Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Testen eines Leuchtdiodenzweigs einer Schaltungsanordnung, insbesondere von einer Notbeleuchtung, auf Funktionstüchtigkeit seiner Leuchtdioden, wobei der Leuchtdiodenzweig mehrere Leuchtdioden und mindestens einen Widerstand aufweist, bei welchem Verfahren der Leuchtdiodenzweig von seinem Betriebszustand unter Einprägung eines konstanten elektrischen Stroms mit wenigstens einer ersten Stromstärke in einen Testzustand unter Einprägung eines elektrischen Stroms mit einer anderen Stromstärke übergeführt wird, wobei unter Berücksichtigung mindestens einer direkten oder indirekten Messung wenigstens einer elektrischen Größe der Schaltungsanordnung der Leuchtdiodenzweig getestet wird.

Die EP 1 839 928 A2 zeigt eine Fahrzeugleuchtenanordnung mit mehreren parallel geordneten Leuchtdiodenzweigen mit jeweils mehreren in Serie geschalteten Leuchtdioden und mit Maßnahmen zur Ausfallsicherheit bzw. Ausfallserkennung.

Die DE10 2006 018 575 A1 zeigt eine Fehlererkennung von Leuchtdioden einer Notbeleuchtung.

Um einen Ausfall einer Leuchtdiode (LED) zu erkennen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt (DE102009029930B3), einen Leuchtdiodenzweig von einem Betriebszustand, in dem seine Leuchtdioden mit Strom einer Konstantstromquelle betrieben wird, in einen Testzustand überzuführen. Im Testzustand werden nun Messungen von elektrischen Größen der Schaltungsanordnung vorgenommen, wobei mit Hilfe dieser Messdaten auf Betriebsparameter der Leuchtdioden des Leuchtdiodenzweigs rückgeschlossen wird. So wird vorgeschlagen, die Schaltungsanordnung im Testzustand mit einer Konstantspannungsquelle zu verbinden und in diesem Zustand die Stromstärke zu messen, wonach die gemessenen Stromstärken im Vergleich zu einem gespeicherten Normstromwert beurteilt werden. Ein Kurzschluss einer oder mehrere Leuchtdioden kann jedoch nachteilig zu erheblichen Stromstärken in der Schaltungsanordnung führen, wodurch Beschädigungen anderer Schaltungsteile zu befürchten ist. Außerdem ist die Speicherung von Normstromwerten zum Zwecke eines Stromstärkenvergleichs verhältnismäßig aufwändig und stellt auch einen vergleichsweise unzuverlässigen Ansatz für eine Fehlererkennung dar - unter anderem deshalb, weil sich Stromstärken auch durch Alterungserscheinungen der Leuchtdioden ändern können. Ein Verfahren zur Erkennung eines Funktionsversagens einer Leuchtdiode, das auf den Vergleich mit dem Normstromwert beruht und diese Umstände nicht berücksichtigt, kann somit scheitern.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik, ein Verfahren zu schaffen, durch das die Funktionstüchtigkeit von Leuchtdioden sicher und zuverlässig getestet werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch, dass dem Leuchtdiodenzweig, der mindestens zwei parallele Leuchtdioden mit je einem Widerstand in Serie aufweist, im Testzustand ein konstanter elektrischer Strom eingeprägt wird und dass im Betriebs- und Testzustand als elektrische Größe je eine Spannung zumindest über dem Leuchtdiodenzweig gemessen wird, wobei der Leuchtdiodenzweig unter Berücksichtigung der im Betriebs- und Testzustand gemessenen Spannungen auf Funktionstüchtigkeit seiner Leuchtdiode bzw. Leuchtdioden getestet wird.

Dadurch dass der Leuchtdiodenzweig mindestens zwei parallele Leuchtdioden mit je einem Widerstand in Serie aufweist kann es möglich werden, dass der Funktionszustand des Leuchtdiodenzweigs sicher und zuverlässig geprüft werden kann. Wird nämlich dem Leuchtdiodenzweig im Testzustand ein konstanter elektrischer Strom eingeprägt, kann unter anderem vermieden werden, dass sich bei einem eventuellen Kurzschluss einer Leuchtdiode unzulässig hohe Stromstärken in der Schaltungsanordnung ausbilden. Somit können Beschädigungen der Schaltungsanordnung während des Testzustands auf einfache Weise vermieden werden, was ein sicheres Verfahren zum Testen der Funktionstüchtigkeit gewährleisten kann. Wird weiter im Betriebs- und Testzustand als elektrische Größe je eine Spannung zumindest über dem Leuchtdiodenzweig gemessen, wobei der Leuchtdiodenzweig unter Berücksichtigung der im Betriebs- und Testzustand gemessenen Spannungen auf Funktionstüchtigkeit seiner Leuchtdiode bzw. Leuchtdioden getestet wird, kann im Gegensatz zum Stand der Technik auf gespeicherte Normwerte zum Zwecke einer Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Leuchtdiodenstrecke bzw. des Leuchtdiodenzweigs verzichtet werden. Es können nämlich einzig die im Betriebs- und Testzustand gemessenen Spannungshöhen ausreichen, um für eine sichere und zuverlässige Überprüfung vorzugsweise aller Leuchtdioden des Leuchtdiodenzweigs zu sorgen. Mit diesem erfindungsgemäßen Funktionstest der Leuchtdiode bzw. Leuchtdioden kann nun größere Sicherheit darüber gewonnen werden, ob der Leuchtdiodenzweig innerhalb der geplanten Rahmenbedingungen funktioniert bzw. ob bestimmte Eigenschaften vorliegen oder nicht. Über die Höhe der Spannungen kann nämlich Auskunft erhalten werden, ob diese noch von einer nichtlinearen Spannungs-Stromkennlinie der Leuchtdiode geprägt werden, was im bejahenden Fall für eine funktionstüchtige Leuchtdiode bzw. Leuchtdioden sprechen würde - denn auch unterschiedlich hohe konstante Stromstärken führen auf Grundlage der Nichtlinearität der Spannungs-Stromkennlinie einer Leuchtdiode zu vergleichsweise ähnlich hohen Spannungen. Hingegen kann bei einem Fehler an wenigstens einer Leuchtdiode, sei es im Falle eines Kurzschlusses oder auch eines Leitungsbruchs, mit deutlich differierenden Spannungshöhen gerechnet werden. In diesem Fall kommt die Nichtlinearität der Spannungs-Stromkennlinie einer Leuchtdiode nicht mehr zum Tragen, wodurch die Widerstände zu erhöhten Spannungsverschiebungen beitragen. Dies kann sich insbesondere aus der Parallelschaltung der Leuchtdioden mit deren Serienwiderstand ergeben. Gegenüber dem Stand der Technik kann daher ein vergleichsweise einfaches Verfahren zur Überprüfung der Funktionsweise einer Leuchtdiode geschaffen werden. Hinzu kommt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch vergleichsweise robust ist. Beispielsweise wirkt sich auch eine Alterung der Leuchtdiode nur geringfügig auf das Verfahrensergebnis aus, weil selbst gealterte Leuchtdioden eine nichtlineare Spannungs-Stromkennlinie führen und so ein erfindungsgemäßes Testen der Leuchtdiode bzw. der Leuchtdioden ermöglichen können. Außerdem weist das Verfahren durch den Spannungsabgriff über dem Leuchtdiodenzweig nahezu keine Abhängigkeit von dessen konstruktivem Aufbau auf, so dass sich eine äußerst vielseitige Anwendungsmöglichkeit bzw. ein breites Anwendungsspektrum ergeben kann.

Vorteilhaft kann das Verfahren auch dort angewendet werden, wo der Leuchtdiodenzweig mehrere in Serie und parallel geschaltete Leuchtdioden mit je einem Widerstand in Serie aufweist. So kann beispielsweise selbst ein Kurzschluss einer Leuchtdiode bei sechs parallel geschalteten Leuchtdioden reproduzierbar erkannt werden. Der schadhafte Strompfad über die kurzgeschlossene Leuchtdiode und seinem in Serie geschalteten Widerstand führte nämlich zu einer erheblichen Spannungsverschiebung zwischen Betriebs- und Testzustand.

Ein vergleichsweise einfaches Verfahren kann sich ergeben, wenn der Test ein Verhältnis der im Betriebs- und Testzustand gemessenen Spannungen berücksichtigt. Besonders aber kann der Quotient der Spannungswerte zu einem aussagekräftigen Ergebnis und damit zu einem sicheren Test der Leuchtdiode beitragen.

Wird anhand des Quotienten der gemessenen Spannungen getestet, ob eine oder mehrere Leuchtdiode bzw. Leuchtdioden des Leuchtdiodenzweigs funktionsuntüchtig sind, kann eine einfache Verfahrensvorschrift zur Detektion von Fehlern im Leuchtdiodenzweig ermöglicht werden, über die sowohl ein Kurzschluss als auch ein Leitungsbruch erkannt werden kann. Eventuelle Parameterschwankungen im Leuchtdiodenzweig können ausgeglichen werden, wenn dabei ein Schwellwert berücksichtigt wird.

Ist die andere bzw. zweite Stromstärke des konstanten elektrischen Stroms geringer als die erste Stromstärke des konstanten elektrischen Stroms, kann im Testzustand die Gefahr einer elektrischen Beschädigung am Leuchtdiodenzweig durch Überlastung gering gehalten werden. Dies auch dann, wenn bereits ein elektrischer Defekt im Leuchtdiodenzweig vorliegt.

Es ist weiter die Aufgabe der Erfindung, ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik eine konstruktiv einfache Schaltungsanordnung zu schaffen, deren Leuchtdiodenzweig auf defekte und/oder der Art der Defekte von Leuchtdioden sicher getestet werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich der Schaltungsanordnung dadurch, dass der Leuchtdiodenzweig mindestens zwei parallele Leuchtdioden mit je einem Widerstand in Serie aufweist, und dass die Konstantstromquelle in der erzeugbaren Stromstärke hinsichtlich ihres konstanten Stroms variabel ausgeführt ist, wobei die Testeinrichtung für einen Testzustand des Leuchtdiodenzweigs mit der Konstantstromquelle zur Erzeugung eines konstanten Stroms einer zum im Betriebszustand von der Konstantstromquelle erzeugten konstanten Strom unterschiedlichen Stromstärke verbunden ist und wobei die Testeinrichtung als Messschaltung eine Spannungsmessschaltung mit einem Messabgriff über wenigstens dem Leuchtdiodenzweig zur Messung je einer Spannung in ihrem Betriebs- und Testzustand aufweist.

Konstruktive Einfachheit kann sich ergeben, wenn eine Konstantstromquelle verwendet wird, die in der erzeugbaren Stromstärke hinsichtlich ihres konstanten Stroms variabel ausgeführt ist, um den Leuchtdiodenzweig so in unterschiedlichen Stromzuständen zu betreiben, welcher Leuchtdiodenzweig mindestens zwei parallele Leuchtdioden mit je einem Widerstand in Serie aufweist. Dadurch kann auch ermöglicht werden, dass ein und dieselbe Konstantstromquelle auch für den Testzustand des Leuchtdiodenzweigs Verwendung finden kann. Zu diesem Zweck kann die Testeinrichtung mit der Konstantstromquelle zur Erzeugung eines konstanten Stroms einer zum im Betriebszustand von der Konstantstromquelle erzeugten konstanten Strom unterschiedlichen Stromstärke verbunden sein. Die Bestimmung von Defekten im Leuchtdiodenzweig kann besonders sicher möglich werden, wenn die Testeinrichtung als Messschaltung eine Spannungsmessschaltung mit einem Messabgriff über wenigstens dem Leuchtdiodenzweig zur Messung je einer Spannung in seinem Betriebs- und Testzustand aufweist. Da verhältnismäßig konstruktiv einfach über den gesamten Leuchtdiodenzweig gemessen werden kann, können sich damit auch die konstruktiven Voraussetzungen vereinfachen.

Vorteilhaft kann die Schaltungsanordnung die Funktionstüchtigkeit des Leuchtdiodenzweigs besonders sicher überprüfen bzw. auch dort angewendet werden, wenn der Leuchtdiodenzweig mehrere in Serie und parallel geschaltete Leuchtdioden mit je einem Widerstand in Serie aufweist.

Weist die Testeinrichtung eine Verhältnisschaltung zur Ausbildung eines Verhältnisses der Spannungen zueinander im Betriebs- und Testzustand des Leuchtdiodenzweigs auf, kann eine vergleichsweise hohe konstruktive Einfachheit an der Schaltungsanordnung erreicht werden.

Die Schaltungsanordnung kann gegenüber Überlastungen im Testzustand geschützt werden, indem die andere Stromstärke des konstanten Stroms geringer ist als die erste Stromstärke des konstanten elektrischen Stroms.

In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1

eine Schaltungsanordnung,

Fig. 2

ein Spannungs-Stromkennliniendiagramm zur Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und

Fig. 3

eine Teilausschnitt der Fig. 1.

In der nach der Fig. 1 beispielsweise dargestellten Schaltungsanordnung 1 wird ein Leuchtdiodenzweig 2 mit sechs parallel liegenden Leuchtdioden (LED) 3 gezeigt, denen je ein Widerstand 4 in Serie geschaltet ist. Diese Parallelschaltung 5 ist mit einer weiteren Parallelschaltung 6, die ebenso sechs parallel liegende Leuchtdioden 3 mit je einem Widerstand 4 in Serie aufweist, in Serie geschaltet. Vorzugsweise werden die Widerstände 4 zum Abgleich der Helligkeit der Leuchtdioden 3 verwendet, und sind in derer Impedanz gleich ausgelegt.

Im Allgemeinen wird erwähnt, dass als Grundschaltung des Leuchtdiodenzweigs 2 eine Parallelschaltung von zwei Leuchtdioden 3 mit je einem Widerstand 4 in Serie angesehen werden kann, was nach Fig. 3 näher dargestellt ist.

Im Betriebszustand der Leuchtdioden 3 wird dem Leuchtdiodenzweig 2 ein konstanter elektrischer Strom I₁ zugeführt bzw. diesem Leuchtdiodenzweig eingeprägt, um diese mit elektrischer Leistung zu versorgen. Zu diesem Zweck wird eine Konstantstromquelle 7 verwendet. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass die konstante Stromstärke zur Erzeugung des Stroms I₁ beispielsweise nach den Helligkeitsanforderungen eingestellt werden kann und diese konstante Stromstärke durchaus auch einem sich ändernden Helligkeitsbedarf angepasst werden kann - z.B.: durch Dimmen. Solch eine Einstellung der gewünschten Stromstärke kann auch eine Testeinrichtung 8 vornehmen, die über einen in der Impedanz bekannten Widerstand 9 die Spannung über diesen Widerstand 9 misst und die Konstantstromquelle 7 hinsichtlich der gewünschten konstanten Stromstärke regelt.

Dieser Leuchtdiodenzweig 2 wird getestet bzw. auf die Funktionstüchtigkeit seiner Leuchtdioden 3 überprüft, indem der Leuchtdiodenzweig 2 von seinem Betriebszustand in einen Testzustand übergeführt wird. Hierzu wird der Leuchtdiodenzweig 2 mit einem elektrischen Strom I₂ mit einer gegenüber der Stromstärke des konstanten Stroms I₁ im Betriebszustand unterschiedlichen, hier geringeren, Stromstärke belastet, was den Leuchtdiodenzweig 2 vor elektrischer Überbelastung schützt.

Um im Falle defekter Leuchtdioden 3, was beispielsweise auch in einem Kurzschluss liegen kann, keine Beschädigungen an anderen Bauteilen der Schaltungsanordnung 1 befürchten zu müssen, wird erfindungsgemäß im Testzustand ebenfalls ein konstanter elektrischer Strom I₂ eingeprägt. Zu diesem Zweck ist die Konstantstromquelle 7 in der erzeugbaren Stromstärke hinsichtlich ihres konstanten Stroms I₁ bzw. I₂ variabel ausgeführt. Eine Testeinrichtung 8 schaltet die Konstantstromquelle 7 von einem konstanten Strom I₁ auf einen konstanten Strom I₂ um, indem die mit der Konstantstromquelle 7 im Steuerungsverbund stehende Testeinrichtung 8 eine Steuerungsleitung 10 betätigt. Unter Berücksichtigung einer direkten Messung von Spannungen U₁ und U₂ als elektrische Größen der Schaltungsanordnung 1 werden nun die Leuchtdioden 3 auf ihre Funktionstüchtigkeit getestet. Wie in der Fig. 1 dargestellt, werden diese Spannungen U₁ und U₂ am Messabgriff 11 über dem Leuchtdiodenzweig 2 im Betriebs- und Testzustand gemessen.

Im Weiteren wird nun näher auf Fig. 2 eingegangen, die beispielhaft die Auswirkungen diverser Defekte einer Schaltungsanordnung veranschaulicht. Liegt kein Defekt einer Leuchtdiode 3 vor, so ergibt sich die Spannungs-Stromkennlinie 12. Ist eine der Leuchtdioden 3 defekt, indem diese einen Kurzschluss führt, kann eine Spannungs-Stromkennlinie 13 beobachtet werden. Sind drei Leuchtdioden 3 des Leuchtdiodenzweigs 2 defekt, indem diese einen Leitungsbruch (offen) aufweisen, ergibt sich die Spannungs-Stromkennlinie 14.

Folgende Spannungen U₁ und U₂ konnten in diesen Fällen unter Verwendung von I₁ mit einer ersten Stromstärke von 60mA und I₂ mit einer Stromstärke von 240mA gemessen werden: Fall 12 Fall 13 Fall 14 U₁ 5,72 Volt 3,73 Volt 5,91 Volt U₂ 6,80 Volt 6,26 Volt 7,38 Volt

Zur Messung der Spannungen U₁ und U₂ weist die Testeinrichtung 8 eine Spannungsmessschaltung 15 mit einem Messabgriff 11 über dem Leuchtdiodenzweig 2 auf. Insbesondere ist die Spannungsmessschaltung 15 mit einer Verhältnisschaltung 16 erweitert. Die Verhältnisschaltung 16 speichert -beispielsweise mit Hilfe eines Speichers- die im Betriebszustand gemessene Spannung U₁, um diese mit der im Testzustand gemessenen Spannung U₂ in Verhältnis setzen zu können -beispielsweise mit Hilfe eines Komparators-, was den Test der Leuchtdioden 2 automatisiert und erleichtert.

Folgende Quotienten U₂/U₁ bilden sich aus:

• im Fall 12 (ohne eine defekte Leuchtdiode 3) 1,18
• im Fall 13 (mit einer kurzgeschlossenen Leuchtdiode 3) 1,68
• im Fall 14 (mit drei offenen Leuchtdioden 3) 1,25

Die Fälle 13 und 14 unterscheiden sich in ihren Verhältnissen deutlich gegenüber dem schadensfreien Fall 12. Bei einem fehlerlosen Leuchtdiodenzweig 2 geht nämlich aufgrund der intakten nichtlinearen Spannungs-Stromkennlinien der Leuchtdioden 3 das Verhältnis gegen 1. Die deutlichen Unterschiede können schnell detektiert, analysiert und daraus reproduzierbar ein Testergebnis zur Funktionstüchtigkeit des Leuchtdiodenzweigs 2 gebildet werden.

Um erhöhte Testsicherheit zu erreichen, kann noch ein Schwellwert berücksichtigt werden. So ist vorstellbar, erst bei einem Überschreiten eines Schwellwerts von 1,2 von einem Defekt im Leuchtdiodenzweig 2 auszugehen.

Im Allgemeinen ist auch denkbar, die Größe des Unterschieds des gemessenen Verhältnis U₂/U₁ zum schadensfreien Verhältnis U₂/U₁ (Fall 12 ohne Defekt) heranzuziehen, um damit eine Unterscheidung der Art des Schadensfalls - beispielsweise hinsichtlich eines Kurzschlusses oder eines Leitungsbruchs an den Leuchtdioden 3 - vorzunehmen.

Fig. 3 zeigt den allgemeinen Grundgedanken der Erfindung. Eine parallele Schaltung je einer Leuchtdiode 3 in Serie mit einem Widerstand 4 wird hier auf Funktionstüchtigkeit sicher überprüft.

Besteht nun in solch einem Leuchtdiodenzweig 2 eine elektrisch offene Leuchtdiode (bzw. LED wird hochohmig) 3, erhöht sich damit die Spannung am Serien-Widerstand 4 der funktionstüchtigen anderen Diode 3. Der konstante Strom I₁ bzw. I₂ muss sich nämlich nicht aufteilen. Dies führt zu einer erhöhten Abhängigkeit der Spannungskennlinie vom Widerstand 4, da sich die Spannung an der LED durch ihre nichtlineare Kennlinie lediglich geringfügig ändert. Der Einfluss des Widerstands 4 auf die gemessenen Spannungen U₁ bzw. U₂ in Abhängigkeit vom eingeprägten Konstantstrom I₁ bzw. I₂ steigt somit, bzw. ist damit erkennbar und so dem Test zugänglich.

Besteht nun in solch einem Leuchtdiodenzweig 2 eine elektrisch kurzgeschlossene Leuchtdiode 3 (bzw. LED wird niederohmig), dann zieht deren Serien-Widerstand 4 erheblich mehr Strom. Dies ergibt sich durch den geringen elektrischen Widerstand 4 in diesem parallelen Ast. Auch hier steigt somit der Einfluss des Widerstands 4 auf die gemessene Spannung U₁ bzw. U₂ in Abhängigkeit vom eingeprägten Konstantstrom I₁ bzw. I₂. Die erhöhte Abhängigkeit der Spannungskennlinie vom Widerstand 4 ist damit erkennbar und so dem Test zugänglich.

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass in beiden Fehlerfällen aufgrund eines steigenden Einflusses der Widerstände die Gesamtspannung in erhöhtem Ausmaß von der Höhe des eingeprägten Konstantstroms abhängiger wird und damit Fehler im Leuchtdiodenzweig erkannt werden können.