CN103939820A - 大功率led机车前照灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED灯技术领域，尤其是一种大功率LED机车前照灯，包括底座、定距杆、集成线路板、散热器、若干灯杯和盖板，底座上通过螺纹连接有一散热器，盖板通过定距杆固定在散热器上，各个灯杯穿过盖板与集成线路板一起安装在散热器上，散热器的背面设有风扇，集成线路板固定在散热器和盖板中间，集成线路板为集成有发光电路、驱动电源的PCB线路板，其上集成有大功率LED芯片开路防护电路、LED芯片断路报警电路和驱动电源冷备份系统。本发明所有电路和控制集成在线路板上，不像其他的产品电源驱动和控制电路集成在外部，可提高大功率LED灯的驱动电源可靠性。本发明整体结构散热性好、使用寿命长，本发明能起到节能减排和绿色环保的效果。
Description
技术领域
本发明涉及LED灯技术领域，尤其是一种大功率LED机车前照灯。
背景技术
目前铁路上机车前照灯大部分采用的是卤钨灯，实际有效照射距离300~400米，平均寿命仅有500小时，且有热辐射存在火灾隐患。机车紧急制动距离是800米，在一些干线铁路上，路轨没有完全封闭，对出现在路轨上的障碍物往往因为发现的晚而来不及处理。前照灯照射距离越远，留给机车司机的制动距离越长和处理情况的时间越多。因此，卤钨灯在铁路机车不断的提速的现实面前已难以满足要求。近年出现的金卤灯，虽然在照射距离上有了较大的突破，在使用寿命上也有所提升，平均寿命可以达到1000多小时，但是金卤灯还存在使用寿命不够长、后期维护成本高、能耗较大、灯泡含重金属对环境会造成污染等缺点。
在国际上，高效节能环保的LED灯是目前的发展趋势，近年来较大功率的LED远光灯已在奥迪A8、奔驰S级等高端新款车型上陆续使用。现有技术中，大功率LED机车前照灯的电源驱动和控制电路都是装在前照灯外部的。但由于受到散热问题、驱动电源技术和反射器设计等技术瓶颈的制约，更大功率的机车LED前照灯在国际上仍然是空白。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种大功率LED机车前照灯。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大功率LED机车前照灯，包括底座、定距杆、集成线路板、散热器、若干灯杯和盖板，底座上通过螺纹连接有一散热器，盖板通过定距杆固定在散热器上，各个灯杯穿过盖板和集成线路板一起安装在散热器上，散热器的背面设有风扇，所述集成线路板固定在散热器和盖板中间，所述集成线路板为集成有发光电路、驱动电源的PCB线路板，所述集成线路板集成了大功率LED芯片开路防护电路、LED芯片断路报警电路和驱动电源冷备份系统。本方案的所有电路和控制集成在线路板上，位于前照灯内部，不像其他的产品电源驱动和控制电路集成在外部，且本方案可有效解决大功率LED灯的驱动电源问题。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述大功率LED开路防护电路设于集成线路板上，大功率LED开路防护电路设有R4、R5、C1组成的阀值检测电路。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述LED芯片断路报警电路设于集成线路板上，LED芯片断路报警电路设有R3、R5、C1、D1组成的阈值检测电路，R1、V1、C2组成光耦GOD的电源，R2为光耦二极管部分的限流电阻，光耦的输出信号连接MCU。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述驱动电源冷备份系统包括单片机、检测电路和驱动电源，驱动电源分为工作电源和冷备份电源，该驱动电源冷备份系统同样设于集成线路板上。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述散热器周端装有灯罩，中间由玻璃密封。本方案使得前照灯具有更高的可靠性和安全性，且安装方便。
本发明的有益效果是，本发明整体结构散热性好、使用寿命长，具有高亮度，可靠性、安全性等高，相较传统光源的热辐射，本发明能起到节能减排和绿色环保的效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是图2中A-A向侧视图；
图4是本发明的俯视图；
图5是本发明的集成线路板结构示意图；
图6是本发明大功率LED开路防护电路示意图；
图7是本发明 LED芯片断路报警电路示意图；
图8是本发明的LED驱动电源冷备份系统示意图；
图中1、底座，2、调节结构，3、定距杆，4、集成线路板，5、散热器，6、灯杯，7、盖板，8、玻璃，9、灯罩，10、风扇。
具体实施方式
图1、图2、图3、图4是本发明一个实施例的整体示意图，一种大功率LED机车前照灯，底座1上通过螺纹连接有一散热器5，盖板7通过定距杆3固定在散热器5上，各个灯杯6穿过盖板7与集成线路板4一起安装在散热器5上，散热器5帮助将热量导出。散热器5的背面设有风扇10，对散热器鳍片进行强制风冷。底座1与散热器5之间设有调节机构2，可调节散热器下部距离，调整LED灯照射水平角度。散热器5周端装有灯罩9，中间由玻璃8密封，使内部的灯体更加安全可靠。该结构可应用于机车前部，起夜间照明和警示作用，具有高亮度、超长寿命、免维护 、高可靠性、高安全性等优点，与传统光源相比，它有效的解决了照射距离短、使用寿命低、热辐射安全隐患等关键问题，不仅从性能上完全满足了使用要求，更节省了大量维护资金和使用成本，起到节能减排和绿色环保的效果。
上述为本发明的一个整体结构，其中集成线路板4为本发明的重要创新点之一，集成线路板4为集成有发光电路、驱动电源的PCB线路板，其主要由大功率LED开路防护电路41、LED芯片断路报警电路42和驱动电源冷备份系统43等组成，实现直流供电、电源接反保护、逐波控制电流、监控驱动电源故障并自动切换备用电源等功能，通过LED芯片保护实现各芯片相互间不受影响，有死灯或击穿后其它芯片能正常工作。
下面结合实施例和附图对集成线路板4做进一步说明。
图5是本发明的LED驱动电源集成线路板4，本发明电源形式为DC-DC，驱动电源、发光电路、保护电路等均集成在该整块PCB线路板上，本发明采用小型化元件，利用发光电路周边空余位置，将元件分散布置在线路板上。同时，加强LED灯具对PCB集成线路板的散热能力，消除驱动电源发热对LED芯片的影响。本方案采用集成结构，将电子元件和发光电路设计在同一散热系统中，有效降低元件受热老化，提高元件实用寿命。同时，产品结构更紧凑，产品造型更美观。
如图6所示，为本发明的LED芯片保护电路41，图5中LED1为大功率LED芯片，R4、R5、C1组成阀值检测电路，LED正常工作时，芯片两端的电压低于3.5V，V3的1号脚电压低于2.5V，V3不开通。三极管V2关断，可编程基准电源的触发脚为低电平，可编程基准电源不导通。当LED开路时，芯片两端的电压会大于5V，V3的1号脚电压大于等于2.5V，V3开通。三极管V2导通，可编程基准电源的触发脚为高电平，可编程基准电源迅速导通。从而为电路继续提供通路，不影响其他LED的正常工作。试验证明，该大功率LED续接电路工作可靠，既不会发生误动作也可以有效的为开路LED提供通路。本方案可实现大电流、大功率的LED芯片断路防护。
如图7所示，为本发明的LED芯片断路报警电路42，LED回路有16颗大功率LED芯片串联组成。在恒流驱动的前提下，芯片两端的电压基本恒定。在芯片保护电路的配合下，可通过检测回路两端电压来判断正常工作芯片数量。按照设计要求，当只有10颗芯片正常工作时（损坏6颗）需要报警。电路的具体工作原理如下：R8、R10、C2、D1构成阀值检测电路；R6、V4、C3组成光耦GOD的电源，R7为光耦二极管部分的限流电阻。光耦的输出信号连接MCU，为MCU提供信号。当正常工作的芯片数量大于10颗时，D1的1号脚电压大于2.5V，D1开通，光耦的二极管有电流通过，光耦的输出为高电平（PB4为高电平），MCU不发出警报信号。当正常工作的芯片数量小于等于10颗时，D1的1号脚电压小于2.5V，D1变为高阻，光耦的二极管没有电流通过，光耦的输出为低电平（PB4为低电平），MCU发出警报信号。报警方式：开机，软启动结束3秒钟后，MCU检测PB4的电平，PB4为高电平则继续正常工作；检测到PB4为低电平时，电路重启3次后继续工作。为了不影响在线工作状态，该检测只在每次开机启动后进行，运行过程中即使发生故障也不进行报警。本方案可通过自检，将发光电路LED芯片故障识别，并通过报警信号形式通知用户，方便用户及时发现故障，在LED灯具完全失效前，及时修理更换。
本发明驱动电源冷备份系统43，由三部分组成，一是单片机、二是检测电路、三是驱动电源。工作驱动电源发生故障时检测电路发出信号，单片机接受到检测电路信号后将冷备份驱动电源启动工作。驱动电源分工作电源和冷备份电源，两者采用相同电子元件配置。图8是本发明的LED驱动电源冷备份系统43整体，U3、U4、U7、U9、V6、V14组成工作组；U1、U2、U6、U8、V3、V13组成备份组。正常情况下工作组工作，同时MCU监视电路的工作状态。在工作组中，V6、V14串联，V14随PWM脉冲开通关断，而V6随V14开通关断（V6的驱动信号正常时一直是高电平）。故障分驱动电路短路和开路两种情况，下面分别说明。短路时：正常工作时，PB3发出脉冲，主回路电流增加到一定值时，PB3关断脉冲。如果PB3关断脉冲发出后，PD5电平不翻转，则可判定V14无法关断（短路）。此时，MCU立刻将PC2信号转为低电平，关断V6。同时停止发出下一周期的PB3信号。彻底关断工作组。延时后以软启动方式开通备份组。使电路继续工作，切换过程在0.15秒内完成。开路时：电路中高速光耦U5始终监视着MOS管的开通与关断，正常时PD3信号有高低变化，频率在30KHZ左右，如果在100微秒（约3个周期）内PD3电平没有变化。则认为电路工作在开路状态。此时，立刻启动备份组，方式与短路时相同。由于短路对LED造成的伤害比开路大很多，监测电路以短路优先方式处理。本方案在单片机切换到备份电源时后系统会在开机时发出报警信号，方便用户及时发现故障，在LED灯具完全失效前，及时修理更换。
综上，本发明中由大功率LED开路防护电路41、LED芯片断路报警电路42和驱动电源冷备份系统43等组成的驱动电路和控制电路均集成在一块线路板上。其供电电源为直流供电，电压范围70~140V，设有全光正极、半光正极和负极接线柱，由外部控制开关切换工作状态。驱动电源具备电源接反保护、逐波控制电流、监控驱动电源故障并自动切换备用电源等功能。发光电路可实现各LED芯片相互间不受影响，有死灯或击穿后其它芯片能正常工作。本发明符合TB/T 2325.1-2006标准相关技术要求，照射距离达到 1000~1200米，光强达到1600×103cd，从启动到正常照明时间小于0.5秒，设计使用寿命30000小时，使大功率LED机车前照灯的各项性能得到显著提高。
Claims (2)
1.一种大功率LED机车前照灯，包括底座（1）、定距杆（3）、集成线路板（4）、散热器（5）、若干灯杯（6）和盖板（7），底座（1）上通过螺纹连接有一散热器（5），盖板（7）通过定距杆（3）固定在散热器（5）上，各个灯杯（6）通过盖板（7）和集成线路板（4）一起安装在散热器（5）上，散热器（5）的背面设有风扇（10），其特征是，所述集成线路板（4）固定在散热器（5）和盖板（7）中间，所述集成线路板（4）为集成有发光电路、驱动电源的PCB线路板，其上集成有大功率LED芯片开路防护电路（41）、LED芯片断路报警电路（42）和驱动电源冷备份系统（43）。
2.根据权利要求1所述的大功率LED机车前照灯，其特征是，所述散热器（5）周端装有灯罩（9），中间由玻璃（8）密封。
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