АЭРОДРОМНОЕ СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ Российский патент 2013 года по МПК H05B37/03 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу, блоку и системе для подачи электроэнергии к системе светодиодного освещения аэродромов.

Предшествующий уровень техники

В аэропортах системы освещения используют для наведения самолетов при приземлении и выруливании. Эти системы освещения имеют большое количество источников света, и очень важно, чтобы они функционировали надежно, и чтобы поврежденные источники света заменялись быстро, особенно в периоды низкой видимости. Иными словами, последствия упущения самолетом сигнала на выруливание или остановку могут быть гибельными. Поскольку визуальное обследование источников света повышает риск несчастного случая и рост затрат, были разработаны автоматические системы отслеживания ламп.

Источники света в этих системах освещения часто соединяют в так называемые последовательные схемы, в которых используется изолирующий трансформатор для каждого источника света. Такие источники света соединяются последовательно через силовой кабель и снабжаются электроэнергией посредством источника питания постоянного тока от регулятора постоянного тока (CCR). Как правило, в качестве источников света используют стандартные лампы, но поскольку цена светоизлучающих диодов (СИД) понижается, СИД становятся более общеупотребительными. Поскольку на СИД, как правило, нужно подавать электрический ток, отличный от тока для традиционных ламп, необходимы новые источники электропитания.

В документе US 2005/0030192, например, раскрывается источник электропитания для аэродромного освещения на СИД, и он включает в себя регулируемый источник электропитания с силовым входом, сигнальным входом управления СИД и силовым выходом. Силовой вход сконфигурирован таким образом, чтобы он был соединен с источником электропитания, сигнальный вход управления СИД сконфигурирован таким образом, чтобы СИД принимал сигнал управления, силовой выход сконфигурирован таким образом, чтобы ток приведения в действие СИД подавался к одному или нескольким СИД, а регулируемый источник электропитания сконфигурирован для регулирования тока приведения в действие СИД, исходя из управляющего сигнала СИД. Регулируемый источник электропитания также включает в себя процессор, имеющий чувствительный по току вход и выход для сигнала управления СИД, соединенный с сигнальным входом управления СИД регулируемого источника электропитания. Чувствительный по току вход сконфигурирован таким образом, чтобы он принимал сигнал, соответствующий токовой цепи аэродрома. Процессор запрограммирован на определение сигнала управления СИД, исходя из входного сигнала, чувствительного по току. Управляющий сигнал СИД определяют таким образом, чтобы можно было обеспечить наличие у СИД относительно низкой интенсивности, приблизительно равной относительной интенсивности источника света ламп накаливания, приводимого в действие в токовой цепи аэродрома.

Настоящие решения для подачи электропитания на аэродромный осветительный блок на основе СИД часто бывают довольно сложными и дорогостоящими. Другая проблема состоит в том, что СИД не обладают теми же нагрузочными характеристиками, что и лампы, что приводит к более нестабильной нагрузке для токовой цепи аэродрома или регулятора постоянного тока.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование вышеуказанных устройств и уровня техники.

Конкретная задача состоит в обеспечении рентабельного способа подачи электроэнергии к СИД применительно к аэродромному освещению.

Эти и другие задачи, а также преимущества, которые будут ясны из следующего описания настоящего изобретения, достигаются с помощью способа, блока аэродромного освещения и системы аэродромного освещения согласно соответствующим независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные варианты воплощения заданы в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предложен способ подачи электроэнергии к СИД в блоке аэродромного освещения, содержащий этапы, на которых: подают переменный ток постоянной величины к выпрямителю, выпрямляют переменный ток в выпрямленный ток, осуществляют широтно-импульсную модуляцию выпрямленного тока, заряжают конденсатор с помощью широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока, и подают энергию к СИД от конденсатора.

Способ согласно изобретению обладает преимуществом, состоящим в том, что он обеспечивает стабильную нагрузку для обеспечения переменного электрического тока. Это означает, что снижается риск нестабильной эксплуатации регулятора постоянного тока, который обеспечивает ток. Вкратце, стабильная нагрузка достигается за счет создания более резистивной характеристики нагрузки, т.е. имитации нагрузочных характеристик лампы с коэффициентом мощности, близким к единице, несмотря на то, что для СИД необходим выпрямленный ток. Более того, решение является достаточно простым и предполагает рентабельное воплощение.

Этап широтно-импульсной модуляции выпрямленного тока может включать в себя определение продолжительности включения широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока, в зависимости от любого из переменного тока постоянной величины и выпрямленного тока.

При определении продолжительности включения, может быть определена продолжительность включения, пропорциональная мгновенному значению любого из переменного тока постоянной величины и выпрямленного тока.

Этап широтно-импульсной модуляции выпрямленного тока может включать в себя определение продолжительности включения широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока, в зависимости от напряжения на конденсаторе.

При определении продолжительности включения, продолжительность включения может быть повышена, если напряжение на конденсаторе ниже опорного значения напряжения, и продолжительность включения может быть понижена, если напряжение на конденсаторе выше опорного значения напряжения. Это означает, что повышенная подзарядка конденсатора достигается при повышении подачи энергии на СИД, и наоборот.

Этап широтно-импульсной модуляции выпрямленного тока может включать в себя этап, на котором определяют продолжительность включения широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока, в зависимости от того, сколько времени прошло с того момента, как началась зарядка конденсатора.

При определении продолжительности включения, продолжительность включения можно плавно повышать до истечения заданного времени с момента начала зарядки конденсатора. Это приводит к ухудшению емкостной характеристики при начальной зарядке конденсатора. Этап подачи на СИД энергии от конденсатора можно начинать, только когда блок управления для широтно-импульсной модуляции выпрямленного тока приводится в действие.

Этап подачи на СИД электроэнергии от конденсатора может включать в себя широтно-импульсную-модуляцию тока, протекающего от конденсатора на СИД.

Способ согласно изобретению может дополнительно включать в себя этап, на котором отслеживают любое из напряжения на СИД или тока, протекающего через СИД.

Этап отслеживания любого из напряжения на СИД и тока через СИД может дополнительно включать в себя этап, на котором передают сигнал, наложенный на переменный ток постоянной величины, соответствующий любому из отслеживаемого напряжения на СИД или тока через СИД. Это является преимуществом, состоящим в том, что можно обнаруживать неисправный СИД.

Способ согласно изобретению может дополнительно включать в себя этап, на котором передют сигнал, наложенный на переменный ток постоянной величины для управления любым из состояний включения, выключения и силой света СИД.

Согласно другому аспекту изобретения обеспечен блок аэродромного освещения, содержащий выпрямитель с входом для переменного тока постоянной величины, причем выпрямитель сконфигурирован таким образом, что в нем переменный ток постоянной величины изменяется (преобразуется) в выпрямленный ток, широтно-импульсный модулятор, соединенный с выпрямителем и модулирующий выпрямленный ток, конденсатор, соединенный с широтно-импульсным модулятором и заряжаемый посредством модулированного выпрямленного тока, и СИД, соединенный с конденсатором, с которого на него подается электроэнергия.

Блок аэродромного освещения согласно изобретению может содержать любой из признаков, описанных выше применительно к способу согласно изобретению, и обладает соответствующими преимуществами.

Согласно еще одному аспекту изобретения обеспечена система освещения аэродрома, содержащая множество блоков освещения аэродрома согласно изобретению, соединенных последовательно с регулятором постоянного тока.

Как известно из уровня техники, продолжительность включения задается как соотношение между периодом времени, в течение которого ток является ненулевым, и периодом формы волны тока. Следует отметить, что ток не должен обязательно иметь квадратную форму волны.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичное изображение системы освещения аэродрома, и

Фиг. 2 - схематичное изображение блока освещения аэродрома.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Система мониторинга аэродромного освещения включает в себя несколько контуров 2 (фиг. 1) подачи тока для СИД 4, но только один из контуров 2 полностью показан на чертеже. Каждый СИД 4 соединен с соответствующим ему контуром 2 через вторичную обмотку 5 изолирующего трансформатора 6, первичная обмотка 8 которого соединена последовательно с контуром подачи тока, и через переключатель светового контрольного устройства (LMS) 10. Каждый контур подачи тока 2 снабжается регулятором тока постоянной величины (CCR) 12 через модем последовательной схемы (SCM) 14. Блок концентратора(CU) 16 соединен последовательно или в конфигурации сетевой связи с группой 18 блоков связи (модем последовательной схемы).

Блок 16 CU и связанные с ним элементы, описанные выше, вместе образуют субблок 20, который может быть предназначен, например, для определенной части осветительной системы аэропорта. Осветительная система может включать в себя требуемое количество аналогичных субблоков, некоторые из которых указаны как 20' и 20".

Блоки 16 CU в субблоках соединены с центральным блоком 22 концентратора через последовательную связь или сеть.

Центральный блок 22 CU может быть соединен с компьютером 24 с дисплеем 25. Компьютер 24 может быть дополнительно соединен с другими системами, например, через локальную вычислительную сеть (ЛВС) 26. Блок 22 и компьютер 24 могут быть, например, локализованы в диспетчерском зале 27, или в любом другом подходящем месте.

Блок 14 SCM детектирует отклики с модулей LMS и сообщает адреса неотвечающих модулей через локальный блок 16 CU на центральный блок 22 концентратора. В центральном блоке 22 концентратора хранятся адреса в базе данных, доступной для компьютера 24, находящегося в диспетчерском зале 27.

На дисплее 25 может быть отображен статус СИД 4, такой как сила света и состояние включено/выключено, и местоположение каждого СИД. В центральном блоке 22 концентратора через компьютер 24 могут быть заданы различные критерии аварийных сигналов.

Связь между модулями LMS и соответствующим блоком связи осуществляется за счет высокочастотных сигналов, налагающихся на ток с частотой 50 или 60 Гц в силовом кабеле.

На Фиг. 2 показан блок 7 освещения аэродрома, который включает в себя модуль 10 LMS с СИД 4, включенным в цепь с вторичной обмоткой 5 изолирующего трансформатора 6. LMS включает в себя преобразователь 39, который содержит трансформатор 48 и стандартный выпрямитель 40.

Изолирующий трансформатор 6 известным образом преобразует переменный ток I_m, подаваемый регулятором 12 постоянного тока, во вторичный ток I_{m_s} сети, который подают на трансформатор 48. Трансформатор 48 постепенно снижает вторичный ток I_{m_s} сети до вторичного тока I₃, который подают на выпрямитель 40, который, в свою очередь, преобразует переменный вторичный ток I₃ в выпрямленный ток I_n. Коэффициент трансформации выбирают в соответствии с энергетическими потребностями модуля 10 LMS и СИД 4.

Выпрямитель 40 соединяют с конденсатором 43 через широтно-импульсный модулятор 41, который модулирует выпрямленный ток I_r и подает широтно-импульсно модулированный ток I_ШИМ на конденсатор 43. Конденсатор 43, в свою очередь, соединяют с нагрузкой 11 в форме СИД 4 через второй широтно-импульсный модулятор 42, который модулирует ток нагрузки L, который протекает от конденсатора 43 к нагрузке 11. Между первым широтно-импульсным модулятором 41 и конденсатором 43 находится диод 45, установленный для обеспечения того, чтобы ток от конденсатора 43 мог течь от конденсатора 43 не в первый широтно-импульсный модулятор 41, но только во второй широтно-импульсный модулятор 42, а впоследствии на нагрузку 11.

Второй широтно-импульсный модулятор 42 соединяют последовательно с нагрузкой 11 и резистором 44. Первый широтно-импульсный модулятор 41 подключают параллельно к конденсатору 43, между выпрямителем 40 и конденсатором 43. Оба широтно-импульсных модулятора 41, 42 управляются стандартным образом посредством блока 32 управления, в который встроен микропроцессор. Вкратце, каждый модулятор 41, 42 представляет собой простой переключатель, который размыкается или замыкается в зависимости от желательной продолжительности включения, т.е. более длительный период замыкания переключателя в первом модуляторе 41 приводит к более короткой продолжительности включения тока I_ШИМ, тогда как более длительный период замыкания переключателя во втором модуляторе 42 приводит к более длительной продолжительности включения тока I_L.

Средства 46 датчика тока установлены для обнаружения выпрямленного тока I_r и передачи сигнала, отображающего текущее значение выпрямленного тока I_r, в блок 32 управления. Средства датчика 47 напряжения установлены для обнаружения напряжения U_c на конденсаторе 43 и передачи сигнала, отображающего это напряжение, в блок 32 управления.

Более того, выпрямитель 36 подключают для приема сигнала из блока 14 SCM и направления его в блок 32 управления. Типичные сигналы отображают желаемую силу света СИД, состояние «включено» и состояние «выключено» СИД. Модуль 10 LMS также содержит блок питания постоянного тока (не показан) для блока 32 управления и приемника 36. С блоком 32 управления также соединяют адресную память 34 для хранения данных, относящихся к единственному блоку 7 освещения аэродрома, о котором идет речь. Приемник 36 и адресная память 34 сообщаются с блоком 14 SCM и блоком 32 управления способом, известным из уровня техники.

Когда блок 7 освещения аэродрома должен быть приведен в действие, необходимо ввести в действие блок 32 управления. Перед тем, как блок 32 управления будет включен и станет полностью работоспособным, следует замкнуть переключатель 41 или генерировать минимальную продолжительность включения широтно-импульсной модуляции для тока I_ШИМ. Когда блок 32 управления приведен в действие, первый широтно-импульсный модулятор 41 вводят в действие посредством блока 32 управления таким образом, чтобы продолжительность включения зависела от текущего значения выпрямленного тока I_r, напряжения на конденсаторе U_c и от того, сколько времени прошло с начала зарядки конденсатора 43. Это означает, что блок 32 управления также сконфигурирован для отслеживания того, сколько времени прошло с начала зарядки конденсатора 43, т.е. отслеживания того, сколько времени прошло с начала работы первого широтно-импульсного модулятора 41.

Точнее говоря, более высокое текущее значение выпрямленного тока I_r приводит к более длительной продолжительности включения, и наоборот. Напряжение на конденсаторе U_c, более низкое, чем опорное напряжение, приводит к более длительной продолжительности включения, тогда как напряжение на конденсаторе U_c, более высокое, чем опорное напряжение, приводит к более короткой продолжительности включения. Короткий промежуток времени с начала зарядки конденсатора 43 приводит к постепенному увеличению продолжительности включения, с минимизацией емкостных характеристик, тогда как длительный отрезок времени вообще не влияет на продолжительность включения. Иными словами, продолжительность включения тока I_ШИМ определяется использованием следующих параметров на входе: выпрямленного тока I_r, напряжения на конденсаторе U_c и значения, отображающего, сколько времени прошло с момента начала зарядки конденсатора 43. Соотношение между текущим значением выпрямленного тока I_r, опорным значением напряжения конденсатора и отрезком времени, обсуждаемым выше, каждый раз устанавливается эмпирически и/или теоретически, и, конечно, зависит от типа конденсатора, СИД, и т.д.

Модифицируя продолжительность включения тока нагрузки I_L, можно достигнуть предпочтительной силы света СИД. Вкратце, длительная продолжительность включения I_L приводит к повышенной силе света СИД 4, тогда как относительно короткая продолжительность включения I_L приводит к относительно низкой силе света СИД, т.е. сила света СИД пропорциональна продолжительности включения тока нагрузки I_L.

Когда СИД излучает свет, полная продолжительность включения тока нагрузки I_L имеет такую высокую частоту, что человеческий глаз не различает никакого мерцания СИД 4.

Блок 32 управления также отслеживает напряжение на СИД и ток через СИД в целях детектирования неисправностей СИД. Напряжение сравнивается со значением опорного напряжения, а ток с опорным значением тока, и, если любое из измеренных значений сильно отклоняется от его соответствующего опорного значения, LMS 10 передает сигнал, указывающий на неисправность СИД, через SCM 14 и CU 16 на центральный блок 22 концентратора. Разумеется, сигнал, отображающий напряжение на СИД и ток через СИД, можно передавать на центральный блок 22 концентратора для последующего определения того, отклоняется ли значение напряжения/тока от опорного значения.

Следует отметить, что широтно-импульсная модуляция сама по себе является частью уровня техники. Ее применяют для выпрямления тока, трансформации, а также измерения тока и напряжения.

Изобретения относятся к способам и устройствам освещения аэродрома. Технический результат - упрощение и повышение стабильности работы. Способ содержит этапы, на которых: подают переменный ток (I_s) постоянной величины на выпрямитель, выпрямляют переменный ток (U) в выпрямленный ток (I_r), осуществляют широтно-импульсную модуляцию выпрямленного тока (I_r), заряжают конденсатор с помощью широтно-импульсного-модулированного выпрямленного тока (I_r), и подают на СИД энергию от конденсатора. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ подачи электроэнергии к светодиоду (СИД) (4) в блоке (7) освещения аэродрома, содержащий этапы, на которых подают переменный ток (I_S) постоянной величины к выпрямителю (40), выпрямляют переменный ток (I_S) в выпрямленный ток (I_r), осуществляют широтно-импульсную модуляцию выпрямленного тока (I_r), заряжают конденсатор (43) с помощью широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока (I_r) и подают энергию к СИД (4) от конденсатора (43), отличающийся тем, что на этапе широтно-импульсной модуляции выпрямленного тока (I_r) определяют продолжительность включения широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока (I_r) в зависимости от напряжения на конденсаторе (U_c).

2. Способ по п.1, в котором на этапе широтно-импульсной модуляции выпрямленного тока (I_r) определяют продолжительность включения широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока (I_r) в зависимости от любого из переменного тока (I_S) постоянной величины или выпрямленного тока (I_r).

3. Способ по п.2, в котором продолжительность включения определяют как пропорциональную текущему значению любого из переменного тока (I_S) постоянной величины и выпрямленного тока (I_r).

4. Способ по п.1, в котором при определении продолжительности включения продолжительность включения повышают, если напряжение на конденсаторе (U_c) становится ниже опорного значения напряжения, и в котором продолжительность включения понижают, если напряжение на конденсаторе (U_c) становится выше значения опорного напряжения.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором на этапе широтно-импульсной модуляции выпрямленного тока (I_r) определяют продолжительность включения широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока (I_r) в зависимости от того, сколько времени прошло с момента начала зарядки конденсатора (43).

6. Способ по п.5, в котором при определении продолжительности включения, продолжительность включения постепенно повышают до достижения заданного времени прошедшего с момента начала зарядки конденсатора (42).

7. Способ по любому из пп.1-4, в котором этап подачи энергии на СИД (4) от конденсатора (43) начинают, только когда блок (32) управления для широтно-импульсного модулирования выпрямленного тока приводится в действие.

8. Способ по любому из пп.1-4, в котором этап подачи энергии на СИД (4) от конденсатора (43) включает в себя широтно-импульсную модуляцию тока (I_L), протекающего от конденсатора (43) к СИД (4).

9. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно включающий в себя этап, на котором отслеживают любое из напряжения на СИД (U_L) и тока через СИД (I_L).

10. Способ по п.9, дополнительно включающий в себя этап, на котором передают сигнал, наложенный на переменный ток (I_s) постоянной величины, отображающий любое из отслеживаемого напряжения на СИД (U_L) и тока, протекающего через СИД (I_L).

11. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий этап, на котором передают сигнал, наложенный на переменный ток (I_s) постоянной величины, для управления любым из состояний включения или выключения и силой света СИД (4).

12. Блок освещения аэродрома, содержащий выпрямитель (40) с входом для переменного тока постоянной величины, сконфигурированный для изменения (преобразования) переменного тока (I_s) постоянной величины в выпрямленный ток (I_r), широтно-импульсный модулятор (41), соединенный с выпрямителем (40) и модулирующий выпрямленный ток (I_r), конденсатор (43), соединенный с широтно-импульсным модулятором (41) и заряжаемый за счет модулируемого выпрямленного тока (I_ШИМ), и СИД (4), соединенный с конденсатором (43) и запитываемый от него электроэнергией, отличающийся тем, что широтно-импульсный модулятор (41) сконфигурирован для определения продолжительности включения широтно-импульсно-модулируемого выпрямленного тока (I_r) в зависимости от напряжения на конденсаторе (U_c).

13. Блок освещения аэродрома по п.12. в котором широтно-импульсный модулятор (41) сконфигурирован для определения продолжительности включения широтно-импульсно-модулированного выпрямленного тока (I_r) в зависимости от любого из переменного тока (I_s) постоянной величины и выпрямленного тока (I_r).

14. Блок освещения аэродрома по п.13, в котором продолжительность включения пропорциональна текущему значению любого из переменного тока (I_s) постоянной величины и выпрямленного тока (I_r).

15. Блок освещения аэродрома по п.14, в котором продолжительность включения повышается, если напряжение на конденсаторе (U_c) ниже значения опорного напряжения, при этом продолжительность включения понижается, если напряжение на конденсаторе (U_c) выше значения опорного напряжения.

16. Блок освещения аэродрома по любому из пп.12-15, в котором широтно-импульсный модулятор (41) сконфигурирован для определения продолжительности включения широтно-импульсно-модулируемого выпрямленного тока (I_r) в зависимости от того, сколько времени прошло с момента начала зарядки конденсатора (43).

17. Блок освещения аэродрома по п.16, в котором продолжительность включения постепенно повышается до достижения заданного времени, прошедшего с момента начала зарядки конденсатора (43).

18. Блок освещения аэродрома по любому из пп.12-15, в котором предотвращена подача электроэнергии с конденсатора (43) на СИД до тех пор, пока блок (32) управления для широтно-импульсной модуляции выпрямленного тока (I_r) не будет приведен в действие.

19. Блок освещения аэродрома по любому из пп.12-15, дополнительно содержащий второй широтно-импульсный модулятор (42), сконфигурированный для широтно-импульсного модулирования тока, протекающего от конденсатора к СИД (I_L).

20. Блок освещения аэродрома по любому из пп.12-15, дополнительно содержащий средство для отслеживания любого из напряжения на СИД (U_L) и тока, протекающего через СИД (I_L).

21. Блок освещения аэродрома по п.20, дополнительно содержащий приемник (36), сконфигурированный для передачи сигнала, наложенного на переменный ток (I_s) постоянной величины, отображающего любое из отслеживаемого напряжения на СИД (U_L) и тока, протекающего через СИД (I_L).

22. Блок освещения аэродрома по любому из пп.12-15, дополнительно содержащий приемник (36), сконфигурированный для передачи сигнала, наложенного на переменный ток (I_S) постоянной величины, управляющего любым из состояний включения или выключения и силой света СИД (4).

23. Система освещения аэродрома, содержащая множество блоков освещения аэродрома по любому из пп.12-15, причем блоки освещения аэродрома соединены последовательно с регулятором (12) постоянного тока.