RU2237292C2

RU2237292C2 - Light diode traffic lights (variants)

Info

Publication number: RU2237292C2
Application number: RU2002128718/11A
Authority: RU
Inventors: Б.С. Сергеев (RU); Б.С. Сергеев; Е.О. Савельев (RU); Е.О. Савельев
Original assignee: Уральский государственный университет путей сообщения
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-09-27

Abstract

FIELD: engineering of regulating devices mounted along routes of trains and locomotives.

SUBSTANCE: device has optic-electronic pairs, in which light emitting elements are light diodes of light diode groups, and as receiving elements, dependent on variant of traffic lights construction, photodiodes and photo-resistors are used.

EFFECT: possible full control of traffic lights light diodes functioning, which increases reliability of operation.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к регулирующим или предупреждающим устройствам, устанавливаемым вдоль маршрута следования локомотивов или составов, а именно к светофорам, осуществляющим регулирование движением поездов.The invention relates to regulatory or warning devices installed along the route of locomotives or trains, and in particular to traffic lights that regulate the movement of trains.

Известны светофоры железнодорожного транспорта, у которых в качестве излучающих элементов используются группы светодиодов (Есюнин В.И., Ефрюшкин А.Е. Светодиодные переездные светофоры //Автоматика, связь, информатика, 1999, №12, с.25, рис.1). Недостатком подобных устройств является невысокая энергетическая эффективность, что вызвано наличием в цепях светодиодов активных ограничивающих резисторов, рассеивающих существенную мощность потерь. Кроме того, в этих устройствах отсутствуют возможности для достаточно точного выравнивания токов через параллельно включенные группы, состоящие из последовательно включенных светодиодов.Traffic lights are known for railway transport, in which groups of LEDs are used as emitting elements (Yesyunin V.I., Efryushkin A.E. LED crossing traffic lights // Automation, Communications, Informatics, 1999, No. 12, p.25, Fig. 1) . The disadvantage of such devices is their low energy efficiency, which is caused by the presence of active limiting resistors in the LED circuits, which dissipate a significant loss power. In addition, in these devices there is no possibility for a fairly accurate equalization of currents through parallel-connected groups consisting of series-connected LEDs.

Лучшими показателями обладают светофоры, у которых задание токов через светодиоды светодиодных групп осуществляется при помощи индуктивных элементов, которые формируют импульсы тока через светодиоды без применения активных резисторов. Этим достигается существенное снижение мощности потерь в устройстве светофора (Светодиодный светофор. Заявка №2001124300 /Б.С. Сергеев, С.А. Щиголев, В.В. Наговицын, МПК B 61 L 23/00, приоритет 30 августа 2001 г.). Их недостатком является отсутствие контроля исправности светодиодов светодиодных групп, что определяет существование ограничений для их применения на железнодорожном транспорте.The best indicators are traffic lights, in which the assignment of currents through the LEDs of the LED groups is carried out using inductive elements that form current pulses through the LEDs without the use of active resistors. This achieves a significant reduction in the power loss in the traffic light device (LED traffic light. Application No. 2001124300 / B. S. Sergeev, S. A. Schigolev, V. V. Nagovitsyn, IPC B 61 L 23/00, priority August 30, 2001) . Their disadvantage is the lack of monitoring the health of the LEDs of the LED groups, which determines the existence of restrictions for their use in railway transport.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является светофор (Светодиодный светофор. Заявка №2002123011 /Б.С. Сергеев, Е.О. Савельев. МПК B 61 L 23/00. Приоритет 27.08.02), включающий N трансформаторов, N светодиодных групп, каждая из которых состоит из К последовательно и согласно включенных светодиодов, а также N стабилитронов, N резисторов и схему ИЛИ.The closest in technical essence to the proposed device is a traffic light (LED traffic light. Application No. 2002123011 / BS S. Sergeev, EO Saveliev. IPC B 61 L 23/00. Priority 08.27.02), including N transformers, N LED groups, each of which consists of K in series and according to the included LEDs, as well as N zener diodes, N resistors and an OR circuit.

Недостатком этого технического решения является то, что схема контроля выявляет только обрыв в цепях светодиодов и не фиксирует замыканий светодиодов или групп светодиодов, которые также приводят к отсутствию их свечения. Это определяет функциональную неполноту работы схемы контроля и ограничивает возможности применения подобных светофоров на железнодорожном транспорте.The disadvantage of this technical solution is that the control circuit only detects an open in the LED circuits and does not fix the short circuits of the LEDs or groups of LEDs, which also lead to the absence of their glow. This determines the functional incompleteness of the control circuit and limits the possibility of using such traffic lights in railway transport.

Целью изобретения является введение в светофор функций контроля как замыкания, так и обрыва любых светодиодов светодиодных групп.The aim of the invention is the introduction into the traffic light of the control functions of both the circuit and the breakage of any LEDs of the LED groups.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве осуществляется непосредственная фиксация излучения светодиодов, а не контроль электрических токов или напряжений.This goal is achieved by the fact that the device directly fixes the radiation of the LEDs, and not the control of electric currents or voltages.

Сущность изобретения заключается в том, что в светофор введен измеритель напряжения, а в каждую из N светодиодных групп введены К фотодиодов, К шунтирующих резисторов, где каждый из К светодиодов оптически связан с соответствующим К фотодиодом, причем параллельно каждому из фотодиодов подключен шунтирующий резистор, а все фотодиоды представляют собой последовательную и согласно включенную электрическую цепь, соединенную со входами измерителя напряжения; или в светофор введен измеритель напряжения, а в каждую из N светодиодных групп светофора введены К фоторезисторов, где каждый из К светодиодов светодиодных групп оптически связан с каждым из К фоторезисторов, которые соединены параллельно и подключены ко входам измерителя сопротивления.The essence of the invention lies in the fact that a voltage meter is introduced into the traffic light, and K photodiodes, K shunt resistors are introduced into each of the N LED groups, where each of the K LEDs is optically connected to the corresponding K photodiode, and a shunt resistor is connected in parallel to each of the photodiodes, and all photodiodes are serial and according to the included electrical circuit connected to the inputs of the voltage meter; or a voltage meter is inserted into the traffic light, and K photoresistors are introduced into each of the N LED traffic light groups, where each of the K LEDs of the LED groups is optically connected to each of the K photoresistors, which are connected in parallel and connected to the inputs of the resistance meter.

На фиг.1 и 2 приведены варианты устройств светодиодных светофоров.Figure 1 and 2 shows the options for LED traffic lights.

Светодиодный светофор (фиг.1) содержит транзистор 1, силовые электроды которого через последовательно включенные первичные обмотки 2.1,... 2N трансформаторов 3.1,... 3.N и контакт 4 сигнального реле подключены к положительному 5 и отрицательному 6 полюсам источника электропитания. Вход транзистора 1 соединен с выходом генератора импульсов 7. Каждая из вторичных обмоток 8.1,... 8.N трансформаторов 3.1,...3.N через соответствующие защитные диоды 9.1,...9.N подключена к группе последовательно и согласно включенных K светодиодов 10.1,... 10.K светодиодной матрицы. Светодиоды 10.1,... 10.К оптически связаны с соответствующими фотодиодами 11.1,... 11.К всех N светодиодных групп, а параллельно каждому из фотодиодов подключены шунтирующие резисторы 12.1,...12.К. Фотодиоды 11.1,...11.K всех N светодиодных групп соединены последовательно и согласно и подключены ко входам измерителя напряжения 13, выход 14 которого является источником информации о количестве отказавших светодиодов или групп светодиодов светодиодных групп.The LED traffic light (Fig. 1) contains a transistor 1, the power electrodes of which are connected through the primary windings 2.1, ... 2N of the transformers 3.1, ... 3.N and the signal relay contact 4 to the 5 positive and 6 negative poles of the power source. The input of the transistor 1 is connected to the output of the pulse generator 7. Each of the secondary windings 8.1, ... 8.N of the transformers 3.1, ... 3.N is connected to the group in series and according to the connected transformer diodes 9.1, ... 9.N K LEDs 10.1, ... 10.K LED matrix. The LEDs 10.1, ... 10.K are optically connected to the corresponding photodiodes 11.1, ... 11.K of all N LED groups, and shunt resistors 12.1, ... 12.K are connected in parallel to each of the photodiodes. Photodiodes 11.1, ... 11.K of all N LED groups are connected in series and according to and connected to the inputs of the voltage meter 13, the output of which 14 is a source of information about the number of failed LEDs or groups of LEDs of LED groups.

Светодиодный светофор (фиг.2) содержит транзистор 1, силовые электроды которого через последовательно включенные первичные обмотки 2.1,... 2.N трансформаторов 3.1,...3.N и контакт 4 сигнального реле подключены к положительному 5 и отрицательному 6 полюсам источника электропитания. Вход транзистора 1 соединен с выходом генератора импульсов 7. Каждая из вторичных обмоток 8.1,... 8.N трансформаторов 3.1,...3.N через соответствующие защитные диоды 9.1,...9.N подключена к группе последовательно и согласно включенных К светодиодов 10.1,...10.К светодиодных групп. Светодиоды 10.1,...10.К оптически связаны с соответствующими фоторезисторами 15.1,...15. К всех N светодиодных групп. Фоторезисторы 15.1,...15.N всех N светодиодных групп соединены параллельно и подключены ко входам измерителя сопротивления 16, выход 17 которого является источником информации о количестве отказавших светодиодов или групп светодиодов.The LED traffic light (Fig. 2) contains a transistor 1, the power electrodes of which are connected through the primary windings 2.1, ... 2.N of the transformers 3.1, ... 3.N and terminal 4 of the signal relay through the positive 5 and negative 6 poles of the source power supply. The input of the transistor 1 is connected to the output of the pulse generator 7. Each of the secondary windings 8.1, ... 8.N of the transformers 3.1, ... 3.N is connected to the group in series and according to the connected transformer diodes 9.1, ... 9.N K LEDs 10.1, ... 10.K LED groups. LEDs 10.1, ... 10.K are optically coupled to the corresponding photoresistors 15.1, ... 15. To all N LED groups. Photoresistors 15.1, ... 15.N of all N LED groups are connected in parallel and connected to the inputs of the resistance meter 16, the output of 17 of which is a source of information about the number of failed LEDs or groups of LEDs.

Светофор (фиг.1) работает следующим образом.The traffic light (figure 1) works as follows.

Генератор 7 управляет импульсной работой транзистора 1. При открытом состоянии транзистора 1 ток, протекающий по первичным обмоткам 2.1,...2.N трансформаторов 3.1,...3.N от полюсов 5 и 4 источника электропитания, создает в их магнитопроводах накапливающееся магнитное поле. При этом ток во вторичных обмотках 8.1,... 8.N отсутствует. После запирания транзистора полярность напряжения на обмотках меняется на противоположную. Вследствие этого открываются защитные диоды 9.1,...9.N, что приводит к появлению тока через светодиоды 10.1,...10.К всех N светодиодных групп и их свечению.The generator 7 controls the pulse operation of the transistor 1. When the transistor 1 is open, the current flowing through the primary windings 2.1, ... 2.N of the transformers 3.1, ... 3.N from the poles 5 and 4 of the power source creates an accumulating magnetic in their magnetic circuits field. In this case, the current in the secondary windings 8.1, ... 8.N is absent. After locking the transistor, the polarity of the voltage across the windings changes to the opposite. As a result, the protective diodes 9.1, ... 9.N open, which leads to the appearance of current through the LEDs 10.1, ... 10. To all N LED groups and their illumination.

Если все К×N светодиодов исправны, то есть имеет место их свечение, то на каждом из фотодиодов 11.1,... 11.К появляется фото-ЭДС величиной U_фд.Суммарная величина фото-ЭДС всех светодиодов, соединенных последовательно, равна UΣ=К×N×U_фд. Это напряжение подается на входы измерителя напряжения 13.If all K × N LEDs are operational, that is, they glow, then on each of the photodiodes 11.1, ... 11.K, a photo-emf of U fp appears _. The total photo-emf value of all LEDs connected in series is UΣ = K × N × U _fd . This voltage is supplied to the inputs of the voltage meter 13.

При отсутствии свечения любого одного или нескольких 10.1,...10.К светодиодов величина напряжения UΣ уменьшается и по значению снижения этого напряжения можно делать соответствующие выводы о количестве отказавших светодиодов, что определяется уровнем сигнала на выходе 14 измерителя напряжения 13.If there is no luminescence of any one or several 10.1, ... 10.K LEDs, the voltage UΣ decreases and the value of reducing this voltage allows you to draw the appropriate conclusions about the number of failed LEDs, which is determined by the signal level at the output of voltage meter 14.

Шунтирующие резисторы 11.1,...11.К служат для того, чтобы при отсутствии свечения (отказе) одного или нескольких из светодиодов суммирование фото-ЭДС в электрической цепи сохранялось. По терминологии современной электроники цепь из оптически связанных светодиода и фотодиода является оптоэлектронной парой типа светодиод-фотодиод.Shunt resistors 11.1, ... 11.K serve to ensure that in the absence of a glow (failure) of one or more of the LEDs, the summation of the photo-emf in the electrical circuit is maintained. In the terminology of modern electronics, a circuit of optically coupled LEDs and a photodiode is an optoelectronic pair of an LED-photodiode type.

В качестве измерителя напряжения 13 может быть использован как аналоговый вольтметр постоянного напряжения, так и более сложные импульсные измерительные устройства с аналого-цифровыми преобразователями.As a voltage meter 13 can be used as an analog DC voltmeter, and more complex pulse measuring devices with analog-to-digital converters.

Следовательно, как при замыкании одного или нескольких светодиодов, так и при обрыве их цепей изменяется напряжение на входе измерителя напряжения 16, что дает информацию о реальном отсутствии свечения излучающих элементов светодиодных групп.Therefore, both when one or more LEDs are closed, or when their circuits are broken, the voltage at the input of the voltage meter 16 changes, which gives information about the real absence of the glow of the emitting elements of the LED groups.

Светофор (фиг.2) работает следующим образом.The traffic light (figure 2) works as follows.

Импульсная работа транзистора 1 и трансформаторов 3.1,...3.N не отличается от рассмотренных выше процессов для схемы (фиг.1). Отличие заключается в том, что данные о свечении светодиодов 10.1,...10.K фиксируются фоторезисторами 15.1,...15.К. Если имеет место свечение всех светодиодов, то сопротивление всех фоторезисторов минимально, а при отсутствии свечения -максимально. То есть, если все светодиоды исправны, то суммарное сопротивление параллельно включенных фоторезисторов 15.1,...15.К всех N светодиодных групп будет минимальным. При отсутствии свечения одного или нескольких светодиодов суммарное сопротивление будет увеличиваться. Это фиксируется измерителем сопротивления 16, выходной сигнал 17 которого может быть использован для принятия решения о замене светодиодов или светодиодных групп.The pulse operation of the transistor 1 and transformers 3.1, ... 3.N does not differ from the above processes for the circuit (figure 1). The difference is that the data on the luminescence of the LEDs 10.1, ... 10.K are fixed by photoresistors 15.1, ... 15.K. If there is a glow of all the LEDs, then the resistance of all the photoresistors is minimal, and in the absence of a glow, it is maximum. That is, if all the LEDs are operational, then the total resistance of the parallel-connected photoresistors 15.1, ... 15.K of all N LED groups will be minimal. If there is no glow of one or more LEDs, the total resistance will increase. This is recorded by a resistance meter 16, the output signal 17 of which can be used to decide on the replacement of LEDs or LED groups.

Следовательно, как при замыкании одного или нескольких светодиодов, так и при обрыве их цепей изменяется сопротивление цепи из параллельно включенных фоторезисторов и выходной сигнал 17 на выходе измерителя сопротивления 16 дает информацию о реальном отсутствии свечения излучающих элементов светодиодов или светодиодных групп. По терминологии современной электроники цепь из оптически связанных светодиода и фоторезистора является оптоэлектронной парой типа светодиод-фоторезистор.Therefore, both when one or several LEDs are closed, or when their circuits are broken, the circuit resistance of the parallel-connected photoresistors changes and the output signal 17 at the output of the resistance meter 16 gives information about the real absence of the glow of the emitting elements of the LEDs or LED groups. In the terminology of modern electronics, a circuit of optically coupled LEDs and a photoresistor is an optoelectronic pair of the LED-photoresistor type.

В качестве измерителя сопротивлений 16 может использоваться или аналоговый омметр, или более сложные и более точные измерительные устройства с аналого-цифровым преобразованием входного сигнала.As a resistance meter 16, either an analog ohmmeter or more complex and more accurate measuring devices with analog-to-digital conversion of the input signal can be used.

Использование светофоров (фиг.1 или 2) определяется рядом технологических факторов и наличием той или иной элементной базы. Например, если в качестве N×К светодиодов используются светодиодные матрицы, то это обусловлено следующим. Применение оптоэлектронных пар типа светодиод-фотодиод более технологично при изготовлении светодиодной матрицы в силу определенной однотипности изготовления р-n переходов светодиодов и фотодиодов. Использование фоторезисторных оптоэлектронных пар может при некоторых условиях снизить стоимость светодиодных матриц с фоторезисторами. Поэтому практический выбор той или иной схемы светофора может быть сделан после определения технологических возможностей завода-изготовителя светодиодных матриц и выполнения разработки конкретных технико-эксплуатационных требований к светофору.The use of traffic lights (figure 1 or 2) is determined by a number of technological factors and the presence of one or another element base. For example, if LED matrices are used as N × K LEDs, this is due to the following. The use of optoelectronic pairs of the type LED-photodiode is more technologically advanced in the manufacture of LED matrix due to the certain uniformity of manufacture of pn junctions of LEDs and photodiodes. The use of photoresistor optoelectronic pairs can, under certain conditions, reduce the cost of LED arrays with photoresistors. Therefore, the practical choice of a particular traffic light pattern can be made after determining the technological capabilities of the manufacturer of the LED matrix and completing the development of specific technical and operational requirements for the traffic light.

Таким образом, использование предлагаемых технических решений дает возможность реализовать наиболее полный функциональный контроль за функционированием излучающих элементов светофора и его электрических цепей.Thus, the use of the proposed technical solutions makes it possible to implement the most complete functional control over the functioning of the radiating elements of the traffic light and its electrical circuits.

Claims

1. LED traffic light containing N transformers, the primary windings of which are connected in series and according to and connected through the contact of the signal relay and the power electrodes of the transistor to a power source, and each of the N secondary windings through protective diodes is connected to the corresponding group K in series and according to the connected LEDs, moreover, a pulse generator is connected to the input of the transistor, characterized in that a voltage meter is introduced into it, and K photodiodes are introduced into each of the N LED groups To shunt resistors, where each of the K LEDs is optically connected to the corresponding K-th photodiode, and a shunt resistor is connected in parallel to each of the photodiodes, and all the photodiodes are a serial and according to the included electrical circuit connected to the inputs of the voltage meter.

2. A LED traffic light containing N transformers, the primary windings of which are connected in series and in accordance with and connected through the contact of the signal relay and the power electrodes of the transistor to a power source, and each of the N secondary windings through protective diodes is connected to the corresponding group K in series and according to the connected LEDs, moreover, a pulse generator is connected to the input of the transistor, characterized in that a resistance meter is inserted into it, and K photo cuts are introduced into each of the N LED groups Tori, wherein each of the LED is optically coupled to a corresponding one of K photoconductors which are connected in parallel and are connected to the inputs of the resistance meter.