Контролируемый светодиодный светофор
Владельцы патента RU 2611475:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (УрГУПС) (RU)
Заявлен контролируемый светодиодный светофор. Контролируемый светодиодный светофор содержит светодиодную матрицу, состоящую из N последовательно соединенных светодиодов. Матрица соединена через фронтовой контакт сигнального реле с источником тока. Также светофор содержит полевой транзистор, генератор импульсов, тыловой контакт сигнального реле, стандартный динамический элемент и контрольное реле. Контрольное реле подключено к выходу стандартного динамического элемента. Затвор полевого транзистора через тыловой контакт сигнального реле подключен к выходу генератора импульсов. Исток полевого транзистора соединен с минусом светодиодной матрицы и с общими выводами генератора импульсов и стандартного динамического элемента. Достигается повышение надежности работы светофора. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам управления движением на железнодорожном транспорте, а именно к устройствам регулирующим, предупреждающим, устанавливаемым вдоль маршрута следования подвижного состава.
Известны светофоры, у которых в качестве излучателя используются лампы накаливания (Казаков А.А., Бубнов В.Д., Казаков Е.А. Станционные устройства автоматики и телемеханики. - М.: Транспорт, 1990. - С. 210-211, рис. 6.4). Их недостатком является невысокая надежность работы ламп накаливания и небольшой срок службы, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов и к снижению пропускной способности участков железных дорог.
Известны также светофоры (Пат. 2207745 РФ. Светодиодный светофор / Б.С. Сергеев, С.А. Щиголев, В.В. Наговицын. МПК 7 B61L 5/18. Публ. 27.06.2003. Бюл. №18), содержащие светодиодную матрицу, состоящую из N светодиодов, трансформаторы и транзистор.
Недостатком этого устройства является сложность и высокая стоимость.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является светофор (Есюнин В.И. Приборы железнодорожной сигнализации на светодиодах. // Автоматика, связь, информатика. - 2002, №5. - С. 19, рис. 1), содержащий светодиодную матрицу, состоящую из N последовательного соединения светодиодов, которая через фронтовой контакт сигнального реле подключена к источнику тока.
Недостатком данного светофора является отсутствие контроля работоспособности светодиодной матрицы в «холодном» состоянии, что снижает надежность работы светофора.
Целью изобретения является повышение надежности работы светофора за счет обеспечения контроля работы светодиодной матрицы при разомкнутом состоянии фронтового контакта сигнального реле, то есть в «холодном» состоянии.
Указанная цель достигается тем, что в схему светодиодного светофора дополнительно введены полевой транзистор, генератор импульсов, тыловой контакт сигнального реле, стандартный динамический элемент и контрольное реле
Сущность изобретения заключается в том, что в светодиодный светофор введены полевой транзистор, генератор импульсов, тыловой контакт сигнального реле, стандартный динамический элемент и контрольное реле, подключенное к выходу стандартного динамического элемента, входом соединенного с точками соединения стока полевого транзистора, плюса светодиодной матрицы и контакта сигнального реле, а затвор полевого транзистора через тыловой контакт сигнального реле подключен к выходу генератора импульсов, причем исток полевого транзистора соединен с минусом светодиодной матрицы и с общими выводами генератора импульсов и стандартного динамического элемента.
На фигуре изображена схема контролируемого светодиодного светофора.
Устройство контролируемого светодиодного светофора состоит из светодиодной матрицы 1, состоящей из последовательного соединения светодиодов 2.1, 2.2, … 2.N, плюс которой через фронтовой контакт сигнального реле 3 и источник постоянного тока 4 подключен к минусу светодиодной матрицы 1. Точка соединения плюса светодиодной матрицы 1 с фронтовым контактом сигнального реле 3 подключена к стоку полевого транзистора 5 и к входу стандартного динамического элемента 6, а минус светодиодной матрицы 1 соединен с истоком полевого транзистора 5 и с общими полюсами генератора импульсов 7 и стандартного динамического элемента 6. Затвор полевого транзистора 5 через тыловой контакт сигнального реле 8 подключен к выходу генератора импульсов 7, а контрольное реле 9 подключено к выходу стандартного динамического элемента 6. Стандартный динамический элемент 6 включает в себя двухтактный выходной каскад, состоящий из первого 10 и второго 11 последовательно соединенных транзисторов разного типа проводимости, соединенные входы которых являются входом стандартного динамического элемента 6. Точка соединения транзисторов 10 и 11 через первый конденсатор 12 подключена к аноду первого 13 и катоду второго 14 диодов. Анод второго диода 14 соединен с выходом стандартного динамического элемента 6 и с первым выводом второго конденсатора 15, второй вывод которого подключен к катоду первого диода 13 и к общему выводу стандартного динамического элемента 6.
Контролируемый светодиодный светофор работает следующим образом.
В исходном состоянии, когда фронтовой контакт сигнального реле 3 разомкнут, ток через светодиоды 2.1, 2.2, … 2.N не протекает и излучение светодиодной матрицы 1 отсутствует. При этом необходимо контролировать целостность светодиодов 2.1, 2.2, … 2.N, то есть осуществить проверку отсутствия у них обрывов р-n переходов.
Признаком работоспособности р-n перехода является наличие на нем температурного потенциала, равного (Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия, 1977. - С. 23, формула 1-3):
где Т - температура р-n перехода в градусах Кельвина.
Например, для комнатной температуры Т≈300 К будем иметь:
.
Очевидно, что если количество светодиодов в светодиодной матрице 1 будет, например, равно N=100 шт., то суммарная величина потенциала: ϕN=100≈2,5 В. Это позволяет с достаточной степенью точности ее зафиксировать известными техническим средствами, например, посредством полевого транзистора 5 с соответствующими величинами порогового напряжения затвор-исток.
При появлении обрыва в одном или в нескольких светодиодах матрицы 1, ϕ=0. Таким образом, целостность последовательной цепи светодиодов 2.1, 2.2, … 2.Ν обусловливает появление соответствующего напряжения на входе стандартного динамического элемента 6, а при обрыве – его отсутствие.
Для обеспечения требований безопасности необходимо преобразование аналогового сигнала на входе динамического элемента 6 в импульсный. Это осуществляется генератором импульсов 7, выход которого через замкнутый тыловой контакт сигнального реле 8 подключается к входу полевого транзистора 5. Вследствие этого аналоговый сигнал потенциала на матрице 1 преобразуется в импульсный. Дальнейшее преобразование сигнала осуществляется динамическим элементом 6.
Динамический элемент 6 работает следующим образом (Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики. Методы и принципы обеспечения безопасности микроэлектронных СЖАТ. РТМ 32 ЦШ 1115842.01-94. - С-Пб.: ПГУПС, 1994. - С. 84).
Поступление импульсного сигнала на вход динамического элемента 6 обусловливает поочередное открывание транзисторов 10 и 11 двухтактного ключа. При включенном состоянии первого транзистора 10 и выключенном состоянии второго транзистора 11 через диод 13 осуществляется заряд первого конденсатора 12. При выключении первого транзистора 10 и включении второго транзистора 11 происходит разряд первого конденсатора 12 и через второй диод 14 подзаряжается второй конденсатор 15. Импульсная работа динамического элемента 6 и непрерывность напряжения на втором конденсаторе 15 обеспечивает включенное состояние контрольного реле 9.
Следовательно, импульсная работа полевого транзистора 5 реализует функцию преобразования аналогового сигнала ϕ (суммарного потенциала светодиодов 2.1, 2.2, … 2.Ν) в импульсный вид, передаваемый далее на динамический элемент 6, что обусловливает включенное состояние контрольного реле 9.
Когда фронтовой контакт сигнального реле 3 замыкается, что соответствует наличию излучения светодиодной матрицы 1, то вход полевого транзистора 5 тыловым контактом сигнального реле 8 отключается от генератора импульсов 7. Транзистор 5 выключается, и на вход динамического элемента 6 перестает поступать импульсный сигнал. Это обусловливает выключение контрольного реле 9.
Таким образом, контрольное реле 9 остается во включенном состоянии только лишь при отсутствии излучения исправной светодиодной матрицы 1. Этим реализуется функция контроля исправности матрицы 1 во время ее отключенного состояния от источника тока 4.
Кроме того, рассматриваемый светодиодный светофор позволяет контролировать появление короткого замыкания в нескольких светодиодах светодиодной матрицы 1. Это обусловлено тем, что в этом случае потенциал ϕ уменьшается и его будет недостаточно для импульсной работы динамического элемента 6, что приводит к выключению контрольного реле 9, сигнализируя о появлении опасного отказа светодиодной матрицы 1.
Таким образом, предлагаемый контролируемый светодиодный светофор обеспечивает повышение надежности его работы за счет обеспечения контроля работоспособности светодиодной матрицы при ее отключенном состоянии от источника тока.
Контролируемый светодиодный светофор, содержащий светодиодную матрицу, состоящую из N последовательно соединенных светодиодов, соединенную через фронтовой контакт сигнального реле с источником тока, отличающийся тем, что в него введены полевой транзистор, генератор импульсов, тыловой контакт сигнального реле, стандартный динамический элемент и контрольное реле, подключенное к выходу стандартного динамического элемента, входом соединенного с точками соединения стока полевого транзистора, плюса светодиодной матрицы и контакта сигнального реле, а затвор полевого транзистора через тыловой контакт сигнального реле подключен к выходу генератора импульсов, причем исток полевого транзистора соединен с минусом светодиодной матрицы и с общими выводами генератора импульсов и стандартного динамического элемента.
