CN208739451U - 一种铁路信号led灯泡的电路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铁路信号LED灯泡的电路系统，用于替代钨丝灯泡式铁路信号光源，其功能包括电源变换、电路防护、驱动LED发光、兼容既有铁路电气系统，并且具备完全独立的双套电路与光源。本实用新型通过较低的电路技术复杂度实现了较高的产品可靠性，且具有防雷、抗电磁干扰功能；能够直接替换既有钨丝信号灯泡，无需改变老式钨丝灯泡信号机的电气系统，使其安装和部署更为容易，且能模拟出钨丝信号灯泡的电气特性，具有工作电流兼容铁路电气系统、工作电压范围宽、灭灯输入阻抗低、启动电流大、无电容假负载的特点，且能够适应铁路现场既有的各式钨丝灯泡专用点灯单元，避免在现场使用中出现不兼容问题。

Description

一种铁路信号LED灯泡的电路系统

技术领域

本实用新型涉及一种铁路信号LED灯泡，尤其涉及铁路信号LED灯泡的驱动控制电路。

背景技术

目前全国铁路现场仍普遍使用6502电气联锁系统作为铁路行车安全的信号控制平台，其中室外的色灯信号机构光源以白炽灯泡为主，使用长寿命的LED光源进行灯泡替换是在铁路用户中广受欢迎的方式。目前国内的铁路电务器材厂商研发推出的LED铁路信号机，在铁路现场施工时，往往需要更换信号机许多既有部件，再进行重新匹配调试，施工工作量大。在日常繁忙的车辆段内，电务施工的时间窗口期是非常紧迫的，如果能够提供一种仅需替换白炽灯泡方式的LED光源灯泡，则对于铁路信号机的LED光源替换工程将十分有利，也更易于被铁路客户接受试用和使用。在以往推出的铁路信号LED灯泡产品中，存在以下显著问题：

1.LED灯泡的功耗太小，导致与既有铁路电气系统无法兼容；

2.电路系统易受到雷击而损坏；

3.LED易受到铁路现场复杂的强电磁干扰而乱显示；

4.LED灯泡的灭灯输入阻抗太高，导致输入端感应出高电压而误点亮；

5.工作电压范围太小，无法适应铁路现场供电电压的大范围波动；

6.无法与铁路现场目前正在使用的白炽灯专用点灯单元兼容，需要替换为LED专用点灯单元。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供了一种铁路信号LED灯泡的电路系统设计方法，具备完全独立的双套化电路，通过较低的电路技术复杂度实现了较高的产品可靠性，具有防雷、抗电磁干扰功能，能模拟出钨丝信号灯泡的电气特性，具有工作电流兼容铁路电气系统、工作电压范围宽、灭灯输入阻抗低、启动电流大、无电容假负载的特点，能够适应铁路现场既有的各种钨丝灯泡专用点灯单元，在安装部署时直接替换白炽灯泡即可。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种铁路信号LED灯泡的电路系统，包括主电路系统，所述主电路系统包括EMI滤波器、整流降压电路、恒流驱动电路、LED滤波器、LED发光源和防雷组合，所述主电源输入端分别与EMI滤波器和防雷组合并联连接，所述整流降压电路分别与所述EMI滤波器和所述恒流驱动电路连接，所述LED滤波器分别与恒流驱动电路和LED发光源连接。

进一步地，还包括副电路系统，且所述副电路系统与所述主电路系统的结构完全一致，两者交流输入端的其中一端共用，接在一起。

进一步地，所述主电路系统还包括外负载控制电路和电流监控电路，所述外负载控制电路与所述EMI滤波器所述防雷组合均并联连接，所述电流监控电路的输出信号用于控制所述外负载控制电路。

进一步地，所述主电路系统还包括电压监控电路，所述电压监控电路分别与所述整流降压电路和所述恒流驱动电路连接，所述电压监控电路由比较器U5、采样分压电阻Ru1、Ru2、参考分压电阻Ru3、Ru4连接组成，用于监视恒流驱动电路的输入电压。

进一步地，所述电流监控电路内连接采样电阻，所述采样电阻与所述恒流驱动电路相连。

进一步地，所述主电路系统还包括发热电阻，所述发热电阻与所述外负载控制电路连接。

进一步地，所述发热电阻使用外置的硅胶发热板，通过线缆与外负载控制电路相连接，硅胶发热板粘贴于信号机灯室内壁的表面。

一种铁路信号LED灯泡的电路系统的设计方法，利用上述铁路信号LED灯泡的电路系统，

所述外负载控制电路中的继电器J1落下时，主电源输入端的两个交流端被自恢复保险丝FJ1短路；

当所述外负载控制电路中的继电器J1吸合时，主电源输入端的两个交流端断开，且主电源与发热电阻接通。

进一步地，所述EMI滤波器由线间滤波陶瓷电容SC1、SC2、线-地滤波陶瓷电容SC3、SC4、共模电感T1连接组成；

所述防雷组合由线间压敏电阻VR1、VR2、VR3、线-地压敏电阻VR4、VR5、VR6、线间TVS管TD1、TD2、TD3连接组成；

所述整流降压电路由整流桥BR1、三端线性稳压器U1、U2、滤波固态电解电容C1和滤波钽电容C2连接组成；

所述外负载控制电路由继电器J1、保护二极管DJ1、限流电阻RJ1、驱动三极管QJ1、自恢复保险丝FJ1连接组成，受到电流监控电路的输出信号控制。

进一步地，所述恒流驱动电路由恒流控制器U4，滤波电容C1、C2、限流电阻Rx1、保护二极管D1和自恢复保险丝FU1连接组成，所述恒流驱动电路根据电压监控电路的输出控制信号决定是否工作，并且与电流监控电路中的采样电阻Rk1相连；

所述电流监控电路由比较器U6、上限参考分压电阻Ri1、Ri2、下限参考分压电阻Ri3、Ri4、采样电阻Rk1、采样滤波电容Ci1和上拉电阻RL1连接组成；

当输入电压低于设定的门限值时电压监控电路向恒流驱动电路输出禁止工作信号。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1.内置了雷电防护电路和多级EMI电路，避免以往产品易受到雷击损坏和电磁干扰乱显示的问题，提高产品运行可靠性。

2.使用外置电阻硅胶发热板的假负载设计来增大工作电流，用于兼容既有铁路电气系统，并且避免了以往产品使用电容假负载导致寿命短的问题，能够兼容现场使用的各种白炽灯泡专用点灯单元。

3.灭灯状态下电源端被短路，使其输入阻抗很低，避免了以往现场由于在输入端感应出高电压而使LED误点亮的问题；并且使点灯启动电流较大，有利于铁路电气系统的继电器快速吸合。

4.采用线性稳压器作为电源变换主要器件，使其具有很宽的工作电压范围，能够适应铁路现场供电电压波动较大的实际情况。

5.实时监控输入电压和LED工作状态，在输入电压过低或LED故障时能够及时切断假负载并使LED灭灯，在核心器件损坏时LED也不会点亮，避免信号机的升级显示，符合铁路信号故障导向安全原则。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的铁路信号LED灯泡的电路系统的结构示意图；

图2是EMI滤波器电路结构图；

图3为防雷组合电路结构图；

图4为外负载控制电路结构图；

图5为整流降压电路结构；

图6为电压监控电路结构图；

图7为恒流驱动电路结构图；

图8为电流监控电路结构图。

图中：

1、主电源输入端 2、EMI滤波器 3、防雷组合

4、整流降压电路 5、恒流驱动电路 6、电压监控电路

7、采样电阻 8、电流监控电路 9、外负载控制电路

10、发热电阻 11、LED滤波器 12、LED发光源

13、主电路系统 14、副电路系统

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供一种铁路信号LED灯泡的电路系统，包括主电路系统13和副电路系统14，且主电路系统13与副电路系统14的结构完全一致，且提供一种铁路信号LED灯泡的电路系统设计方法，具备完全独立的双套化电路，通过较低的电路技术复杂度实现了较高的产品可靠性，采用线性稳压器作为电源变换主要器件，使其具有很宽的工作电压范围，能够适应铁路现场供电电压波动较大的实际情况。

主电路系统13由EMI滤波器2、整流降压电路4、恒流驱动电路5、LED滤波器11、LED发光源12、防雷组合3、电压监控电路6、电流监控电路8、外负载控制电路9、发热电阻10构成，主电源输入端1分别与EMI滤波器2、防雷组合3、外负载控制电路9并联连接，此铁路信号LED灯泡的电路系统具有防雷、抗电磁干扰功能，能模拟出钨丝信号灯泡的电气特性，具有工作电流兼容铁路电气系统、工作电压范围宽、灭灯输入阻抗低、启动电流大、无电容假负载的特点，能够适应铁路现场既有的各种钨丝灯泡专用点灯单元，在安装部署时直接替换白炽灯泡即可。

EMI滤波器2由线间滤波陶瓷电容SC1、SC2、线-地滤波陶瓷电容SC3、SC4、共模电感T1构成；防雷组合3由线间压敏电阻VR1、VR2、VR3、线-地压敏电阻VR4、VR5、VR6、线间TVS管TD1、TD2、TD3构成；外负载控制电路9由继电器J1、保护二极管DJ1、限流电阻RJ1、驱动三极管QJ1、自恢复保险丝FJ1构成，受到电流监控电路8的输出信号控制，内置了雷电防护电路和多级EMI电路，避免以往产品易受到雷击损坏和电磁干扰乱显示的问题，提高产品运行可靠性。

整流降压电路4分别与EMI滤波器2、恒流驱动电路5、电压监控电路6连接；整流降压电路4由整流桥BR1、三端线性稳压器U1、U2、滤波固态电解电容C1、滤波钽电容C2构成；电压监控电路6由比较器U5、采样分压电阻Ru1、Ru2、参考分压电阻Ru3、Ru4构成，用于监视恒流驱动电路5的输入电压，当输入电压低于设定的门限值时电压监控电路6向恒流驱动电路5输出禁止工作信号；

恒流驱动电路5根据电压监控电路6的输出控制信号决定是否工作，并且与电流监控电路8中的采样电阻Rk17相连；恒流驱动电路5由恒流控制器U4，滤波电容C1、C2、限流电阻Rx1、保护二极管D1、自恢复保险丝FU1构成；

电流监控电路8与外负载控制电路9连接，电流监控电路8能够输出信号控制外负载控制电路9；电流监控电路8由比较器U6、上限参考分压电阻Ri1、Ri2、下限参考分压电阻Ri3、Ri4、采样电阻Rk17、采样滤波电容Ci1、上拉电阻RL1构成；

外负载控制电路9与发热电阻10连接，发热电阻10使用外置的硅胶发热板，通过线缆与外负载控制电路9相连接，硅胶发热板被粘贴于信号机灯室内壁的表面，使用外置电阻硅胶发热板的假负载设计来增大工作电流，用于兼容既有铁路电气系统，并且避免了以往产品使用电容假负载导致寿命短的问题，能够兼容现场使用的各种白炽灯泡专用点灯单元。LED滤波器11分别与恒流驱动电路5、LED发光源12连接，实时监控输入电压和LED工作状态，在输入电压过低或LED故障时能够及时切断假负载并使LED灭灯，在核心器件损坏时LED也不会点亮，避免信号机的升级显示，符合铁路信号故障导向安全原则。

一种铁路信号LED灯泡的电路系统的设计方法，

外负载控制电路9中的继电器J1落下时，主电源输入端1的两个交流端被自恢复保险丝FJ1短路；当外负载控制电路9中的继电器J1吸合时，主电源输入端1的两个交流端断开，且主电源与发热电阻10接通，灭灯状态下电源端被短路，使其输入阻抗很低，避免了以往现场由于在输入端感应出高电压而使LED误点亮的问题；并且使点灯启动电流较大，有利于铁路电气系统的继电器快速吸合。

具体地，电源输入首先通过EMI滤波器电路，如图2所示，共模电感T1协同SC3、SC4用于消除交流电源线间的工模干扰，SC1、SC2用于滤除电源线对地的干扰，通过该电路处理后，交流电源波形变得更加良好，大部分由输入端耦合干扰信号被消除。

同时，电源输入端并联了防雷组合电路，如图3所示，其中压敏电阻VR1、VR2、VR3，以及TVS管TD1、TD2、TD3，共同钳制主、副交流电源线间的电压，防止雷击导致的线间过压损坏器件。压敏电阻VR4、VR5、VR6用于钳制各电源线对地的电压，防止雷击对地感应电压击穿器件。

电源输入端与外负载控制电路相连接，由电路中的继电器J1控制外负载工作通断，如图4所示，继电器J1由三极管QJ1驱动，续流二极管DJ1起保护作用。继电器J1具备联动的两组接点，其中一组接点用于控制外负载，另一组接点用于经由自恢复保险丝FJ1将电源线间短路，从而实现灭灯低输入内阻。

如图5所示，交流电被整流桥BR1、滤波电容C1转换为直流，送入第一级线性稳压器U1，为后续LED驱动电路供电，而后送入第二级线性稳压器U2转换为更低电压，为电路系统中的其他功能器件供电。

U1输出的电压由比较器U5进行实时监测，如图6所示，比较器的输出信号输入图7中的恒流驱动芯片U4的使能控制脚，当其电压低于设定阈值时，恒流驱动芯片U4停止工作。

如图7所示，LED的恒流驱动电路由Rx1设定驱动电流值，Rk1用于采样LED的工作电流，C1、C2用于芯片U4的外围滤波，D1为保护二极管，电感L2用于去除LED驱动电流中的高频干扰信号，使LED发光更稳定，自恢复保险丝FU1用于保护LED出现意外过高电流而损坏。

LED的工作电流通过图7中的采样电阻Rk1两端的电压信号反馈至比较器U6，上限参考分压电阻Ri1、Ri2和下限参考分压电阻Ri3、Ri4构成窗口值，当其监控的电压信号超过该窗口范围时，说明LED的工作电流过大或过小，比较器U6输出信号使外负载控制继电器J1动作，断开外负载电源，使系统的工作电流降低至很小，从而让后端的铁路电气系统检测到LED灯泡出现故障。

本实例的工作过程：输入端交流电源经EMI滤波器后通过整流滤波和线性稳压器降低为低压直流，为恒流驱动电路和监控电路供电；恒流驱动电路通过LED滤波器后，驱动LED发光源；电压监控电路实时采集恒流驱动电路的输入电压，当低于门限值时禁止恒流驱动电路工作；系统正常工作时，发热电阻通过外负载控制电路与输入电源接通；电流监控电路实时采集LED发光源的工作状态，出现LED的短路或断路故障时，向外负载控制电路发出信号，立即切断发热电阻与输入电源的连接；在灭灯状态下，电源输入端的交流两端被自恢复保险丝短路导通，呈现灭灯低阻抗；在点灯瞬间启动电流较大，随后立即被继电器切断输入端的短路状态。

本实用新型的有益效果是：

1.内置了雷电防护电路和多级EMI电路，避免以往产品易受到雷击损坏和电磁干扰乱显示的问题，提高产品运行可靠性。

2.使用外置电阻硅胶发热板的假负载设计来增大工作电流，用于兼容既有铁路电气系统，并且避免了以往产品使用电容假负载导致寿命短的问题，能够兼容现场使用的各种白炽灯泡专用点灯单元。

3.灭灯状态下电源端被短路，使其输入阻抗很低，避免了以往现场由于在输入端感应出高电压而使LED误点亮的问题；并且使点灯启动电流较大，有利于铁路电气系统的继电器快速吸合。

4.采用线性稳压器作为电源变换主要器件，使其具有很宽的工作电压范围，能够适应铁路现场供电电压波动较大的实际情况。

5.实时监控输入电压和LED工作状态，在输入电压过低或LED故障时能够及时切断假负载并使LED灭灯，在核心器件损坏时LED也不会点亮，避免信号机的升级显示，符合铁路信号故障导向安全原则。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：包括主电路系统(13)，所述主电路系统(13)包括EMI滤波器(2)、整流降压电路(4)、恒流驱动电路(5)、LED滤波器(11)、LED发光源(12)和防雷组合(3)，主电源输入端(1)分别与EMI滤波器(2)和防雷组合(3)并联连接，所述整流降压电路(4)分别与所述EMI滤波器(2)和所述恒流驱动电路(5)连接，所述LED滤波器(11)分别与恒流驱动电路(5)和LED发光源(12)连接。

2.根据权利要求1所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：还包括副电路系统(14)，且所述副电路系统(14)与所述主电路系统(13)的结构完全一致，两者交流输入端的其中一端共用，接在一起。

3.根据权利要求1或2所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：所述主电路系统(13)还包括外负载控制电路(9)和电流监控电路(8)，所述外负载控制电路(9)与所述EMI滤波器(2)和所述防雷组合(3)均并联连接，所述电流监控电路(8)的输出信号用于控制所述外负载控制电路(9)。

4.根据权利要求3所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：所述主电路系统(13)还包括电压监控电路(6)，所述电压监控电路(6)分别与所述整流降压电路(4)和所述恒流驱动电路(5)连接，所述电压监控电路(6)由比较器U5、采样分压电阻Ru1、Ru2、参考分压电阻Ru3、Ru4连接组成，用于监视恒流驱动电路(5)的输入电压。

5.根据权利要求3所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：所述电流监控电路(8)内连接采样电阻(7)，所述采样电阻(7)与所述恒流驱动电路(5)相连。

6.根据权利要求4或5所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：所述主电路系统(13)还包括发热电阻(10)，所述发热电阻(10)与所述外负载控制电路(9)连接。

7.根据权利要求6所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：所述发热电阻(10)使用外置的硅胶发热板，通过线缆与外负载控制电路(9)相连接，硅胶发热板粘贴于信号机灯室内壁的表面。

8.根据权利要求3所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：

所述EMI滤波器(2)由线间滤波陶瓷电容SC1、SC2、线-地滤波陶瓷电容SC3、SC4、共模电感T1连接组成；

所述防雷组合(3)由线间压敏电阻VR1、VR2、VR3、线-地压敏电阻VR4、VR5、VR6、线间TVS管TD1、TD2、TD3连接组成；

所述整流降压电路(4)由整流桥BR1、三端线性稳压器U1、U2、滤波固态电解电容C1和滤波钽电容C2连接组成；

所述外负载控制电路(9)由继电器J1、保护二极管DJ1、限流电阻RJ1、驱动三极管QJ1、自恢复保险丝FJ1连接组成，受到电流监控电路(8)的输出信号控制。

9.根据权利要求6所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：所述恒流驱动电路(5)由恒流控制器U4，滤波电容C1、C2、限流电阻Rx1、保护二极管D1和自恢复保险丝FU1连接组成，所述恒流驱动电路(5)根据电压监控电路(6)的输出控制信号决定是否工作，并且与电流监控电路(8)中的采样电阻(7)相连。

10.根据权利要求5所述的铁路信号LED灯泡的电路系统，其特征在于：所述电流监控电路(8)由比较器U6、上限参考分压电阻Ri1、Ri2、下限参考分压电阻Ri3、Ri4、采样电阻(7)、采样滤波电容Ci1和上拉电阻RL1连接组成。