FR2631102A1 - Lamp with light-emitting diodes - Google Patents
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Abstract
Description
Lanterne à diodes électroluminescentes
La présente invention concerne le balisage de matériel roulant ou fixe et, notamment, le balisage du wagon de queue des trains.Light-emitting diode lantern
The present invention relates to the marking of rolling or stationary equipment and, in particular, the marking of the tail car of trains.
Le balisage de matériel s'effectue be manièré habituelle, à l'aide de lanternes pourvues d'une ampoule à filament alimentée par une batterie autonome de piles ou d'accumulateurs. The markup of equipment is carried out in the usual way, using lanterns provided with a filament bulb powered by an autonomous battery of batteries or accumulators.
La présente invention a pour but une lanterne de balisage à grande autonomie et sûreté de fonctionnement utilisant comme source lumineuse des diodes électroluminescentes qui ont, par rapport aux ampoules à filament et pour le même éclairement, une consommation moindre et une durée de vie supérieure. The object of the present invention is a beacon lantern with great autonomy and operational safety using as light source light-emitting diodes which have, compared to filament bulbs and for the same illumination, lower consumption and a longer service life.
Elle a pour objet une lanterne à diodes électroluminescentes comportant une source lumineuse constituée de diodes électroluminescentes réparties en série dans plusieurs groupes ou secteurs alimentés en parallèle par une batterie. Cette lanterne comporte un circuit élévateur de tension à découpage intercalé entre l'un des pôles de la batterie et les secteurs de la source lumineuse, et un circuit multiplexeur intercalé entre l'autre pôle de la batterie et les secteurs de la source lumineuse qu'il connecte à cet autre pôle un par un à tour de rôle. It relates to a light-emitting diode lantern comprising a light source consisting of light-emitting diodes distributed in series in several groups or sectors supplied in parallel by a battery. This lantern comprises a switching voltage-raising circuit interposed between one of the poles of the battery and the sectors of the light source, and a multiplexer circuit interposed between the other pole of the battery and the sectors of the light source that he connects to this other pole one by one in turn.
De manière avantageuse, la lanterne à diodes électroluminescentes est également pourvue d'un circuit de test de batterie permettant de connaltre l'état de charge de la batterie et d'un circuit de détection de luminosité ambiante associé à un interrupteur commandé assurant l'allumage automatique de'la lanterne en dessous d'un certain seuil de luminosité ambiante. Advantageously, the light-emitting diode lantern is also provided with a battery test circuit making it possible to determine the state of charge of the battery and with an ambient light detection circuit associated with a controlled switch ensuring ignition. automatic lantern below a certain ambient light threshold.
La constitution de la source lumineuse en plusieurs secteurs de diodes électroluminescentes alimentés en parallèle donne à la lanterne une grande sûreté de fonctionnement car elle continue à éclairer meme avec tout un vecteur de diodes électroluminescentes hors service. The constitution of the light source in several sectors of light-emitting diodes supplied in parallel gives the lantern great operational reliability because it continues to light even with a whole vector of light-emitting diodes out of service.
Le circuit élévateur de tension à découpage permet de mettre dans chaque secteur un grand nombre de diodes électroluminescentes en série sans être limité par la tension de la batterie. The switching voltage booster circuit allows a large number of light-emitting diodes to be placed in series in each sector without being limited by the battery voltage.
Le circuit multiplexeur qui fonctionne à fréquence élevée permet de limiter la consommation totale de la source lumineuse à celle de l'un de ses secteurs tout en donnant l'illusion que tous ses secteurs sont allumés. The multiplexer circuit which operates at high frequency makes it possible to limit the total consumption of the light source to that of one of its sectors while giving the illusion that all of its sectors are on.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard de la figure unique du dessin illustrant le schéma électrique de ce mode de réalisation. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description below of an embodiment given by way of example. This description will be made with reference to the single figure of the drawing illustrating the electrical diagram of this embodiment.
On distingue sur la figure une source lumineuse 1 avec des diodes électroluminescentes reliées par leurs anodes au pôle positif d'une batterie 2 de piles ou d'accumulateurs par l'intermédiaire d'un circuit élévateur de tension 3, d'un interrupteur commandé 4 et d'un interrupteur de mise en route 5, et par leurs cathodes au pâle négatif de la batterie 2 par l'intermédiaire d'un circuit multiplexeur 6, un circuit de test de batterie 7 et un circuit de détection de luminosité ambiante 8 actionnant l'interrupteur commandé 4. A light source 1 can be distinguished in the figure 1 with light-emitting diodes connected by their anodes to the positive pole of a battery 2 of batteries or accumulators by means of a voltage booster circuit 3, of a controlled switch 4 and of a start-up switch 5, and by their negative pale cathodes of the battery 2 via a multiplexer circuit 6, a battery test circuit 7 and an ambient light detection circuit 8 actuating the controlled switch 4.
La source lumineuse 1 est formée d'un ensemble de diodes électroluminescentes réparties en série en cinq groupes ou secteurs 10, 11, 12, 13, 14 connectés en parallèle. Les diodes électroluminescentes d'un secteur sont entrelacées à la surface de la lanterne avec celles des autres secteurs pour atténuer l'effet de trou noir en cas de mise hors service d'un secteur. Connectées en série et dans le même sens, elles forment une chaste constituant une super diode électroluminescente dont l'anode est reliée à la sortie du circuit élévateur de tension 3 et la cathode à une résistance de limitation de courant 15, 16, 17, 18, 19 menant à une entrée individuelle du circuit multiplexeur 6. The light source 1 is formed of a set of light-emitting diodes distributed in series into five groups or sectors 10, 11, 12, 13, 14 connected in parallel. The light-emitting diodes of one sector are interlaced on the surface of the lantern with those of the other sectors to reduce the black hole effect in the event of a sector being taken out of service. Connected in series and in the same direction, they form a chaste constituting a super light-emitting diode, the anode of which is connected to the output of the voltage booster circuit 3 and the cathode to a current limiting resistor 15, 16, 17, 18 , 19 leading to an individual input of the multiplexer circuit 6.
Le circuit élévateur de tension 3, à découpage, élève la tension de la batterie 2 pour permettre l'alimentation des charnels de diodes électroluminescentes des secteurs 10, 11, 12, 13, 14 de la source lumineuse 1. Il comporte, de manière classique, une résistance de limitation de courant 31 connectée en série avec une inductance 32 qui emmagasine l'énergie nécessaire à l'élévation de tension, et avec une diode anti-retour 33. L'inductance 32 a sa borne commune avec la diode anti-retour 33 mise périodiquement à la masse par un transistor 34 fonctionnant en commutateur sous la commande d'un circuit intégré spécialise 35 tel que le circuit intégré référencé TL 497 par la société Texas instrument.Ce circuit intégré spécialisé 35 détermine la fréquence du découpage et fait varier le rapport entre les durées élémentaires de blocage et de saturation du transistor 34 de manière à maintenir le courant traversant la résistance 31 inférieur à une valeur limite et en dega de cette valeur limite, à assurer une tension constante sur la prise médiane d'un potentiomètre 36 connecté en parallèle sur un condensateur de lissage 37 en sortie du circuit élévateur de tension. Un condensateur 38, reliant une borne du circuit intégré spécialisé 35 à la masse, fixe la fréquence moyenne due découpage. The voltage-raising circuit 3, with switching mode, raises the voltage of the battery 2 to allow the supply of the light-emitting diode carnals of the sectors 10, 11, 12, 13, 14 of the light source 1. It comprises, in a conventional manner , a current limiting resistor 31 connected in series with an inductor 32 which stores the energy necessary for the voltage rise, and with a non-return diode 33. The inductor 32 has its common terminal with the anti-diode return 33 periodically grounded by a transistor 34 operating as a switch under the control of a specialized integrated circuit 35 such as the integrated circuit referenced TL 497 by the company Texas instrument. This specialized integrated circuit 35 determines the switching frequency and varying the ratio between the basic blocking and saturation times of the transistor 34 so as to keep the current passing through the resistor 31 less than a limit value and below this limit value, to ensure a constant voltage on the central tap of a potentiometer 36 connected in parallel on a smoothing capacitor 37 at the output of the voltage booster circuit. A capacitor 38, connecting a terminal of the specialized integrated circuit 35 to ground, fixes the average frequency due to switching.
Le circuit multiplexeur 6 comporte un oscillateur 60 délivrant un signal d'horloge à 15 kHz à l'entrée de comptage d'un compteur par cinq 61 commandant l'adressage d'un multiplexeur 62 ayant une sortie connectée à la masse et cinq entrées connectées individuellement par l'intermédiaire des résistances de limitation de courant 15, 16, 17, 18, 79 aux extrémités cathodiques des chaines de diodes électroluminescentes formant les cinq secteurs 10, 11, 12, 13, 14 de la source lumineuse 1. Grâce à lui, les chaines de diodes électroluminescentes des cinq secteurs 10, 11, 12, 13, 14 de la source lumineuse sont alimentées à tour de râle, à une fréquence de 3 kHz, par la batterie 2 et brillent tour à tour à une cadence suffisamment rapide pour que l'oeil les voit toutes allumées en permanence. The multiplexer circuit 6 comprises an oscillator 60 delivering a clock signal at 15 kHz to the counting input of a counter by five 61 controlling the addressing of a multiplexer 62 having an output connected to ground and five inputs connected individually via the current limiting resistors 15, 16, 17, 18, 79 at the cathode ends of the chains of light-emitting diodes forming the five sectors 10, 11, 12, 13, 14 of the light source 1. Thanks to it , the chains of light-emitting diodes of the five sectors 10, 11, 12, 13, 14 of the light source are fed in rattle, at a frequency of 3 kHz, by the battery 2 and in turn shine at a sufficiently rapid rate so that the eye sees them all on permanently.
Le circuit de test de batterie 7 comporte deux comparateurs 70, 71 en cascade. Le premier comparateur 70 reçoit sur son entrée non inverseuse, une tension de mesure de charge de batterie fournie par la prise médiane d'un potentiomètre 72 connecté en parallèle sur la batterie 2 et, sur son entrée inverseuse, une tension de référence dérivée d'une source de tension régulée 9 par l'intermédiaire d'un pont résistif diviseur de tension incorporant une résistance 73 à coefficient de température négatif dont la valeur varie avec la température pour rattraper la dérive en tension de la batterie due aux variations de température. Le deuxième comparateur 71 reçoit sur son entrée inverseuse le signal de sortie du premier comparateur 70 et sur son entrée non inverseuse la tension de référence déjà appliquée à l'entrée inverseuse du premier comparateur 70.Il est chargé par une diode électroluminescente 74 connectée en série avec une résistance de limitation de courant 75 et un interrupteur de test 76 entre sa sortie et le pôle positif de la batterie 2. The battery test circuit 7 comprises two comparators 70, 71 in cascade. The first comparator 70 receives on its non-inverting input, a battery charge measurement voltage supplied by the median tap of a potentiometer 72 connected in parallel on the battery 2 and, on its inverting input, a reference voltage derived from a regulated voltage source 9 via a resistive voltage divider bridge incorporating a resistor 73 with a negative temperature coefficient, the value of which varies with temperature to compensate for the voltage drift of the battery due to temperature variations. The second comparator 71 receives on its inverting input the output signal of the first comparator 70 and on its non-inverting input the reference voltage already applied to the inverting input of the first comparator 70. It is charged by a light-emitting diode 74 connected in series with a current limiting resistor 75 and a test switch 76 between its output and the positive pole of the battery 2.
Lorsque la batterie 2 est considérée comme chargée la tension de mesure de charge de batterie dépasse la tension de référence et rend la sortie du premier comparateur 70 plus positive que la tension de référence. Cela entraine un passage de la sortie du deuxième comparateur 71 au potentiel de masse et un allumage de la diode électroluminescente 74 en cas de fermeture de l'interrupteur de test 76. When the battery 2 is considered to be charged, the battery charge measurement voltage exceeds the reference voltage and makes the output of the first comparator 70 more positive than the reference voltage. This results in a passage from the output of the second comparator 71 to the ground potential and an ignition of the light-emitting diode 74 in the event of the test switch 76 being closed.
Lorsque la batterie 2 n'est pas considérée comme chargée, la tension de référence dépasse la tension de mesure de charge de batterie et rend la sortie du premier comparateur plus négative que la tension de référence. La sortie du deuxième comparateur passe alors au potentiel positif de polarisation et empêche tout allumage de la diode électroluminescente 74. When the battery 2 is not considered to be charged, the reference voltage exceeds the battery charge measurement voltage and makes the output of the first comparator more negative than the reference voltage. The output of the second comparator then passes to the positive polarization potential and prevents any lighting of the light-emitting diode 74.
La manoeuvre de l'interrupteur de test 76 permet ainsi de connaître l'état de charge de la batterie 2. The operation of the test switch 76 thus makes it possible to know the state of charge of the battery 2.
Une diode 77 connectée par son anode à l'entrée non inverseuse du premier comparateur 70 et par sa cathode à la sortie du premier comparateur 70 assure un automaintien lorsque la tension de mesure de charge de batterie devient inférieure à la tension de référence. A diode 77 connected by its anode to the non-inverting input of the first comparator 70 and by its cathode to the output of the first comparator 70 provides self-maintenance when the battery charge measurement voltage becomes lower than the reference voltage.
Le circuit de détection de luminosité 8 comporte également deux comparateurs 80, 81 en cascade. Le premier comparateur 80 reçoit sur son entrée non inverseuse une tension de mesure de luminosité ambiante dérivée de la source de tension régulée 9 par l'intermédiaire d'un pont résistif incorporant un photo-transistor 82 excité par la lumière ambiante et, sur son entrée inverseuse une tension de consigne dérivée de la source de tension régulée 9 à l'aide d'un potentiomètre 83. Le deuxième comparateur 81 reçoit sur son entrée inverseuse la tension de sortie du premier comparateur 80 et sur son entrée non inverseuse la tension de consigne déjà appliquée à l'entrée inverseuse du premier comparateur. Sa sortie commande la grille d'un transistor MOS de puissance constituant l'interrupteur commandé 4. The brightness detection circuit 8 also includes two comparators 80, 81 in cascade. The first comparator 80 receives on its non-inverting input an ambient light measurement voltage derived from the regulated voltage source 9 via a resistive bridge incorporating a photo-transistor 82 excited by the ambient light and, on its input reversing a setpoint voltage derived from the regulated voltage source 9 using a potentiometer 83. The second comparator 81 receives on its inverting input the output voltage of the first comparator 80 and on its non-inverting input the setpoint voltage already applied to the inverting input of the first comparator. Its output controls the gate of a power MOS transistor constituting the controlled switch 4.
En cas de faible luminosité ambiante, le photo-transistor 82 présente une résistance élevée et rend la tension de mesure de luminosité ambiante supérieure à la tension de consigne. Cela entraine l'apparition en sortie du premier comparateur 80 d'une tension plus positive que la tension de consigne et en sortie du deuxième comparateur 81 d'une tension nulle qui débloque le transistor MOS de puissance constituant l'interrupteur commandé.4 et provoque ltallumage de la lanterne si l'interrupteur de mise en route 5 a été fermé au préalable. In the event of low ambient light, the photo-transistor 82 has a high resistance and makes the ambient light measurement voltage greater than the setpoint voltage. This leads to the appearance at the output of the first comparator 80 of a voltage more positive than the setpoint voltage and at the output of the second comparator 81 of a zero voltage which unblocks the power MOS transistor constituting the controlled switch. 4 and causes l Lantern lighting if the start switch 5 has been closed beforehand.
En cas de forte luminosité ambiante, le photo-transistor 82 présente une résistance faible et rend la tension de mesure de luminosité inférieure à la tension de consigne. La sortie du premier comparateur 80 développe alors une tension nulle qui entraine en sortie du deuxième comparateur l'apparition d'une tension positive élevée qui bloque le transistor MOS de puissance constituant l'interrupteur commandé 4 et empêche l'allumage de la lanterne. In the event of high ambient light, the photo-transistor 82 has a low resistance and makes the light measurement voltage lower than the set voltage. The output of the first comparator 80 then develops a zero voltage which leads to the output of the second comparator the appearance of a high positive voltage which blocks the power MOS transistor constituting the controlled switch 4 and prevents the ignition of the lantern.
Une résistance 84 connectée en réaction entre la sortie et rentrée non inverseuse du premier comparateur 80 donne une certaine hystérésis à ce comparateur pour éviter un clignotement de la lanterne à la limite du jour et de la nuit. A resistor 84 connected in reaction between the non-inverting output and re-entry of the first comparator 80 gives a certain hysteresis to this comparator to avoid a flashing of the lantern at the limit of day and night.
On peut, sans sortir du cadre de l'invention modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. Without departing from the scope of the invention, it is possible to modify certain provisions or to replace certain means by equivalent means.
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