Led鐵路信號燈驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了LED鐵路信號燈驅(qū)動電路，它由主LED驅(qū)動電路、副LED驅(qū)動電路和開關(guān)電路組成，主LED驅(qū)動電路中設(shè)有由光敏電阻RL、第二電阻R2和運算放大器U1構(gòu)成的光檢測電路，主LED驅(qū)動電路中的第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC1上的DIM管腳上電連接有第一電容C1，副LED驅(qū)動電路中的第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2上的DIM管腳上電連接有第二電容C2，第二電容C2兩端并聯(lián)有第三電阻R3，開關(guān)電路為一個雙刀雙擲繼電器，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明電路通過使用光檢測電路，簡化了電路設(shè)計；滿足“故障倒向安全”的準(zhǔn)則并能滿足鐵標(biāo)中對于電磁兼容的要求。
【專利說明】
LED鐵路信號燈驅(qū)動電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED鐵路信號燈，具體涉及一種LED鐵路信號燈驅(qū)動電路。

【背景技術(shù)】
[0002]近年隨著LED技術(shù)的發(fā)展，采用LED作為發(fā)光顯示器件的鐵路信號機(jī)也逐漸開始出現(xiàn)。目前主要采用多顆小功率顯示級LED組成發(fā)光光盤和大功率LED構(gòu)成的點式光源，分別稱為發(fā)光盤式信號機(jī)構(gòu)和點光源式信號機(jī)構(gòu)。盤式及點光源式燈具機(jī)構(gòu)的電氣性能具有功耗低、工作電流小、無沖擊電流、可靠性較高等特點，對傳統(tǒng)雙燈絲白熾燈具有很大的優(yōu)越性。但在目前，盤式信號燈及點光源式LED信號燈具有巨大缺陷:
[0003]1、盤式信號燈具無法兼容現(xiàn)有供電及光學(xué)系統(tǒng)，需把供電及光學(xué)系統(tǒng)完整替換，因此成本聞昂；
[0004]2、點光源式燈具能夠兼容現(xiàn)有供電系統(tǒng)，但因體積略大，需對光學(xué)系統(tǒng)做部分改造，且目前市面沒有能完整通過鐵標(biāo)電磁兼容要求的產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明設(shè)計了一種點式LED驅(qū)動電路，其體積小，便于產(chǎn)品小型化，無需對現(xiàn)有供電、光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行任何改造，且能滿足鐵標(biāo)中對電磁兼容的要求。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種LED鐵路信號燈驅(qū)動電路，它由主LED驅(qū)動電路、副LED驅(qū)動電路和開關(guān)電路組成，所述主LED驅(qū)動電路與副LED驅(qū)動電路共用第二輸入端N，所述主LED驅(qū)動電路上的第一輸入端Va通過功率電阻Rl與開關(guān)電路電連接，所述副LED驅(qū)動電路上的第三輸入端Vb與開關(guān)電路電連接；所述主LED驅(qū)動電路包括相互電連接的光檢測電路和第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DCl，所述光檢測電路包括光敏電阻RL、第二電阻R2和運算放大器Ul，所述光敏電阻RL與第二電阻R2串聯(lián)，所述光敏電阻RL與第二電阻R2的串聯(lián)節(jié)點接入運算放大器Ul的INl-管腳，所述第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DCl上的DIM管腳上電連接有第一電容Cl ;所述副LED驅(qū)動電路包括第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2，所述第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2上的DM管腳上電連接有第二電容C2，所述第二電容C2兩端并聯(lián)有第三電阻R3 ；所述開關(guān)電路為一個雙刀雙擲繼電器，所述雙刀雙擲繼電器上的第六管腳通過功率電阻Rl接入第一輸入端Va，所述雙刀雙擲繼電器上的第三管腳接入第三輸入端Vb，所述雙刀雙擲繼電器上的第五管腳接入第三輸入端N。
[0008]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述功率電阻Rl的電阻值小于15Ω。
[0009]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述第一電容Cl的電容值為2.2uF。
[0010]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述第二電容C2的電容值為22uF，所述第三電阻R3的電阻值為45K Ω。
[0011]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述主LED驅(qū)動電路的輸出端與主LED電連接、所述副LED驅(qū)動電路的輸出端與副LED電連接。
[0012]本技術(shù)方案中,驅(qū)動電路有第一輸入端Va、第二輸入端N和第三輸入端Vb,通過共用第二輸入端N將驅(qū)動電路分為了主LED驅(qū)動電路和副LED驅(qū)動電路兩個獨立的輸出電路，主LED驅(qū)動電路和副LED驅(qū)動電路分別設(shè)有一顆第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC1和第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2，通過上述芯片用于在恒流模式中驅(qū)動主LED和副LED，在主LED驅(qū)動電路還設(shè)有一顆運算放大器U1，運算放大器U1的IN1-管腳連接在一個光敏電阻RL與固定電阻R2的中點，在主LED驅(qū)動電路正常驅(qū)動點亮主LED后，光敏電阻RL的阻值會急劇變小，運算放大器U1的IN1-管腳的電壓會大幅下降，根據(jù)此變化，運算放大器U1可以判斷主LED是否正常發(fā)光，若正常發(fā)光，運算放大器U1即可輸出一個電平用于導(dǎo)通開關(guān)電路，開關(guān)電路將功率電阻R1接入第一輸入端Va與第二輸入端N之間，并將第三輸入端Vb通過開關(guān)電路切斷，這時副LED驅(qū)動電路不工作，若主LED未發(fā)光或發(fā)光強(qiáng)度低于某一個極低的值后，光敏電阻RL的阻值會恢復(fù)或降低很少，運算放大器U1的IN1-管腳的電壓會升高超過設(shè)置的比較值，此時運算放大器U1可斷開對開關(guān)電路控制，使功率電阻R1從第一輸入端Va與第二輸入端N之間斷開，并將第三輸入端Vb接通，這時副LED驅(qū)動電路正常工作。
[0013]本技術(shù)方案中通過設(shè)置光敏檢測電路實現(xiàn)了對主LED驅(qū)動電路中主LED是否正常發(fā)光進(jìn)行判斷，通過設(shè)置開關(guān)電路實現(xiàn)了當(dāng)主LED正常發(fā)光時，切斷副燈回路，并將功率電阻R1接入主LED驅(qū)動回路，當(dāng)主LED損壞不能正常發(fā)光時，恢復(fù)副LED驅(qū)動回路。
[0014]一般來說，電路中檢測負(fù)載是否工作均是在電路中串聯(lián)或并聯(lián)電阻，通過檢測電阻上的電壓改變來檢測負(fù)載是否正常。在LED的檢測中，LED損壞有開路、短路兩種損壞方式，因此需要兩套檢測電路，不利于產(chǎn)品的小型化，且因增加了元件數(shù)量，對電路可靠性也有一定的影響。因此本技術(shù)方案中通過采用光檢測的方式對LED負(fù)載進(jìn)行檢測，檢測原理如下:
[0015]運算放大器U1的IN1-管腳連接到光敏電阻RL與固定電阻R2的中間，光敏電阻RL在黑暗中，阻值在1ΜΩ以上，固定電阻R2阻值100ΚΩ以下，在沒有光照到光敏電阻RL時，IN1-管腳的電壓很低，僅為Vcc管腳電壓的1 %以下，而在有光照到光敏電阻RL表面時，光敏電阻RL的阻值僅為1ΚΩ?10ΚΩ，IN1-管腳的電壓為Vcc管腳電壓的90%?99%，運算放大器U1根據(jù)此變化可判斷主LED是否正常工作。此檢測方法電路簡單，有利于產(chǎn)品小型化、輕量化。
[0016]開關(guān)電路采用一個雙刀雙擲繼電器，這個繼電器受運算放大器U1的控制可以對功率電阻R1以及第二輸入端Vb的線路進(jìn)行通/斷操作，在連接上，功率電阻R1是“長斷”模式工作，而副LED驅(qū)動電路的第二輸入端Vb是“長閉”工作模式。這種接法意味著在實際的應(yīng)用中，可以保證任何時候主燈損壞時，副燈是正常工作的，而電阻不被接入電路中，使電路功率小于某一個閥值，這種接法符合鐵路產(chǎn)品要求的“故障倒向安全”的安全機(jī)制。
[0017]由于本驅(qū)動電路使用的是鐵路信號燈，該燈是一種應(yīng)用于室外的燈具，因此對于電磁兼容有嚴(yán)格的要求，特別是鐵標(biāo)(鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))中要求的電快速瞬變脈沖群抗擾度以及浪涌沖擊抗擾度兩個要求具體實施起來有一定困難，傳統(tǒng)的濾波方式在此電路應(yīng)用中，能夠有效過濾電快速瞬變脈沖群，但對浪涌沖擊并不能干凈過濾，且此方式體積大，無法應(yīng)用于本電路。本電路通過控制第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC1和第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2的DIM管腳的充電時間有效的滿足了以上兩個電磁兼容要求。
[0018]工作原理如下:
[0019]DM管腳是一個內(nèi)部通過約100ΚΩ上拉到5V的端口，此端口電壓低于1.4V時，脈沖寬度調(diào)制控制芯片不工作，而高于1.4V時，脈沖寬度調(diào)制控制芯片才工作。根據(jù)電容充電公式:
[0020]Vt = VO+(Vu-VO) *[1-exp(_t/RC)]
[0021]Vt—任意時刻t，電容上的電壓值
[0022]VO—為電容上的初始電壓值
[0023]Vu —電容充滿終止電壓值
[0024]在本電路中，對于第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC1，內(nèi)部初始電壓為E = 5V，通過100K Ω的電阻向初始電壓為O的2.2uF第一電容Cl充電，充電極限為5V，可計算充電時間如下:
[0025]Vt = E* [1-exp (_t/RC)]
[0026]一>t = RCLn [E/ (E-Vt)]
[0027]—>t = 10K Ω *2.2*10_6*Ln [5/ (5-5)]
[0028]由上式可見，完全充滿電容，Vt接近Ε，時間無窮大；當(dāng)t = RC時，第一電容Cl電壓=0.63E ;當(dāng)t = 2RC時，第一電容Cl電壓=0.86E ;當(dāng)t = 3RC時，第一電容Cl電壓=0.95E ;當(dāng)t = 4RC時，第一電容Cl電壓=0.98E ;當(dāng)t = 5RC時，第一電容Cl電壓=0.99E ；可見，經(jīng)過3?5個RC后，充電過程基本結(jié)束；在本式中，3個周期約0.66s。實際中，第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DCl的DM管腳電壓超過1.4V即開始正常工作，根據(jù)以上公式，可大約計算第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DCl工作時間延遲約為0.1s左右。
[0029]對于第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2來說，工作延遲約為ls，這樣的延遲可保證第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DCl正常工作，且將第二輸入端Vb斷開。此外，第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2中，DM管腳與第二電容C2并聯(lián)的第三電阻R3，可將第二電容C2沖上的電荷快速釋放，保證第二電容C2不會因反復(fù)的浪涌而積累電荷，使得第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2的DM管腳的電壓上升超過1.4V，使第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2誤工作。
[0030]本技術(shù)方案中第一電容的電容值為2.2uF、第二電容的電容值為22uF，第三電阻的電阻值為45ΚΩ，均是可以通過實際試驗測試的組合之一。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明通過使用光檢測電路檢測LED工作狀態(tài)，極大程度簡化了電路設(shè)計，且更加可靠；2、此電路開關(guān)電路接法使用“電阻長斷、副燈長閉”，實現(xiàn)了 “故障倒向安全”的要求；3、主/副驅(qū)動中DM腳充放電時間的差異，配合開關(guān)電路中第三管腳的連接，可滿足鐵標(biāo)中電快速瞬變脈沖群抗擾度以及浪涌沖擊抗擾度兩個實驗要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明一種實施例的LED鐵路信號燈驅(qū)動電路原理圖。
[0033]如圖1所示，其中對應(yīng)附圖標(biāo)記名稱為:
[0034]101主LED驅(qū)動電路，102副LED驅(qū)動電路，103開關(guān)電路、104光檢測電路。

【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0036]如圖1所示，LED鐵路信號燈驅(qū)動電路，它由主LED驅(qū)動電路101、副LED驅(qū)動電路102和開關(guān)電路103組成，所述主LED驅(qū)動電路101與副LED驅(qū)動電路102共用第二輸入端N，所述主LED驅(qū)動電路101上的第一輸入端Va通過功率電阻R1與開關(guān)電路103電連接，所述副LED驅(qū)動電路102上的第二輸入端Vb與開關(guān)電路103電連接；所述主LED驅(qū)動電路101包括相互電連接的光檢測電路104和第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC1(優(yōu)選為安森美公司生產(chǎn)的型號為NCL30160的芯片)，所述光檢測電路104包括光敏電阻RL、第二電阻R2和運算放大器U1 (優(yōu)選為安森美公司生產(chǎn)的型號為NCS1002的運算放大器，所述光敏電阻RL與第二電阻R2串聯(lián)，所述光敏電阻RL與第二電阻R2的串聯(lián)節(jié)點接入運算放大器U1的IN1-管腳，所述第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC1上的DM管腳上電連接有第一電容Cl ;所述副LED驅(qū)動電路包括第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2，所述第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2(優(yōu)選為安森美公司生產(chǎn)的型號為NCL60160的芯片)上的DM管腳上電連接有第二電容C2，所述第二電容C2兩端并聯(lián)有第三電阻R3 ;所述開關(guān)電路103為一個雙刀雙擲繼電器(優(yōu)選為松下公司生產(chǎn)的型號為JW2SN-DC12V的繼電器)，所述雙刀雙擲繼電器上的第六管腳6通過功率電阻R1接入第一輸入端Va，所述雙刀雙擲繼電器上的第三管腳3接入第二輸入端Vb，所述雙刀雙擲繼電器上的第五管腳5接入第三輸入端N，所述功率電阻R1的電阻值小于15 Ω (優(yōu)選為，電阻值10 0)，所述第一電容(:1的電容值為2.2uF，所述第二電容C2的電容值為22uF，所述第三電阻R3的電阻值為45ΚΩ，所述主LED驅(qū)動電路101的輸出端與主LED電連接、所述副LED驅(qū)動電路102的輸出端與副LED電連接。
[0037]本發(fā)明的工作原理如下:
[0038]驅(qū)動電路有第一輸入端Va、第二輸入端N和第三輸入端Vb，通過共用第二輸入端N將驅(qū)動電路分為了主LED驅(qū)動電路101和副LED驅(qū)動電路102兩個獨立的輸出電路，主LED驅(qū)動電路101和副LED驅(qū)動電路102分別設(shè)有一顆第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC1和第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2，通過上述芯片用于在恒流模式中驅(qū)動主LED和副LED，在主LED驅(qū)動電路101還設(shè)有一顆運算放大器U1，運算放大器U1的IN1-管腳連接在一個光敏電阻RL與固定電阻R2的中點，在主LED驅(qū)動電路101正常驅(qū)動點亮主LED后，光敏電阻RL的阻值會急劇變小，運算放大器U1的IN1-管腳的電壓會大幅下降，根據(jù)此變化，運算放大器U1可以判斷主LED是否正常發(fā)光，若正常發(fā)光，運算放大器U1即可輸出一個電平用于導(dǎo)通開關(guān)電路103，開關(guān)電路103將功率電阻R1接入第一輸入端Va與第二輸入端N之間，并將第三輸入端Vb斷開,這時副LED驅(qū)動電路不工作，若主LED未發(fā)光或發(fā)光強(qiáng)度低于某一個極低的值后，光敏電阻RL的阻值會恢復(fù)或降低很少，運算放大器U1的IN1-管腳的電壓會升高超過設(shè)置的比較值，此時運算放大器U1可斷開對開關(guān)電路103控制，使功率電阻R1從第一輸入端Va與第二輸入端N之間斷開，并將第三輸入端Vb接通，這時副LED驅(qū)動電路正常工作，通過設(shè)置光敏檢測電路104實現(xiàn)了對主LED驅(qū)動電路101中主LED是否正常發(fā)光進(jìn)行判斷，通過設(shè)置開關(guān)電路103實現(xiàn)了當(dāng)主LED正常發(fā)光時，切斷副燈回路，并將功率電阻R1接入主LED驅(qū)動電路101，當(dāng)主LED損壞不能發(fā)光時，恢復(fù)副LED驅(qū)動電路工作，
[0039]本電路中開關(guān)電路使用“電阻長斷、副燈長閉”的接法設(shè)計，可最大程度的保證主LED損壞時副LED燈亮，實現(xiàn)了 “故障倒向安全”的要求。
[0040]以上【具體實施方式】對本發(fā)明的實質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)說明，但并不能對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行限制，顯而易見地，在本發(fā)明的啟示下，本【技術(shù)領(lǐng)域】普通技術(shù)人員還可以進(jìn)行許多改進(jìn)和修飾，需要注意的是，這些改進(jìn)和修飾都落在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種LED鐵路信號燈驅(qū)動電路，它由主LED驅(qū)動電路(101)、副LED驅(qū)動電路(102)和開關(guān)電路(103)組成，所述主LED驅(qū)動電路(101)與副LED驅(qū)動電路(102)共用第二輸入端N，所述主LED驅(qū)動電路(101)上的第一輸入端Va通過功率電阻Rl與開關(guān)電路(103)電連接，所述副LED驅(qū)動電路(102)上的第二輸入端Vb與開關(guān)電路(103)電連接； 所述主LED驅(qū)動電路(101)包括相互電連接的光檢測電路(104)和第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DCl，所述光檢測電路(104)包括光敏電阻RL、第二電阻R2和運算放大器U1，所述光敏電阻RL與第二電阻R2串聯(lián)，所述光敏電阻RL與第二電阻R2的串聯(lián)節(jié)點接入運算放大器Ul的INl-管腳，所述第一脈沖寬度調(diào)制控制芯片DCl上的DM管腳上電連接有第一電容Cl ； 所述副LED驅(qū)動電路包括第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2，所述第二脈沖寬度調(diào)制控制芯片DC2上的DM管腳上電連接有第二電容C2，所述第二電容C2兩端并聯(lián)有第三電阻R3 ； 所述開關(guān)電路(103)為一個雙刀雙擲繼電器，所述雙刀雙擲繼電器上的第六管腳(6)通過功率電阻Rl接入第一輸入端Va，所述雙刀雙擲繼電器上的第三管腳(3)接入第二輸入端Vb，所述雙刀雙擲繼電器上的第五管腳(5)接入第三輸入端N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED鐵路信號燈驅(qū)動電路，其特征在于所述功率電阻Rl的電阻值小于15 Ω。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED鐵路信號燈驅(qū)動電路，其特征在于所述第一電容Cl的電容值為2.2uF。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED鐵路信號燈驅(qū)動電路，其特征在于所述第二電容C2的電容值為22uF，所述第三電阻R3的電阻值為45ΚΩ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED鐵路信號燈驅(qū)動電路，其特征在于所述主LED驅(qū)動電路(101)的輸出端與主LED電連接、所述副LED驅(qū)動電路(102)的輸出端與副LED電連接。
【文檔編號】H05B37/02GK104270872SQ201410571444
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】韓永忠, 石楊 申請人:四川九洲光電科技股份有限公司