本發(fā)明涉及照明系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及在配置用于白熾燈泡的系統(tǒng)中使用的發(fā)光二極管(led)。

背景技術：

在軌道線路(wayside)信號系統(tǒng)中，白熾燈泡被廣泛用作用于發(fā)信號的光源。使用白熾燈泡的發(fā)信號系統(tǒng)非常易于操作和控制。白熾燈泡大部分為電阻負載。因而，流經(jīng)白熾燈泡的電流與輸入電壓直接成正比。另外，照明強度水平與燈泡的輸入電壓直接成正比。

隨著半導體領域和led商業(yè)化的發(fā)展，現(xiàn)在led作為白熾燈泡的替代的應用已成為現(xiàn)實。早期的led通常被用作電子設備的指示燈，替代小型白熾燈泡。很快，led被封裝成以七段顯示形式的數(shù)字讀出，且通常例如在數(shù)字時鐘中被看到。

近期，led的發(fā)展允許它們被用在環(huán)境和任務照明中。相對于白熾光源，led具有許多優(yōu)點，包括較低的能量損耗、更長的使用壽命、改善的物理魯棒性、更小的尺寸和更快的切換。led現(xiàn)已在不同的領域例如航空照明、機動車前照燈、廣告、一般照明、交通信號、相機閃光燈，甚至led墻紙。

白熾燈泡的一個特性是輸入電壓和輸入電流之間近乎為線性關系。傳統(tǒng)地，軌道線路信號系統(tǒng)被設計為利用電壓和電流之間的線性關系來執(zhí)行其發(fā)信號的任務。led并不展現(xiàn)線性關系。因而，如果在現(xiàn)有信號系統(tǒng)中使用led來替代白熾燈泡，軌道線路信號系統(tǒng)和led都必須被改變以保證軌道線路信號系統(tǒng)的安全和可靠性。

因此，迄今，本領域中依然存在著解決上述不足和缺點的未解決的需要。

技術實現(xiàn)要素：

給定上述不足，存在對于led來替代常規(guī)白熾燈泡的需要，其中l(wèi)ed展現(xiàn)與白熾燈泡類似的電子特性。

在某些情況下，本發(fā)明的實施例提供一種用于控制白熾燈泡仿真器(emulator)的操作的方法。在某些實施例中，白熾燈泡仿真器具有控制器、白熾燈泡模擬器模塊和led負載。方法包括：經(jīng)由轉換器將輸入電壓轉換成預定的dc電壓；基于預定的dc電壓驅動led負載；經(jīng)由控制器對白熾燈泡仿真器的輸入電流曲線和響應于驅動的led負載的模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線進行比較；以及基于比較調節(jié)至led負載的dc驅動電流，使得白熾燈泡仿真器的輸入電流曲線與模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線匹配。輸入電壓可包括ac輸入電壓和dc輸入電壓。

在某些實施例中，轉換器具有輸入電壓轉換器和輔助供應。流經(jīng)led負載的dc驅動電流與白熾燈泡仿真器的輸入電壓直接成正比。隨著輸入電壓波動，流經(jīng)led負載的dc驅動電流被調節(jié)，使得led負載的光強水平與被led負載替代的白熾燈泡的光強水平相匹配。

根據(jù)結合以下附圖及其說明進行的以下對實施例的描述，本發(fā)明的這些和其他方面是顯然的，然而在不背離本發(fā)明新穎概念的精神和范圍的情況下可實現(xiàn)在其中的修改和變化。

本發(fā)明提供了一組技術方案，如下：

1.一種用于控制白熾燈泡仿真器的操作的方法，所述白熾燈泡仿真器具有控制器、白熾燈泡模擬器模塊和發(fā)光二極管(led)負載，所述方法包括：

經(jīng)由轉換器將輸入電壓轉換成預定的直流(dc)電壓，其中所述輸入電壓包括交流(ac)輸入電壓和dc電壓；

基于所述預定的dc電壓來驅動所述led負載；

經(jīng)由所述控制器將所述白熾燈泡仿真器的輸入電流曲線和響應于驅動的led負載的模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線進行比較；以及

基于比較調節(jié)至所述led負載的dc驅動電流，使得所述白熾燈泡仿真器的所述輸入電流曲線與模擬的白熾電燈泡的輸入電流曲線匹配。

2.如技術方案1所述的方法，其中所述轉換器包括：

輸入電壓轉換器，配置成當所述輸入電壓為所述ac輸入電壓時將所述ac輸入電壓轉換成所述預定的dc電壓并向所述led負載提供所述dc驅動電流；

dc電壓轉換器，配置成當所述輸入電壓為所述dc輸入電壓時將所述dc輸入電壓轉換成所述預定的dc電壓；以及

輔助供應，配置成從所述輸入電壓轉換器接收所述預定的dc電壓并向安全性電路提供所述預定的dc電壓。

3.如技術方案2所述的方法，其中所述輸入電壓轉換器包括全橋整流器。

4.如技術方案2所述的方法，其中通過所述led負載的所述dc驅動電流與所述白熾燈泡仿真器的所述輸入電壓成正比。

5.如技術方案4所述的方法，其中通過所述led負載的所述dc驅動電流被調節(jié)，使得所述led負載的光強水平與將被所述led負載替代的白熾燈泡的光強水平匹配。

6.如技術方案5所述的方法，其中所述led負載包括電阻負載，其用來增大輸入電流損耗，以跨操作電壓范圍使所述白熾燈泡仿真器的所述輸入電流損耗與將被所述led負載替代的所述白熾燈泡的所述輸入電流損耗匹配。

7.如技術方案1所述的方法，其中所述控制器包括led驅動控制器，其具有：

開環(huán)反饋控制器，配置成從所述安全性電路接收開環(huán)反饋、控制至所述led負載的所述dc驅動電流并且驅動所述led負載；

切換電路，配置成根據(jù)所述led負載的故障模式和所述輸入電壓向所述白熾燈泡仿真器提供開關控制；主功率源，配置成向所述led負載供應dc驅動電流：以及

安全性電路，配置成監(jiān)測所述白熾燈泡仿真器的輸出功率損耗、檢測當所述led負載失效時的所述led負載的故障模式并向所述切換電路發(fā)送信號以切斷至所述led負載的所述dc驅動電流。

8.如技術方案7所述的方法，其中所述開環(huán)反饋控制器包括電流比較器，其配置成將所述白熾燈泡仿真器的所述輸入電流曲線和響應于驅動的led負載的所述模擬的白熾燈泡的所述輸入電流曲線進行比較。

9.如技術方案7所述的方法，其中所述開環(huán)反饋控制器進一步包括電磁干擾(emi)濾波器，其配置成通過限制磁設計以限制遞送至所述led負載的功率量以便匹配所述白熾燈泡的輸入電流特性。

10.如技術方案7所述的方法，其中所述安全性電路配置成當所述led負載處于故障模式中時向所述開環(huán)反饋控制器發(fā)送信號以關閉所述主功率源。

11.一種白熾燈泡仿真器，包括：

led負載，配置成替代白熾燈泡；

轉換器，配置成接收輸入電壓并將所述輸入電壓轉換成用于驅動所述led負載的預定的dc電壓，其中所述輸入電壓包括ac輸入電壓和dc輸入電壓；

白熾燈泡模擬器模塊；以及

控制器，配置成：

將所述白熾燈泡仿真器的輸入電流曲線和響應于驅動的led負載的模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線進行比較；以及

基于比較而調節(jié)至所述led負載的dc驅動電流，使得所述白熾燈泡仿真器的所述輸入電流曲線與模擬的白熾電燈泡的輸入電流曲線匹配。

12.如技術方案11所述的白熾燈泡仿真器，其中所述轉換器包括：

輸入電壓轉換器，配置成當所述輸入電壓是ac輸入電壓時將所述ac輸入電壓轉換成所述dc電壓并向所述led負載提供所述dc驅動電流，；

dc電壓轉換器，配置成當所述輸入電壓是所述dc輸入電壓時將所述dc輸入電壓轉換成所述預定的dc電壓；以及

輔助供應，配置成從所述輸入電壓轉換器接收所述預定的dc電壓并向安全性電路提供所述預定的dc電壓。

13.如技術方案12所述的白熾燈泡仿真器，其中所述輸入電壓轉換器包括全橋整流器。

14.如技術方案12所述的白熾燈泡仿真器，其中通過所述led負載的所述dc驅動電流與所述白熾燈泡仿真器的所述輸入電壓成正比。

15.如技術方案14所述的白熾燈泡仿真器，其中通過所述led負載的所述dc驅動電流被調節(jié)，使得所述led負載的光強水平與將被所述led負載替代的所述白熾燈泡的光強水平匹配。

16.如技術方案15所述的白熾燈泡仿真器，其中所述led負載包括電阻負載，其用來增大輸入電流損耗，以跨操作電壓范圍使所述白熾燈泡仿真器的所述輸入電流損耗與將被led負載替代的所述白熾燈泡的所述輸入電流損耗匹配。

17.如技術方案11的白熾燈泡仿真器，其中所述控制器包括led驅動控制器，其具有：

開環(huán)反饋控制器，配置成從所述安全性電路接收開環(huán)反饋、控制至所述led負載的所述dc驅動電流并且驅動所述led負載；

切換電路，配置成根據(jù)所述led負載的故障模式和所述輸入電壓向所述白熾燈泡仿真器提供開關控制；

主功率源，配置成向所述led負載供應dc驅動電流：以及

安全性電路，配置成監(jiān)測所述白熾燈泡仿真器的輸出功率損耗、檢測當所述led負載失效時所述led負載的故障模式并向所述切換電路發(fā)送信號以切斷至所述led負載的所述dc驅動電流。

18.如技術方案17所述的白熾燈泡仿真器，其中所述開環(huán)反饋控制器包括電流比較器，其配置成將所述白熾燈泡仿真器的所述輸入電流曲線和響應于驅動的led負載的所述模擬的白熾燈泡的所述輸入電流曲線進行比較。

19.如技術方案17所述的白熾燈泡仿真器，其中所述開環(huán)反饋控制器進一步包括電磁干擾(emi)濾波器，其配置成通過限制磁設計以限制遞送至所述led負載的功率量以便匹配所述白熾燈泡的輸入電流特性。

20.如技術方案17所述的白熾燈泡仿真器，其中所述安全性電路配置成當所述led負載處于故障模式中時向所述開環(huán)反饋控制器發(fā)送信號以關閉所述主功率源。

附圖說明

附圖中示出了本公開，在其通篇中，在各個圖中相似的參考數(shù)字可指示對應或類似的部件。附圖的目的僅在于示出優(yōu)選實施例而不能被解釋為限制本發(fā)明。給定附圖的以下使能(enabling)描述，本公開的新穎方面對本領域普通技術人員而言是明顯的。

圖1是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的白熾燈泡仿真器的方塊圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明某些實施例的白熾燈泡仿真器的流程圖。

具體實施方式

雖然文中采用用于特殊應用的說明性實施例描述了本發(fā)明，但應當理解，本發(fā)明并不限于此?？梢栽L問本文提供的教導的本領域技術人員將會認識到在本發(fā)明的范圍內的附加的修改、應用和實施例以及本發(fā)明將具有顯著效用的附加的領域。

除非另有定義，本文中使用的技術和科學術語具有與本發(fā)明所屬領域普通技術人員通常所理解的相同的含義。如本文使用的術語“第一”、“第二”等并不表示任何次序、數(shù)量或重要性，而是用于區(qū)分一個元件與另一個元件。而且，術語“一”和″一個″并不表示數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個所提及的項。術語“或”意味著包含的，并且意味著所列項中的任一個、任何、若個或全部。

文中使用“包括”、“包含”或“具有”及它們的各種變化意味著包含其后所列的項及其等同物以及附加項。術語“連接”和“耦合”并不限制為物理或機械連接或耦合，并且可包括電連接和耦合，無論是直接的還是間接的。術語“電路”、“電路系統(tǒng)”和“控制器”可包括單個組件或多個組件，其為有源和/或無源組件且可選地可連接或以別的方式耦合在一起以提供描述的功能。

以下的描述實際上僅是說明性的，決不是意圖限制本公開、其應用或使用。本公開的廣義教導可以以多種形式實現(xiàn)。因此，雖然本公開包括特定示例，但本公開的真實范圍不應被如此限制，因為基于對附圖、說明書和以下權利要求的學習，其他修改將會是明顯的。

為清晰起見，附圖中使用相同的參考數(shù)字來識別類似元件。如文中所使用的，短語“a、b和c中至少之一”應被解釋為意味著邏輯(a或b或c)，使用非排外的邏輯“或”。應當理解，在不變更本發(fā)明原理的情況下，可以以不同的次序(或同時)來執(zhí)行方法內的一個或多個步驟。

控制器可被配置成控制開關元件的操作——激活(接通)和停用(關閉)開關元件內的功率開關，一次一個。激活或停用功率開關實現(xiàn)精確控制來自轉換器的電壓。

在實施例中，在要求直接將電能從ac轉換為dc或從dc轉換為ac的應用中使用轉換器。

可在軌道線路信號系統(tǒng)中使用led。在這些線路信號系統(tǒng)中，led可包括一個或多個led光源或具有多個led的led陣列以形成led負載。

在一方面中，本發(fā)明的實施例包括白熾燈泡仿真器100。白熾燈泡仿真器100包括led負載30、轉換器10和控制器20。

led負載30可替代白熾燈泡以用作光源。在一個實施例中，led負載30是實際led。在另一個實施例中，led負載30為包括連接在一起的多個led的led陣列。led負載30還包括白熾燈泡模擬器模塊和電阻負載。白熾燈泡模擬器模塊用來模擬被模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線且為白熾燈泡仿真器100提供輸入電流曲線參考。電阻負載用來增大輸入電流損耗以跨操作電壓范圍使白熾燈泡仿真器100的輸入電流損耗與將被led負載30替代的白熾燈泡的輸入電流損耗相匹配。

在實施例中，控制器20是led驅動控制器。led驅動控制器具有開環(huán)反饋控制器22、切換電路24、主功率源26和安全性電路28。開環(huán)反饋控制器22接收來自安全性電路28的開環(huán)反饋，控制通過led負載30的dc驅動電流，并通過主功率源26驅動led負載30。切換電路24根據(jù)led負載30的故障模式和ac輸入電壓向白熾燈泡仿真器100提供開關控制。

在某些實施例中，開環(huán)反饋控制器22可包括電磁干擾(emi)濾波器。emi濾波器被配置成通過限制磁設計(magneticdesign)來限制可被傳送至包括led和電阻負載的輸出負載的功率量，以匹配白熾燈泡的輸入電流特性。在一個實施例中，磁被設計為將預定的電量傳送至開始于固定電壓v1的輸出。對于任何低于其的電壓(即，v＜v1)，磁可不限制傳送至輸出的功率量，其中傳送至輸出的功率量與輸入電壓直接成正比。輸入電壓越高，輸出功率越高，因而輸入電流越高，并且反之亦然。

主功率源26接收來自開環(huán)反饋控制器22的dc驅動電流，并提供流經(jīng)led負載30的dc驅動電流。安全性電路28監(jiān)測白熾燈泡仿真器100的輸出功率損耗，檢測當led負載30失效時的led負載30的故障模式，并向切換電路24發(fā)送信號以切斷流經(jīng)led負載30的dc驅動電流。

在圖1的實施例中，轉換器10包括輸入電壓轉換器12和輔助供應14。轉換器10從一對輸入端子——第一端子(t1)和第二端子(t2)接收輸入電壓。轉換器10將輸入電壓轉換成預定的dc電壓，并通過主功率源26提供流經(jīng)led負載30的dc驅動電流。輔助供應14接收來自輸入電壓轉換器12的預定的dc電壓，并向安全性電路28提供預定的dc電壓作為其dc功率供應。在一個實施例中，輸入電壓轉換器12為全橋整流器。

控制器20使用白熾燈泡模擬器模塊對白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線和模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線進行比較。模擬的白熾燈泡響應于驅動的led負載。隨著輸入電壓波動，開環(huán)反饋控制器22基于比較調節(jié)流經(jīng)led負載30的dc驅動電流。該過程持續(xù)進行直到白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線與模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線匹配。

流經(jīng)led負載30的dc驅動電流與白熾燈泡仿真器100的輸入電壓直接成正比。流經(jīng)led負載30的dc驅動電流被開環(huán)反饋控制器22調節(jié)，使得led負載30的光強水平與被led負載30替代的白熾燈泡的光強水平匹配。

開環(huán)反饋控制器22包括電流比較器(未示出)。電流比較器對白熾燈泡模擬器100的輸入電流曲線和響應于驅動的led負載的模擬白熾燈泡的輸入電流曲線進行比較。當白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線緊密遵循模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線時，電流比較器的輸出是小的，并且不創(chuàng)建對dc驅動電流進行調節(jié)的需求。

當白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線與模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線之間的差大于預定閾值時，電流比較器的輸出將創(chuàng)建對dc驅動電流進行某些調節(jié)的需求。這些調節(jié)將最小化白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線和模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線之間的差。

開環(huán)反饋控制器22還包括電磁干擾(emi)濾波器和保險絲。當led負載30處于故障模式中時，安全性電路28向開環(huán)反饋控制器22發(fā)送信號以關閉主功率源26。

在另一方面中，本發(fā)明涉及用于控制如上所述的白熾燈泡仿真器100的操作的方法200。參見附圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明某些實施例的白熾燈泡仿真器100的流程圖。方法200被提供以通過主功率源26控制流經(jīng)led負載30的dc驅動電流，使得白熾燈泡仿真器100展現(xiàn)與被led負載30替代的白熾燈泡類似的電子特性。

為方便描述，方法200中包括的一個或多個步驟或操作被分組在方框中。然而，本領域普通技術人員容易理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，每個方框中描述的操作可被獨立、依次或非同步地執(zhí)行。

方法200包括第一操作202，其包括將輸入電壓轉換成預定的dc電壓。在某些實施例中，輸入電壓可包括ac輸入電壓和dc輸入電壓。當輸入電壓為ac輸入電壓時，轉換器10可將dc輸入電壓轉換成由白熾燈泡仿真器100所要求的不同電壓中的預定的dc電壓。當輸入電壓為ac輸入電壓時，轉換器10的輸入電壓轉換器12接收來自第一端子t1和第二端子t2的ac輸入電壓，將ac輸入電壓轉換成預定的dc電壓，并向控制器20提供dc驅動電流。輔助供應14接收來自輸入電壓轉換器12的預定的dc電壓，并向安全性電路28提供預定的dc電壓作為其dc功率供應。在某些實施例中，輸入電壓轉換器12為全橋整流器。

方法200包括第二操作204，其包括使用白熾燈泡模擬器模塊來匹配白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線和模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線。電流比較器被用來匹配白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線和模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線。

當白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線緊密遵循(closelyfollow)模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線時，電流比較器的輸出是小的，因而無需進行調節(jié)。操作返回至操作204。當白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線與模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線之間的差大于預定閾值時，對dc驅動電流進行某些調節(jié)是必需的。這些調節(jié)減少白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線和模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線之間的差。操作繼續(xù)至操作206。

第三操作206包括通過主功率源26調節(jié)流經(jīng)led負載30的dc驅動電流?；趤碜圆僮?04的比較，流經(jīng)led負載的dc驅動電流被調節(jié)，使得白熾燈泡仿真器100的輸入電流曲線匹配模擬的白熾燈泡的輸入電流曲線。

操作206還可包括使用切換電路24關斷向led負載30的主功率供應26。開環(huán)反饋控制器22接收來自安全性電路28的開環(huán)反饋，控制流經(jīng)led負載30的dc驅動電流，并通過主功率源26驅動led負載30。

切換電路24根據(jù)led負載30的故障模式和ac輸入電壓據(jù)供對白熾燈泡仿真器100的開關控制。安全性電路28監(jiān)測白熾燈泡仿真器100的輸出功率損耗，檢測當led負載30失效時的led負載30的故障模式，并向切換電路24發(fā)送信號以切斷流經(jīng)led負載30的dc驅動電流。

操作208包括通過主功率源26驅動led負載30。在某些實施例中，來自主功率源26的dc驅動電流與白熾燈泡仿真器100的輸入電壓直接成正比。隨著ac輸入電壓波動，流經(jīng)led負載30的dc驅動電流被調節(jié)，使得led負載30的光強水平與被led負載30替代的白熾燈泡的光強水平匹配。在實施例中，led負載30包括電阻負載，其用來增大輸入電流損耗。白熾燈泡的輸入電流損耗被增大以跨操作電壓范圍理想地匹配白熾燈泡仿真器100的輸入電流損耗和將被led負載30替代的白熾燈泡的輸入電流損耗。

結論

本公開的示范性實施例的前面描述僅是出于說明和說明的目的而提出，并不意圖是徹底的或將本發(fā)明限制為所公開的精確形式。根據(jù)上述教導，多種修改和變化是可能的。

實施例被選擇和描述以解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，從而激發(fā)本領域的其他技術人員利用本發(fā)明和各種實施例，以及適于預期的特殊使用的各種修改。在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，對本發(fā)明所屬領域的技術人員而言，備選實施例是顯然的。例如，可同時使用多個探針以便實施本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求定義，而不是由上文和文中描述的示范實施例來定義。

部件列表

圖1

100白熾燈泡仿真器

10轉換器

12輸入電壓轉換器

14輔助供應

20控制器

22開環(huán)反饋控制器

24切換電路

26主功率源

28安全性電路

30led負載

圖2

200方法

202第一操作

204第二操作

206第三操作

208驅動操作