ЦВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СВЕТОФОРА Российский патент 2010 года по МПК H05B37/02 

Изобретение относится к сигнальным устройствам, в частности к железнодорожным светофорам, содержащих несколько цветоизлучающих устройств, причем каждое цветоизлучающее устройство излучает световую энергию определенного цвета. Цвет излучаемой энергии информирует машиниста (водителя) о возможности двигаться по конкретному участку железнодорожного пути с определенной скоростью, либо о запрещении движения.

Известны железнодорожные цветоизлучающие устройства (ГОСТ Р 52282-2004), использующие стандартные двухнитевые сигнальные лампы со светофильтром, которые излучают световую энергию мощностью Р=35 Вт при напряжении питания U=12 B переменного тока.

Недостатком таких цветоизлучающих устройств являются: малый временной ресурс работы, определяемый временем работоспособности сигнальной лампы, приблизительно 40 суток, низкий КПД, широкая диаграмма направленности излучаемой энергии, невозможность обеспечения постоянного контраста излучаемой световой энергии при разных уровнях внешней освещенности в районе светофора.

Также известно цветоизлучающее устройство для группы электрических блоков по патенту ЕР 1777553 А1, принятое в качестве ближайшего аналога, состоящее из группы цветоизлучающих диодов (СИД), источника постоянного тока, средства блокировки, блока оценки работоспособности устройства, контрольного блока. В этом устройстве каждому СИД параллельно включено средство блокировки, состоящее из тиристора Т, двух резисторов R и конденсатора С, причем анод и катод тиристора соединены соответственно с анодом и катодом соответствующего СИД, к катоду тиристора подключен первым выводом конденсатор С и первый резистор R, а к управляющему электроду тиристора Т присоединены вторым выводом конденсатор С, первый резистор R и первым выводом второй резистор R, второй вывод второго резистора R подсоединен к аноду тиристора Т. Конденсатор С предотвращает случайное открывание тиристора Т при импульсном изменении напряжения в проводах, возникающего во время действия помехи. При неработоспособности СИД, проявляющейся в виде его короткого замыкания, падение напряжения ΔU на всей группе СИД уменьшается на величину падения напряжения ΔU_СИД1 одного СИД. При неработоспособности СИД, проявляющейся в виде обрыва, срабатывает средство блокировки, а именно включается параллельно включенный СИД тиристор (элемент блокировки), при этом падение напряжения на всей группе СИД уменьшается на величину ΔU_О:

ΔU_O=U_СИД1_U_T,

где U_СИД1 - падение напряжения на одном СИД, U_T - падение напряжения на одном тиристоре, находящемся в открытом состоянии.

Блок оценки определяет величину падения напряжения на всей группе последовательно соединенных СИД, которая однозначно определяется количеством неисправных в группе СИД. Если падение напряжения на всей группе СИД меньше определенной величины, то блок оценки вырабатывает управляющий сигнал, который посредством контрольного блока сообщает вышестоящему центру управления о функциональном состоянии группы СИД.

Основным недостатком цветоизлучающего устройства по европейскому патенту ЕР 1777553 А1 по заявке 05292232.5 является отсутствие средств автоматического регулирования величины мощности излучаемой световой энергии группой СИД в зависимости от уровня внешней освещенности в зоне светофора, что приводит к уменьшению контрастности вырабатываемого светового сигнала по отношению к яркости внешней освещенности в зоне светофора, например, при попадании солнечных лучей или луча прожектора электровоза на излучающую поверхность светофора.

Перед изобретением поставлена задача обеспечения круглосуточного постоянства величины контраста световой энергии, вырабатываемой цветоизлучающим устройством светофора, по отношению к яркости внешней освещенности в зоне светофора.

Задача, поставленная перед изобретением, достигается за счет того, что в цветоизлучающее устройство, состоящее из группы последовательно включенных светоизлучающих диодов (СИД), к которой параллельно подсоединена группа средств блокировки (СБ), причем к каждому СИД параллельно подсоединено средство блокировки (СБ), выполненное в виде тиристора, двух резисторов и конденсатора, причем анод и катод каждого СИД объединен соответственно с анодом и катодом упомянутого тиристора, при этом к катоду каждого тиристора подключен первым выводом конденсатор и первый резистор, а второй вывод первого резистора, конденсатора и первый вывод второго резистора объединены с управляющим электродом тиристора, второй вывод второго резистора подключен к аноду тиристора, генератора тока и блока оценки работоспособности устройства (БО), авторами к катоду последнего из указанной группы СИД присоединен сток первого транзистора, работающего в качестве генератора тока, исток и затвор этого транзистора подсоединен соответственно через третий и четвертый резистор к общему проводу цветоизлучающего устройства - "земле". К затвору первого транзистора подсоединен через пятый резистор выход фотоприемного канала, причем выходом фотоприемного канала является коллектор второго транзистора фотоприемного канала, к базе которого присоединен коллектор фототранзистора, при этом к коллектору второго транзистора, базе второго транзистора и базе фототранзистора подсоединены первым выводом соответственно шестой, седьмой и восьмой резисторы, а эмиттер второго транзистора и база фототранзистора подсоединены соответственно через девятый и десятый резистор к "земле", к которой также присоединен эмиттер фототранзистора. К коллектору второго транзистора присоединен через одиннадцатый резистор вход регулируемой нагрузки, причем входом регулируемой нагрузки является затвор третьего транзистора, который через двенадцатый резистор присоединен к "земле". К стоку третьего транзистора присоединены первым выводом тринадцатый и четырнадцатый резисторы. Ко второму выводу четырнадцатого резистора присоединены первым выводом пятнадцатый резистор и затвор четвертого транзистора, к истоку которого подсоединен первым выводом шестнадцатый резистор, при этом второй вывод пятнадцатого, шестнадцатого резисторов и исток третьего транзистора соединен с "землей". К аноду первого из указанной группы СИД подсоединен выход нестабилизированного напряжения источника питания, причем выходом нестабилизированного напряжения является первый вывод дросселя, к которому также подсоединен первым выводом семнадцатый резистор и третий конденсатор. Ко второму выводу семнадцатого резистора присоединены первым выводом четвертый конденсатор, катод стабилитрона и вторым выводом шестой, седьмой и восьмой резисторы. Ко второму выводу дросселя присоединен сток четвертого транзистора, первым выводом пятый конденсатор и выход положительного напряжения первого и второго выпрямительного моста, при этом другой выход первого и второго выпрямительного моста, анод стабилитрона, второй вывод третьего, четвертого и пятого конденсатора соединен с "землей". К первому входу первого выпрямительного моста через введенный первый предохранитель подсоединен первый выход вторичной обмотки первого трансформатора. К первому входу второго выпрямительного моста присоединен первый вывод вторичной обмотки второго трансформатора, при этом вторые выводы вторичных обмоток первого и второго трансформатора объединены и через второй предохранитель подсоединены ко второму входу первого и второго выпрямительного моста. К стоку первого транзистора подсоединен затвор пятого транзистора и первым выводом восемнадцатый резистор, при этом сток пятого транзистора присоединен к первому выводу дросселя, а к истоку пятого транзистора подключены первым выводом девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый резисторы. Ко второму выводу восемнадцатого резистора присоединены затвор шестого транзистора и первым выводом двадцать второй резистор, при этом второй вывод девятнадцатого, двадцать второго резисторов и исток шестого транзистора соединены с "землей". К стоку шестого транзистора присоединены первым выводом двадцать третий и двадцать четвертый резисторы, второй вывод двадцать третьего резистора объединен с первым выводом дросселя. К коллектору второго транзистора присоединен анодом первый диод, к катоду которого подсоединен первым выводом двадцать пятый резистор, ко второму выводу которого присоединен затвор седьмого транзистора, а также первый вывод двадцать шестого резистора и шестого конденсатора. Сток седьмого транзистора объединен с первым выводом дросселя, а к истоку этого транзистора присоединены первым выводом двадцать седьмой и двадцать второй резисторы, при этом второй вывод двадцать шестого, двадцать восьмого резисторов и шестого конденсатора соединены с "землей". Ко второму выводу двадцатого, двадцать четвертого и двадцать седьмого резисторов присоединены анодом соответственно второй, третий и четвертый диод, причем катоды этих диодов объединены. Ко второму выводу двадцать первого резистора присоединены первым выводом двадцать девятый резистор и седьмой конденсатор, ко второму выводу двадцать девятого резистора присоединен анод светодиода первого оптрона, при этом катод этого светодиода и второй вывод седьмого конденсатора соединены с "землей", а сток и исток транзистора первого оптрона присоединены соответственно к первому входу первого выпрямительного моста и второму выводу вторичной обмотки первого трансформатора. К катодам второго, третьего и четвертого диодов подсоединены первым выводом тридцатый, тридцать первый резисторы и восьмой конденсатор, ко второму выводу тридцатого и тридцать первого резисторов подсоединены соответственно анод светодиода второго и третьего оптронов, при этом катоды светодиодов второго и третьего оптронов соединены с "землей", а стоки транзисторов второго и третьего оптронов соответственно присоединены к первому входу первого и второго выпрямительного мостов, истоки транзисторов второго и третьего оптронов объединены со вторым входом первого и второго выпрямительных мостов.

Кроме того, к стоку первого транзистора может быть подсоединен затвор восьмого транзистора и первым выводом тридцать второй резистор, при этом сток восьмого транзистора присоединен к первому выводу дросселя, а к его истоку подключены первым выводом тридцать третий, тридцать четвертый и тридцать пятый резисторы. Ко второму выводу тридцать второго резистора присоединены затвор девятого транзистора и первым выводом тридцать шестой резистор, при этом второй вывод тридцать третьего, тридцать шестого резистора и исток девятого транзистора соединены с "землей". К стоку девятого транзистора присоединены первым выводом тридцать седьмой и тридцать восьмой резисторы, при этом второй вывод тридцать седьмого резистора объединен с первым выводом дросселя. К коллектору второго транзистора присоединен анодом пятый диод, к катоду которого подсоединен первым выводом тридцать девятый резистор, ко второму выводу которого присоединен затвор десятого транзистора, а также первый вывод сорокового резистора и девятого конденсатора. Сток десятого транзистора объединен с первым выводом дросселя, а к истоку этого транзистора присоединены первым выводом сорок первый и сорок второй резисторы, при этом второй вывод сорокового, сорок второго резисторов и девятого конденсатора соединены с "землей". Ко второму выводу тридцать пятого, тридцать восьмого и сорок первого резисторов присоединены анодом соответственно шестой, седьмой и восьмой диод, катоды которых объединены. Ко второму выводу тридцать четвертого резистора присоединены первым выводом сорок третий резистор и десятый конденсатор, ко второму выводу сорок третьего резистора присоединен анод светодиода четвертого оптрона, при этом катод этого светодиода и второй вывод десятого конденсатора соединены с "землей", а сток и исток транзистора четвертого оптрона присоединены соответственно к первому входу первого выпрямительного моста и второму выводу вторичной обмотки первого трансформатора. К катодам шестого, седьмого и восьмого диодов подсоединены первым выводом сорок четвертый, сорок пятый резисторы и одиннадцатый конденсатор, ко второму выводу сорок четвертого и сорок пятого резисторов подсоединены соответственно анод светодиода пятого и шестого оптронов, при этом катоды светодиодов пятого и шестого оптронов соединены с "землей", а стоки транзисторов пятого и шестого оптронов соответственно присоединены к первому входу первого и второго выпрямительного мостов, истоки транзисторов пятого и шестого оптронов объединены со вторым входом первого и второго выпрямительных мостов.

Кроме того, к затвору первого транзистора через сорок шестой резистор может быть подсоединен вход блока коммутации, причем входом блока коммутации является сток транзистора седьмого оптрона (твердотельное реле), исток которого соединен с "землей". К аноду светодиода седьмого оптрона подсоединены первым выводом сорок седьмой резистор, двенадцатый конденсатор, сток одиннадцатого транзистора и анод светодиода восьмого оптрона, при этом исток транзистора и катод светодиода седьмого оптрона, исток одиннадцатого транзистора и второй вывод двенадцатого конденсатора присоединены к "земле". К затвору одиннадцатого транзистора присоединены первым выводом сорок восьмой и сорок девятый резисторы, при этом второй вывод сорок восьмого резисторов присоединен к "земле", а второй вывод сорок седьмого, сорок девятого резисторов и сток транзистора восьмого оптрона присоединены к первому выводу дросселя, при этом исток транзистора восьмого оптрона подсоединен к аноду К-го светоизлучающего диода.

Для повышения надежности работы светофора параллельно к каждому светоизлучающему светодиоду может быть подключено второе средство блокировки, содержащее тиристор в качестве элемента блокировки светоизлучающего диода, два резистора и конденсатор, причем анод и катод каждого СИД объединен соответственно с анодом и катодом соответствующего тиристора, при этом к катоду каждого тиристора подключен первым выводом конденсатор и первый резистор, а второй вывод первого резистора, конденсатора и первый вывод второго резистора объединены с управляющим электродом тиристора, второй вывод второго резистора подключен к аноду тиристора.

Для защиты оптоэлектронных элементов светофора от перенапряжений, возникающих в проводах питания, к первичной обмотке первого трансформатора TV могут быть параллельно подсоединены первый варистор Rv и первый супрессор VD, при этом к первичной обмотке второго трансформатора TV параллельно подсоединены второй варистор Rv и второй супрессор VD.

Техническим результатом изобретения является обеспечение круглосуточного постоянства величины контраста излучаемой световой энергии цветоизлучающим устройством светофора по отношению к яркости внешней освещенности в зоне светофора.

Дополнительным техническим результатом является повышение надежности работы светофора, проявляющейся в сохранении работоспособности светофора при одновременном обрыве отдельного СИД и параллельно ему включенном средстве блокировки, в сохранении контроля работоспособности цветоизлучающего устройства при неработающем одном канале оценки, а также в способности информирования вышестоящего центра управления о работе цветоизлучающего устройства светофора в предотказном режиме и о неработоспособности светофора.

На фиг.1 изображен вариант принципиальной схемы цветоизлучающего устройства светофора.

На фиг.2 изображена эпюра напряжений на выходе электронных блоков цветоизлучающего устройства светофора.

На фиг.1 приведен пример группы СИД1, состоящей из СИД1.1-СИД1.12, причем к группе СИД1 параллельно подсоединена группа СБ2, состоящая из СБ2.1-СБ2.12. Каждое СБ2.1-СБ2.12 содержит соответственно тиристор Т3.1-Т3.12, каждый первый резистор R4.1-4.12, каждый второй резистор R5.1-R5.12, каждый первый конденсатор С6.1-С6.12, авторами к катоду последнего из указанной группы СИД1 присоединен сток первого транзистора VT9, работающего в качестве ГТ7, исток и затвор первого транзистора VT9 подсоединен соответственно через третий и четвертый резисторы R10, R11 к "земле", к затвору первого транзистора VT9 подсоединен через пятый резистор R12 выход фотоприемного канала (ФК)13, причем выходом ФК13 является коллектор второго транзистора VT14, к базе которого присоединен коллектор фототранзистора VT15, при этом к коллектору, к базе второго транзистора Т14 и базе фототранзистора VT15 подсоединены первым выводом соответственно шестой, седьмой и восьмой резисторы R16, R17, R18, а эмиттер второго транзистора VT14 и база фототранзистора Т15 подсоединены соответственно через девятый и десятый резисторы R19, R20 к "земле", к которой также присоединен эмиттер фототранзистора VT15. К коллектору второго транзистора VT14 присоединен через одиннадцатый резистор R21 вход регулируемой нагрузки (РН)22, причем входом РН22 является затвор третьего транзистора Т23, который через двенадцатый резистор R24 присоединен к "земле". К стоку третьего транзистора VT23 присоединены первым выводом тринадцатый и четырнадцатый резисторы R25, R26. Ко второму выводу четырнадцатого резистора R26 присоединены первым выводом пятнадцатый резистор R27 и затвор четвертого транзистора VT28, к истоку которого подсоединен первым выводом шестнадцатый резистор R29, при этом второй вывод пятнадцатого, шестнадцатого резисторов R27, R29 и исток третьего транзистора VT23 соединены с "землей". К аноду первого из указанной группы СИД1 подсоединен выход нестабилизированного напряжения источника питания (И.П.)30 причем выходом нестабилизированного напряжения является первый вывод дросселя L31, к которому также подсоединены первым выводом семнадцатый резистор R32 и третий конденсатор С33. Ко второму выводу семнадцатого резистора R32 присоединены первым выводом четвертый конденсатор С34, катод стабилитрона VD35 и вторым выводом шестой, седьмой и восьмой резисторы R16, R17, R18. Ко второму выводу дросселя L31 присоединены сток четвертого транзистора VT28, первым выводом пятый конденсатор С36 и выход положительного напряжения первого и второго выпрямительных мостов VD37, VD39, при этом другой выход первого и второго выпрямительных мостов VD37, VD39, анод стабилитрона VD35, второй вывод третьего, четвертого и пятого конденсаторов С33, С34, С36 соединен с "землей". К первому входу первого выпрямительного моста VD37 через введенный первый предохранитель FU39 подсоединен первый выход вторичной обмотки первого трансформатора TV40. К первому входу второго выпрямительного моста VD39 присоединен первый вывод вторичной обмотки второго трансформатора TV41, при этом вторые выводы вторичных обмоток первого и второго трансформаторов TV40, TV41 объединены и через второй предохранитель FU42 подсоединены ко второму входу первого и второго выпрямительных мостов VD37, VD39. К стоку первого транзистора VT9 подсоединен затвор пятого транзистора VT43 и первым выводом восемнадцатый резистор R44, при этом сток пятого транзистора VT43 присоединен к первому выводу дросселя L31, а к истоку пятого транзистора VT43 подключены первым выводом девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый резисторы R45, R46, R47. Ко второму выводу восемнадцатого резистора R44 присоединены затвор шестого транзистора VT48 и первым выводом двадцать второй резистор R49, при этом второй вывод девятнадцатого, двадцать второго резисторов R45, R49 и исток шестого транзистора VT48 соединены с "землей". К стоку шестого транзистора VT48 присоединены первым выводом двадцать третий и двадцать четвертый резисторы R50, R51, второй вывод двадцать третьего резистора R50 объединен с первым выводом дросселя L31. К коллектору второго транзистора VT14 присоединен анодом первый диод VD52, к катоду которого подсоединен первым выводом двадцать пятый резистор R53, ко второму выводу которого присоединен затвор седьмого транзистора VT54, а также первый вывод двадцать шестого резистора R55 и шестого конденсатора С56. Сток седьмого транзистора VT54 объединен с первым выводом дросселя L31, а к истоку транзистора VT54 присоединены первым выводом двадцать седьмой и двадцать восьмой резисторы R57, R58 при этом второй вывод двадцать шестого, двадцать восьмого резисторов R55, R58 и шестого конденсатора С56 соединены с "землей". Ко второму выводу двадцатого, двадцать четвертого и двадцать седьмого резисторов R46, R51, R57 присоединены анодом соответственно второй, третий и четвертый диоды VD59, VD60, VD61, причем катоды этих диодов объединены. Ко второму выводу двадцать первого резистора R47 присоединен первым выводом седьмой конденсатор С62 и вход исполнительного устройства (ИУ) 63, причем входом ИУ63 является первый вывод двадцать девятого резистора R64, ко второму выводу которого присоединен анод светодиода первого оптрона DA65, при этом катод этого светодиода и второй вывод седьмого конденсатора С62 соединены с "землей", а сток и исток транзистора первого оптрона DA65 присоединены соответственно к первому входу первого выпрямительного моста VD37 и ко второму выводу вторичной обмотки первого трансформатора TV40. К катодам второго, третьего и четвертого диодов VD59, VD60, VD61 подсоединены первым выводом восьмой конденсатор С66, тридцатый и тридцать первый резисторы R67, R68, ко второму выводу тридцатого и тридцать первого резисторов R67, R68 подсоединены соответственно анод светодиода второго и третьего оптронов DA69, DA70, при этом катоды светодиодов второго, третьего оптронов DA69, DA70 и второй вывод восьмого конденсатора С66 соединены с "землей". Стоки транзисторов второго и третьего оптронов DA69, DA70 соответственно присоединены к первому входу первого и второго выпрямительных мостов VD37, VD38, истоки транзисторов второго и третьего оптронов DA69, DA70 объединены со вторым входом первого и второго выпрямительных мостов VD37, VD38. К стоку первого транзистора VT9 подсоединен затвор восьмого транзистора VT71 и первым выводом тридцать второй резистор R72, при этом сток восьмого транзистора VT71 присоединен к первому выводу дросселя L31, а к истоку восьмого транзистора VT71 подключены первым выводом тридцать третий, тридцать четвертый и тридцать пятый резисторы R73, R74, R75. Ко второму выводу тридцать второго резистора R72 присоединены затвор девятого транзистора VT76 и первым выводом тридцать шестой резистор R77, при этом второй вывод тридцать третьего, тридцать шестого резисторов R73, R77 и исток девятого транзистора VT76 соединены с "землей". К стоку девятого транзистора VT76 присоединены первым выводом тридцать седьмой и тридцать восьмой резисторы R78, R79, при этом второй вывод тридцать седьмого резистора R78 объединен с первым выводом дросселя L31. К коллектору второго транзистора VT14 присоединен анодом пятый диод VD80, к катоду которого подсоединен первым выводом тридцать девятый резистор R81, ко второму выводу которого присоединен затвор десятого транзистора VT82, а также присоединены первым выводом сороковой резистор R83 и девятый конденсатор С84. Сток десятого транзистора VT82 объединен с первым выводом дросселя L31, а к истоку десятого транзистора VT82 присоединены первым выводом сорок первый и сорок второй резисторы R85, R86, при этом второй вывод сорокового, сорок второго резисторов R83, R86 и девятого конденсатора С84 соединены с "землей". Ко второму выводу тридцать пятого, тридцать восьмого и сорок первого резисторов R75, R79, R85 присоединены анодом соответственно шестой, седьмой и восьмой диоды VD87, VD88, VD89, катоды которых взаимно объединены. Ко второму выводу тридцать четвертого резистора R74 присоединены первым выводом десятый конденсатор С90 и сорок третий резистор R91, ко второму выводу сорок третьего резистора R91 присоединен анод светодиода четвертого оптрона DA92, при этом катод этого светодиода и второй вывод десятого конденсатора С90 соединены с "землей", а сток и исток транзистора четвертого оптрона DA92 присоединены соответственно к первому входу первого выпрямительного моста VD37 и второму выводу вторичной обмотки первого трансформатора TV40. К катодам шестого, седьмого и восьмого диодов VD87, VD88, VD89 подсоединены первым выводом одиннадцатый конденсатор С93, сорок четвертый и сорок пятый резисторы R94, R95, ко второму выводу сорок четвертого и сорок пятого резисторов R94, R95 подсоединены соответственно анод светодиода пятого и шестого оптронов DA96, DA97, при этом катоды светодиодов пятого, шестого оптронов DA96, DA97 и второй вывод одиннадцатого конденсатора С93 соединены с "землей", а сток транзисторов пятого и шестого оптронов DA96, DA97 присоединены соответственно к первому входу первого и второго выпрямительного мостов VD37, VD38, исток транзисторов пятого и шестого оптронов DA96, DA97 объединены со вторым входом первого и второго выпрямительных мостов VD37, VD38. К затвору первого транзистора VT9 через сорок шестой резистор R98 подсоединен вход блока коммутации (БК)99, причем входом БК99 является сток транзистора седьмого оптрона DA100 (твердотельное реле), исток которого соединен с "землей". К аноду светодиода седьмого оптрона DA100 подсоединены первым выводом сорок седьмой резистор R101, двенадцатый конденсатор С102, сток одиннадцатого транзистора VT103 и анод светодиода восьмого оптрона DA104, при этом исток транзистора и катод светодиода седьмого оптрона DA100, исток одиннадцатого транзистора VT103 и второй вывод двенадцатого конденсатора С102 присоединены к "земле". К затвору одиннадцатого транзистора VT103 присоединены первым выводом сорок восьмой и сорок девятый резисторы R105, R106, при этом второй вывод сорок восьмого резистора R105 присоединен к "земле", а второй вывод сорок седьмого, сорок девятого резисторов R101, R106 и сток транзистора восьмого оптрона DA104 присоединены к первому выводу дросселя L31, при этом исток транзистора восьмого оптрона DA104 подсоединен к аноду К-го светоизлучающего диода СИД1. К группе СИД1 параллельно подсоединена вторая группа средств блокировки (СБ) 107, причем к СИД1.1-СИД1.12 параллельно подсоединено соответствующее СБ 107.1-СБ 107.12. При этом каждое СБ 107.1-СБ 107.12 содержит соответственно тиристор Т108.1-Т108.12, каждый первый резистор R109.1-R109.12, каждый второй резистор R110.1-R110.12, каждый первый конденсатор СП111.1-СП 111.12, причем анод и катод СИД1.1-СИД1.12 объединен с анодом и катодом соответствующего тиристора Т108.1-Т108.12, при этом к катоду тиристора Т108.1-Т108.12 подключен первым выводом соответствующий первый конденсатор С111.1-С111.12 и первый резистор R109.1-R109.12, а второй вывод первого резистора R109.1-R109.12, конденсатора С111.1-C111.12 и первый вывод второго резистора R110.1-R110.12 объединены с управляющим электродом тиристора Т108.1-108.12, а второй вывод второго резистора R110.1-R110.12 подключен к аноду тиристора Т108.1-Т108.12. К первичной обмотке первого TV40 параллельно подсоединены первый варистор Rv112 и первый супрессор VD113, а к первичной обмотке второго трансформатора TV41 параллельно подсоединены второй варистор Rv114 и второй супрессор VD115.

Работа цветоизлучающего устройства светофора показана на примере работы одной группы СИД1 одного цвета.

Цветоизлучающее устройство (см. фиг.1, 2) работает следующим образом. Для излучения световой энергии цветоизлучающим устройством определенного цвета (красный, желтый, зеленый, и т.д.) через огневое реле, расположенное на ближайшей железнодорожной станции (не указано), на первичную обмотку первого трансформатора TV40 источника питания (ИП)30 группы светоизлучающих светодиодов соответствующего цвета подается действующее значение напряжения U₁=220 B, при этом на вторичной обмотке этого трансформатора TV40 вырабатывается напряжение U₂, амплитуда которого определяется соотношением 1:

,

где U_D=3,3 B - падение напряжения на одном СИД1,

N=12 - количество последовательно соединенных СИД1,

ΔU_ГТ=4 В - падение напряжения на генераторе тока,

U_M=1 B - падение напряжения на диодах выпрямительного моста.

Напряжение U₂ с выхода первого выпрямительного моста VD37 после уменьшения пульсации фильтром C36-L31-C33 подается на анод первого СИД 1.1 и через семнадцатый резистор R32 на катод стабилитрона VD35. На катоде стабилитрона VD35 вырабатывается стабилизированное напряжение U_CT для питания фотоприемного канала ФК13, реализованного на втором транзисторе VT14 и фототранзисторе VT15. Величина тока через светодиоды СИД1.1-СИД1.12 пропорциональная величине тока коллектора фототранзистора VT15, в ночное время определяется восемнадцатым и девятнадцатым резисторами R18, R20. В другое время суток яркость свечения головки цветоизлучающим устройством определяется током коллектора фототранзистора VT15, величина которого пропорциональна освещенности пространства в непосредственной близости от светофора. Увеличение уровня освещенности пространства в непосредственной близости от светофора вызывает пропорциональное увеличение напряжения на коллекторе второго транзистора VT14 и на затворе первого транзистора VT9, включенного по схеме генератора тока. То есть увеличение освещенности пространства в зоне светофора вызывает увеличение величины тока накачки светодиодов I_СИД1, а уменьшение освещенности вызывает уменьшение величины тока I_СИД1 - В режиме ДСН (двойное снижение напряжения питания светофора) светодиодные железнодорожные светофоры должны обеспечить согласно СТО РЖД1.50.05-2007 величину излучаемой мощности Р_ДСН в пределах от 1% до 8% от минимального нормируемого значения излучаемой мощности P_H дневного режима. При уменьшении напряжения U₂ на первом выходе дросселя L31 в два раза одиннадцатый транзистор VT103 закрывается, при этом включаются светодиоды седьмого и восьмого оптронов DA100, DA104, вследствие этого открываются транзисторы седьмого и восьмого оптронов DA100, DA104. Транзистором восьмого оптрона DA104 шунтируются первые К светодиодов (в рассмотренном варианте К=9, это означает, что в вырабатывании световой энергии задействованы только три СИД1), а открытым транзистором седьмого оптрона DA100 уменьшается коэффициент передачи напряжения с выхода ФК13 на затвор первого транзистора VT9, что уменьшает ток I_СИД1 текущий через (N-K) СИД1, до необходимой величины.

Для предотвращения срабатывания огневого реле на железнодорожной станции при малой величине потребляемого тока светофором в ночном и ДСН режиме работы, осуществляется стабилизация величины потребляемой мощности светофором введением регулируемой нагрузки (РН)22 в виде четвертого транзистора VT28 с шестнадцатым резистором R29. Эта нагрузка включена параллельно выходам первого и второго выпрямительного моста VD37, VD38. Уменьшение уровня напряжения U на затворе первого транзистора VT9 вызывает увеличение напряжения U на стоке третьего транзистора VT23, вследствие чего увеличивается ток стока четвертого транзистора VT28. Таким образом, при разных величинах тока, потребляемого группой СИД1, поддерживается постоянство потребляемой мощности цветоизлучающим устройством светофора, что исключает размыкание огневого реле на железнодорожной станции в ночном или ДСН режимах при малой величине потребляемого тока группой СИД1.

Неработоспособность любого СИД1.1-СИД1.12 в виде короткого замыкания характеризуется увеличением напряжения U на стоке первого транзистора VT9 на величину U₁ (U₁ - падение напряжения на одном СИД1). При обрыве одного СИД1.i ступенчато увеличивается напряжение U на управляющем электроде тиристоров T_3i и T_99i параллельно включенных этому СИД1.i, вследствие чего тиристоры T_3i и T_99i открываются, при этом напряжение U на стоке первого транзистора VT4 увеличивается на величину ΔU=U_СИД-U_T (U_T - падение напряжения открытого тиристора T_3i, T_99i). Конденсаторы C_6i и C_99i предотвращают случайное открывание тиристоров T_3i и T_99i в случае скачков напряжения питания, возникающих вследствие наведенной в проводах помехи. Выход из работоспособного состояния следующего (второго по количеству) СИД1.i вызовет дальнейшее увеличение напряжения U_C на стоке первого транзистора VT9 на величину ΔU=UСИД1-U_T=U₁ и так далее. Выявление состояния цветоизлучающего устройства, при котором излучаемая им световая энергия меньше либо равна минимально допустимой величине по ГОСТу, осуществляется двухканальным БО8. Первый канал включает три пороговых элемента, реализованных на пятом, шестом и седьмом транзисторах VT43, VT48, VT54, а второй канал реализован на восьмом, девятом и десятом транзисторах VT71, VT76, VT82. В момент достижения напряжения на истоке транзисторов VT43 и VT71 величины U_П, соответствующей определенному количеству неработоспособных СИД1.i, срабатывает первый и четвертый оптроны (твердотельное реле) DA65 и DA92 исполнительного устройства (ИУ)69, которым пережигается первый предохранитель FU39, вследствие чего величина потребляемого тока цветоизлучающим устройством будет равна нулю. Такая величина потребляемого тока является извещением железнодорожной станции о работе головки светофора в предаварийном режиме. Железнодорожная станция, получив информацию о работе цветоизлучающим устройством в предаварийном режиме, осуществляет питание цветоизлучающего устройства через второй трансформатор TV41. Неработоспособность СИД1, количество которых превышает допустимое, характеризуется уровнем напряжения U_П1 на истоке седьмого и одиннадцатого транзистора VT43, VT71 больше величины U_П. Величина напряжения U_П1 на истоке седьмого и одиннадцатого транзистора VT43, VT71 также формируется в случае обрыва любого участка цепи: сток первого транзистора VT9 - "земля" или при неисправности участка цепи: сорок шестой резистор R98 - транзистор седьмого оптрона DA100 - "земля" в виде короткого замыкания. Также при коротком замыкании первого транзистора VT9, обрыве фототранзистора VT15, или при одновременном выходе из строя одного СИД1.i и двух его устройств блокировки УБ2.i, УБ106.i, или при обрыве полевого транзистора седьмого оптрона DA100 в режиме ДСН, на коллекторе шестого и девятого транзисторов VT48, VT76 формируется напряжение U_П1. При пробое фототранзистора VT15 напряжение на коллекторе третьего транзистора VT14 также будет больше величины U_П1. В вышеперечисленных ситуациях открываются транзисторы второго и пятого оптрона (твердотельные реле) DA68 и DA70 или транзисторы третьего и шестого оптронов DA96 и DA97, которыми пережигается второй предохранитель FU42. При этом величина потребляемого тока цветоизлучающем устройством светофора I_CB=0, что фиксируется на железнодорожной станции, как сообщение о неработоспособности всего светофора. Шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый конденсаторы С56, С62, С66, С84, С90, С93, С102 предназначены для исключения срабатывания всех оптронов (твердотельных реле) в переходный период, возникающий при включении питания. Для защиты цветоизлучающего устройства от перенапряжения в проводах питания используются подсоединенные параллельно первичной обмотке первого трансформатора TV40 варистор Rv111 с супрессором VD112, а подсоединенные параллельно первичной обмотке второго трансформатора TV41 второй варистор Rv113 и второй супрессор VD114.

В цветоизлучающем устройстве светофора для повышения надежности и срока длительности его работы использованы по две группы средств блокировки СБ2, СБ107 для СИД1, а для повышения надежности пережигания каждого предохранителя используются по два оптрона (твердотельное реле) DA65 и DA92, DA68 и DA70 или DA96 и DA97.

В заключении можно сделать вывод о том, что при работе цветоизлучающего устройства светофора осуществляется автоматический непрерывный контроль его работоспособности, круглосуточное обеспечение необходимого соотношения величины излучаемой световой энергии цветоизлучающим устройством светофора к уровню фона световой энергии в зоне светофора при всех режимах работы, информирование оператора на железнодорожной станции о предаварийном и неработоспособном состоянии цветоизлучающего устройства светофора.

Изобретение позволило получить технический результат, а именно: обеспечить круглосуточно постоянство величины контраста излучаемой световой энергии цветоизлучающим устройством светофора по отношению к яркости внешней освещенности в зоне светофора.

Также позволило сохранить работоспособность цветоизлучающего устройства при одновременном обрыве СИД и несрабатывании параллельно включенного ему одного средства блокировки, осуществлять контроль работоспособности цветоизлучающего устройства при одном неработающем канале оценки, информировать оператора на железнодорожной станции о предаварийном и неработоспособном состоянии цветоизлучающего устройства светофора.

Изобретение относится к сигнальным устройствам, в частности к железнодорожным светофорам. Цветоизлучающее устройство светофора состоит из группы последовательно включенных светоизлучающих диодов (СИД), к которой параллельно подсоединена группа средств блокировки (СБ), СБ состоит из тиристора, двух резисторов и конденсатора. К катоду последнего из указанной группы СИД присоединен сток первого транзистора, работающего в качестве генератора тока, исток и затвор которого подсоединен через третий и четвертый резистор к общему проводу цветоизлучающего устройства. Для повышения надежности работы светофора параллельно к каждому СИД подключено второе СБ. Для защиты оптоэлектронных элементов светофора от перенапряжений к первичной обмотке первого трансформатора TV параллельно подсоединены первый варистор Rv и первый супрессор VD, при этом к первичной обмотке второго трансформатора TV параллельно подсоединены второй варистор Rv и второй супрессор VD. Технический результат - сохранение работоспособности светофора при одновременном обрыве отдельного СИД и параллельно ему включенном СБ, сохранение контроля работоспособности цветоизлучающего устройства при неработающем одном канале оценки, способность информирования вышестоящего центра управления о работе цветоизлучающего устройства светофора в предотказном режиме. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Цветоизлучающее устройство светофора, состоящее из группы последовательно включенных светоизлучающих диодов (СИД), к которой параллельно подсоединена группа средств блокировки (СБ), причем к каждому СИД параллельно подсоединено средство блокировки (СБ), содержащее тиристор в качестве элемента блокировки СИД, два резистора и конденсатор, причем анод и катод каждого СИД объединен соответственно с анодом и катодом соответствующего тиристора, при этом к катоду тиристора подключен первым выводом конденсатор и первый резистор, а второй вывод конденсатора, первого резистора и первый вывод второго резистора объединен с управляющим электродом этого тиристора, второй вывод второго резистора подключен к аноду этого тиристора, генератора тока и блока оценки работоспособности устройства (БО), отличающееся тем, что к катоду последнего из указанной группы СИД присоединен сток первого транзистора, работающего в качестве генератора тока, исток и затвор этого транзистора присоединен соответственно через третий и четвертый резистор к общему проводу цветоизлучающего устройства, к затвору первого транзистора подсоединен через пятый резистор выход фотоприемного канала, причем выходом фотоприемного канала является коллектор второго транзистора фотоприемного канала, к базе которого присоединен коллектор фототранзистора, при этом к коллектору второго транзистора, базе второго транзистора и базе фототранзистора подсоединены первым выводом соответственно шестой, седьмой и восьмой резисторы, а эмиттер второго транзистора и база фототранзистора присоединены соответственно через девятый и десятый резистор к общему проводу, к которой также присоединен эмиттер фототранзистора, к коллектору второго транзистора присоединен через одиннадцатый резистор вход регулируемой нагрузки, причем входом регулируемой нагрузки является затвор третьего транзистора, который через двенадцатый резистор присоединен к общему проводу, к стоку третьего транзистора присоединены первым выводом тринадцатый и четырнадцатый резисторы, ко второму выводу четырнадцатого резистора присоединены первым выводом пятнадцатый резистор и затвор четвертого транзистора, к истоку которого подсоединен первым выводом шестнадцатый резистор, при этом второй вывод пятнадцатого, шестнадцатого резисторов и исток третьего транзистора соединены с общим проводом, к аноду первого из указанной группы СИД подсоединен выход нестабилизированного напряжения источника питания, причем выходом нестабилизированного напряжения является первый вывод дросселя, к которому также подсоединен первым выводом семнадцатый резистор и третий конденсатор, ко второму выводу семнадцатого резистора присоединены первым выводом четвертый конденсатор, катод стабилитрона и вторым выводом шестой, седьмой и восьмой резисторы, ко второму выводу дросселя присоединен сток четвертого транзистора, первым выводом пятый конденсатор и выход положительного напряжения первого и второго выпрямительного моста, при этом другой выход первого и второго выпрямительного моста, анод стабилитрона, второй вывод третьего, четвертого и пятого конденсатора соединен с общим проводом, к первому входу первого выпрямительного моста через введенный первый предохранитель подсоединен первый выход вторичной обмотки первого трансформатора, к первому входу второго выпрямительного моста присоединен первый вывод вторичной обмотки второго трансформатора, при этом вторые выводы вторичных обмоток первого и второго трансформатора объединены и через второй предохранитель подсоединены ко второму входу первого и второго выпрямительного моста, к стоку первого транзистора подсоединен затвор пятого транзистора и первым выводом восемнадцатый резистор, при этом сток пятого транзистора присоединен к первому выводу дросселя, а к истоку пятого транзистора подключены первым выводом девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый резисторы, ко второму выводу восемнадцатого резистора присоединены затвор шестого транзистора и первым выводом двадцать второй резистор, при этом второй вывод девятнадцатого, двадцать второго резисторов и исток шестого транзистора соединены с общим проводом, к стоку шестого транзистора присоединены первым выводом двадцать третий и двадцать четвертый резисторы, второй вывод двадцать третьего резистора объединен с первым выводом дросселя, к коллектору второго транзистора присоединен анодом первый диод, к катоду которого подсоединен первым выводом двадцать пятый резистор, ко второму выводу которого присоединен затвор седьмого транзистора, а также первый вывод двадцать шестого резистора и шестого конденсатора, сток седьмого транзистора объединен с первым выводом дросселя, а к истоку этого транзистора присоединены первым выводом двадцать седьмой и двадцать второй резисторы, при этом второй вывод двадцать шестого, двадцать восьмого резисторов и шестого конденсатора соединены с общим проводом, ко второму выводу двадцатого, двадцать четвертого и двадцать седьмого резисторов присоединены анодом соответственно второй, третий и четвертый диод, причем катоды этих диодов объединены, ко второму выводу двадцать первого резистора присоединены первым выводом двадцать девятый резистор и седьмой конденсатор, ко второму выводу двадцать девятого резистора присоединен анод светодиода первого оптрона, при этом катод этого светодиода и второй вывод седьмого конденсатора соединены с общим проводом, а сток и исток транзистора первого оптрона присоединены соответственно к первому входу первого выпрямительного моста и второму выводу вторичной обмотки первого трансформатора, к катодам второго, третьего и четвертого диодов подсоединены первым выводом тридцатый, тридцать первый резисторы и восьмой конденсатор, ко второму выводу тридцатого и тридцать первого резисторов подсоединены соответственно анод светодиода второго и третьего оптронов, при этом катоды светодиодов второго и третьего оптронов соединены с общим проводом, а стоки транзисторов второго и третьего оптронов соответственно присоединены к первому входу первого и второго выпрямительного мостов, истоки транзисторов второго и третьего оптронов объединены со вторым входом первого и второго выпрямительных мостов.

2. Цветоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что к стоку первого транзистора может быть подсоединен затвор восьмого транзистора и первым выводом тридцать второй резистор, при этом сток восьмого транзистора присоединен к первому выводу дросселя, а к его истоку подключены первым выводом тридцать третий, тридцать четвертый и тридцать пятый резисторы, ко второму выводу тридцать второго резистора присоединены затвор девятого транзистора и первым выводом тридцать шестой резистор, при этом второй вывод тридцать третьего, тридцать шестого резистора и исток девятого транзистора соединены с общим проводом, к стоку девятого транзистора присоединены первым выводом тридцать седьмой и тридцать восьмой резисторы, при этом второй вывод тридцать седьмого резистора объединен с первым выводом дросселя, к коллектору второго транзистора присоединен анодом пятый диод, к катоду которого подсоединен первым выводом тридцать девятый резистор, ко второму выводу которого присоединен затвор десятого транзистора, а также первый вывод сорокового резистора и девятого конденсатора, сток десятого транзистора объединен с первым выводом дросселя, а к истоку этого транзистора присоединены первым выводом сорок первый и сорок второй резисторы, при этом второй вывод сорокового, сорок второго резисторов и девятого конденсатора соединены с общим проводом, ко второму выводу тридцать пятого, тридцать восьмого и сорок первого резисторов присоединены анодом соответственно шестой, седьмой и восьмой диод, катоды которых объединены, ко второму выводу тридцать четвертого резистора присоединены первым выводом сорок третий резистор и десятый конденсатор, ко второму выводу сорок третьего резистора присоединен анод светодиода четвертого оптрона, при этом катод этого светодиода и второй вывод десятого конденсатора соединены с общим проводом, а сток и исток транзистора четвертого оптрона присоединены соответственно к первому входу первого выпрямительного моста и второму выводу вторичной обмотки первого трансформатора, к катодам шестого, седьмого и восьмого диодов подсоединены первым выводом сорок четвертый, сорок пятый резисторы и одиннадцатый конденсатор, ко второму выводу сорок четвертого и сорок пятого резисторов подсоединены соответственно анод светодиода пятого и шестого оптронов, при этом катоды светодиодов пятого и шестого оптронов соединены с общим проводом, а стоки транзисторов пятого и шестого оптронов соответственно присоединены к первому входу первого и второго выпрямительного мостов, истоки транзисторов пятого и шестого оптронов объединены со вторым входом первого и второго выпрямительных мостов.

3. Цветоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что к затвору первого транзистора через сорок шестой резистор подсоединен вход блока коммутации, причем входом блока коммутации является сток транзистора седьмого оптрона (твердотельное реле), исток которого соединен с общим проводом, к аноду светодиода седьмого оптрона подсоединены первым выводом сорок седьмой резистор, двенадцатый конденсатор, сток одиннадцатого транзистора и анод светодиода восьмого оптрона, при этом исток транзистора и катод светодиода седьмого оптрона, исток одиннадцатого транзистора и второй вывод двенадцатого конденсатора присоединены к общему проводу, к затвору одиннадцатого транзистора присоединены первым выводом сорок восьмой и сорок девятый резисторы, при этом второй вывод сорок восьмого резисторов присоединен к общему проводу, а второй вывод сорок седьмого, сорок девятого резисторов и сток транзистора восьмого оптрона присоединены к первому выводу дросселя, при этом исток транзистора восьмого оптрона подсоединен к аноду K-го светоизлучающего диода.

4. Цветоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что к группе последовательно включенных светоизлучающих диодов (СИД), параллельно подсоединена вторая группа средств блокировки (СБ), причем к каждому СИД параллельно подсоединено второе средство блокировки (СБ), содержащее тиристор в качестве элемента блокировки светоизлучающего диода, два резистора и конденсатор, причем анод и катод каждого СИД объединен соответственно с анодом и катодом соответствующего тиристора, при этом к катоду тиристора подключен первым выводом конденсатор и первый резистор, а второй вывод конденсатора, первого резистора и первый вывод второго резистора объединен с управляющим электродом этого тиристора, второй вывод второго резистора R подключен к аноду этого тиристора.

5. Цветоизлучающее устройство по п.1, отличающееся тем, что к первичной обмотке первого трансформатора TV параллельно подсоединены первый варистор Rv и первый супрессор VD, а к первичной обмотке второго трансформатора TV параллельно подсоединены второй варистор Rv и второй супрессор VD.