennachbildung einer Glühlampe eingebunden ist.
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