ES2283630T3 - Disposicion de circuito para el funcionamiento de una señal luminosa. - Google Patents
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Abstract
Disposición de circuito para el funcionamiento de una señal de LED con n circuitos de excitación (T), en la que cada circuito de excitación (T) presenta un control (St) para la activación de al menos un diodo luminoso (D) y en la que cada control (St) está conectado a través de una resistencia (R) conectada en serie con la tensión de funcionamiento (U) de la señal del LED, en la que cada control (St) presenta una primera fuente de corriente, dispuesta en una derivación hacia al menos un diodo luminoso (D), para la previsión de una corriente paralela (I_P), que reduce la corriente (I_D) que fluye a través de al menos un diodo luminoso (D), caracterizada porque cada primera fuente de corriente es controlada y presenta un comparador, cuyas entradas están impulsadas por un umbral de conmutación (Sch) y por un transmisor del valor real (Ist).
Description
Disposición de circuito para el funcionamiento
de una señal luminosa.
La invención se refiere a una disposición de
circuito para el accionamiento de una señal luminosa de acuerdo con
el preámbulo de la reivindicación 1. Las señales luminosas a base de
diodos luminosos en lugar de lámparas incandescentes se aplican
cada vez en mayor medida en muchos campos, especialmente en la
técnica de señales. Los diodos de señales son comparativamente de
bajo precio, de larga vida útil y de alta intensidad de luz. Un
circuito para la protección de los diodos luminosos de una señal
luminosa contra sobretensión se conoce a partir del documento
US-A 5.939.839. El documento EP-A 0
293 921 se refiere a un circuito de protección contra
recalen-
tamiento.
tamiento.
No obstante, es difícil el empleo de diodos
luminosos allí donde deben reequiparse sin modificaciones de la
activación las lámparas de incandescencia con respecto a señales
luminosas LED. Esto se aplica especialmente para circuitos de
señales luminosas de los ferrocarriles, en los que la función de
acuerdo con la invención es supervisada, en general, a través de
una medición de la corriente asegurada desde el punto de vista de
la técnica de señalización. Para poder aplicar adicionalmente esta
supervisión sin modificación, la curva característica de la
corriente y de la tensión de la señal luminosa LED debe corresponder
aproximadamente a la de una lámpara de incandescencia.
Otra particularidad es la señalización fuera de
túneles o en condiciones ambientales con relaciones de luz
aproximadamente constantes. Aquí hay que realizar desde el punto de
vista de la técnica de circuitos una reducción de la potencia de la
luz para el funcionamiento nocturno con respecto al funcionamiento
diurno. La sensibilidad a la luz del ojo humano durante el día se
diferencia de la sensibilidad a la luz durante la noche
aproximadamente en el factor 1000. Por lo tanto, sin una reducción
nocturna de la potencia de la luz se pueden producir
deslumbramientos también en luces que apenas se pueden ver durante
el día y se controlan durante la noche a través de la tensión de
alimentación o bien la corriente de alimentación desde un mecanismo
de regulación. Puesto que la potencia de la luz de una lámpara de
incandescencia depende exponencialmente de la tensión de
alimentación o bien de la corriente de alimentación, una
modificación pequeña de la corriente de alimentación o bien de la
tensión de alimentación conduce a una modificación grande de la
potencia de la luz. Esto significa que para la reducción de la
potencia de la luz, por ejemplo, al 20% de la intensidad de la luz
de salida solamente es necesaria una reducción de la corriente de
alimentación o bien de la tensión de alimentación aproximadamente a
2/3 del valor de partida.
Para conseguir en los diodos luminosos un
desarrollo de la línea característica favorable de una manera
similar, se ha propuesto de acuerdo con el documento DE 198 46 753
A1 conectar un circuito de activación en paralelo a cada diodo
luminoso, Es un inconveniente que la diferencia que se puede
alcanzar entre la potencia de la luz de día y de noche es
relativamente reducida, Además, las tolerancias de los componentes,
que conducen a diferentes tensiones de flujo de los diodos
luminosos, de los transistores y de otros componentes así como la
influencia de la temperatura sobre las tensiones de flujo no se
compensan.
Se conocen a partir del documento EP 0 293 921
A2 así como también a partir del documento US 5.939.839 circuitos
LED para la limitación de la corriente LED por medio de una fuente
de corriente controlada. No está prevista la conmutación diurna -
nocturna.
La invención tiene el cometido de indicar una
disposición de circuito del tipo indicado al principio, que
posibilita una dinámica elevada entre potencia luminosa diurna y
nocturna.
El cometido se soluciona de acuerdo con la
invención con los rasgos característicos de la reivindicación 1. A
través de la previsión de la corriente paralela, que no fluye a
través del diodo luminoso, se puede controlar la potencia de la luz
de los diodos luminosos en un margen muy amplio.
Se consigue una alimentación de corriente
constante del diodo luminoso de una manera independiente de la
tensión de funcionamiento en la zona de tensión diurna y nocturna,
respectivamente, por medio de la segunda fuente de corriente
controlada para la previsión de la corriente de diodos
luminosos.
Para la corriente paralela a controlar y para la
corriente de los diodos luminosos a controlar se realiza, por medio
de un amplificador de operaciones o bien de un comparador, una
comparación del valor teórico y del valor real. La previsión del
valor teórico de la corriente respectiva se lleva a cabo en este
caso por umbrales de conmutación previamente definidos, que
predeterminan cuándo deben conectarse y desconectarse,
respectivamente, las corrientes correspondientes. Los umbrales de
conmutación pueden ser previsiones analógicas continuas o, en
cambio, informaciones puramente digitales, con preferencia entonces
configuradas con una histéresis.
En un desarrollo ventajoso de acuerdo con la
reivindicación 3, el umbral de conmutación está impulsado por una
compensación de la temperatura y/o por una compensación de la
tensión de flujo. Por medio de la compensación de la temperatura se
compensan propiedades de los componentes, que se modifican en
función de la temperatura. La compensación de la tensión de flujo
compensa tensiones de flujo diferentes de los diodos luminosos
utilizados. Por ejemplo, es concebible que los diodos luminosos
utilizados sean divididos en grupos de tensión de flujo, a partir
de los cuales se seleccionan durante el equipamiento los diodos
luminosos adecuados.
Una propiedad importante de la disposición
general consiste, de acuerdo con la reivindicación 4, en que ésta
puede proporcionar una corriente incluso con tensiones reducidas.
Esta función representa una protección de la disposición de
circuito frente a la energía extraña acoplada, que puede aparecer en
el caso de una alimentación de la disposición de circuito sobre una
distancia más larga. También en el caso de que la energía extraña
acoplada se incremente hasta el máximo, la tensión que se forma
sobre el diodo luminoso debe permanecer menor que la tensión de
flujo del diodo luminoso. De esta manera se impide que el diodo
luminoso comience a encenderse de una manera inadmisible en el caso
de influencia de energía extraña -tensión de interferencia-.
A continuación se explica en detalle la
invención con la ayuda de representaciones gráficas. En este
caso:
La figura 1 muestra un diagrama de principio de
una disposición de circuito para el accionamiento de una señal
luminosa.
La figura 2 muestra una primera forma de
realización de un circuito de activación.
La figura 3 muestra una curva de líneas
características del circuito de activación de acuerdo con la figura
2.
La figura 4 muestra una segunda forma de
realización de un circuito de activación, y
La figura 5 muestra una curva de las líneas
características de un circuito de activación de acuerdo con la
figura 4.
La figura 1 ilustra la estructura general de una
señal LED con n circuitos de excitación T, en la que cada circuito
de excitación T controla al menos un LED. En paralelo con los LEDs D
está conectado en cada caso al menos un control de LED St. El
control de LED St está conectado con un polo directamente con la
tensión de funcionamiento U, mientras que el otro polo se encuentra
en serie con una resistencia R en la tensión de funcionamiento U.
La resistencia R se caracteriza por un comportamiento de fallo
definido, es decir, que determinados defectos, por ejemplo
cortocircuitos completos son tan poco probables que prácticamente no
aparecen. Las resistencias R están diseñadas, además, de tal manera
que los errores, por ejemplo un cortocircuito de los LED D o bien
del control de LED St solamente repercute en una medida reducida
sobre el consumo total de corriente de la disposición de circuito.
Por ejemplo, en el caso de un cortocircuito del control de LED St
con una señal LED con 60 circuitos de excitación T, la corriente
total se elevaría solamente aproximadamente en 5%.
Una primera forma de realización de un circuito
de excitación T como detalle de la señal LED según la figura 1 se
representa en la figura 2. Desde el control LED St se controla una
corriente I_P en paralelo al LED D. A tal fin sirve una fuente de
corriente controlada. Un comparador, aquí un amplificador de
operaciones OPV, está conectado en el lado de entrada con un umbral
de conmutación Sch, que representa un valor teórico, y con un
transmisor del valor real Ist. En el lado de salida, el amplificador
de operaciones OPV impulsa una derivación paralela al LED D. Los
umbrales de conmutación Sch predeterminan cuándo la corriente
paralela I_P debe conmutarse para un funcionamiento diurno o bien
para un funcionamiento nocturno o bien para una marcha en vacío. El
umbral de conmutación Sch está impulsado, por su parte, con una
compensación de la temperatura Tk y con una compensación de la
tensión de flujo Fk. La compensación de la temperatura Tk compensa
las propiedades de los componentes en función de la temperatura,
mientras que las compensaciones de la tensión de flujo Fk tienen en
cuenta las tensiones de flujo específicas de
LED.
LED.
El transmisor del valor real Ist procesa la
tensión de funcionamiento U o bien la corriente de funcionamiento
de toda la señal LED, realizándose la previsión del valor real a
través de otras informaciones, como líneas de control adicionales
desde un mecanismo de ajuste o, en cambio, a través de informaciones
que están codificadas en la corriente de alimentación o en la
tensión de alimentación U. La fuente de corriente para la corriente
paralela I_P está constituida de tal manera que ésta puede
proporcionar una corriente incluso con tensiones pequeñas. De esta
manera se cortocircuita la energía extraña acoplada, cuyo orden de
magnitud depende muy esencialmente de la longitud de la línea de
alimentación, de tal manera que no se puede formar una tensión alta
y los LEDs D no comienzan a iluminarse a través de energía
extraña.
En la figura 3 se representa la curva de la
corriente en función de la tensión de alimentación de la corriente
paralela I_P y de la corriente I_D que fluye a través del LED D en
comparación con una lámpara de incandescencia G convencional. La
figura muestra una recta de resistencia W, establecida a través de
las resistencias R, que se produciría si estuvieran presentes
exclusivamente las resistencias R y ningún circuito de excitación T
ni LEDs D. La recta de resistencia W describe el flujo de corriente
máximo posible a través de la disposición de circuito según la
figura 2 en función de la tensión de funcionamiento U. En esta forma
de realización del circuito se produce una reducción de la tensión
nocturna a través del control de la corriente paralela I_P. A
partir de la figura 3 se deduce que la corriente del LED I_D no es
constante ni en la zona de tensión diurna ni en la zona de tensión
nocturna.
Para conseguir un flujo de corriente constante,
es adecuada una forma de realización del circuito con control
adicional de la corriente del LED-Una disposición de
circuito de este tipo se muestra en la figura 4. En este caso, la
corriente paralela I_P y adicionalmente también la corriente del LED
I_D se controlan por medio de fuentes de corriente controladas. La
curva de la corriente respectiva se representa en la figura 5. La
corriente ajustada y, por lo tanto, la claridad de la señal son de
una manera ideal constantes en el funcionamiento diurno también en
el funcionamiento nocturno.
Con una señal 0 <= U_Nacht min desconectada
no se enciende la señal tampoco cuando la energía extraña está
acoplada. La corriente LED I_D es = 0. No obstante, la corriente en
paralelo I_P corresponde de una manera ideal a la corriente máxima
posible. A través de esta corriente en paralelo I_P se cortocircuita
la energía extraña acoplada, de manera que los LEDs D se
encienden.
En el funcionamiento nocturno U_Nacht min <=
U_Nacht max se acciona desde el control del LED St la corriente del
LED I_D = I_D_Nacht a través del LED. Los LEDs D se encienden con
potencia luminosa reducida. La corriente en paralelo I_P
corresponde de una manera ideal a la diferencia entre la corriente,
que se establece a través de las resistencias R, y la corriente del
LED I_D.
Durante el funcionamiento diurno U_Tag min <=
U_Tag max se acciona desde el control del LED St la corriente del
LED I_D = I_D_Tag a través del LED D. Los LEDs D se encienden con
potencia luminosa máxima. La corriente en paralelo I_P corresponde
de nuevo a la diferencia entre la corriente, que ha sido establecida
a través de las resistencias R, y la corriente del LED I_D.
En la zona de solape entre el funcionamiento
diurno y el funcionamiento nocturno actúa la histéresis para la
corriente en paralelo I_P y la corriente del LED, de manera que la
señal del LED permanece en un estado estable.
La disposición de circuito según la figura 4
representa una forma de realización muy cómoda. La señal del LED es
segura desde el punto de vista de la técnica de las señales Sinn,
posee una alta estabilidad, está casi libre de oscilaciones de la
temperatura y de los componentes y pone a disposición una dinámica
muy alta entre el funcionamiento diurno y el funcionamiento
nocturno. Sin embargo, esta comodidad requiere un gasto técnico de
circuito correspondientemente alto. Este gasto elevado se compensa
de una manera preferida con técnica integrada. También son
concebibles variantes de equipamiento reducido, que realizan
solamente funcionalidades parciales con gasto más reducido.
Una forma de realización tiene en cuenta el
hecho de que durante el día debe conseguirse la potencia luminosa
máxima posible, sin embargo por la noche se limita la potencia
luminosa a una medida establecida. A tal fin, se mantiene constante
la corriente del LED I_D solamente en la zona entre U_Nacht min y
U_Nacht max, mientras que en la zona entre U_Tag min y U_Tag max se
acciona la corriente del LED máxima posible I_D con I_P = 0.
Otra forma de realización se refiere al diseño
para tensión continua y tensión alterna. A tal fin, los controles
de LED se pueden equipar con diodos rectificadores correspondientes.
Para el funcionamiento con tensión alterna es conveniente diseñar
el control del LED St de tal forma que no se utilizan los valores
momentáneos de los valores reales para la comparación con los
valores teóricos, sino de una manera preferida los valores
efectivos.
Además, es posible diseñar un control de LED St
tanto para tensión continua como también para tensión alterna,
puesto que un control de LED St para tensión alterna funciona
también en el modo de tensión continua. No obstante, en este caso
hay que tener en cuenta que se necesitan eventualmente umbrales de
conmutación Sch diferentes. A través de una programación accesible
desde el exterior se puede conmutar al tipo de tensión
necesario.
Claims (4)
1. Disposición de circuito para el
funcionamiento de una señal de LED con n circuitos de excitación
(T), en la que cada circuito de excitación (T) presenta un control
(St) para la activación de al menos un diodo luminoso (D) y en la
que cada control (St) está conectado a través de una resistencia (R)
conectada en serie con la tensión de funcionamiento (U) de la señal
del LED, en la que cada control (St) presenta una primera fuente de
corriente, dispuesta en una derivación hacia al menos un diodo
luminoso (D), para la previsión de una corriente paralela (I_P),
que reduce la corriente (I_D) que fluye a través de al menos un
diodo luminoso (D), caracterizada porque cada primera fuente
de corriente es controlada y presenta un comparador, cuyas entradas
están impulsadas por un umbral de conmutación (Sch) y por un
transmisor del valor real (Ist).
2. Disposición de circuito de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque está prevista una
segunda fuente de corriente controlada para la previsión de una
corriente (I_D) que fluye a través de al menos un diodo luminoso
(D), en la que la segunda fuente de corriente controlada presenta un
comparador, cuyas entradas están impulsadas por un umbral de
conmutación (Sch) y por un transmisor del valor real (Ist).
3. Disposición de circuito de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
umbral de conmutación (Sch) está impulsado por una compensación de
la temperatura (Tk) y/o por una compensación de la tensión de flujo
(Fk).
4. Disposición de circuito de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
primera fuente de corriente prevista para la previsión de la
corriente en paralelo presenta medios para el accionamiento de una
corriente, de tal manera que en el caso de una energía extraña
acoplada máxima previsible, la tensión que se forma a través de al
menos un diodo luminoso (D) es menor que la tensión de flujo del
diodo luminoso (D).
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