DE102016007095A1

DE102016007095A1 - Method for supplying power to consumers

Info

Publication number: DE102016007095A1
Application number: DE102016007095.1A
Authority: DE
Inventors: Marc Fink
Original assignee: FRENSCH GmbH
Current assignee: FRENSCH GmbH
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2017-12-14
Also published as: EP3264863B1; EP3264863A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungsversorgung zumindest zweier identischer Verbraucher 6, 7, insbesondere LED's oder LED-Arrays, umfassend zumindest ein Eingangsschaltelement, welches mit einer Versorgungsspannung U0 verbunden ist und ein Schaltelement ansteuert. Um die Möglichkeit zu schaffen, Verbraucher 6, 7 in Form von LED's oder LED-Arrays im Fahrzeugbereich mit unterschiedlichen Bordnetzspannungen einzusetzen wird ein Verfahren in der Art vorgeschlagen, dass ein Eingangsschaltelement in Abhängigkeit der Höhe der Eingangsspannung ein Schaltelement aktiviert, um die Verbraucher 6, 7 von einer Serienschaltung in eine Parallelschaltung zu überführen oder umgekehrt. Das Eingangsschaltelement liegt hierbei über einen Spannungsteiler 4, 5 an der Versorgungsspannung U0 und kann somit in Abhängigkeit des Spannungswertes über ein logisches Ausgangssignal ein Schaltelement aktivieren oder deaktivieren, um die Serien- oder Parallelschaltung zu verändern.The invention relates to a method for supplying power to at least two identical consumers 6, 7, in particular LED's or LED arrays, comprising at least one input switching element which is connected to a supply voltage U0 and drives a switching element. In order to be able to use consumers 6, 7 in the form of LEDs or LED arrays in the vehicle sector with different on-board voltages, a method is proposed in which an input switching element activates a switching element as a function of the level of the input voltage in order to protect the consumers 6, 7 to be converted from a series connection in a parallel circuit or vice versa. The input switching element is in this case via a voltage divider 4, 5 to the supply voltage U0 and thus can activate or deactivate a switching element as a function of the voltage value via a logic output signal to change the series or parallel circuit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungsversorgung zumindest zweier identischer Verbraucher, insbesondere LED's oder LED-Arrays, umfassend zumindest ein Eingangsschaltelement, welches mit einer Versorgungsspannung (U₀) verbunden ist und ein Schaltelement ansteuert sowie eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for supplying power to at least two identical consumers, in particular LEDs or LED arrays, comprising at least one input switching element which is connected to a supply voltage (U ₀ ) and drives a switching element and a circuit for carrying out the method.

Leuchtmittel im Haushalt oder Büro werden im Normalfall mit 230 Volt Netzspannung beaufschlagt. Soweit es sich um Niedervolt-Leuchtmittel handelt, beispielsweise 12 Volt Halogenstrahler werden diese in der Regel über einen Transformer mit niedriger Ausgangsspannung beaufschlagt. LED-Strahler können beispielsweise über einen Konverter unmittelbar an die Netzspannung von 230 Volt angeschlossen werden.Bulbs in the home or office are normally charged with 230 volts mains voltage. As far as low-voltage lamps are concerned, for example 12-volt halogen lamps, they are generally applied via a transformer with a low output voltage. LED spotlights can be connected directly to the mains voltage of 230 volts, for example via a converter.

Soweit die Leuchtmittel für den Fahrzeugbereich eingesetzt werden sollen, besitzen die Fahrzeuge in der Regel eine Bordnetzspannung von 12 oder 24 Volt Gleichspannung. In Einzelfällen können auch höhere Bordnetzspannungen von bis zu 42 Volt vorhanden sein. Der Fahrzeugbereich umfasst hierbei Kraft-, Personenbeförderungs- und Wasserfahrzeuge. LED's oder LED-Array benötigen beispielsweise 12 oder 24 Volt Versorgungsspannung. Aus diesem Grund ist es in den meisten Fällen erforderlich, mithilfe eines Spannungsreglers die Spannung auf den gewünschten Wert herunter zu regeln und mit dieser Spannung die LED's beziehungsweise LED-Arrays zu beaufschlagen. Soweit die Fahrzeuge mit unterschiedlichen Bordnetzspannungen eingesetzt werden, besteht die Notwendigkeit, einen Spannungsregler für jede Einzelspannung einzusetzen, mit entsprechender Lagerhalterung und Verwaltungsaufwand. Darüber hinaus entstehen bei jeder analogen Schaltung Verluste, die nach Möglichkeit vermieden werden sollten.As far as the bulbs are to be used for the vehicle sector, the vehicles usually have a vehicle electrical system voltage of 12 or 24 volts DC. In individual cases, higher vehicle voltages of up to 42 volts may be present. The vehicle area here includes power, passenger transport and water vehicles. LED's or LED array require, for example, 12 or 24 volts supply voltage. For this reason, in most cases it is necessary to use a voltage regulator to regulate the voltage down to the desired value and apply this voltage to the LED's or LED arrays. As far as the vehicles are used with different vehicle electrical system voltages, there is the need to use a voltage regulator for each individual voltage, with appropriate storage and administrative costs. In addition, losses occur in each analog circuit, which should be avoided if possible.

Aus den vorgenannten Gründen, liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung aufzuzeigen, die die Verluste minimiert und für eine Vielzahl von Spannungsbereichen einsetzbar ist.For the above reasons, the invention is therefore an object of the invention to provide a method and a circuit that minimizes the losses and can be used for a variety of voltage ranges.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass das Eingangsschaltelement in Abhängigkeit der Höhe der Eingangsspannung (U₀) das Schaltelement aktiviert, um die Verbraucher von einer Reihenschaltung in eine Parallelschaltung zu überführen oder umgekehrt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention is provided to solve the problem that the input switching element as a function of the level of the input voltage (U ₀ ) activates the switching element to convert the load from a series connection in a parallel circuit or vice versa. Further advantageous embodiments of the method can be found in the dependent claims.

Das Verfahren sieht erfindungsgemäß vor, dass für zumindest zwei identische Verbraucher, beispielsweise LED's oder LED-Arrays eine Versorgungsspannung im Nennspannungsbereich zur Verfügung gestellt wird, wobei mithilfe eines Eingangsschaltelementes, welches eingangsseitig über einen Spannungsteiler mit der Versorgungsspannung verbunden ist, ein Schaltelement angesteuert wird, welches wahlweise die Beaufschlagung der LED's oder LED-Arrays mit der erforderlichen Versorgungsspannung regelt. Das Eingangsschaltelement regelt hierbei in Abhängigkeit der Höhe der Eingangsspannung eine Aktivierung oder Deaktivierung des Schaltelementes, welches wiederum die Verbraucher von einer Serienschaltung in eine Parallelschaltung überführt oder umgekehrt. Mit diesem Verfahren können zwei identische Verbraucher mit und ohne Stromregelung unter Berücksichtigung der anliegenden Eingangsspannung, das heißt der Bordnetzspannung in serie oder parallel geschaltet werden. Im Fall der Serienschaltung zweier identischer Verbraucher liegt an jedem Verbraucher die halbe Bordnetzspannung an, beispielsweise 12 Volt bei einer Bordnetzspannung von 24 Volt. Soweit eine Bordnetzspannung von nur 12 Volt zur Verfügung steht, werden die Verbraucher hingegen parallel geschaltet, sodass jeder Verbraucher mit der Nennspannung von 12 Volt betrieben werden kann. Die Umschaltung zwischen Serien- und Parallelschaltung erfolgt durch Ansteuerung des Schaltelementes, welches mechanisch oder elektronisch aufgebaut sein kann. Auf diese Weise können die Verlustleistungen einer herkömmlichen Analogschaltung über den gesamten Spannungsbereich deutlich reduziert werden. Die bevorzugte Anwendung des Verfahrens ist im Fahrzeugbereich zu sehen, und zwar sowohl bei Straßenfahrzeugen, wie Busse, LKW's oder dergleichen und ebenso bei Wasserfahrzeugen, welche ebenfalls über eine eigene Bordnetzspannung mit niedrigem Spannungspegel verfügen. Der besondere Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, dass mithilfe des Verfahrens elektrische Verbraucher, wie zum Beispiels LED-Leuchten mit unterschiedlichen Fahrzeugspannungen von 12 bis zu 42 Volt betrieben werden können, wo sonst mehrere Schaltungsvarianten für die Spannungsversorgung der Verbraucher produziert und bevorratet werden müssen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verfahren auch bei gleichgerichteter Wechselspannung, zum Beispiel im Niederspannungsbereich zur Verbesserung der Effizienz einzusetzen. Hierbei wird in sämtlichen Anwendungsfällen die Verlustleistung minimiert und eine Spannungsversorgung der Verbraucher über einen Niederspannungsbereich von 12 Volt bis 42 Volt ermöglicht.According to the invention, the method provides that a supply voltage in the nominal voltage range is made available for at least two identical consumers, for example LEDs or LED arrays, with the aid of an input switching element which is connected on the input side to the supply voltage via a voltage divider, a switching element being driven optionally controls the admission of the LED's or LED arrays with the required supply voltage. In this case, the input switching element regulates an activation or deactivation of the switching element as a function of the level of the input voltage, which in turn converts the loads from a series connection into a parallel circuit or vice versa. With this method, two identical consumers with and without current control, taking into account the applied input voltage, that is, the vehicle electrical system voltage in series or in parallel. In the case of series connection of two identical consumers is at each consumer half the vehicle electrical system voltage, for example, 12 volts at a vehicle electrical system voltage of 24 volts. As far as a vehicle electrical system voltage of only 12 volts is available, the consumers, however, are connected in parallel, so that each consumer can be operated with the rated voltage of 12 volts. The switchover between series and parallel connection is carried out by driving the switching element, which may be constructed mechanically or electronically. In this way, the power losses of a conventional analog circuit over the entire voltage range can be significantly reduced. The preferred application of the method is seen in the vehicle sector, both in road vehicles, such as buses, trucks or the like and also in watercraft, which also have their own electrical system voltage with low voltage level. The particular advantage of the present method is that using the method electrical consumers, such as LED lights with different vehicle voltages from 12 to 42 volts can be operated, where otherwise several circuit variants for the power supply of consumers must be produced and stored. In addition, it is possible to use the method even with rectified AC voltage, for example in the low voltage range to improve the efficiency. In this case, the power loss is minimized in all applications and enables a voltage supply to the consumer over a low voltage range of 12 volts to 42 volts.

Um die Umschaltung zwischen einer Serien- und Parallelschaltung vorzunehmen, liegt die Versorgungsspannung über einen Spannungsteiler an dem Eingangsschaltelement an, um den Schaltpunkt zu ermitteln. Ausgangsseitig des Eingangsschaltelementes erfolgt eine direkte oder indirekte Ansteuerung des Schaltelementes, welches eine Umschaltung zwischen Serienschaltung und Parallelschaltung für die Verbraucher vornimmt.To make the switch between a series and parallel connection, the supply voltage is applied to the input switching element via a voltage divider to determine the switching point. On the output side of the input switching element is a direct or indirect control of the switching element, which is a Switching between series connection and parallel connection for the consumer makes.

Zu diesem Zweck ist ein erster Verbraucher oder eine erste Gruppe von Verbrauchern mit dem Pluspol der Versorgungsspannung einerseits verbunden und andererseits über eine Diode mit einem zweiten Verbraucher oder einer zweiten Gruppe von Verbrauchern. Die zweite Gruppe von Verbrauchern ist ferner mit dem Minuspol verbunden. Die Verbraucher liegen in diesem Fall in Serie, sodass der Strom vom Pluspol über die ersten Verbraucher und die Diode sowie den zweiten Verbrauchern zum Minuspol fließen kann. Durch die Serienschaltung liegt hierbei bei nahezu identischen Verbrauchern an beiden Verbrauchern beziehungsweise Verbrauchergruppen eine fast identische Spannung an, sodass beispielsweise bei einer Versorgung mit 24 Volt jeder Verbraucher nur mit 12 Volt beaufschlagt wird. Soweit ein Netz von 42 Volt zur Verfügung steht, würde in diesem Fall eine Versorgungsspannung von ca. 21 Volt an den Verbrauchern anliegen, wobei diese entweder für 12 Volt oder 24 Volt konzipiert sein können. Im Normalfall wird somit die Spannung auf diese Weise auf den halben Wert herabgesetzt, um Verbraucher zu beaufschlagen, die für eine deutlich geringere Betriebsspannung vorgesehen sind.For this purpose, a first consumer or a first group of consumers is connected to the positive pole of the supply voltage on the one hand and on the other hand via a diode to a second consumer or a second group of consumers. The second group of consumers is also connected to the negative terminal. The consumers are in this case in series, so that the current from the positive pole on the first consumer and the diode and the second consumer can flow to the negative terminal. Due to the series connection, an almost identical voltage is present at almost identical consumers at both consumers or consumer groups, so that, for example, with a supply of 24 volts, each consumer is only supplied with 12 volts. As far as a network of 42 volts is available, in this case, a supply voltage of about 21 volts would be applied to the consumers, which may be designed either for 12 volts or 24 volts. In the normal case, the voltage is thus reduced in this way to half the value in order to load consumers who are provided for a significantly lower operating voltage.

Soweit eine niedrigere Bordnetzspannung zur Verfügung steht, wäre bei einer Halbierung dieser Spannung die Beaufschlagung der Verbraucher bei einer Serienschaltung nicht ausreichend. Das Verfahren sieht daher zu diesem Zweck vor, dass mithilfe des Schaltelementes mit zumindest einem ersten und zweiten Schaltkontakt die Umschaltung von einer Serienschaltung zu einer Parallelschaltung erfolgt. In diesem Fall liegen die Verbraucher beziehungsweise Verbrauchergruppen direkt an der Versorgungsspannung an, beispielsweise einer Bordnetzspannung von 12 Volt und sind parallel geschaltet. Zu diesem Zweck ist ein erster Schaltkontakt unmittelbar mit dem Pluspol verbunden und wird ausgangsseitig zur Kathode der Diode geführt. Der zweite Schaltkontakt ist einerseits mit dem Minuspol verbunden und andererseits mit der Anode der Diode verbunden, sodass der Strom vom Pluspol durch den Erstverbraucher über den zweiten Schaltkontakt unmittelbar zum Minuspol fließt, während der erste Schaltkontakt mit dem Pluspol verbunden ist und über diesen der Strom über den zweiten Verbraucher zum Minuspol fließt. Es handelt sich somit um eine klassische Parallelschaltung, die somit zum Einsatz kommt, wenn die Bordnetzspannung beispielsweise 12 Volt beträgt und die Verbraucher direkt mit der Bordnetzspannung beaufschlagt werden können. Das Verfahren sieht hierbei vor, dass eine Adaption an die jeweilige Bordnetzspannung mithilfe des Eingangsschaltelementes und des angesteuerten Schaltelementes erfolgt, um die zuvor beschriebene Umschaltung der Verbraucher vorzunehmen.As far as a lower vehicle electrical system voltage is available, would be at a halving of this voltage, the application of the load in a series connection is not sufficient. The method therefore provides for this purpose that the switchover from a series connection to a parallel connection takes place with the aid of the switching element with at least one first and second switching contact. In this case, the consumers or consumer groups are directly connected to the supply voltage, for example, a vehicle electrical system voltage of 12 volts and are connected in parallel. For this purpose, a first switching contact is connected directly to the positive pole and is guided on the output side to the cathode of the diode. The second switching contact is on the one hand connected to the negative terminal and on the other hand connected to the anode of the diode, so that the current flows from the positive pole through the first consumer via the second switching contact directly to the negative terminal, while the first switching contact is connected to the positive pole and the current over this the second consumer flows to the negative pole. It is therefore a classic parallel circuit, which is thus used when the vehicle electrical system voltage is, for example, 12 volts and the loads can be applied directly to the vehicle electrical system voltage. The method provides in this case that an adaptation to the respective vehicle electrical system voltage by means of the input switching element and the driven switching element takes place in order to carry out the switching of the consumers described above.

Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, dass bei der Serienschaltung zweier Verbraucher oder Verbrauchergruppen eine doppelt so hohe Bordnetzspannung wie die Nennspannung der Verbraucher vorhanden sein darf, während demgegenüber bei einer niedrigen Bordnetzspannung von 12 Volt Verbraucher aufgrund der Parallelschaltung unmittelbar mit der Bordnetzspannung versorgt werden können. Das Eingangsschaltelement, vorzugsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet dient hierbei dem Zweck, die Spannung der Bordnetzspannung zu ermitteln und in Abhängigkeit der Bordnetzspannung von 12 Volt, 24 Volt oder gegebenenfalls 42 Volt das Schließen der Schaltkontakte zu bewirken. Die Schaltkontakte selbst können aus rein mechanischen Schaltern bestehen, oder es werden elektronische Schalter, wie beispielsweise Transisten, Feldeffekttransistoren (MosFet) etc. verwendet.In summary, it can thus be stated that in the series connection of two consumers or consumer groups, a twice as high a vehicle electrical system voltage as the rated voltage of the consumer may be present, while in contrast can be supplied with a low vehicle electrical system voltage of 12 volts consumers due to the parallel circuit directly to the vehicle electrical system voltage. The input switching element, preferably designed as a Schmitt trigger here serves the purpose of determining the voltage of the vehicle electrical system voltage and to effect closure of the switching contacts as a function of the vehicle electrical system voltage of 12 volts, 24 volts or optionally 42 volts. The switching contacts themselves may consist of purely mechanical switches, or electronic switches, such as transistors, field effect transistors (MOSFETs), etc., are used.

Das Verfahren sieht hierbei vor, dass bei einer Versorgungsspannung von 11 bis 16 Volt das Schaltelement zum Schließen der beiden Kontakte angesteuert wird, während bei einer Versorgungsspannung von 20 bis 30 Volt das Schaltelement zum Öffnen der beiden Kontakte angesteuert wird.The method provides in this case that at a supply voltage of 11 to 16 volts, the switching element is driven to close the two contacts, while at a supply voltage of 20 to 30 volts, the switching element is driven to open the two contacts.

Zur Anwendung des Verfahrens wird eine Schaltung zur Spannungsversorgung von zumindest zwei identischen Verbrauchern, insbesondere LED's oder LED-Arrays vorgeschlagen, wobei die Schaltung zumindest ein Eingangsschaltelement, welches mit einer Versorgungsspannung verbunden ist und ein Schaltelement zur Ansteuerung der Verbraucher aufweist. Das Eingangsschaltelement aktiviert hierbei in Abhängigkeit der Höhe der Eingangsspannung das Schaltelement, um die Verbraucher von einer Serienschaltung in eine Parallelschaltung zu überführen oder umgekehrt. Zu diesem Zweck liegt die Versorgungsspannung über einen Spannungsteiler an dem Eingang des Eingangsschaltelementes an, welches über seinen Ausgang das nachgeschaltete Schaltelement ansteuert. Hierbei wird der Umschaltpunkt für die Spannungsbereiche U1 beziehungsweise U2 und U1 plus U2 festgelegt. Zu diesem Zweck wird als Eingangsschaltelement ein Schmitt-Trigger eingesetzt, welcher einen invertierten Ausgang für das Ausgangssignal aufweist. Steht eine Spannung im Eingangsspannungsbereich von U1 beziehungsweise U2 zur Verfügung, wird der Ausgang auf ein positives logisches Signal „1” gesetzt, während bei einer Einigungsspannung U1 plus U2 ein negatives logisches Signal „0” anliegt.For applying the method, a circuit for supplying power to at least two identical consumers, in particular LEDs or LED arrays is proposed, wherein the circuit has at least one input switching element, which is connected to a supply voltage and a switching element for controlling the consumer. In this case, the input switching element activates the switching element as a function of the level of the input voltage, in order to convert the loads from a series connection into a parallel circuit or vice versa. For this purpose, the supply voltage is applied via a voltage divider to the input of the input switching element, which controls the downstream switching element via its output. Here, the switching point for the voltage ranges U1 or U2 and U1 plus U2 is set. For this purpose, a Schmitt trigger is used as the input switching element, which has an inverted output for the output signal. If a voltage in the input voltage range of U1 or U2 is available, the output is set to a positive logic signal "1", while at a Einigungsspannung U1 plus U2 a negative logic signal "0" is present.

Als Schaltelement kommt entweder ein mechanischer zweipoliger Schalter in Frage oder ein elektronischer Schalter, welche in beiden Fällen für die Umschaltung von der Serienschaltung zur Parallelschaltung verwendet werden. Soweit es sich um mechanische Schalter handeln kann, können diese entweder zweipolig ausgestaltet sein oder aus zwei einzelnen gleichzeitig angesteuerten Schaltern bestehen.As a switching element is either a mechanical two-pole switch in question or an electronic switch, which are used in both cases for switching from the series connection for parallel connection. As far as it can be mechanical switches, they can be designed either bipolar or two consist of individual simultaneously controlled switches.

Um den Schaltvorgang zu ermöglichen ist hierzu vorgesehen, dass die Anode der Diode mit einem ersten Schaltkontakt eines zweipoligen Schaltelementes verbunden ist, wobei der erste Schaltkontakt ausgangsseitig mit dem Minuspol verbunden ist und die Kathode der Diode mit einem zweiten Schaltkontakt eines zweipoligen Schaltelementes verbunden ist, wobei der zweite Schaltkontakt eingangsseitig mit dem Pluspol verbunden ist. Auf diese Weise kann beim Schließen der Schaltkontakte der erste und zweite Verbraucher beziehungsweise die ersten und zweiten Verbrauchergruppen mit der Betriebsspannung beaufschlagt werden, sodass der Strom der ersten Verbrauchergruppe über den zweiten Schaltkontakt zum Minuspol fließen kann, während über dem ersten Schaltkontakt die zweite Verbrauchergruppe mit Strom versorgt wird, welcher vom Pluspol über den Schaltkontakt durch den zweiten Verbraucher zum Minuspol fließen kann.To enable the switching operation is provided for this purpose that the anode of the diode is connected to a first switching contact of a two-pole switching element, the first switching contact is connected on the output side to the negative terminal and the cathode of the diode is connected to a second switching contact of a two-pole switching element, said the second switching contact is connected on the input side to the positive pole. In this way, the operating voltage can be applied to the first and second consumers or the first and second load groups when the switch contacts are closed, so that the current of the first consumer group can flow to the negative pole via the second switch contact, while the second consumer group is connected to current via the first switch contact is supplied, which can flow from the positive terminal via the switching contact through the second consumer to the negative terminal.

Vorzugsweise wird die Schaltung für Leuchtmittel von Fahrzeugen eingesetzt, welche über eine Bordnetzspannung von 12 beziehungsweise 24 Volt oder höher verfügen.Preferably, the circuit is used for lamps of vehicles, which have a vehicle electrical system voltage of 12 or 24 volts or higher.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Schaltung und des aufgezeigten Verfahrens besteht darin, dass mithilfe einer einzigen Schaltung mehrere Bordnetzspannungen von Fahrzeugen berücksichtigt werden können, die zur Beaufschlagung von LED's oder LED-Arrays eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden die Verbraucher bei einer niedrigeren Bordnetzspannung im Bedarfsfall unmittelbar mit dem Plus- und Minuspol verbunden, sodass mehrere Verbraucher parallel geschaltet sind, während bei einer höheren Bordnetzspannung die Verbraucher in Serie geschaltet werden und damit in Folge der Spannungsteilung an jedem Verbraucher oder jeder Verbrauchergruppe nur die halbe Nennspannung anliegt. Durch diese Schaltung wird somit eine aufwendige Lagerhaltung vermieden und ebenso die Möglichkeit geschaffen, dass beim Ändern der Bordnetzspannung die gleiche Schaltung weiter verwendet werden kann. Ein besonderer Vorteil entsteht hierbei durch eine wesentlich geringere Verlustleistung, wie sie beispielsweise bei analogen Schaltungen bei verschiedenen Bordnetzspannungen entstehen.The particular advantage of the present circuit and of the disclosed method is that a single circuit can be used to take into account a plurality of on-board voltages of vehicles that are used to load LED's or LED arrays. For this purpose, the consumers are connected directly to the plus and minus poles, if necessary, so that several consumers are connected in parallel, while at a higher vehicle electrical system voltage consumers are connected in series and thus in consequence of the voltage division at each consumer or each Consumer group only half the rated voltage is applied. By this circuit thus a costly storage is avoided and also created the possibility that when changing the vehicle electrical system voltage, the same circuit can be used. A particular advantage arises from a much lower power dissipation, as they arise, for example, in analog circuits with different vehicle electrical system voltages.

Die Erfindung wird im Weiteren anhand zweier Ausführungsbeispiele nochmals erläutert.The invention will be explained again with reference to two embodiments.

Es zeigtIt shows

1 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform mit zwei mechanischen Schaltkontakten und 1 a circuit diagram of a first embodiment with two mechanical switching contacts and

2 einen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform mit Transistoren als Schaltelemente. 2 a circuit diagram of a second embodiment with transistors as switching elements.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung, die mit herkömmlichen Schaltkontakten ausgestattet ist. Die erfindungsgemäße Schaltung umfasst einen Schmitt-Trigger 1 sowie einen ersten Schaltkontakt 2 und einen zweiten Schaltkontakt 3. Der Schmitt-Trigger 1 wird eingangsseitig über einen Spannungsteiler 4, 5 beaufschlagt und ist als inventierender Schmitt-Trigger 1 ausgestaltet, um die beiden mechanischen Schaltkontakte 2, 3 anzusteuern, sodass diese entweder geöffnet oder geschlossen sind. Die mechanischen Schaltkontakte 2, 3 sind im weiteren mit den Verbrauchern 6, 7 verbunden, und zwar liegt der erste Verbraucher 6 mit einem ersten Eingang unmittelbar an der Versorgungsspannung U+ an, während der Ausgang der Verbrauchers 6 über eine Diode 8 mit dem zweiten Verbraucher 7 verbunden ist, welcher wiederum mit seinem zweiten Ausgang mit der Versorgungsspannung U– verbunden ist. Die Kathode der Diode 8 ist mit dem Ausgang des ersten Schaltkontaktes 2 verbunden, während die Anode mit dem zweiten Schaltkontakt 3 verbunden ist. Der erste Schaltkontakt 2 ist hierbei mit U+ verbunden, während der zweite Schaltkontakt 3 mit U– verbunden ist. 1 shows a first embodiment of a circuit which is equipped with conventional switch contacts. The circuit according to the invention comprises a Schmitt trigger 1 and a first switching contact 2 and a second switching contact 3 , The Schmitt trigger 1 is input side via a voltage divider 4 . 5 and acts as an inventor Schmitt trigger 1 designed to handle the two mechanical switching contacts 2 . 3 to control, so that they are either open or closed. The mechanical switching contacts 2 . 3 are in the further with the consumers 6 . 7 connected, namely lies the first consumer 6 with a first input directly to the supply voltage U + on, while the output of the consumer 6 over a diode 8th with the second consumer 7 is connected, which in turn is connected to its second output to the supply voltage U-. The cathode of the diode 8th is with the output of the first switching contact 2 connected while the anode to the second switching contact 3 connected is. The first switching contact 2 is here connected to U +, while the second switching contact 3 is connected to U-.

Sofern die Eingangsspannung U₀ den Spannungsbereich von U1 plus U2 nicht unterschreitet, bleiben die Schaltkontakte 2, 3 geöffnet. Somit liegen die beiden Verbraucher 6, 7 in Serie an der Eingangsspannung U₀ an. Soweit die beiden Verbraucher 6, 7 nahezu identisch sind, liegt somit bei jedem Verbraucher 6, 7 die Hälfte der Versorgungsspannung U1 und U2 an. Der Strom fließt in diesem Fall von U+ durch den ersten Verbraucher 6 über die Diode 8 zum zweiten Verbraucher 7 zu U–. Unter Berücksichtigung der Nennspannung der beiden Verbraucher 6, 7 kann somit U₀ einen Wert erreichen, der der doppelten Nennspannung entspricht. Als Verbraucher 6, 7 werden beispielsweise LED's oder LED-Arrays eingesetzt, die in der Regel mit 12 Volt beaufschlagt werden. Somit kann bei einer Spannung U₀ von 24 Volt eine Halbierung der Versorgungsspannung durch die Serienschaltung auf die Nennspannung der Verbraucher reduziert werden.If the input voltage U ₀ does not fall below the voltage range of U1 plus U2, the switching contacts remain 2 . 3 open. Thus lie the two consumers 6 . 7 in series at the input voltage U ₀ . As far as the two consumers 6 . 7 are almost identical, thus lies with every consumer 6 . 7 half of the supply voltage U1 and U2. In this case, the current flows from U + through the first load 6 over the diode 8th to the second consumer 7 to U-. Taking into account the rated voltage of the two consumers 6 . 7 Thus, U ₀ can reach a value which corresponds to twice the rated voltage. As a consumer 6 . 7 For example, LED's or LED arrays are used, which are usually supplied with 12 volts. Thus, at a voltage U ₀ of 24 volts halving the supply voltage through the series circuit can be reduced to the rated voltage of the load.

Sollte hingegen die anliegende Spannung U₀ nur bei etwa 12 Volt liegen, würde demzufolge bei geöffneten Schaltkontakten 2, 3 jeder Verbraucher 6, 7 nur mit 6 Volt Spannung beaufschlagt. Um den Betrieb der Verbraucher 6, 7, insbesondere der vorgesehenen LED's oder LED-Arrays zu gewährleisten erfolgt mithilfe des Schmitt-Triggers 1 beim Unterschreiten eines voreingestellten Spannungspegels durch den Spannungsteiler 4, 5 ein Schließen der Schaltkontakte 2, 3. Durch das Schließen wird die bisher vorliegende Serienschaltung der beiden Verbraucher 6, 7 in eine Parallelschaltung überführt. In diesem Fall fließt der Strom durch den zweiten Verbraucher 7 von U+ ausgehend über den ersten Schaltkontakt 2 direkt zum Verbraucher 7 und von dort zu U–. Der Strom für den ersten Verbraucher 6 fließt ebenfalls von U+ ausgehend durch den Verbraucher 6 über den zweiten Schaltkontakt 3 zu U–. Somit liegen die beiden Verbraucher 6, 7 parallel, sodass beide mit der anliegenden Spannung U₀ = 12 Volt beaufschlagt werden.If, however, the applied voltage U _{0 are} only about 12 volts, would therefore be in open switch contacts 2 . 3 every consumer 6 . 7 only charged with 6 volts. To the operation of consumers 6 . 7 , in particular to ensure the provided LED's or LED arrays done using the Schmitt trigger 1 when falling below a preset voltage level through the voltage divider 4 . 5 a closing of the switch contacts 2 . 3 , By closing the previously existing series connection of the two consumers 6 . 7 transferred into a parallel connection. In this case, the current flows through the second consumer 7 starting from U + via the first switching contact 2 directly to the consumer 7 and from there to U-. The electricity for the first consumer 6 also flows from U + through the consumer 6 over the second switching contact 3 to U-. Thus lie the two consumers 6 . 7 parallel, so that both are applied to the applied voltage U ₀ = 12 volts.

Durch die Umschaltung mithilfe des Schmitt-Triggers 1 kann somit in Abhängigkeit der anliegenden Versorgungsspannung U₀ mit derselben Schaltung eine Beaufschlagung der beiden Verbraucher 6, 7 sowohl bei 12 Volt als auch bei 24 Volt erfolgen. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des invertierenden Schmitt-Triggers 1 am Ausgang „1” wenn die Spannung im Eingangsspannungsbereich von U1 beziehungsweise U2 liegt und „0”, wenn die Spannung den höheren Eingangsspannungsbereich an U1 plus U2 aufweist.By switching using the Schmitt trigger 1 Thus, depending on the applied supply voltage U ₀ with the same circuit, an admission of the two consumers 6 . 7 both at 12 volts and at 24 volts. For this purpose, the output of the inverting Schmitt trigger 1 at output "1" if the voltage is in the input voltage range of U1 or U2 and "0" if the voltage has the higher input voltage range at U1 plus U2.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schaltung, die ebenfalls von einer Versorgungsspannung U₀ ausgeht, wobei der Schmitt-Trigger 10 über einen Spannungsteiler 11, 12 eingangsseitig beaufschlagt wird. Auch in diesem Fall handelt es sich um einen invertierten Schmitt-Trigger 10, welcher zur Ansteuerung dreier Transistoren 13, 14, 15 vorgesehen ist. Die Transistoren 14, 15 werden analog zu den mechanischen Schaltkontakten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt und dienen wiederum dazu, die angeschlossenen Verbraucher 16, 17 von einer Serienschaltung in einer Parallelschaltung zu überführen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verbraucher als LED-Arrays ausgebildet, wobei wiederum zwischen beiden Verbrauchern 16, 17 eine Diode 18, wie im vorhergehenden Beispiel angeordnet ist. 2 shows a further embodiment of a circuit, which also starts from a supply voltage U ₀ , wherein the Schmitt trigger 10 via a voltage divider 11 . 12 is acted upon input side. Also in this case it is an inverted Schmitt trigger 10 which is used to drive three transistors 13 . 14 . 15 is provided. The transistors 14 . 15 are used analogously to the mechanical switching contacts according to the first embodiment and in turn are used to the connected consumers 16 . 17 to be converted by a series connection in a parallel connection. In the illustrated embodiment, the consumers are designed as LED arrays, again between two consumers 16 . 17 a diode 18 , as arranged in the previous example.

Im nicht leitenden Zustand der beiden Transistoren 14, 15 liegt eine Serienschaltung der beiden Verbraucher 16, 17 vor, sodass die anliegende Spannung U₀ einen Strom generiert, welcher von U+ über den ersten Verbraucher 16 und die Diode 18 zum zweiten Verbraucher 17 und von diesem zu U– fließt. Soweit die beiden Transistoren 14, 15 an ihrer Basis beaufschlagt werden, wird der leitende Zustand erreicht, sodass der Strom für den zweiten Verbraucher 17 über den ersten Transistor 15 von U+ nach U– fließen kann, während der Strom für den ersten Verbraucher 16 von U+ über den Verbraucher und den zweiten Transistor 14 nach U– fließt.In the non-conductive state of the two transistors 14 . 15 is a series connection of the two consumers 16 . 17 before, so that the applied voltage U ₀ generates a current which of U + on the first consumer 16 and the diode 18 to the second consumer 17 and from this to U-flows. As far as the two transistors 14 . 15 are applied to their base, the conductive state is reached, so that the power for the second consumer 17 over the first transistor 15 from U + to U- can flow while the current for the first consumer 16 from U + via the load and the second transistor 14 to U-flows.

Die beiden Transistoren 14, 15 werden hierbei einmal über einen Vorwiderstand 19 unmittelbar von dem invertierenden Schmitt-Trigger 10 angesteuert und einmal über einen Vorwiderstand 20 und einem ersten Transistor 13 sowie einem weiteren Spannungsteiler 21, 22.The two transistors 14 . 15 are here once a series resistor 19 directly from the inverting Schmitt trigger 10 controlled and once via a resistor 20 and a first transistor 13 as well as another voltage divider 21 . 22 ,

Das zweite Ausführungsbeispiel mithilfe von elektronischen Schaltern in Form von Transistoren 13, 14, 15 erfüllt hierbei den gleichen Zweck, wie das erste Schaltungsbeispiel, und zwar die Umschaltung der anliegenden Verbraucher 16, 17 von einer Serienschaltung in eine Parallelschaltung, sodass unter Berücksichtigung der anliegenden Spannung an den jeweiligen Verbrauchern 16, 17 wiederum entweder in der Serienschaltung die halbe Versorgungsspannung U₀ anliegt oder in der Parallelschaltung die gesamte Versorgungsspannung U₀.The second embodiment using electronic switches in the form of transistors 13 . 14 . 15 in this case fulfills the same purpose as the first circuit example, namely the switching of the adjacent consumers 16 . 17 from a series connection in a parallel circuit, so taking into account the voltage applied to the respective consumers 16 . 17 in turn, either in the series circuit half the supply voltage U ₀ is applied or in the parallel circuit, the entire supply voltage U ₀ .

Der besondere Vorteil der beiden Ausführungsbeispiele liegt darin, dass bei einer vorhandenen Bordnetzspannung im Kraftfahrzeugbereich auf die unterschiedlichen Gegebenheiten Rücksicht genommen werde kann und mithilfe des Schmitt-Triggers eine Umschaltung der Verbraucher erfolgt, sodass einerseits eine Serienschaltung und andererseits eine Parallelschaltung vorliegt, sodass entweder bei niedriger Bordnetzspannung die Versorgungsspannung unmittelbar an jedem Verbraucher anliegt oder bei einer höheren Versorgungsspannung die Verbraucher bei identischer Ausführung annähernd mit der halben Versorgungsspannung der Bordnetzspannung beaufschlagt werden können. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass ein und dieselbe Schaltung für unterschiedliche Bordnetzspannungen eingesetzt werden kann und damit eine Lagerhaltung deutlich reduziert werden kann. Darüber hinaus wird die Verlustleistung gegenüber analogen Schaltungen deutlich reduziert, weil eventuelle Spannungsabfälle über Vorwiderstände etc. vermieden werden können.The particular advantage of the two embodiments is that in an existing vehicle electrical system voltage in the automotive sector on the different circumstances can be taken and switching the consumers using the Schmitt trigger, so on the one hand a series circuit and on the other hand, a parallel circuit is present, so either at lower Vehicle electrical system voltage, the supply voltage is applied directly to each consumer or at a higher supply voltage, the load can be applied in an identical design approximately half the supply voltage of the vehicle electrical system voltage. By this measure it is achieved that one and the same circuit can be used for different vehicle electrical system voltages and thus storage can be significantly reduced. In addition, the power loss compared to analog circuits is significantly reduced, because any voltage drops over series resistors, etc. can be avoided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schmitt-TriggerSchmitt trigger
22: Schaltkontaktswitching contact
33: Schaltkontaktswitching contact
44: Spannungsteilervoltage divider
55: Spannungsteilervoltage divider
66: Verbraucherconsumer
77: Verbraucherconsumer
88th: Diodediode
1010: Schmitt-TriggerSchmitt trigger
1111: Spannungsteilervoltage divider
1212: Spannungsteilervoltage divider
1313: Transistortransistor
1414: Transistortransistor
1515: Transistortransistor
1616: Verbraucherconsumer
1717: Verbraucherconsumer
1818: Diodediode
1919: Vorwiderstanddropping resistor
2020: Vorwiderstanddropping resistor
2121: Spannungsteilervoltage divider
2222: Spannungsteilervoltage divider

Claims

Method for supplying power to at least two identical consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ), in particular LED's or LED arrays, comprising at least one input switching element which is connected to a supply voltage (U ₀ ) and controls a switching element, characterized in that the input switching element as a function of the level of the input voltage (U ₀ ) activates the switching element to the consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ) from a series connection to a parallel circuit or vice versa.

A method according to claim 1, characterized in that the supply voltage (U ₀ ) via a voltage divider ( 4 . 5 . 21 . 22 ) abuts against the input switching element.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that a first consumer ( 6 . 7 . 16 . 17 ) or a first group of consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ) is connected to the positive pole of the supply voltage (U ₀ ) on the one hand and on the other hand via a diode ( 8th . 18 ) with a second consumer ( 6 . 7 . 16 . 17 ) or a second group of consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ), which are further connected to the negative pole.

Method according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that a change from the parallel connection to the series connection and vice versa via controllable switching contacts ( 2 . 3 ) he follows.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that when closing the first and second switching contacts ( 2 . 3 ) the first and second consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ) or consumer groups ( 6 . 7 . 16 . 17 ) directly to the supply voltage (U ₀ ) and connected in parallel.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that when opening the first and second switching contacts ( 2 . 3 ) the first and second consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ) or consumer groups ( 6 . 7 . 16 . 17 ) in series.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the input switching element at a supply voltage of 11 to 16 volts, the switching element for closing the two switching contacts ( 2 . 3 ).

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the input switching element at a supply voltage of 20 to 30 degrees, the switching element for opening the two switching contacts ( 2 . 3 ).

Circuit for supplying power to at least two identical consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ), in particular LED's or LED arrays, comprising at least one input switching element which is connected to a supply voltage (U ₀ ) and controls a switching element, characterized in that the input switching element as a function of the level of the input voltage (U ₀ ) activates the switching element to the consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ) from a series connection to a parallel circuit or vice versa.

Circuit according to one of claim 9, characterized in that the supply voltage (U ₀ ) via a voltage divider ( 4 . 5 . 21 . 22 ) abuts against the input switching element.

A circuit according to claim 9 or 10, characterized in that the switching element is formed bipolar or consists of two individual simultaneously controlled switches.

Circuit according to Claim 9, 10 or 11, characterized in that the anode of the diode ( 8th . 18 ) with a first switching contact ( 2 . 3 ) is connected to a two-pole switching element, wherein the first switching contact ( 2 . 3 ) is connected on the output side to the negative pole and the cathode of the diode ( 8th . 18 ) with a second switching contact ( 2 . 3 ) is connected to a two-pole switching element, wherein the second switching contact ( 2 . 3 ) is connected on the input side to the positive pole.

Circuit according to one of Claims 9 to 12, characterized in that the diode ( 8th . 18 ) is switched from the positive pole to the negative pole in the direction of flow.

Circuit according to one of Claims 9 to 13, characterized in that a first consumer ( 6 . 7 . 16 . 17 ) or a first group of consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ) is connected to the positive pole of the supply voltage (U ₀ ) on the one hand and on the other hand via a diode ( 8th . 18 ) with a second consumer ( 6 . 7 . 16 . 17 ) or a second group of consumers ( 6 . 7 . 16 . 17 ), which are further connected to the negative pole.

Circuit according to one of Claims 9 to 14, characterized in that the input switching element has an inverting output for the output signal.

Circuit according to one of claims 9 to 15, characterized in that the input switching element from a Schmitt trigger ( 1 . 10 ) consists.

Circuit according to one of claims 9 to 16, characterized in that the switching element consists of a mechanical or electronic switch.

Circuit according to one of claims 9 to 17, characterized in that these are provided for voltage application of lamps in vehicles with a vehicle electrical system voltage of 12 volts or 24 volts.