RU155503U1 - Светодиодный источник излучения для систем управления транспортом - Google Patents

Abstract

1. Светодиодный источник излучения, включающий электрическую цепь с мостом, по меньшей мере, двумя полупроводниковыми излучателями света параллельного соединения (блок светодиодов), и блоком шунта с управляемым твердотельным реле и нормально замкнутым ключевым элементом, шунтирующим электрическую цепь при наведенных ЭДС переменного тока, отличающийся тем, что электрическая цепь дополнительно снабжена управляющим блоком с твердотельным реле и нормально-разомкнутым ключевым элементом с током управления не более 4*10А, служащим для подачи к светодиодному источнику питающего напряжением при отсутствии обрывов в блоке шунта, при этом указанный блок с твердотельным реле и нормально-разомкнутым ключевым элементом включен в электрическую цепь через нормально замкнутый ключевой элемент блока шунта.2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит радиатор площадью не менее 100 см.3. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сопротивление, установленное последовательно полупроводниковым излучателям света.4. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит покровную линзу, установленную с зазором относительно излучателей света, при этом в зазоре размещен герметизирующий эластичный компаунд.5. Источник по п. 4, отличающийся тем, что герметизирующий компаунд имеет коэффициент преломления ≤1,3.6. Источник по п. 1, отличающийся тем, что полупроводниковые излучатели выполнены ультрафиолетового и синего цвета свечения и покрыты люминофором для трансформации синего излучения в белый цвет.7. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он покрыт люминофором, а его координаты �

Description

Полезная модель относится к средствам преобразования электрической энергии в энергию светового излучения.

Основным преимуществом полупроводниковых светодиодных (СД) источников излучения над остальными источниками света являются высокие надежность и световая отдача - СД лампы различных конструкций имеют срок службы более 50000 часов и, в то время, как срок службы ламп накаливания не превышает 1000 часов; кроме того, световая отдача СД ламп в настоящий момент превышает 120 лм/Вт и постоянно растет, тогда как световая отдача ламп накаливания и люминесцентных не выходит за пределы 10 лм/Вт. Особенно важно применение ламп накаливания для подачи световых сигналов в светофорах, управляющих движением железнодорожного транспорта. Однако, попытки повышения эффективности ламп накаливания посредством применения светофильтров оказались неэффективны, поскольку из-за широкого спектра излучения ламп накаливания (от ультрафиолетового до инфракрасного), такой фильтр вырезает достаточно узкий спектр излучения, что может составлять до 50% световой мощности лампы накаливания, в зависимости от спектрального диапазона. Спектр СД источника излучения значительно уже, а относительная световая мощность, получаемая после фильтра составляет до 60%. Кроме того, решающее значение играет защищенность источника света от воздействия наведенной ЭДС на порты его питания, которая обеспечивается применением шунта подключенного параллельно им.

В числе известных светодиодных устройств, использующих в своей конструкции подобный эффект, может быть упомянуто светодиодное устройство для систем управления транспортом по патенту РФ №2436196, в котором, как и в большинстве подобных светодиодных устройств, используется алгоритм, основанный на пороговом принципе - шунт разрывается при подаче на порты питания лампы определенного значения (порога) напряжения, соответствующего значению полезного сигнала. Подобное решение, по смыслу, должно обеспечивать отсутствие ложной засветки от наведенной ЭДС при отсутствии полезного сигнала. Однако, на практике, известны, и иные аналогичные светодиодные устройства, применяемые для систем управления транспортом, состоящие из матриц, составленных определенным образом исходя из физических принципов строения полупроводниковых излучающих структур. Как правило, такая конструкция предполагает последовательно-параллельное включение светодиодов, наличие набора элементов схемы защиты от помех и повышенного напряжения, а также адаптации к существующим релейным и микропроцессорным (МПЦ) системам управления, что значительно усложняет схему управления, снижает ее надежность, требует реконструкции хозяйства сигнализации-централизации и блокировки (СЦБ) ж/д и, как показала практика, малоэффективно.

Наиболее критичным пунктом применения светодиодных источников излучения являются требования, предъявляемые регламентами по безопасности движения на железнодорожном транспорте, которые допускают интенсивность опасных отказов подобных светоизлучающих систем в составе светофоров не более λ≤2,4*10^-10 ч^-1. Для получения подобной интенсивности отказов все элементы схемы управления и светодиоды должны иметь значительно меньшее значение λ, чем 2,4*10^-10 ч^-1, что практически недостижимо. По этому, их сочетание должно обеспечивать суммарную интенсивность опасных отказов λ≤2,4*10^-10 ч^-1, регламентируемую нормами безопасности на железнодорожном транспорте.

Задача, положенная в основу создания предлагаемой конструкции, состоит в устранении вышеуказанных недостатков известных светодиодных источников излучения, полной взаимозаменяемости с традиционными двухнитевыми лампами накаливания для всех интерфейсных схем управления сигналами, а технический результат, достигаемый при решении такой задачи, состоит в повышении надежности и эффективности светодиодных (СД) источников излучения в процессе их эксплуатации, в частности, в возможности автоматического отключения таких источников от систем управления при неисправном состоянии, следствием чего является обеспечение интенсивности опасных отказов менее требуемой 2,4*10^-10 1/час.

Для достижения поставленного результата предлагается светодиодный источник излучения, включающий электрическую цепь с мостом, по меньшей мере, двумя полупроводниковыми излучателями света параллельного соединения, и блоком шунта с управляемым (посредством фотоприемника или от напряжения нагрузки моста) твердотельным реле с нормально замкнутым ключевым элементом, шунтирующим электрическую цепь питания лампы при наведенных ЭДС переменного тока, при этом электрическая цепь дополнительно снабжена управляющим блоком с твердотельным реле с нормально-разомкнутым ключевым элементом с током управления не более 4*10^-3 А, служащим для подачи к светодиодному источнику питающего напряжением при отсутствии обрывов в блоке шунта, а цепь управления указанного блока с твердотельным реле с нормально-разомкнутым ключевым элементом включена в электрическую цепь через нормально замкнутый ключевой элемент блока шунта.

Предпочтительные, но не обязательные варианты воплощения источника могут предполагать дополнительное наличие радиатора площадью не менее 100 см², сопротивления, установленного последовательно полупроводниковым излучателям света, держателей излучателей света с присоединительными выводами, покровной линзы, установленной с зазором относительно излучателей света, при этом в зазоре может быть размещен прозрачный или рассеивающий герметизирующий эластичный компаунд с коэффициентом преломления ≤1,3 а покровная линза может быть плоской, сферической или в виде линзы Френеля; полупроводниковые излучатели могут быть выполнены ультрафиолетового и синего цвета свечения и покрыты люминофором для трансформации синего излучения в белый цвет; источник может быть покрыт люминофором, а его координаты цветности лежат в диапазоне X=(0,36, 0,36, 0,47, 0,46)±0,001, Y=(0,37, 0,35, 0,43, 0,39)±0,01, при этом длина волны излучателей света может находиться в диапазоне λ=410-460 нм либо от 470 нм до 650 нм; покровная линза может быть выполнена в виде единого фильтра для получения координат цветности, принятых в железнодорожных светофорах, в диапазоне длин волн от 470 нм до 650 нм; источник может содержать блок защиты от высоковольтных выбросов напряжения при наносекундных и микросекундных импульсных помехах с предохранителем, исключающим повреждение блока; в электрической цепи может быть установлен предохранитель, защищающий блоки шунта и светодиодов, и исключающий опасный отказ; в электрическую цепь блока шунта может быть установлен предохранитель, защищающий нормально замкнутый ключевой элемент блока от воздействий электрической мощности, превышающей допустимые параметры.

Возможность достижения поставленного результата обусловлена тем, что наличие блока с твердотельным реле и нормально-разомкнутым ключевым элементом с током управления не более 4*10^-3 А обеспечивает контроль исправности блока шунта, в том числе, нормально замкнутого ключевого элемента, а сочетание элементов коммутации позволяет получить итоговую интенсивность опасных отказов значительно ниже требуемой.

Полезная модель иллюстрируется принципиальной электрической схемой заявленной конструкции источника излучения. Специалисту, очевидно, что такую схему не следует воспринимать как единственно возможный и ограничивающий вариант реализации полезной модели в рамках заявленной совокупности существенных признаков и что подобный вариант представлен исключительно для иллюстрации возможности достижения поставленного результата и принципа функционирования заявленной в объеме формулы конструкции.

С учетом такого пояснения, принципиальная электрическая блок схема заявленного светодиодного источника излучения в общем виде состоит из следующих элементов, где:

I - блок защиты всего источника излучения от высоковольтных выбросов напряжения при наносекундных и микросекундных импульсных помехах, II - блок шунта с твердотельным реле и нормально замкнутым ключевым элементом, обеспечивающий отсутствие светового излучения источника вследствие утечек переменного тока через межжильную емкость кабеля из цепей управления другими устройствами при удалении от источника электропитания, III - блок с твердотельным реле и нормально разомкнутым ключевым элементом, контролирующий блок шунта и подключающий светоизлучающие элементы только при исправном его состоянии, IV - блок светодиодов со схемой питания и ограничения по току.

При исправности нормально замкнутого ключевого элемента и предохранителя блока шунта II, питающее напряжение лампы подается на управляющую цепь нормально разомкнутого ключевого элемента блока III, что приводит к его замыканию и подключению блока светодиодов со схемой питания IV к питающему напряжению. В случае выхода из строя нормально замкнутого ключевого элемента или срабатывания предохранителя блока шунта II, нормально разомкнутый ключевой элемент блока III остается разомкнутым из-за отсутствия напряжения на своей управляющей цепи вследствие обрыва в цепи шунта, и питающее напряжение лампы не подается на блок светодиодов со схемой питания IV. Тем самым гарантированно обеспечивается отсутствие свечения от наведенной ЭДС как при исправном, так и неисправном состоянии элементов блока шунта II.

Claims (14)

1. Светодиодный источник излучения, включающий электрическую цепь с мостом, по меньшей мере, двумя полупроводниковыми излучателями света параллельного соединения (блок светодиодов), и блоком шунта с управляемым твердотельным реле и нормально замкнутым ключевым элементом, шунтирующим электрическую цепь при наведенных ЭДС переменного тока, отличающийся тем, что электрическая цепь дополнительно снабжена управляющим блоком с твердотельным реле и нормально-разомкнутым ключевым элементом с током управления не более 4*10^-3А, служащим для подачи к светодиодному источнику питающего напряжением при отсутствии обрывов в блоке шунта, при этом указанный блок с твердотельным реле и нормально-разомкнутым ключевым элементом включен в электрическую цепь через нормально замкнутый ключевой элемент блока шунта.

2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит радиатор площадью не менее 100 см².

3. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сопротивление, установленное последовательно полупроводниковым излучателям света.

4. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит покровную линзу, установленную с зазором относительно излучателей света, при этом в зазоре размещен герметизирующий эластичный компаунд.

5. Источник по п. 4, отличающийся тем, что герметизирующий компаунд имеет коэффициент преломления ≤1,3.

6. Источник по п. 1, отличающийся тем, что полупроводниковые излучатели выполнены ультрафиолетового и синего цвета свечения и покрыты люминофором для трансформации синего излучения в белый цвет.

7. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он покрыт люминофором, а его координаты цветности лежат в диапазоне Х=(0,36, 0,36, 0,47, 0,46)±0,001, Y=(0,37, 0,35, 0,43, 0,39)±0,01.

8. Источник по п. 1, отличающийся тем, что длина волны излучателей света лежит в диапазоне λ=410-460 нм.

9. Источник по п. 1, отличающийся тем, что длина волны излучателей света лежит в диапазоне от 470 нм до 650 нм.

10. Источник по п. 4, отличающийся тем, что покровная линза выполнена в виде единого фильтра для получения координат цветности, принятых в железнодорожных светофорах, в диапазоне длин волн от 470 нм до 650 нм.

11. Источник по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок защиты от высоковольтных выбросов напряжения при наносекундных и микросекундных импульсных помехах с предохранителем, исключающим повреждение блока.

12. Источник по п. 1, отличающийся тем, что в электрической цепи установлен предохранитель, защищающий блоки шунта и светодиодов и исключающий опасный отказ.

13. Источник по п. 1, отличающийся тем, что в электрическую цепь блока шунта установлен предохранитель, защищающий нормально замкнутый ключевой элемент блока от воздействий электрической мощности, превышающей допустимые параметры.

14. Источник по п. 1, отличающийся тем, что он содержит держатель излучателей света с присоединительными выводами.

Images