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适用于双套LED点式光源色灯信号机控制电路

阅读：1009发布：2021-02-27

IPRDB可以提供适用于双套LED点式光源色灯信号机控制电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于双套LED点光源色灯信号机控制电路，包括点灯控制部分、故障检测部分、电源部分及分别由所述三部分所构成的LED主光源回路和LED副光源回路。点灯变压器次级并联一点灯变压器电流匹配器，使点灯变压器初级电流值达到灯丝继电器正常工作的额定范围。电路采用恒流供电，以消除电压波动对LED回路电流值的影响。采用电流检测芯片和电流采样电阻并联组成检测单元、串联在LED主光源回路中，并且将LED主光源正极作为电压检测点。当主回路发生开路或短路时，检测电路的输出值也随之变化并控制比较器的输出状态，进而控制回路中的开关MOS管的开或关，从而实现主副光源的转换及故障报警。在铁路信号灯改用LED时，无需变动现有的电路器材，确保了信号联锁电路的可靠性。，下面是适用于双套LED点式光源色灯信号机控制电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.用于双套LED点光源色灯信号机控制电路，包括电源部分、点灯控制部分、故障检测部分及分别由所述三部分所构成的LED主光源回路和LED副光源回路，其特征在于：所述的电源部分包括点灯变压器(T1)、点灯变压器电流匹配器(R)、电源模块(U2)，所述的点灯变压器电流匹配器(R)并联在所述的点灯变压器(T1)次级交流输出的两端；所述的点灯控制部分包括开关MOS管(Q1)、恒流单元、LED主光源(ZLED)、LED副光源(FLED)、点灯状态继电器(K2)、光源转换继电器(K1)，所述的恒流单元由恒流管(U3、U4)与限流电阻(R1、R3)串联组成，并分别串联在所述的LED主光源回路和所述的LED副光源回路中；所述故障检测部分包括检测单元、两个比较器(U1A、U1B)、对应于该两个比较器的比较器输入电阻(R8、R7)，所述的两个比较器(U1A、U1B)及对应的比较器输入电阻(R8、R7)连接在所述的LED主光源回路中，所述的检测单元由电流检测芯片(U5)和电流采样电阻(R2)并联组成，串联在所述的LED主光源回路中，并且将LED主光源正极作为电压检测点；所述的LED主光源回路和LED副光源回路分别包括LED主光源(ZLED)和LED副光源(FLED)。

2.根据权利要求1所述的用于双套LED点光源色灯信号机控制电路，其特征在于：所述点灯控制部分还包括点灯状态继电器(K2)，其设有常开接点(K212)，所述点灯变压器电流匹配器(R)的一端直接与点灯变压器(T1)次级交流输出的一端相连接，另一端通过所述点灯状态继电器(K2)常开接点(K212)与所述点灯变压器(T1)次级交流输出的另一端相连接。

3.根据权利要求1所述的用于双套LED点光源色灯信号机控制电路，其特征在于：所述LED主光源回路包括有直流电源、开关MOS管(Q1)、恒流单元、检测单元、两比较器(U1A、U1B)、对应于所述两比较器(U1A、U1B)的比较器输入电阻(R8、R7)以及主光源(ZLED)，所述开关MOS管(Q1)的一端与直流电流的正极相连接，其另一端与恒流管(U3)的输入端(IN)相连接，该恒流管(U3)输出端(OUT)与限流电阻(R1)的一端相连接，该限流电阻(R1)的另一端与所述恒流管(U3)的ADJ端、电流检测芯片(U5)的RS+端及电流取样电阻(R2)的一端相连接，电流取样电阻(R2)的另一端与电流检测芯片(U5)的RS-端、主光源(ZLED)发光二极管+端、以及比较器输入电阻(R8)的一端相连接，该比较器输入电阻(R8)的另一端和与之对应的比较器(U1A)的-端相连接，电流检测芯片(U5)的输出端(OUT3)与另一比较器输入电阻(R7)的一端相连接，所述另一比较器输入电阻(R7)的另一端和与之对应的比较器(U1B)的-端相连接。

4.根据权利要求1所述的用于双套LED点光源色灯信号机控制电路，其特征在于：所述LED副光源回路包括有直流电源、恒流单元、光源转换继电器(K1)及LED副光源(FLED)，所述光源转换继电器(K1)设有常闭接点，恒流管(U4)的输入端(IN)与所述光源转换继电器(K1)的常闭接点相连接，该组常闭接点的另一端与直流电源正极相连接，恒流管(U4)输出端(OUT)与限流电阻(R3)的一端相连接，该限流电阻(R3)的另一端与恒流管(U4)的ADJ端及副光源(FLED)发光二极管+端相连接。

说明书全文

适用于双套LED点式光源色灯信号机控制电路

技术领域

[0001] 本发明涉及铁路色灯信号机及其点灯控制电路，特别是采用大功率LED发光器件制造的双套点式铁路色灯信号机的监测与控制。技术背景

[0002] 长期以来，铁路信号灯以白炽灯作为信号光源。在白炽灯信号机供电电路中，串联有一个监督灯丝工作状态的灯丝继电器，它的作用是检测流入信号机的电流，只有流入信号机的电流正常时，该灯丝继电器才能吸合，它的吸合表示信号机工作正常。灯丝继电器在铁路信号系统已使用了几十年，它是性能可靠的定型产品。近年来，用LED作为光源的色灯信号机正在逐步取代白炽灯信号机。而LED光源信号机的耗电量只有白炽灯信号机的三分之一左右，如果仍采用交流220V电压供电，电流会减少三分之二左右。LED光源信号机供电电流减小后，会造成信号联锁电路灯丝继电器不能吸合，信号联锁电路不能正常工作。为使信号联锁电路不受影响，于是在技术改造中，大多是将灯丝继电器工作电流减小后用于LED光源信号机的供电电路中。但这种做法，由于工作电流与释放电流差值偏小，造成灯丝继电器的工作不可靠，且在长距离供电电路中，铁路信号灯的光源断路后灯丝继电器也不能可靠落下，即出现故障不报警，因此存在不安全隐患。为此，现有技术，如中国专利ZL200520019916.8公开了一种“用于LED光源色灯信号机的控制电路”，采用以下措施：一是在电源线两端并联一个电压与电流门限继电器，以防止信号机不工作时干扰信号通过电缆传入信号机，造成LED光源信号机误显示；二是在LED主光源旁装有光敏电阻元件，当光敏电阻元件检测不到发光信号时立即转换点亮LED副光源并报警；三是将电源变压器输出端抽出72V抽头，串联原来的JZXC-H18型灯丝继电器，再接入点灯单元和故障检测单元，即采取降低点灯电源电压的措施，保持点灯电流不变，以保证信号联锁电路正常工作。但该技术方案针对LED开短路检测采用光敏电阻，这种检测方式易受外部干扰，也存在不安金隐患；还有，LED光源未能恒流供电，而恒流供电对确保LED亮度和光谱的稳定是非常重要的；再有，该技术方案还是需要对原来的电源变压器进行改造。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种安金可靠、无需变动现有的铁路信号联锁电路器材、并具有对LED信号光源恒流供电功能、适用于双套LED点式光源点灯需要的信号机控制电路。

[0004] 为了实现所述目的，本发明采用的技术方案是：设计一种适用于双套LED点式光源色灯信号机控制电路，包括电源部分、点灯控制部分、故障检测部分及分别由所述三部分所构成的LED主光源回路和LED副光源回路。

[0005] 所述的电源部分包括点灯变压器、点灯变压器电流匹配器、电源模块。所述的点灯变压器电流匹配器{以下简称电流匹配器｝并联在所述的点灯变压器次级交流输出的两端，该电流匹配器一端直接与点灯变压器次级的一端连接，另一端通过点灯状态继电器常开接点与点灯变压器次级的另一端连接。采用电流匹配器的目的是在铁路信号灯点亮时，由点灯状态继电器接通电流匹配器，使得点灯变压器初级电流值达到信号连锁电路中灯丝继电器额定范围，保证了信号联锁电路中灯丝继电器可靠工作，实现了LED光源对传统白炽灯信号光源电路结构的无缝替换。

[0006] 所述的点灯控制部分包括开关MOS管、恒流单元、LED主光源、LED副光源、点灯状态继电器、光源转换继电器。所述的恒流单元由恒流管与限流电阻串联组成，并分别串联在所述的主光源回路和所述的副光源回路中，以达到对信号机主、副LED光源恒流供电的目的。LED光源回路的电流恒定是保证LED光源的发光亮度稳定的关键，当电压波动时由恒流单元来调节，从而消除电压波动对LED回路电流值的影响。所述的点灯状态继电器设有常开接点，所述的光源转换继电器设有常闭接点。

[0007] 所述的故障检测部分包括检测单元、两个比较器、对应于该两个比较器的比较器输入电阻，所述的两个比较器及对应的比较器输入电阻连接在所述的LED主光源回路中。所述的检测单元由电流检测芯片和电流采样电阻并联组成，串联在所述的LED主光源回路中，用来检测LED主光源回路的电流，该电流大小可直接反映出LED主光源是否正常；并且将LED主光源正极作为电压检测点，用于检测LED主光源回路有否短路故障。当LED主光源回路中电流或检测点电位发生变化时，所述的检测单元的输出值也随之变化，通过该检测单元的输出信号分别控制所述的两个比较器的输出状态，任一比较器的输出状态均可控制LED主光源回路中的开关MOS管的开或关，由开关MOS管的开或关来控制光源转换继电器的吸合或落下，从而实现主副光源的转换及故障报警。

[0008] 所述主光源回路包括有直流电源、开关MOS管、恒流单元、检测单元、两比较器、对应于所述两比较器的比较器输入电阻以及LED主光源；所述副光源回路包括有直流电源、恒流单元、光源转换继电器及LED副光源。

[0009] 点灯供电交流220V电源经所述的点灯变压器降压和所述的电源模块整流后得到直流12V电源，该直流电源通过所述的开关MOS管、恒流单元、电流采样电阻连接到信号机LED主光源，点亮LED主光源，所述的LED主光源回路接通。当LED主光源回路发生故障时，经主光源回路的检测单元、比较器及比较器输入电阻作用，LED主光源回路中的开关MOS管自动关闭，直流电源通过光源转换继电器的常闭接点、恒流单元连接到LED副光源，点亮LED副光源，所述的LED副光源回路接通，并由光源转换继电器的常闭接点完成LED主光源故障报警输出。

[0010] 本发明与现有技术比较具有以下有益效果：

[0011] 1.采用点灯变压器电流匹配器，使得点灯变压器初级电流值达到信号连锁电路中灯丝继电器正常工作的额定范围，实现了在铁路信号灯光源改用LED时，可不改变信号联锁电路中的灯丝继电器的电气特性、点灯供电电压以及灯丝报警接口电路的目的，确保了信号联锁电路的可靠性。

[0012] 2.采用恒流供电模式，确保LED光源亮度和光谱的稳定。

[0013] 3.LED主光源故障检测采用直接监督LED主光源回路中的电流或电压，检测出LED主光源回路开路或短路故障，这种检测方法准确、可靠。

[0014] 以下结合附图对本发明的一个实施例作详细阐述。

附图说明

[0015] 附图1信号机主光源工作时原理图；

[0016] 附图2信号机副光源工作时原理图。

[0017] 图中

[0018] T1点灯变压器

[0019] R点灯变压器电流匹配器

[0020] U2电源模块

[0021] Q1开关MOS管

[0022] U3恒流管

[0023] ZLED主光源

[0024] FLED副光源

[0025] R1限流电阻

[0026] R2电流取样电阻

[0027] U4恒流管

[0028] R3限流电阻

[0029] U5电流检测芯片

[0030] R7比较器输入电阻

[0031] U1B比较器

[0032] R8比较器输入电阻

[0033] U1A比较器

[0034] D1稳压管

[0035] D2隔离二极管

[0036] D3隔离二极管

[0037] D4隔离二极管

[0038] D5隔离二极管

[0039] R9分压电阻

[0040] R4分压电阻

[0041] R5分压电阻

[0042] R6分压电阻

[0043] R10分压电阻

[0044] R11分压电阻

[0045] R12分压电阻

[0046] R13分压电阻

[0047] K1光源转换继电器

[0048] K2点灯状态继电器

[0049] 具体实施方法

[0050] 参见附图1，由铁路信号楼点灯供电交流220V，该电源连接到点灯变压器T1初级，先经过T1降压后，由点灯变压器T1次级输出交流13V电源。点灯变压器电流匹配器R的一端直接与点灯变压器T1次级交流输出的一端相连接，另一端通过点灯状态继电器K2常开接点“K212”与点灯变压器T1次级交流输出的另一端相连接。点灯变压器T1次级输出交流13V电源与电源模块U2的“L”、“N”端相连接，由电源模块U2将交流13V转变为直流12V输出。直流12V正极与开关MOS管Q1的一端(1、2、3脚)相连接。开关MOS管Q1的另一端(5、6、7、8脚)与恒流管U3的输入端“IN”相连接，恒流管U3输出端“OUT”与限流电阻R1的一端相连接。限流电阻R1的另一端与恒流管U3的“ADJ”端、电流检测芯片U5的“RS+”端及电流取样电阻R2的一端相连接，电流取样电阻R2的另一端与电流检测芯片U5的“RS-”端、信号机主光源ZLED发光二极管“+”端、以及比较器输入电阻R8的一端相连接，电阻R8的另一端与比较器U1A的“-”端相连接。主光源ZLED发光二极管“-”端接直流电源负极。电流检测芯片U5的“OUT”端即“OUT3”与比较器输入电阻R7的一端相连接，电阻R7的另一端与比较器U1B的“-”端相连接。参见附图2，恒流管U4的输入端“IN”与光源转换继电器K1的常闭接点相连接，该组常闭接点的另一端与直流12V电源正极相连接，恒流管U4输出端“OUT”与限流电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端与恒流管U4的“ADJ”端及信号机副光源FLED发光二极管“+”端相连接。副光源FLED发光二极管“-”端接直流电源负极。

[0051] 参见附图1，当通电瞬间时，开关MOS管Q1的4脚处于低电平、开启开关MOS管Q1，直流电源12V经开关MOS管Q1的1、2、3脚和开关MOS管Q1的5、6、7、8脚连接到恒流管U3的输入端“IN”，恒流管U3与限流电阻R1串联组成恒流单元。该恒流单元输出的350mA的恒流源经由电流检测芯片U5和电流采样电阻R2并联组成的检测单元、连接到信号机主光源ZLED“+”极，点亮信号机主光源ZLED。此时，光源转换继电器K1处于吸合状态，而12V直流电源经隔离二极管D4至点灯状态继电器K2，使点灯状态继电器K2处于吸合状态，点灯变压器电流匹配器R接通。检测单元电流取样电阻R2信号由电流检测芯片U5的输出端“OUT”连接到比较器输入电阻R7，再至比较器U1B的“-”端。将信号机主光源ZLED“+”极作为电压监测点，用于检测LED主光源回路有否短路故障，该电压监测点信号由检测电路输出端“OUT1”连接到比较器输入电阻R8，再至比较器U1A的“-”端。直流电源12V可通过光源转换继电器K1的常闭接点连接由恒流管U4和限流电阻R3组成的信号机副光源FLED回路恒流单元。在信号机主光源ZLED发生故障时，由该恒流单元输出的350mA的恒流源连接到信号机副光源发光二极管“+”极，点亮信号机副光源FLED。

[0052] 参见附图2，当信号机主光源ZLED回路开路时，由检测单元输出端“OUT”输出的信号使比较器U1B输出信号经隔离二极管D2和分压电阻R4、R5、R6，控制开关MOS管Q1切断信号机主光源ZLED回路，关闭ZLED，同时使光源转换继电器K1落下，接通FLED回路点亮信号机副光源。当信号机主光源ZLED短路时，电压检测点输出信号由输出端“OUT1”通过R8连接到比较器U1A“-”端，比较器U1A的输出信号通过隔离二极管D3和分压电阻R5控制开关MOS管Q1切断信号机主光源ZLED回路，关闭ZLED，同时使光源转换继电器K1落下，接通FLED回路点亮信号机副光源。电路中，由FLED回路光源转换继电器K1的一组常闭接点作为ZLED断路、短路的报警输出条件，当信号机主光源ZLED回路发生开路或短路故障时，在接通信号机副光源FLED回路的同时，12V直流电源经光源转换继电器K1常闭接点、隔离二极管D5至点灯状态继电器K2，使点灯状态继电器K2处于吸合状态，点灯变压器电流匹配器R接通。因此无论信号机主光源或副光源点亮，点灯变压器电流匹配器R均可由点灯状态继电器K2的一组常开接点接通，使得点灯变压器T1初级电流值达到信号连锁电路中灯丝继电器正常工作额定范围。电路中的分压电阻R9与稳压管D1生成一个基准电压，该基准电压经分压电阻R12和分压电阻R13分压后的电压作为比较器U1B的基准电压，又经分压电阻R10和分压电阻R11分压后的电压作为比较器U1A的基准电压。

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