CN100456614C - 用于发光二极管信号发生器的控制电路及其功能检测方法 - Google Patents

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Abstract

用于将交流电压(U～)转换为直流电压(U_)的控制电路(1)，其包括整流器(2)、通过接通整流器输入端中的电子功率开关(S5)来减小交流电流(I～)的输入端预设电阻(R5)、用于测量交流电流(I～)的电流计(3)以及用于根据电流计(3)所测得的交流电流(I～)来接通电子功率开关(S5)的控制单元(4)。通过对整流器(2)的功能检测，控制电路(1)使得可控制的运行成为可能。

Description

用于发光二极管信号发生器的控制电路及其功能检测方法
技术领域
本发明涉及一种用于发光二极管信号发生器的、用来将交流电压U～转换为直流电压U_的整流器的控制电路及其功能检测方法。
背景技术
传统的用于道路信号的信号发生器都使用由集控站提供的交流电压。这种信号发生器逐渐由使用直流电压的LED(发光二极管)信号发生器所替代。使用LED信号发生器作为替代，就必须具备一个由集控站提供交流电压的整流器，其中，整流器故障不会危害道路运行。
在集控站的内部，为每个信号发生器的回路配有监控组件，用于指示到达信号发生器的交流电流强度。通过信号发生器光源的电流强度应高于一个阈值，如果电流强度低于该阈值，则信号发生器不发光。
为了实现具有诸如格列茨桥式整流器之类的半导体二极管的控制电路，通过使调度装置中的监控组件的一个二极管短路来产生一个高于阈值的电流。尽管LED信号发生器只以很低的工作功率运行或是暗的，但集控站仍将其视做是发光的。从安全或停止的角度看，这存在操作危险性。
为了在格列茨桥式整流器中的一个二极管发生短路时将电流降至所述阈值以下，就要在整流器的输入端设置机械继电器，该机械继电器在发现整流器的故障时断开，并断开交流电流，因此将集控站的信号视为暗信号。机械继电器具有相对较高的故障率，并且降低了LED信号发生器的安全性。
发明内容
本发明的任务是提供一种控制电路，其能够控制尤其是用于LED信号发生器的整流器的运行，并提供一种借助于所述控制电路对整流器进行功能检测的方法。
本发明的任务通过一种用于将交流电压转换为直流电压的控制电路来解决，所述控制电路包括一个整流器、至少一个输入端预设电阻、一个用于测量整流器输入端的交流电流的电流计以及一个根据电流计测得的整流器输入端的交流电流来接通至少一个电子功率开关的控制单元，所述输入端预设电阻可以通过电子功率开关接通到整流器输入端中，以减小整流器输入端中的电流。
通过启动用于整流器的控制电路的部件来实现对整流器的功能检测。确认了整流器的故障后，通过控制单元将电阻接通到整流器输入端中，交流电流降至调度装置中的监控组件的阈值之下。由此，开关阈设备显示调度装置中的信号发生器已停止。
在一个优选实施方式中所述的整流器包括一个具有至少四个二极管的格列茨桥式整流器，其中电阻与电子功率开关并联。所述格列茨桥式整流器不仅可以将交流电压的正极半波转换成直流电压，还可以将交流电压的负极半波转换成直流电压。由于是并联电路，因此可以通过电子功率开关跨接电阻，从而增大整流器输入端中的电流。
所述电子功率开关还包括两个晶体管，不仅可以转换交流的正极半波，还可以转换交流的负极半波。
上述实施方式中所述的整流器包括两个格列茨桥式整流器，每个格列茨桥式整流器均具有四个介于整流器的输入端和输出端之间的二极管，其中，一个格列茨桥式整流器的二极管分别与一个电阻串联，其它格列茨桥式整流器的二极管分别与一个电子功率开关串联。使用两个格列茨桥式整流器时，可以将其中一个用于启动过程，另一个用于运行LED信号发生器。
为了确定交流电流的相位，所述控制单元还通过测量导线与整流器输入端相连。这样可以实现整流器的储能操作。
在所述实施方式中，特别设置了一个由控制单元控制、用于接通或断开直流电流的输出端电子功率开关。这样，就可以二次断开例如LED信号发生器的负载。
在一个优选的实施方式中，将所述控制单元专门设置在整流器的整流器输出端中，为了使控制单元的电源电压稳定，将稳压器串联至控制单元。控制单元的电源由用于进行分配的整流器来调整，从而不需要外置电源。
本发明还涉及一种检测上述控制电路的电子功率开关和整流器的功能的方法。为了检测电子功率开关的功能，在一个预定的第一时间间隔内电子功率开关动作一个预定的第二时间间隔，一旦超出预定的开关阈，就断开直流电流和/或将交流电流降到开关阈之下。如果在开关的操作期间检测到故障，控制单元就不能再通过该开关来降低交流电流。为了断开所述LED信号发生器，可以通过控制单元断开直流电流，或者如果必要的话，就通过本发明的其它开关将交流电流降至开关阈之下。
为了对整流器进行功能检测，需要测量交流电流，并且如果从控制单元检测到整流器的故障，就将直流电流断开并且/或者将交流电流降至预设的开关阈之下。整流器的故障可以由比如二极管的高阻性或者短路而产生。两种情况都可以通过对交流电流的检测来确定，由此可以针对错误采取相应的措施。
本发明还涉及一种接通上述控制电路的方法，这种方法首先通过具有特定强度的交流电流驱动所述整流器，该特定强度的交流电流还应足以驱动设置在整流器输出端中的控制单元，但该特定强度的交流电流应小于预定的开关阈，控制单元在初始化后所述电阻从整流器输入端分开。在电压传递到LED信号发生器之前的接通过程中，所述控制单元被激活。所述控制单元可以首先检测整流器的故障性能，如果有保障的话，还可以激活用于负载的电压波腹馈接。
根据下述结合附图对本发明进行详细描述的具体实施方式和权利要求的描述，可以得出本发明的其它技术特征和优点。可以在本发明能够实现的范围内对每个技术特征进行任意的结合或变形。
附图说明
通过所示的附图描述两个实施例，并在下述说明书中阐明这两个实施例。
图1示出本发明第一实施方式所述的具有整流器的控制电路；
图2示出本发明第二实施方式所述的具有储能整流器的控制电路；以及
图3a至图3d示出用于阐明本发明所述的控制电路的功能检测原理的两个电流-时间图和两个电压-时间图。
具体实施方式
图1所示的控制电路1具有整流器2，所述整流器包括四个二极管V1至V4，从而构成格列茨桥式整流器。控制电路1将由未在图中示出的集控站提供的交流电压U～转换成直流电压U_，从而向未在图中示出的LED信号发生器供电。整流器输入端包括电阻R5，该电阻用于确定整流器输入端的交流电流I～。所述电阻R5可以跨接在并联的电子功率开关S5上。包括变压器的电流计3用于测量在整流器输入端中形成的交流电流I～，并将测得的交流电流传输给控制单元4，该控制单元由微控制器构成。将控制单元4与电子功率开关S5相连，并将控制单元4设计成可以根据测量的交流电流I～接通开关S5。将控制单元4置于整流器2的整流器输出端中，并将指定的整流器所设定的电压U_经稳压器5进行转换，将所得电压作为工作电压。
在控制电路1的接通过程中，使用集控站提供的交流电压U_，典型的交流电压U_在7至12V之间。整流器2将由稳压器5调节至3.3V的直流电压提供给控制单元4。控制单元4检测整流器2是否正常工作，并闭合电子功率开关S5，将交流电流I～增大到超过开关阈Is，由此，集控站将LED信号发生器和/或LED视作是发光的。同时，控制单元4激活一个由MOSFET晶体管构成的电子开合装置S13，用于接通提供给LED信号发生器的直流I，从而使该LED信号发生器发光。
在LED信号发生器的运行期间，控制单元4检测整流器2的功能。一旦整流器没有正常工作，开关S5就断开，并将交流电流I～降至阈值Is以下，通过这一动作，该开关显示所述LED信号发生器和/或LED本身处于不发光状态。同时，还检测电子功率开关S5的功能，其间开关被短时间地断开，并检测交流电流I～是否降到阈值Is以下。如果交流电流I～未降到阈值Is以下，直流I_就由电子切换装置S13断开。
所述电子功率开关S5包括两个V-MOS晶体管6、7和一个变压器8。所述晶体管6、7不仅可以跨接通过所述电阻R5的初始电流I～的正极半波，还可以跨接其负极半波。使用唯一的电子功率开关S5的优点在于可以通过控制单元4简单地进行操纵。
图2所示的控制电路1’主要通过相对于图1中的整流器2具有不同构造的整流器2’而区别于图1中的控制电路1。所述整流器2’包括由四个二极管V1’至V4’和四个电子功率开关S1至S4构成的第一格列茨桥式整流器10，以及由四个二极管V9至V12和四个电阻R1至R4构成的第二格列茨桥式整流器11。
第一格列茨桥式整流器10的电子功率开关S1和二极管V1’串联在整流器2’的输入端电极12和输出端电极13之间。与其并列，第二格列茨桥式整流器11的二极管V9和电阻R1串联在输入端电极12和输出端电极13之间。将两个格列茨桥式整流器10、11的其它的二极管V2’至V4’和V10至V12、电阻R1至R4和开关S2至S4以类似的顺序置于整流器2’的电极之间。所述整流器2’可以通过交替地接通四个电子功率开关S1至S4，经由测量导线9从控制单元4中储能。
通过向第二格列茨桥式整流器11施加交流电压U～而产生控制单元4的电源电压。控制单元4开始根据检测到的相位初始值对开关S1至S4进行控制。现在，将负载(LED信号发生器)与S13接通。运行LED信号发生器需要使用第一格列茨桥式整流器10，因为它能传输比第二格列茨桥式整流器11更高的直流电压U_。
作为电子功率开关S1至S4的MOSFET既可以是双极性晶体管，也可以是晶闸管。对整流器2’的功能检测类似于图1中对整流器2的检测。
在短时间地断开电子功率开关S1至S4的试验周期中完成对电子功率开关S1至S4的检测。通过电流计3可以检测到交流电流I～，并终止整流器的故障。
下面对图3a至3d进行阐述。图3a显示了由集控站提供的正弦曲线的交流电压U～。图3b和图3c显示了电子功率开关S1和S4的栅极电压UGS1和UGS4。为了对电子功率开关S1进行功能检测，闭合S1，控制单元4的电压UGS1在时间间隔t2内由大约3-10V的恒定电压下降到0V。图3d显示，由于接通了整流器输入端中的电阻R1，性能可靠的开关S1的交流电流I～降到了阈值Is以下。通过这种方法可以检测开关S4的可靠性。在开关S1的检测间隔和开关S4的检测间隔之间设置时间间隔t1，其间，LED信号发生器以最大功率运行。实际的时间间隔t1与时间间隔t2的比值大于图3d中所显示的值。时间间隔t2应该尽可能小，这样，集控站从交流电流I～到阈值Is的短时间下降才能不被记录下来，并提供具有最大功率的负载。通过使用相对于机械开关几乎是即时接通的电子功率开关，时间间隔t2的长度仅通过电流计3的临界频率来限制。
计时由于出现整流器故障而停止，所述电子功率开关S1至S4断开。跨过第一格列茨桥式整流器10，开关S1至S4总是两两串联的。通过使电子功率开关S1至S4中的一个开关短路，或者使二极管V1’至V4’中的一个二极管短路，可以使电子功率开关S1至S4中的一个开关总是断开。电阻R1至R4都是安全设置的，在每一次发生故障的情况中，其输入电流都会降至调度装置中的监控组件的阈值Is以下。
此外，在由于二极管V1’至V4’中的一个二极管短路而引起整流器2’出现故障的情况下，可以确定二极管V1’至V4’中的哪一个二极管发生了短路。假设二极管V2’中发生了短路，那么一旦二极管V1’导通，就会有一个较大的电流通过整流器2’。通过断开电子功率开关S1，可以确定二极管V2’发生了短路。

Claims (10)

1.一种用于将交流电压(U～)转换为直流电压(U_)的控制电路(1；1’)，包括：
整流器(2；2’)和用于测量交流电流(I～)的电流计(3)；
其特征在于，该控制电路还包括：
至少一个输入端预设电阻(R1、R2、R3、R4、R5)，其能通过电子功率开关(S1、S2、S3、S4、S5)接通到整流器输入端中，以减小所述交流电流(I～)，其中所述输入端预设电阻(R1、R2、R3、R4、R5)与所述电子功率开关(S1、S2、S3、S4、S5)并联；以及
控制单元(4)，用于根据所述电流计(3)所测得的所述交流电流(I～)来接通至少一个电子功率开关(S1、S2、S3、S4、S5)。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述整流器(2；2’)包括一个具有四个二极管(V1、V2、V3、V4；V1’、V2’、V3’、V4’；V9、V10、V11、V12)的格列茨桥式整流器(10、11)。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述电子功率开关(S5)包括两个晶体管(6、7)。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述整流器(2’)包括两个格列茨桥式整流器(10、11)，其中每一个格列茨桥式整流器都设有置于所述整流器(2’)的第一电极和第二电极(12、13)之间的四个二极管(V1’、V2’、V3’、V4’；V9、V10、V11、V12)，其中一个格列茨桥式整流器(11)的二极管(V9、V10、V11、V12)分别与一个输入端预设电阻(R1、R2、R3、R4)串联，另一格列茨桥式整流器(10)的二极管分别(V1’、V2’、V3’、V4’)与一个电子功率开关(S1、S2、S3、S4)串联，所述两个格列茨桥式整流器(10、11)并联。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，为了确定所述交流电流(I～)的相位，所述控制单元(4)通过测量导线(9)与所述整流器输入端相连。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路设有一个由所述控制单元(4)控制的、用于接通或断开输出端的直流电流(I)的输出端电子切换装置(S13)。
7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，将所述控制单元(4)置于所述整流器(2；2’)的整流器输出端中，并且将用于稳定所述控制单元(4)的电源电压的稳压器(5)与所述控制单元(4)串联。
8.一种用于检测根据权利要求1所述的控制电路(1；1’)的至少一个电子功率开关(S1、S2、S3、S4、S5)的性能的方法，其中所述电子功率开关(S1、S2、S3、S4、S5)在预定的第一时间间隔(t1)内动作并且持续预定的第二时间间隔(t2)，并且如果交流电流(I～)不降低到预定阈值(Is)之下，则将输出端的直流电流(I)断开并且/或者将所述交流电流(I～)降至阈值(Is)以下。
9.根据权利要求8所述的方法，通过所述方法能测量所述交流电流(I～)，并且一旦在所述控制单元(4)中检测到所述整流器(2，2’)的故障时，就将所述直流电流(I)断开并且/或者将所述交流电流(I～)降至阈值(Is)以下。
10.根据权利要求8所述的方法，为了接通所述控制电路，首先要以特定强度的交流电流(I～)启动所述整流器(2，2’)，所述特定强度的交流电流足以驱动置于整流器输出端中的所述控制单元(4)，但所述特定强度的交流电流低于预设的阈值(Is)，并且所述控制单元(4)在初始化后将至少一个输入端预设电阻(R1、R2、R3、R4、R5)从整流器输入端分开。
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