СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТОФОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК G08G1/95 B61L23/00 

Изобретение относится к регулирующим или предупреждающим устройствам, устанавливаемым вдоль маршрута следования локомотивов или составов, а именно к светофорам, осуществляющим регулирование движением поездов.

Известны светофоры железнодорожного транспорта, у которых в качестве излучающих элементов используются группы светодиодов (Есюнин В.И., Ефрюшкин А.Е. Светодиодные переездные светофоры //Автоматика, связь, информатика, 1999, №12, с.25, рис.1). Недостатком подобных устройств является невысокая энергетическая эффективность, что вызвано наличием в цепях светодиодов активных ограничивающих резисторов, рассеивающих существенную мощность потерь. Кроме того, в этих устройствах отсутствуют возможности для достаточно точного выравнивания токов через параллельно включенные группы, состоящие из последовательно включенных светодиодов.

Лучшими показателями обладают светофоры, у которых задание токов через светодиоды светодиодных групп осуществляется при помощи индуктивных элементов, которые формируют импульсы тока через светодиоды без применения активных резисторов. Этим достигается существенное снижение мощности потерь в устройстве светофора (Светодиодный светофор. Заявка №2001124300 /Б.С. Сергеев, С.А. Щиголев, В.В. Наговицын, МПК B 61 L 23/00, приоритет 30 августа 2001 г.). Их недостатком является отсутствие контроля исправности светодиодов светодиодных групп, что определяет существование ограничений для их применения на железнодорожном транспорте.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является светофор (Светодиодный светофор. Заявка №2002123011 /Б.С. Сергеев, Е.О. Савельев. МПК B 61 L 23/00. Приоритет 27.08.02), включающий N трансформаторов, N светодиодных групп, каждая из которых состоит из К последовательно и согласно включенных светодиодов, а также N стабилитронов, N резисторов и схему ИЛИ.

Недостатком этого технического решения является то, что схема контроля выявляет только обрыв в цепях светодиодов и не фиксирует замыканий светодиодов или групп светодиодов, которые также приводят к отсутствию их свечения. Это определяет функциональную неполноту работы схемы контроля и ограничивает возможности применения подобных светофоров на железнодорожном транспорте.

Целью изобретения является введение в светофор функций контроля как замыкания, так и обрыва любых светодиодов светодиодных групп.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве осуществляется непосредственная фиксация излучения светодиодов, а не контроль электрических токов или напряжений.

Сущность изобретения заключается в том, что в светофор введен измеритель напряжения, а в каждую из N светодиодных групп введены К фотодиодов, К шунтирующих резисторов, где каждый из К светодиодов оптически связан с соответствующим К фотодиодом, причем параллельно каждому из фотодиодов подключен шунтирующий резистор, а все фотодиоды представляют собой последовательную и согласно включенную электрическую цепь, соединенную со входами измерителя напряжения; или в светофор введен измеритель напряжения, а в каждую из N светодиодных групп светофора введены К фоторезисторов, где каждый из К светодиодов светодиодных групп оптически связан с каждым из К фоторезисторов, которые соединены параллельно и подключены ко входам измерителя сопротивления.

На фиг.1 и 2 приведены варианты устройств светодиодных светофоров.

Светодиодный светофор (фиг.1) содержит транзистор 1, силовые электроды которого через последовательно включенные первичные обмотки 2.1,... 2N трансформаторов 3.1,... 3.N и контакт 4 сигнального реле подключены к положительному 5 и отрицательному 6 полюсам источника электропитания. Вход транзистора 1 соединен с выходом генератора импульсов 7. Каждая из вторичных обмоток 8.1,... 8.N трансформаторов 3.1,...3.N через соответствующие защитные диоды 9.1,...9.N подключена к группе последовательно и согласно включенных K светодиодов 10.1,... 10.K светодиодной матрицы. Светодиоды 10.1,... 10.К оптически связаны с соответствующими фотодиодами 11.1,... 11.К всех N светодиодных групп, а параллельно каждому из фотодиодов подключены шунтирующие резисторы 12.1,...12.К. Фотодиоды 11.1,...11.K всех N светодиодных групп соединены последовательно и согласно и подключены ко входам измерителя напряжения 13, выход 14 которого является источником информации о количестве отказавших светодиодов или групп светодиодов светодиодных групп.

Светодиодный светофор (фиг.2) содержит транзистор 1, силовые электроды которого через последовательно включенные первичные обмотки 2.1,... 2.N трансформаторов 3.1,...3.N и контакт 4 сигнального реле подключены к положительному 5 и отрицательному 6 полюсам источника электропитания. Вход транзистора 1 соединен с выходом генератора импульсов 7. Каждая из вторичных обмоток 8.1,... 8.N трансформаторов 3.1,...3.N через соответствующие защитные диоды 9.1,...9.N подключена к группе последовательно и согласно включенных К светодиодов 10.1,...10.К светодиодных групп. Светодиоды 10.1,...10.К оптически связаны с соответствующими фоторезисторами 15.1,...15. К всех N светодиодных групп. Фоторезисторы 15.1,...15.N всех N светодиодных групп соединены параллельно и подключены ко входам измерителя сопротивления 16, выход 17 которого является источником информации о количестве отказавших светодиодов или групп светодиодов.

Светофор (фиг.1) работает следующим образом.

Генератор 7 управляет импульсной работой транзистора 1. При открытом состоянии транзистора 1 ток, протекающий по первичным обмоткам 2.1,...2.N трансформаторов 3.1,...3.N от полюсов 5 и 4 источника электропитания, создает в их магнитопроводах накапливающееся магнитное поле. При этом ток во вторичных обмотках 8.1,... 8.N отсутствует. После запирания транзистора полярность напряжения на обмотках меняется на противоположную. Вследствие этого открываются защитные диоды 9.1,...9.N, что приводит к появлению тока через светодиоды 10.1,...10.К всех N светодиодных групп и их свечению.

Если все К×N светодиодов исправны, то есть имеет место их свечение, то на каждом из фотодиодов 11.1,... 11.К появляется фото-ЭДС величиной U_фд. Суммарная величина фото-ЭДС всех светодиодов, соединенных последовательно, равна UΣ=К×N×U_фд. Это напряжение подается на входы измерителя напряжения 13.

При отсутствии свечения любого одного или нескольких 10.1,...10.К светодиодов величина напряжения UΣ уменьшается и по значению снижения этого напряжения можно делать соответствующие выводы о количестве отказавших светодиодов, что определяется уровнем сигнала на выходе 14 измерителя напряжения 13.

Шунтирующие резисторы 11.1,...11.К служат для того, чтобы при отсутствии свечения (отказе) одного или нескольких из светодиодов суммирование фото-ЭДС в электрической цепи сохранялось. По терминологии современной электроники цепь из оптически связанных светодиода и фотодиода является оптоэлектронной парой типа светодиод-фотодиод.

В качестве измерителя напряжения 13 может быть использован как аналоговый вольтметр постоянного напряжения, так и более сложные импульсные измерительные устройства с аналого-цифровыми преобразователями.

Следовательно, как при замыкании одного или нескольких светодиодов, так и при обрыве их цепей изменяется напряжение на входе измерителя напряжения 16, что дает информацию о реальном отсутствии свечения излучающих элементов светодиодных групп.

Светофор (фиг.2) работает следующим образом.

Импульсная работа транзистора 1 и трансформаторов 3.1,...3.N не отличается от рассмотренных выше процессов для схемы (фиг.1). Отличие заключается в том, что данные о свечении светодиодов 10.1,...10.K фиксируются фоторезисторами 15.1,...15.К. Если имеет место свечение всех светодиодов, то сопротивление всех фоторезисторов минимально, а при отсутствии свечения -максимально. То есть, если все светодиоды исправны, то суммарное сопротивление параллельно включенных фоторезисторов 15.1,...15.К всех N светодиодных групп будет минимальным. При отсутствии свечения одного или нескольких светодиодов суммарное сопротивление будет увеличиваться. Это фиксируется измерителем сопротивления 16, выходной сигнал 17 которого может быть использован для принятия решения о замене светодиодов или светодиодных групп.

Следовательно, как при замыкании одного или нескольких светодиодов, так и при обрыве их цепей изменяется сопротивление цепи из параллельно включенных фоторезисторов и выходной сигнал 17 на выходе измерителя сопротивления 16 дает информацию о реальном отсутствии свечения излучающих элементов светодиодов или светодиодных групп. По терминологии современной электроники цепь из оптически связанных светодиода и фоторезистора является оптоэлектронной парой типа светодиод-фоторезистор.

В качестве измерителя сопротивлений 16 может использоваться или аналоговый омметр, или более сложные и более точные измерительные устройства с аналого-цифровым преобразованием входного сигнала.

Использование светофоров (фиг.1 или 2) определяется рядом технологических факторов и наличием той или иной элементной базы. Например, если в качестве N×К светодиодов используются светодиодные матрицы, то это обусловлено следующим. Применение оптоэлектронных пар типа светодиод-фотодиод более технологично при изготовлении светодиодной матрицы в силу определенной однотипности изготовления р-n переходов светодиодов и фотодиодов. Использование фоторезисторных оптоэлектронных пар может при некоторых условиях снизить стоимость светодиодных матриц с фоторезисторами. Поэтому практический выбор той или иной схемы светофора может быть сделан после определения технологических возможностей завода-изготовителя светодиодных матриц и выполнения разработки конкретных технико-эксплуатационных требований к светофору.

Таким образом, использование предлагаемых технических решений дает возможность реализовать наиболее полный функциональный контроль за функционированием излучающих элементов светофора и его электрических цепей.

Группа изобретений относится к регулирующим устройствам, устанавливаемым вдоль маршрута следования составов или локомотивов. В вариантах устройства осуществляется непосредственная фиксация излучения светодиодов, что является реальным и наиболее полным признаком функционирования светофора. Это реализуется введением в устройство оптоэлектронных пар, в которых излучающими элементами являются светодиоды светодиодных групп, а в качестве приемных, в зависимости от варианта исполнения светофора, используются введенные фотодиоды или фоторезисторы. Группа изобретений позволяет осуществлять полный контроль за функционированием светодиодов светофора, что положительно сказывается на его эксплуатационной надежности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Светодиодный светофор, содержащий N трансформаторов, первичные обмотки которых соединены последовательно и согласно и подключены через контакт сигнального реле и силовые электроды транзистора к источнику электропитания, а каждая из N вторичных обмоток через защитные диоды соединена с соответствующей группой К последовательно и согласно соединенных светодиодов, причем ко входу транзистора подключен генератор импульсов, отличающийся тем, что в него введен измеритель напряжения, а в каждую из N светодиодных групп введены К фотодиодов и К шунтирующих резисторов, где каждый из К светодиодов оптически связан с соответствующим К-ым фотодиодом, причем параллельно каждому из фотодиодов подключен шунтирующий резистор, а все фотодиоды представляют собой последовательную и согласно включенную электрическую цепь, соединенную со входами измерителя напряжения.2. Светодиодный светофор, содержащий N трансформаторов, первичные обмотки которых соединены последовательно и согласно и подключены через контакт сигнального реле и силовые электроды транзистора к источнику электропитания, а каждая из N вторичных обмоток через защитные диоды соединена с соответствующей группой К последовательно и согласно соединенных светодиодов, причем ко входу транзистора подключен генератор импульсов, отличающийся тем, что в него введен измеритель сопротивления, а в каждую из N светодиодных групп введены К фоторезисторов, где каждый из К светодиодов оптически связан с соответствующим из К фоторезисторов, которые соединены параллельно и подключены ко входам измерителя сопротивления.