專利名稱：Led光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED光源。具體地，本發(fā)明涉及在固定警報(bào)或指示信號(hào)器(例如，固定軌道信號(hào)器)中使用的LED光源。
背景技術(shù)：
固定軌道信號(hào)器用來將信息傳遞給列車駕駛員，例如，沿著某一軌道前進(jìn)是否安全或者是否已經(jīng)設(shè)置特定路線。通常將信息以不同“顯示(aspects) ”的形式傳遞給列車駕駛員，所述“顯示”是固定信號(hào)器內(nèi)的彩色燈的不同組合和布置。如這里使用的，術(shù)語“固定信號(hào)器”指的是其位置相對于地面固定的信號(hào)器。適當(dāng)?shù)毓潭ㄟ@種信號(hào)器，以便防止信號(hào)器相對于地面運(yùn)動(dòng)，尤其是信號(hào)器的對準(zhǔn)或定向。因此， 例如，可將固定軌道信號(hào)器安裝在依次附接至地面的柱子或跨軌信號(hào)架(gantries)上。當(dāng)然，在軌道信號(hào)器的情況中，這是基本的，以便將安全信息可靠地傳遞給列車駕駛員。作為本申請涉及的固定軌道信號(hào)器的類型的實(shí)例，可識(shí)別兩種特定類型的軌道信號(hào)器位置燈信號(hào)器(也叫做地面位置燈，GPL)通常位于地面上并在諸如旁軌和維修區(qū)的區(qū)域中使用；以及彩色燈信號(hào)器(CLS-也叫做彩色線信號(hào)器)通常直接位于干線之上或位于干線上方和位于干線的一側(cè)。CLS通常用來控制沿著干線的一條或多條軌道的運(yùn)輸流量。在英國，用作CLS的所有軌道信號(hào)器必須符合鐵路軌道線路規(guī)范RT/E/ S/10162(現(xiàn)期刊物1，1999年8月)。此規(guī)范列出了最低條件，尤其是可靠性、顏色和可見性。其它國家也存在類似的用于軌道信號(hào)器的標(biāo)準(zhǔn)，例如中國。目前使用的許多軌道信號(hào)器都采用鎢絲燈泡作為光源。然而，由于已認(rèn)識(shí)到LED 光源具有優(yōu)于鎢絲燈泡的各種優(yōu)點(diǎn)，所以LED光源(S卩，包括多個(gè)LED的光源)被越來越多地使用。例如，通常認(rèn)為LED光源比鎢絲燈泡可靠得多。大多數(shù)軌道網(wǎng)絡(luò)利用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測固定軌道信號(hào)器的光源的狀態(tài)。典型的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備和用于將狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備連接至固定軌道信號(hào)器的光源的多條導(dǎo)電線路。每個(gè)光源包括用于將關(guān)于光源狀態(tài)的信息傳遞至狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的通信電路，例如，當(dāng)光源中出現(xiàn)故障時(shí)該信息為警報(bào)信號(hào)的形式。有時(shí)，該通信電路被稱為“檢驗(yàn)” 電路。在使用中，光源的通信電路與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的導(dǎo)電線路耦接，從而光源的通信電路能夠?qū)㈥P(guān)于光源狀態(tài)的信息傳遞至狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。因此，如果光源中出現(xiàn)故障，可將此信息傳遞至狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備，從而可派遣工程師維修光源。由于所認(rèn)識(shí)到的可靠性，目前在固定軌道信號(hào)器中使用的LED光源通常僅包括一個(gè)LED陣列。如果需要使LED光源產(chǎn)生兩種不同的顏色，則LED光源可包括不止一個(gè)LED 陣列，每個(gè)陣列用于希望的一種顏色。本發(fā)明人已經(jīng)觀察到，目前在鐵路網(wǎng)絡(luò)上使用的LED光源未設(shè)計(jì)成補(bǔ)償LED光源內(nèi)的各個(gè)LED的失效。相反，看起來好像目前在鐵路網(wǎng)絡(luò)上使用的LED光源基于僅有少量 LED將失效(在此情況中，將不會(huì)顯著影響LED光源的光輸出)的假設(shè)來設(shè)計(jì)，或基于整個(gè)LED光源將失效(在此情況中，光源需要更換)的假設(shè)來設(shè)計(jì)。本發(fā)明人還觀察到，目前在LED光源中使用的將關(guān)于LED光源狀態(tài)的信息傳遞至狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的通信電路，在LED光源的光輸出中出現(xiàn)明顯減少或全部減少之后，即當(dāng)LED 光源不產(chǎn)生預(yù)期的光輸出時(shí)，僅將警報(bào)信號(hào)傳遞至外部監(jiān)測設(shè)備以指示LED光源中的故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)上述考慮而設(shè)計(jì)。通常，本發(fā)明的第一方面提供一種具有第一 LED陣列和第二 LED陣列的LED光源， 該LED光源構(gòu)造成如果第一 LED陣列中有預(yù)定數(shù)量的LED失效，則對第二 LED陣列供應(yīng)電流，以便接通第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED。通過接通第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED， 該LED光源能夠至少部分地補(bǔ)償由第一 LED陣列中的LED的失效所導(dǎo)致的光輸出的任何減少。因此，該LED光源制造得更可靠。因此，本發(fā)明的第一方面可提供一種LED光源，其具有包括多個(gè)LED的第一 LED 陣列；包括多個(gè)LED的第二LED陣列，第一和第二LED陣列中的各LED相對于彼此定位，以便如果第一和第二 LED陣列中的各LED接通時(shí)提供合成的光輸出；用于控制第一和第二 LED 陣列的電流供應(yīng)的控制電路；其中，控制電路被構(gòu)造為控制對第一和第二 LED陣列的電流供應(yīng)，從而當(dāng)操作LED光源時(shí)滿足以下條件(i)在第一 LED陣列中的任何LED失效之前，接通第一 LED陣列中的LED并斷開第二 LED陣列中的LED ；并且(ii)如果第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效，則接通第二 LED陣列中的至少一個(gè) LED。在本發(fā)明的上下文中，當(dāng)LED的光輸出基本為零時(shí)，甚至當(dāng)在該LED上跨接一電壓 (例如，轉(zhuǎn)折電壓或接通電壓)時(shí)，該LED可能“失效”。該失效可能是突然的或逐漸的。雖然LED的突然失效在一些應(yīng)用場合中比較少見，但在固定警報(bào)或指示信號(hào)器(例如，固定軌道信號(hào)器)中更常見，其中，溫度可在非常冷(例如，-40°C )和非常熱(例如，+70°C )之間變化。如果第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效，則通過接通第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED，由第二 LED陣列輸出的光能夠至少部分地補(bǔ)償由第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED的失效所導(dǎo)致的第一 LED陣列輸出的光的任何減少。因此，該LED光源制造得更可靠。優(yōu)選地，接通第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED，使得在第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的 LED失效之后由LED光源輸出的(合成)光與第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效之前由 LED光源輸出的(合成)光基本相等。在第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效之前由LED 光源輸出的光可以是，例如，當(dāng)?shù)谝?LED陣列中沒有LED失效時(shí)或當(dāng)在第一 LED陣列中比預(yù)定數(shù)量少一個(gè)的LED失效時(shí)所測量的光輸出。在本上下文中，“基本相等”優(yōu)選地表示小于由LED光源輸出的(合成)光的變化的 50 %，小于該變化的40 %，小于該變化的30 %，小于該變化的20 %，或小于該變化的10 %。為了完整性，指出可用測光表(例如，8米光臺(tái)(light bench))測量光輸出?？捎美缈驳吕?或勒克斯單位測量光輸出?？蛇M(jìn)行光源的光輸出讀取，并記錄在例如光源安裝于其中的固定信號(hào)器上。同樣為了完整性，指出電流供應(yīng)可起源于任何電流源，其不必是恒流源。光源安裝于其中的固定信號(hào)器可包括用于將光源與環(huán)境光屏蔽的罩子?？蓪y光表安裝至光源的罩子，以便測量光源的光輸出。測光表可用來監(jiān)測/測量光源的光輸出中的任何減少。優(yōu)選地，第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED (優(yōu)選地所有LED，見下文)的接通提供 LED光源中的故障可視指示，該故障指第一 LED陣列中的預(yù)定數(shù)量的LED的失效。然而，發(fā)明人已經(jīng)注意到，此可視指示在實(shí)際中可能難以看到，尤其是如果在出現(xiàn)故障之后由LED光源輸出的光與出現(xiàn)故障之前由LED光源輸出的光基本相等。因此，優(yōu)選地，該LED光源包括多個(gè)透鏡，第一 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第一尺寸的相應(yīng)透鏡相關(guān)，更優(yōu)選地與之對準(zhǔn)，并且第二 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第二尺寸的相應(yīng)透鏡相關(guān)，更優(yōu)選地與之對準(zhǔn)，第二尺寸優(yōu)選地與第一尺寸不同。這樣，透鏡能夠增強(qiáng)由接通的第二 LED陣列中的LED提供的可視指示，這是因?yàn)楫?dāng)那些陣列中的LED與不同尺寸的透鏡對準(zhǔn)時(shí)，更容易看到哪個(gè)LED屬于哪個(gè)陣列。優(yōu)選地，LED光源包括通信電路，如果接通第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED，該通信電路將關(guān)于LED光源狀態(tài)的信息傳遞至狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(例如，如前所述的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng))。 該通信電路可以警報(bào)的形式傳遞此信息，以便指示LED光源中的故障(此故障指第一 LED 陣列中的預(yù)定數(shù)量的LED的失效)。有利地，因?yàn)榈诙?LED陣列能夠補(bǔ)償?shù)谝?LED陣列中的 LED的失效，所以通信電路能夠發(fā)送這種警報(bào)，由LED光源輸出的光與出現(xiàn)故障之前由LED 光源輸出的光不會(huì)顯著變化。如上所指出的，第一和第二 LED陣列中的LED相對于彼此定位，以便如果第一和第二 LED陣列中的LED接通時(shí)提供合成的光輸出。優(yōu)選地，這通過將第一 LED陣列中的LED 定位在第二 LED陣列中的LED之間來實(shí)現(xiàn)，反之亦然，以形成合成的LED陣列。例如，可將合成的LED陣列安裝在單個(gè)電路板上。優(yōu)選地，如果第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效，則第二 LED陣列中的所有LED 都接通。因此，上述條件(ii)優(yōu)選地變?yōu)?ii)如果第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效， 則第二 LED陣列中的所有LED都接通。這樣，由第二 LED陣列中的LED輸出的光可均勻地分布在LED光源的合成光輸出內(nèi)。優(yōu)選地，控制電路進(jìn)一步構(gòu)造成，如果第一 LED陣列中多于預(yù)定數(shù)量的LED失效， 則由第二 LED陣列輸出的光與第一 LED陣列中已經(jīng)失效的LED的數(shù)量一致地增加。因此， 控制電路優(yōu)選地進(jìn)一步構(gòu)造成控制第一和第二 LED陣列的電流供應(yīng)，從而當(dāng)操作光源時(shí)滿足以下附加條件(iii)如果第一 LED陣列中多于預(yù)定數(shù)量的LED失效，則由第二 LED陣列輸出的光與第一 LED陣列中已經(jīng)失效的LED的數(shù)量一致地增加。這樣，第二 LED陣列幫助至少部分地補(bǔ)償由第一 LED陣列中的其它LED的失效導(dǎo)致的光輸出的任何進(jìn)一步減少。由第二 LED陣列輸出的光可繼續(xù)增加至由第二 LED陣列輸出的光比由第一 LED陣列輸出的光多的程度。由第二 LED陣列輸出的光可繼續(xù)增加至不再進(jìn)一步增加的最大值。如果第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效且第一 LED陣列中再有LED失效，如果第二 LED陣列中的所有LED都接通，則通過增大供應(yīng)至第二 LED陣列的電流，由第二 LED陣列輸出的光優(yōu)選地與第一 LED陣列中已經(jīng)失效的LED的數(shù)量一致地增加。這樣，從由第一LED陣列輸出更多光的狀態(tài)到由第二 LED陣列輸出更多光的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變將會(huì)是平穩(wěn)的，即， 使得信號(hào)器的合成光輸出的質(zhì)量不會(huì)明顯降低?？蓪⑦@種平穩(wěn)轉(zhuǎn)變描述為“漸變”。優(yōu)選地，每個(gè)LED陣列中的多個(gè)LED串聯(lián)連接。更優(yōu)選地，每個(gè)LED陣列中的多個(gè) LED串聯(lián)連接，LED陣列中的每個(gè)LED與相應(yīng)的旁路元件相關(guān)，如果LED失效，旁路元件允許繞開該LED。優(yōu)選地，每個(gè)旁路元件具有的擊穿電壓大于與之相關(guān)的LED的轉(zhuǎn)折電壓。優(yōu)選地， 每個(gè)旁路元件是齊納二極管(優(yōu)選地，是反向偏壓齊納二極管)。就此而言，注意到反向偏壓齊納二極管典型地具有5伏的擊穿電壓，大于LED的典型的轉(zhuǎn)折電壓(通常是大約2伏)。為了避免疑問，LED的“轉(zhuǎn)折”電壓指接通LED(即，開始發(fā)光)時(shí)該LED上的電壓。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，第一 LED陣列和第二 LED陣列并聯(lián)連接。更優(yōu)選地，第一 LED陣列和第二 LED陣列并聯(lián)連接，第一 LED陣列中的LED的數(shù)量少于第二 LED陣列中的 LED的數(shù)量。在第一 LED陣列中具有比第二 LED陣列中更多的LED具有這樣的優(yōu)點(diǎn)接通第一 LED陣列中的LED所需的電壓(如果第一 LED陣列中沒有LED失效，則此電壓是第一 LED陣列中的各LED的轉(zhuǎn)折電壓的總和)比接通第二 LED陣列中的LED所需的電壓低。此簡單布置幫助實(shí)現(xiàn)滿足上述條件(i)、(ii)和(iii)的LED光源，下面參照本發(fā)明的具體實(shí)施方式
解釋原因。控制電路可包括一個(gè)或多個(gè)控制電阻器?！獋€(gè)或多個(gè)控制電阻器可以例如與由并聯(lián)連接的第一和第二 LED陣列形成的電路元件串聯(lián)地耦接。一個(gè)或多個(gè)控制電阻器可形成任一 LED陣列的一部分。使用一個(gè)或多個(gè)這種控制電阻器可有利于控制并聯(lián)連接的第一和第二 LED陣列上的電壓，并且流經(jīng)兩 LED陣列的電流可幫助實(shí)現(xiàn)滿足上述條件(i)、(ii)和(iii)的LED光源，下面參照本發(fā)明的具體實(shí)施方式
解釋原因。優(yōu)選地，該控制電路被構(gòu)造為在并聯(lián)連接的第一和第二 LED陣列上跨接一基本恒定的電壓。優(yōu)選地，該控制電路在并聯(lián)連接的第一和第二 LED陣列以及一個(gè)或多個(gè)控制電阻器上跨接該基本恒定的電壓。一個(gè)或多個(gè)控制電阻器可控制第一和第二 LED陣列上的電壓，因此可幫助實(shí)現(xiàn)滿足上述條件(i)、( )和(iii)的LED光源，下面參照本發(fā)明的具體實(shí)施方式
解釋原因。如上面所解釋的，為了簡單，第一 LED陣列和第二 LED陣列并聯(lián)連接是有利的，第一 LED陣列中的LED的數(shù)量少于第二 LED陣列中的LED的數(shù)量。然而，其它布置同樣可行。例如，在一些實(shí)施方式中，控制電路可包括用于控制第一 LED陣列的電流供應(yīng)的第一控制電路和用于控制第二 LED陣列的電流供應(yīng)的第二控制電路。該控制電路可進(jìn)一步包括用于感測供應(yīng)至第一 LED陣列的電流的傳感元件，第二控制電路被構(gòu)造為基于傳感元件的輸出控制對第二 LED陣列的電流供應(yīng)。通過此布置，如果第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的 LED失效，則通過將第二控制電路構(gòu)造為控制第二 LED陣列的電流供應(yīng)以接通第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED (優(yōu)選地，所有LED)可獲得滿足條件(i)、(ii)和(iii)的LED光源。 然而，此布置需要上述優(yōu)選實(shí)施方式中描述的更多的部件。 通常，本發(fā)明的第二方面提供一種具有至少一個(gè)LED陣列的LED光源，其中，所述至少一個(gè)LED陣列中的LED布置為如果LED信號(hào)器光源中出現(xiàn)故障便提供可視指示，在出現(xiàn)故障之后由LED光源輸出的光與出現(xiàn)故障之前由LED光源輸出的光基本相等。
這樣，LED光源的觀察者(例如，維修工程師)可在LED光源的光輸出中出現(xiàn)明顯減少或完全減少之前檢測到LED光源中的故障。因此，本發(fā)明的第二方面可提供一種LED光源，其具有包括多個(gè)LED的至少一個(gè) LED陣列；其中，所述至少一個(gè)LED陣列中的LED布置為提供LED光源中的故障的可視指示， 在出現(xiàn)故障之后由LED光源輸出的光與出現(xiàn)故障之前由LED光源輸出的光基本相等。在本上下文中，“基本相等”優(yōu)選地表示小于由LED光源輸出的光的變化的50%， 小于該變化的40 %，小于該變化的30 %，小于該變化的20 %，或小于該變化的10 %。為了完整性，指出歐洲專利申請公開號(hào)EP 1324641及其分案EP 1874098公開了一種LED光源，其中，各LED布置為提供LED信號(hào)器光源中的故障的可視指示。然而，這些專利申請所公開的LED光源僅在LED陣列(或用于LED陣列的控制電子元件)完全失效時(shí)才提供可視指示，因此，該可視指示僅在LED光源輸出的光至少出現(xiàn)50%的偏離時(shí)才提供。LED光源可包括用于控制對所述至少一個(gè)LED陣列的電流供應(yīng)的控制電路。可參照本發(fā)明的第一方面討論該控制電路。優(yōu)選地，該可視指示是這樣的，僅可從10米左右、5米左右、4米左右、3米左右、2 米左右或1米左右的距離看到該可視指示。這具有如下優(yōu)點(diǎn)該可視指示對LED光源的使用產(chǎn)生最小的影響，但是可在短距離處看到(例如，由工程師)，從而不取出光源便可發(fā)現(xiàn)故障。優(yōu)選地，LED光源具有包括多個(gè)LED的第一 LED陣列和包括多個(gè)LED的第二 LED陣列，第一和第二 LED陣列中的各LED相對于彼此定位，以便如果接通第一和第二 LED陣列中的LED時(shí)提供合成的光輸出。這里，故障可能是第一 LED陣列中的預(yù)定數(shù)量的LED的失效，并且可視指示由接通的第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED提供，如結(jié)合本發(fā)明的第二方面已經(jīng)描述過的。優(yōu)選地，LED光源包括多個(gè)透鏡，第一 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第一尺寸的相應(yīng)透鏡相關(guān)，更優(yōu)選地與之對準(zhǔn)，并且第二 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第二尺寸的相應(yīng)透鏡相關(guān)，更優(yōu)選地與之對準(zhǔn)，第二尺寸優(yōu)選地不同于第一尺寸。這樣，透鏡能夠增強(qiáng)由接通的第二 LED陣列中的LED提供的可視指示，這是因?yàn)楫?dāng)那些陣列中的LED與不同尺寸的透鏡對準(zhǔn)時(shí)，更容易看到哪個(gè)LED屬于哪個(gè)陣列。根據(jù)本發(fā)明的任何方面的LED光源可包括殼體。該殼體可用于容納LED光源的各種元件，例如，一個(gè)或多個(gè)LED陣列、控制電路等。根據(jù)本發(fā)明的任何方面的LED光源可在固定警報(bào)或指示信號(hào)器(例如，固定軌道信號(hào)器)中使用。根據(jù)本發(fā)明的任何方面的LED光源可具有第一 LED陣列和第二 LED陣列，其中，第一 LED陣列中的LED產(chǎn)生與第二 LED陣列中的LED相同顏色的光。本發(fā)明的另一方面可提供用于安裝至固定支撐結(jié)構(gòu)以提供固定警報(bào)或指示信號(hào)器的信號(hào)單元，該信號(hào)單元具有至少一個(gè)如上所述的LED光源；以及用于將信號(hào)單元安裝在固定支撐結(jié)構(gòu)上的安裝裝置。該信號(hào)單元可包括，例如，用于位于信號(hào)單元的殼體上的每個(gè)LED光源的相應(yīng)蓋子。本發(fā)明的另一方面可提供一種固定信號(hào)器，其包括安裝至固定支撐結(jié)構(gòu)的上述信號(hào)單元。該固定支撐結(jié)構(gòu)可以是，例如，柱子或跨軌信號(hào)架。
本發(fā)明還包括所述方面和優(yōu)選特征的任何組合，除了這種組合是明顯不允許的或明確要避免的以外。


下面參照附圖討論我們提議的實(shí)施方式，附圖中圖1是在固定軌道信號(hào)器中使用的LED光源的第一實(shí)施方式的部分電路圖。圖2是示出了流經(jīng)圖1所示LED光源的第一 LED陣列和第二 LED陣列的電流的示圖。圖3是示出了在固定軌道信號(hào)器中使用的LED光源的第二實(shí)施方式的框圖。
圖4是實(shí)現(xiàn)圖3所示的LED光源的電路圖。圖fe示出了與LED光源一起使用的包括多個(gè)透鏡的透鏡陣列。圖恥是通過圖fe所示的線G-G的橫截面。圖5c是通過圖fe所示的線H-H的橫截面。
具體實(shí)施例方式圖1示出了在固定軌道信號(hào)器中使用的LED光源101的第一實(shí)施方式。LED光源101包括包含多個(gè)LED的第一 LED陣列110和包含多個(gè)LED的第二 LED 陣列120。第一 LED陣列110和第二 LED陣列120并聯(lián)連接。雖然未在圖1中示出，但是第一和第二 LED陣列110、120中的各LED相對于彼此定位，以便如果第一和第二 LED陣列中的各LED接通時(shí)提供合成的光輸出。LED光源101還包括控制電路，該控制電路未在圖1中完全示出，但是包括第一控制電阻器108和第二控制電阻器126。第一控制電阻器108與由并聯(lián)連接的第一 LED陣列 110和第二 LED陣列120形成的電路元件串聯(lián)連接。第二控制電阻器1 形成第二 LED陣列的一部分。在此實(shí)例中，未在圖1中示出的控制電路在并聯(lián)連接的第一和第二 LED陣列 110、120以及控制電阻器108、126上跨接一 100伏的電壓。在使用中，控制電阻器108、126 幫助控制第一和第二 LED陣列110、120上的電壓以及通過它們的電流，如下面將更詳細(xì)地描述的。如圖1所示，第一 LED陣列110中的多個(gè)LED和第二 LED陣列120中的多個(gè)LED 串聯(lián)連接，每個(gè)LED與反向偏壓齊納二極管形式的相應(yīng)旁路元件相關(guān)，如果LED失效，則所述旁路元件允許繞開LED。雖然未在圖1中示出，但是第一 LED陣列110中的LED的數(shù)量優(yōu)選地少于第二 LED 陣列120中的LED的數(shù)量。在此實(shí)例中，第一 LED陣列110中有30個(gè)LED，而第二 LED陣列 120中有32個(gè)LED。然而，如技術(shù)人員將考慮的，任一 LED陣列中的其它數(shù)量的LED同樣可行。假設(shè)沒有LED失效，接通第一 LED陣列110中的LED所需的電壓是第一 LED陣列 110中的每個(gè)LED的轉(zhuǎn)折電壓(breakovervoltage)的總和。對于典型的LED，轉(zhuǎn)折電壓是大約2伏。因此，在第一 LED陣列110中的任何LED失效之前，接通第一 LED陣列110中的 30個(gè)LED所需的電壓將是大約60伏(30 X 2伏)。類似地，接通第二 LED陣列120中的32 個(gè)LED所需的電壓將是大約64伏(32 X 2伏)。
因此，在第一 LED陣列110中的任何LED失效之前，接通第二 LED陣列中的LED所需的電壓比接通第一 LED陣列中的LED所需的電壓大。在使用中，在第一 LED陣列110中的任何LED失效之前，將控制電阻器108、1 構(gòu)造為控制第一 LED陣列110和第二 LED陣列120上的電壓，使得第一 LED陣列110上的電壓大于接通第一 LED陣列110中的LED所需的電壓，且第二 LED陣列120上的電壓小于接通第二 LED陣列120中的LED所需的電壓。因此，在第一 LED陣列110中的任何LED失效之前，僅對第一 LED陣列110供應(yīng)電流，從而接通第一 LED陣列110中的各LED并斷開第二 LED陣列120中的各LED。如果第一 LED陣列110中的一個(gè)LED失效，則與該LED相關(guān)的反向偏壓齊納二極管將對該LED提供電流旁路。然而，一個(gè)反向偏壓齊納二極管的電壓將保持為該齊納二極管的擊穿電壓，通常是大約5伏。這具有使接通第一 LED陣列中的LED所需的電壓增加大約 3伏(5伏-2伏)的效果。這樣的結(jié)果是，流經(jīng)第一 LED陣列110的電流將減小，因此由第一 LED陣列110輸出的光也將減少。此效果在圖2中示出，圖2示出在第一 LED陣列110 中的第一 LED失效之后，流經(jīng)第一 LED陣列110的電流減小。當(dāng)?shù)谝?LED陣列110中的其它LED失效時(shí)，接通第一 LED陣列110中的LED (除了失效的LED以外)所需的電壓將繼續(xù)增加，并且流經(jīng)第一 LED陣列110的電流將繼續(xù)減小， 由此由第一 LED陣列110輸出的光也將繼續(xù)減少，原因已經(jīng)描述過。在此過程中，第一 LED 陣列110和第二 LED陣列120上的電壓將增加。因此，在第一 LED陣列110中的預(yù)定數(shù)量的LED失效之后，第二 LED陣列120上的電壓將增加至超過接通第二 LED陣列120中的LED所需的電壓的程度。在這點(diǎn)處，電流將開始供應(yīng)至第二 LED陣列，以便接通第二 LED陣列120中的所有LED。此效果在圖2中示出， 圖2示出對于圖1所示的光源，如果第一 LED陣列110中有四個(gè)LED失效，便對第二 LED 陣列120供應(yīng)電流。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的，在接通第二 LED陣列120中的LED之前需要失效的第一 LED陣列110中的LED的預(yù)定數(shù)量將由許多因素確定，包括恒定電壓的大小、第一和第二控制電阻器108和126的電阻、第一 LED陣列110中的LED的數(shù)量、第二 LED陣列 120中的LED的數(shù)量、第一和第二 LED陣列110和120中的各LED的轉(zhuǎn)折電壓、以及齊納二極管的擊穿電壓。如果第一 LED陣列110中有多于預(yù)定數(shù)量的LED失效，則與第一 LED陣列110中失效的LED的數(shù)量一致，供應(yīng)至第二 LED陣列120的電流將增大以及由此由第二 LED陣列 120輸出的光將增加，直到由第二 LED陣列120輸出的光比由第一 LED陣列110輸出的光多的程度。此效果在圖2中示出，圖2示出在第一 LED陣列110中有五個(gè)LED失效之后，供應(yīng)至第二 LED陣列120的電流超過供應(yīng)至第一 LED陣列110的電流。最終，流經(jīng)第二 LED陣列120的電流達(dá)到最大值，即使第一 LED陣列110中再有 LED失效，此值也不會(huì)增加。此效果在圖2中示出，圖2示出當(dāng)?shù)谝?LED陣列110中有六個(gè)LED失效時(shí)，供應(yīng)至第二 LED陣列120的電流增加至最大值。在這點(diǎn)處，接通第一 LED陣列110中的LED所需的電壓大到不再對第一 LED陣列中的LED供應(yīng)電流的程度(見圖2)。因此，在使用中，將LED光源101的控制電路構(gòu)造為控制對第一和第二 LED陣列 110,120的電流供應(yīng)，從而當(dāng)操作LED光源時(shí)滿足以下條件
(i)在第一 LED陣列110中的任何LED失效之前，接通第一 LED陣列110中的LED 并斷開第二 LED陣列120中的LED ；(ii)如果第一 LED陣列110中預(yù)定數(shù)量的LED失效，則接通第二 LED陣列120中的至少一個(gè)LED ；并且(iii)如果第一 LED陣列110中多于預(yù)定數(shù)量的LED失效，則由第二 LED陣列120 輸出的光與第一 LED陣列中已經(jīng)失效的LED的數(shù)量一致地增加。優(yōu)選地，接通第二 LED陣列中的LED，使得在第一 LED陣列110中預(yù)定數(shù)量的LED 失效之后由LED光源101輸出的(合成)光與第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效之前由 LED光源輸出的(合成)光基本相等。在本上下文中，“基本相等”優(yōu)選地表示小于由LED 光源輸出的(合成)光的變化的50%，小于該變化的40%，小于該變化的30%，小于該變化的20 %，或小于該變化的10 %。因?yàn)槿绻谝?LED陣列110中預(yù)定數(shù)量的LED失效便接通第二 LED陣列120中的 LED，所以接通第二 LED陣列120中的所有LED提供了 LED光源中故障的可視指示，此故障指第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED的失效。優(yōu)選地，LED光源101包括多個(gè)透鏡(例如，圖fe的透鏡陣列)，第一 LED陣列110 中的每個(gè)LED與具有第一尺寸的相應(yīng)透鏡相關(guān)，更優(yōu)選地與之對準(zhǔn)，并且第二 LED陣列120 中的每個(gè)LED與不同于第一尺寸的第二尺寸的相應(yīng)透鏡相關(guān)，更優(yōu)選地與之對準(zhǔn)。這樣，透鏡能夠增強(qiáng)由接通的第二 LED陣列120中的LED提供的可視指示，這是因?yàn)?，?dāng)那些陣列中的LED與不同尺寸的透鏡對準(zhǔn)時(shí)，更容易看到哪個(gè)LED屬于哪個(gè)陣列。優(yōu)選地，LED光源101包括通信電路(未示出)，如果接通第二 LED陣列120中的 LED，該通信電路將關(guān)于LED光源101狀態(tài)的信息傳遞至狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(也未示出)。該通信電路可以警報(bào)的形式傳遞此信息，以便指示第一 LED陣列110中已有預(yù)定數(shù)量的LED失效。除了上述可視指示以外，還優(yōu)選地傳遞此警報(bào)。圖3示出了在固定軌道信號(hào)器中使用的LED光源201的第二實(shí)施方式。在圖3所示的LED光源201中，控制電路包括用于控制第一 LED陣列210的電流供應(yīng)的第一控制電路和用于控制第二 LED陣列220的電流供應(yīng)的第二控制電路。與圖1所示的LED光源101 —樣，第一 LED陣列210包括多個(gè)LED (例如，32個(gè) LED)，多個(gè)LED中的每一個(gè)都與反向偏壓齊納二極管(未示出，但是圖4可見)形式的一個(gè)旁路元件相關(guān)。類似地，第二 LED陣列220包括多個(gè)LED (例如，37個(gè)LED)，每個(gè)LED都與反向偏壓齊納二極管(同樣，未示出，但是圖4可見)形式的一個(gè)旁路元件相關(guān)。第一控制電路包括電壓調(diào)節(jié)器206a和控制電阻器216a、216b。第二控制電路包括電壓調(diào)節(jié)器206b和控制電阻器226a、2^b。經(jīng)由輸入過濾器202和兩個(gè)電壓整流器2(Ma、 204b向控制電路提供交流電供應(yīng)，以便對第一和第二控制電路中的每一個(gè)提供整流過的電壓。布置傳感元件232來感測供應(yīng)至第一 LED陣列210的電流。第二控制電路被構(gòu)造為基于傳感元件232的輸出控制對第二 LED陣列220的電流供應(yīng)，從而當(dāng)操作LED光源時(shí)滿足以下條件(i)在第一 LED陣列210中的任何LED失效之前，接通第一 LED陣列210中的LED 并斷開第二 LED陣列220中的LED ；
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(ii)如果第一 LED陣列210中預(yù)定數(shù)量的LED失效，則接通第二 LED陣列220中的至少一個(gè)LED ；并且(iii)如果第一 LED陣列210中多于預(yù)定數(shù)量的LED失效，則由第二 LED陣列220 輸出的光與第一 LED陣列中已經(jīng)失效的LED的數(shù)量一致地增加。如圖3所示，輸出控制M0、輸出開關(guān)242和輸出過濾器244組合來提供LED光源 201的狀態(tài)輸出。圖3所示的LED光源201的其他特征與圖1所示的LED光源101的其他特征相似，
并且不需要進(jìn)一步詳細(xì)地討論。圖4示出了實(shí)現(xiàn)圖3所示的LED光源201的電路圖。圖fe示出了與LED光源一起使用的包括多個(gè)透鏡的透鏡陣列301，例如圖1所示的LED光源101或圖3所示的LED光源201。透鏡陣列301與具有第一 LED陣列和第二 LED陣列的LED光源一起使用，其中，第一和第二 LED陣列中的LED相對于彼此定位，以便如果接通第一和第二 LED陣列中的LED 時(shí)提供合成的光輸出。如圖如所示，透鏡陣列301包括兩種不同尺寸的透鏡，S卩，具有第一尺寸的透鏡 302和具有不同于第一尺寸的第二尺寸(在此情況中小于第一尺寸)的透鏡304。當(dāng)與圖1或圖3所示的LED光源一起使用時(shí)，第一 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第一尺寸的透鏡優(yōu)選地對準(zhǔn)，并且第二 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第二尺寸的透鏡優(yōu)選地對準(zhǔn)，例如，如上所述參照圖1所示的LED光源101。不同的透鏡尺寸幫助增強(qiáng)由接通的第二 LED陣列中的LED提供的故障可視指示，例如，如上參照圖1所示的LED光源101所述的。當(dāng)在本說明書和權(quán)利要求書中使用時(shí)，術(shù)語“包括”和“包含”及其變型表示包括特定的特征、步驟或整體。不應(yīng)該將該術(shù)語解釋為排除其它的特征、步驟或整體的存在。在上述描述中或在所附權(quán)利要求中或在附圖中公開的，以其特定形式表達(dá)的，或按照用于執(zhí)行所公開功能的裝置，或用于獲得所公開結(jié)果的方法或工藝的特征，適當(dāng)?shù)乜煞謩e或以這些特征的任何組合來以其各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。雖然已經(jīng)結(jié)合上述示意性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是，當(dāng)給出此公開內(nèi)容時(shí)，許多等效修改和變型對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，而不會(huì)背離所公開的廣義概念。因此，意圖是，在此授權(quán)的專利的范圍僅由所附權(quán)利要求限制，如參照說明書和附圖所解釋的，而不由這里描述的實(shí)施方式限制。因此，雖然參照在固定軌道信號(hào)器中使用的LED光源舉例說明了本發(fā)明，但是相同的原理可用來制造適于在其它環(huán)境(例如，公路運(yùn)輸)中使用的LED光源。
權(quán)利要求
1.一種LED光源，具有 第一 LED陣列，包括多個(gè)LED ；第二 LED陣列，包括多個(gè)LED，所述第一和第二 LED陣列中的LED相對于彼此定位，以便如果接通所述第一和第二 LED陣列中的LED時(shí)提供合成的光輸出； 控制電路，用于控制對所述第一和第二 LED陣列的電流供應(yīng)； 其中，所述控制電路被構(gòu)造為控制對所述第一和第二 LED陣列的電流供應(yīng)，從而當(dāng)操作LED光源時(shí)滿足以下條件(i)在所述第一 LED陣列中的任何LED失效之前，接通所述第一 LED陣列中的LED并斷開所述第二 LED陣列中的LED ；并且( )如果所述第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效，則接通所述第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光源，其中，接通所述第二LED陣列中的至少一個(gè)LED，使得在所述第一 LED陣列中的預(yù)定數(shù)量的LED失效之后由LED光源輸出的光與所述第一 LED 陣列中的預(yù)定數(shù)量的LED失效之前由LED光源輸出的光基本相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED光源，其中，所述第二LED陣列中的所述至少一個(gè) LED的接通提供所述第一 LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED的失效的可視指示。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，包括多個(gè)透鏡，所述第一LED陣列中的每個(gè)LED與具有第一尺寸的相應(yīng)透鏡對準(zhǔn)，并且所述第二 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第二尺寸的相應(yīng)透鏡對準(zhǔn)，第二尺寸與第一尺寸不同。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，所述LED光源包括通信電路，如果接通所述第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED，所述通信電路用于將關(guān)于所述LED光源的狀態(tài)的信息傳遞至狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，如果所述第一LED陣列中預(yù)定數(shù)量的LED失效，則接通所述第二 LED陣列中的所有LED。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，所述控制電路進(jìn)一步構(gòu)造成控制對所述第一和第二 LED陣列的電流供應(yīng)，從而當(dāng)操作所述LED光源時(shí)滿足以下附加條件(iii)如果所述第一 LED陣列中多于預(yù)定數(shù)量的LED失效，則由所述第二 LED陣列輸出的光與所述第一 LED陣列中已經(jīng)失效的LED的數(shù)量一致地增加。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，每個(gè)LED陣列中的多個(gè)LED串聯(lián)連接，LED陣列中的每個(gè)LED與相應(yīng)的旁路元件相關(guān)，如果LED失效，所述旁路元件允許繞開該LED。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED光源，其中，每個(gè)旁路元件是反向偏壓齊納二極管。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，所述第一LED陣列和所述第二 LED陣列并聯(lián)連接，所述第一 LED陣列中的LED的數(shù)量少于所述第二 LED陣列中的LED的數(shù)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的LED光源，其中，所述控制電路包括一個(gè)或多個(gè)控制電阻器，所述控制電阻器與由并聯(lián)連接的所述第一和第二 LED陣列形成的電路元件串聯(lián)地耦接。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的LED光源，其中，所述控制電路被構(gòu)造為在并聯(lián)連接的所述第一和第二 LED陣列上跨接一基本恒定的電壓，并可選地在并聯(lián)連接的所述第一和第二 LED陣列以及一個(gè)或多個(gè)控制電阻器上跨接該基本恒定的電壓。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，所述控制電路包括用于控制對所述第一 LED陣列的電流供應(yīng)的第一控制電路和用于控制對所述第二 LED陣列的電流供應(yīng)的第二控制電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的LED光源，其中，所述控制電路包括用于感測供應(yīng)至所述第一 LED陣列的電流的傳感元件，所述第二控制電路被構(gòu)造為基于所述傳感元件的輸出來控制對所述第二 LED陣列的電流供應(yīng)。
15.一種LED光源，具有至少一個(gè)LED陣列，包括多個(gè)LED ；控制電路，用于控制對所述至少一個(gè)LED陣列的電流供應(yīng)；其中，所述至少一個(gè)LED陣列中的LED布置成提供所述LED光源中的故障的可視指示， 在出現(xiàn)故障之后由所述LED光源輸出的光與出現(xiàn)故障之前由LED光源輸出的光基本相等。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的LED光源，其中，所述可視指示使得僅可從10米左右、5米左右、4米左右、3米左右、2米左右或1米左右的距離看到。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的LED光源，其中，所述LED光源具有包括多個(gè)LED的第一 LED陣列和包括多個(gè)LED的第二 LED陣列，所述第一和第二 LED陣列中的LED相對于彼此定位，以便如果接通所述第一和第二 LED陣列中的LED時(shí)提供合成的光輸出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的LED光源，其中，所述故障指所述第一LED陣列中的預(yù)定數(shù)量的LED的失效，并且所述可視指示由接通的所述第二 LED陣列中的至少一個(gè)LED提供。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，所述LED光源包括多個(gè)透鏡，所述第一 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第一尺寸的相應(yīng)透鏡對準(zhǔn)，并且所述第二 LED陣列中的每個(gè)LED與具有第二尺寸的相應(yīng)透鏡對準(zhǔn)，第二尺寸與第一尺寸不同。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，包括用于容納所述LED光源的一個(gè)或多個(gè)LED陣列的殼體。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，所述LED光源在固定警報(bào)或指示信號(hào)器中使用。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源，其中，所述LED光源具有第一LED陣列和第二 LED陣列，其中，所述第一 LED陣列中的LED產(chǎn)生與所述第二 LED陣列中的LED相同顏色的光。
23.一種用于安裝至固定支撐結(jié)構(gòu)以提供固定警報(bào)或指示信號(hào)器的信號(hào)單元，所述信號(hào)單元具有至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED光源；以及安裝裝置，用于將所述信號(hào)單元安裝在所述固定支撐結(jié)構(gòu)上。
24.一種固定信號(hào)器，包括根據(jù)權(quán)利要求23所述的安裝至固定支撐結(jié)構(gòu)的信號(hào)單元。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的固定信號(hào)器，其中，所述固定支撐結(jié)構(gòu)是柱子或跨軌信號(hào)架。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED光源，在固定軌道信號(hào)器中使用，具有第一LED陣列和第二LED陣列，該LED光源構(gòu)造成使得如果第一LED陣列中有預(yù)定數(shù)量的LED失效，則對第二LED陣列供應(yīng)電流，以便接通第二LED陣列中的至少一個(gè)LED。接通第二LED陣列中的至少一個(gè)LED，可提供LED光源中的故障的可視指示。該LED光源進(jìn)一步包括多個(gè)透鏡，第一LED陣列中的每個(gè)LED與具有第一尺寸的相應(yīng)透鏡對準(zhǔn)，并且第二LED陣列中的每個(gè)LED與具有第二尺寸的相應(yīng)透鏡對準(zhǔn)，第二尺寸與第一尺寸不同。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK102269369SQ20101019818
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者巴里·托馬斯·懷特 申請人:尤尼帕特鐵路有限公司