專利名稱：向發(fā)光二極管供電并對其進行監(jiān)控的模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光負載的電源供給，具體涉及需要遠程監(jiān)控的發(fā)光二極管(LED)燈。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)燈在自動交通燈、鐵路信號燈和其它應用中正變得越來越普遍。它們的低功耗是有吸引力的特征，但相比于標準的白熾燈(5000小時)，它們變得普遍的主要原因是它們的長壽命(100000小時)。顯然，這些特征允許大大減小維修成本。
在一些諸如鐵路信號燈之類的應用中，如本領域普通技術人員所知的，這些燈可以用于主要線路的信號裝置和/或平交路口的信號裝置。平交路口的信號裝置通常位于普遍的區(qū)域，比如道路交會口，并使用冗余信號。因此，在平交路口信號方面，LED燈的遠程監(jiān)控并不常見。另一方面，可以在遠程區(qū)域中安裝主線路信號裝置，這并不容易達到的。因此，用于檢查燈信號的完整性的遠程監(jiān)控是常見的做法，以減少檢測的信號故障。
對于配備有標準白熾燈泡的燈，可以容易檢驗電氣完整性。如果白熾燈泡的燈絲處于正常條件下，電流依據(jù)歐姆定律(I＝V/R)流過燈泡。此外，如果燈絲是開路的。沒有電流流過燈泡，它應該被換掉。然而，對于LED燈，通過電源來控制LED電流。因此，在LED燈和在白熾燈中電流特性是不相同的。在LED燈中，整流交流(ac)線路電壓，并在然后通過dc-dc(直流)轉換器將其實變換至合適的電平，該轉換器也調節(jié)LED電流。在LED故障、或LED燈中任何其它電子部件故障的情況下，對于電源，即使LED燈不發(fā)光，也可能以額定電路值或接近額定電路值連續(xù)汲取電流。當實際上不是這樣時，遠程監(jiān)控系統(tǒng)將因此把LED燈看作在正確地運行。由于它會導致極其危險的列車操作以及引起重大交通事故，這種情況是不可接受的。在從LED燈消除電力后，保持著殘留電壓差的各個電子部件會引起與LED燈及其電源和控制器相關的另一問題。得到的特性是，當供給LED燈的電力達到第一高電平時，LED燈將有效地點亮，而在電力達到第二低電平時LED燈關閉。引起的問題是，如果例如通過其它附近電纜感應到一定的電能時，LED燈將在它實際上應該關閉的時候保持接通。這會引起危險的情況。
LED燈的這些特殊性限制了它們在需要被遠程監(jiān)控的情況中的普遍應用，比如鐵路主線信號裝置中的應用。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種變得與為監(jiān)控白熾燈而設計的遠程檢測系統(tǒng)兼容的LED燈。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種LED燈電路，其基于LED燈的遠程監(jiān)控模擬白織燈的行為。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種控制電路，其用于根據(jù)電路電壓電平來允許/禁止LED燈的電源供給。
依據(jù)本發(fā)明，提供一種用于通過輸電線路向發(fā)光二極管負載供電并對其進行監(jiān)控的模塊，所述模塊包括輸入功率開關電路，具有與輸電線路連接、用于接收來自輸電線路的電力的輸入端，并監(jiān)控其電壓幅度，以依據(jù)輸電線路的電壓幅度允許或禁止模塊；保險絲熔斷電路，具有保險絲，輸入功率開關電路通過該保險絲監(jiān)控輸電線路的電壓幅度，當輸入功率開關電路被激活時，如果在預定時間之后沒有電流流過發(fā)光二極管負載，所述保險絲熔斷電路適于熔斷所述保險絲，以禁止輸入功率開關電路；冷絲測試電路(cold filament test circuit)，具有連接至輸電線路的輸入端，用于在沒有電流供給至發(fā)光二極管負載的功率級啟動時間過程中模擬白熾燈的阻抗；電流檢測器電路，當發(fā)光二極管負載的電流達到預定電流電平時，該電流檢測器電路用于檢測供給至發(fā)光二極管負載的電流，并用于禁止保險絲熔斷電路和冷絲測試電路；以及升壓功率級電路，具有連接至輸電線路的輸入端和連接至發(fā)光二極管負載的輸出端，用于向發(fā)光二極管負載供電。
優(yōu)選地，所述模塊進一步包括與保險絲熔斷電路的保險絲串聯(lián)連接的蛇形軌跡跡線，用于在蛇形軌跡跡線出現(xiàn)物理損壞時禁止輸入功率開關電路。
優(yōu)選地，所述模塊包括在輸電線路和輸入功率開關電路之間連接的輸入濾波器電路，用于保護模塊。
優(yōu)選地，在功率開關電路之后跨過輸電線路連接虛負載電阻，以消除該模塊的輸入阻抗上的負斜率效應。
優(yōu)選地，所述模塊進一步包括啟動電路，其具有連接至輸入濾波器電路的第一輸入端和連接至電流檢測器電路的第二輸入端，并具有連接至升壓功率級電路的輸出端，用于啟動所述模塊。
優(yōu)選地，升壓功率級電路具有輸出電容器，并且所述模塊進一步包括快速分壓器電路，所述快速分壓器電路具有連接至輸出電容器的輸入端，用于當所述模塊關閉時，迫使輸出電容器通過分路電阻器以更快速的放電率放電。
在此描述的實施例提供了這樣的優(yōu)點這些實施例允許在諸如鐵路信號應用之類需要遠程監(jiān)控燈的應用中使用LED燈，同時保持低功耗和長壽命的有利特征。
在通過閱讀僅參照附圖的例子給出的優(yōu)選實施例的非限制性說明，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和特征將變得清楚。


圖1是示出了依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括功能電路、光源LED陣列和安全電路的LED模塊的示意性方框圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的LED模塊的功能性方框圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例組合的保護輸入濾波器電路和輸入功率開關電路的電路圖；
圖4是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例在圖2中示出的LED電流檢測器電路的電路圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例在圖2中示出的時間延遲FBO(保險絲熔斷)電路的電路圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例在圖2中示出的冷絲測試電路的電路圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例在圖2中示出的升壓變換器啟動電路的電路圖；圖8是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例在圖2中示出的分壓器電路的電路圖；圖9是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例在圖2中示出的功率級電路的電路圖；圖10是具有用于檢測其物理損害的蛇行軌跡跡線的電源單元的頂視圖。
具體實施例方式
參照圖1，將dc(直流)線路電壓經(jīng)線路11供給至LED(發(fā)光二極管)模塊1。LED模塊1包括功能電路10、PCB(印刷電路板)LED光源陣列12和安全電路14。
功能電路10包括輸入功率開關電路22(在圖2中示出)，所述輸入功率開關電路典型地將+10Vdc輸入電壓轉換成用于紅色、白色和黃色LED的100mA的輸出恒定電流，以及用于LED光源陣列12的綠色LED的60mA電流。
安全電路14包括保險絲熔斷電路(fuse blow out circuit)30和LED電流檢測器電路38(在圖2中示出)，所述LED電流檢測器電路監(jiān)控LED的電流，并通過在LED電流典型地低于它的額定值的20％時燒斷FBO保險絲，永久地關閉輸入功率開關電路22(在圖2中示出)。PCB LED光源陣列12可以是例如冗余設置的高亮度5mm LED矩陣。如下面進一步描述的，通過提供恒定光通量的PSU(電源單元)反饋回路調節(jié)在LED中流動的電流。通過用紅色LED的22行(串聯(lián)連接的22組)、用于黃色LED的4×33、用于綠色和白色LED的6×15，LED優(yōu)選形成由4列(一組4個并聯(lián)的LED)組成的圖案。在操作過程中一組中的LED有故障的情況下，電流被再分配至相同組的其它LED，并且信號保持它的光輸出。在本發(fā)明中LED也被更通常地稱為發(fā)光二極管負載?？梢允褂肔ED陣列的各種實施例。這些實施例對本領域的普通技術人員來說是熟知的，因此在本說明書中不再作進一步的說明。
現(xiàn)在參照圖2，LED模塊1由三個物理部分組成PCB LED陣列12、虛負載16和PCB PSU(電源單元)18。
虛負載通過用來檢測燈是否起作用的系統(tǒng)LOD(光輸出檢測)功能監(jiān)控輸出線路電流。在優(yōu)選實施例中，如果輸出電流低于預定值，模塊1檢測光輸出(Light Out)。
PSU 18調節(jié)LED電流，以保持恒定的光強度。功率級電路20提供輸出恒定功率，并假定內部損耗對于不同的輸入電壓條件幾乎恒定，可以假定傳送至PSU 18的輸入功率是恒定的。具有恒定的輸入功率，在8Vdc處線路電流幅度是較高的，并在16Vdc處線路電流幅度是較低的。根據(jù)輸入阻抗，PSU 18具有負的斜率電阻。
可以跨過輸入線路添加虛負載電阻器16，以抵消PSU的輸入阻抗的負斜率效應。在PSU 18關閉時，輸入功率開關電路22隔離虛負載。
PSU PCB經(jīng)連接器J3將+10Vdc輸入線路電壓供給至PSU PCB 18。連接器J3也提供接口連接，以在當輸入功率開關電路22接通時把+10Vdc提供至虛負載電阻器16。PSU的功率級電路20將+10Vdc轉換成經(jīng)連接至連接器J1的布線路電纜24和LED陣列PCB連接器26流進LED12的恒定電流。
如圖2所示，PSU 18提供將在后面描述的如下功能-保護輸入濾波器電路28；-輸入功率開關電路22；
-熔絲熔斷(FBO)電路30；-冷絲測試(CFT)電路32；-啟動電路34；-功率級電路20；-分壓器電路36；-LED電流檢測器電路38；連接器如圖3所示，連接器J3是4個電路連接器，用于利用AWG16線路連接+10Vdc電壓源和虛負載線路。在圖3中所示的連接器J2和J4僅用于測試在制造工藝過程中的PSU 18，以校驗PSU 18的主要功能。
保護輸入濾波器電路參照圖2和3，保護輸入濾波器電路28提供保護，以防止PSU的內部過載、輸入電壓反極性和線路電壓浪涌。輸入濾波器電路28濾波功率級輸入電流的開關頻率，從而滿足FCC感應和輻射的FCC A類EMC。
參照圖3，保險絲F1防止大于2A的過載。電源具有恒定的輸出電流和僅當部件如上所述地短路時將出現(xiàn)的情況。
二極管D1防止反極性連接。二極管D1可以是具有4A額定電流的MUR420二極管，并且可以處理能夠在1.2和2A之間變化的輸入線路電流。
PSU 18可以承受1000伏1.2/50μs開路電壓的浪涌和具有2歐姆電源阻抗的8/20μs短路電流的浪涌。當面臨這樣的情況時，變阻器V1把VIN箝位在170V。
通過L1和C1濾波功率級輸入電流的開關頻率。對感應和輻射信號的測量表明能夠滿足EMC規(guī)范。
輸入功率開關電路鐵路安全問題需要控制LED模塊1的接通和關閉的電路。PSU 18的輸入功率開關電路22的實施能夠防止處于低輸入電壓范圍之外。
輸入功率開關電路22具有監(jiān)控輸入線路電壓的接通特征。規(guī)范典型地需要在8Vdc接通光信號，并在4Vdc將其關閉。因此將輸入功率開關電路22設計成在輸入線路電壓超過7Vdc時接通，而在低于5.5Vdc時關閉，提供充分的裕量(margin)。
參照圖3，其中示出了組合的保護輸入濾波器和輸入功率開關電路。通過在圖3中示出的125mA保險絲F70，在圖2中示出的輸入功率開關電路22連接至輸入電壓。當在線路F2允許FBO(保險絲熔斷)命令時保險絲F70熔斷。以這種方式，PSU 18將關閉，并且通過系統(tǒng)的控制器，CFT(冷絲測試)電路32將檢測錯誤，如下面將進一步說明的。
此外，為了確定一旦出現(xiàn)信號的物理損害(由于子彈或其它沖擊)輸入開關就保持關閉，與在PSU 18周圍的保險絲F70串聯(lián)地增加蛇形軌跡跡線(serpentine trace)42。該軌跡跡線42占據(jù)多層PCB的整個層，以使如果插塞(bullet)穿透電源PCB 18或如果電源的PCB 18損壞時，軌跡跡線42開路。這等同于使保險絲F70熔斷，并且確保在物理損壞情況下能檢測打破黑暗信號(dark signal)。
參照圖3，二極管D70的功能是當在線路F2處激勵FBO命令時使電容器C70免于放電。當保險絲F70短路接地時候出現(xiàn)這種情況。當激勵FBO電路30時，電容器C70的能量儲藏保持金屬氧化物半導體場效應晶體管Q70和Q71導通足夠長的時間，以熔斷保險絲F70。電阻器C70與電容器C70提供充分的時間常數(shù)，以允許在需要時FBO電路30斷開保險絲F70。此外，電阻器R70限制了在接通時通過保險絲F70的突入電流。
充當功率開關的金屬氧化物半導體場效應晶體管Q70和Q71提供固態(tài)開關的功能，其在輸入電壓低于輸入電壓范圍時隔離功率級電路20。當比較器U70A的線路3處的電壓達到1.225V時金屬氧化物半導體場效應晶體管Q70和Q71接通，并當其低于它時關閉。二極管D71時在溫度變化下穩(wěn)定的1.225V高精度基準電壓二極管。電阻器R73限制了二極管D71的偏置電流。電阻器R71和R72形成相比基準電壓減小輸入電壓的分壓器。與磁滯電阻器(hysteresis resistor)R74結合的比較器U70A和U70B提供一定的抗擾度，以防止錯誤地觸發(fā)信號。當比較器U70B比U70反應快時，二極管D75強制比較器U70A的線路1至低電壓。比較器U70B的線路7提供了充當功率開關的金屬氧化物半導體場效應晶體管Q70和Q71的接口命令。
二極管D71、D72、D73和D74防止變阻器V1箝位電壓閃電浪涌。當出現(xiàn)輸入線路電壓浪涌時，電阻器R77限制電流。
LED電流檢測器電路參照圖4，當LED電流超過它的額定值的20％時，LED電流檢測器電路38禁止FBO、CFT和啟動電路30、32、34。如果300ms內LED電流沒有達到INOM的20％，然后FBO電路30熔斷F70，并且PSU 18關閉。
在電流檢測器電路38中，將感測電壓Vs(跨越電流感測電阻器的電壓)與基準電壓進行比較。在正常操作中，在2.5V處調節(jié)感測電壓Vs，并在額定值的17％處設置基準電壓。從電壓Vcc通過電阻器R57偏置4.7V齊納二極管D53，以提供電壓VREF，并且分壓器電阻器R58和R59減小電壓VREF至0.43V或額定電流INOM的17％，提供了3％的裕量。在比較器U50B(反相輸入)的線路6處施加感測電壓Vs，并在比較器U50B(非反相輸入)的線路5處施加0.45V的基準電壓。在接通時，感測電壓Vs是0V，并且在比較器U50B-7的線路7處的比較器輸出不固定(LM2903是開路集電極比較器)，其允許FBO、CFT和啟動電路30、32、34工作。典型地，在50ms之后，感測電壓Vs達到0.43V，并且比較器U50B的線路7短路接地，以禁止FBO、CFT和啟動電路30、32、34。感測電壓Vs達到0.43V花費的時間直接取決于輸入線路電壓幅度、串聯(lián)LED的量和LED的正向電壓。
保險絲熔斷(FBO)電路參照圖5，當LED電流低于額定值的20％時，保險絲熔斷(FBO)電路30強制保險絲F70熔斷。如果出現(xiàn)這種情況，電壓VIN和輸入功率開關電路22之間的鏈接永久開路，因為金屬氧化物半導體場效應晶體管Q70和Q71開路，并且PSU 18關閉。LED模塊1然后將不再不能使用，并且系統(tǒng)的CFT(冷絲測試)電路32檢測故障。
時間延遲電路40，用于提供足夠的時間(100至170ms)以接通PSU 18，以及在電弧放電模式中充分短路以熔斷F70的時間(330ms)。從由電阻器R50、R51和電容器C50給出的時間常數(shù)獲得時間延遲。電容器C50(1μF)通過電阻器R50(523k)充電至一半的VREF(2.4V)，并通過電阻器R53供給至比較器U50A的線路3。在關閉時，電阻器R51提供至地的路徑，以放電電容器C50。為了最小化比較器U50A的補償電壓，電阻器R52的電阻值匹配比較器U50A的線路3處的輸入阻抗(電阻器R53和R54的并聯(lián)組合)。電阻器R53和R54提供在比較器U50A的線路2處的比較器閥值電壓，其匹配一半的VREF的63％(1.5V)。電容器C50是1μF，通過將電阻器R53的值除以2容易計算時間延遲，其中結果是毫秒級的(1μF×532K/1＝262ms)。
在接通時，如針對LED電流檢測器電路38所述的，當達到LED電流ILED的20％，電容器C50典型地僅在50ms期間中充電，并通過比較器U50B的線路7，通過至地的二極管D50將其箝位。在25℃處箝位電壓是大約0.5V，并將在熱和冷的溫度處變化。在出現(xiàn)故障的情況下，比較器U50B的線路7在接通之后浮動，然后電容器C50開始從0.5V向2.4V充電，并較快的達到1.5V比較器閥值電壓，但這不會引起任何問題。當電容器C50充電超過1.5V，比較器U50A的線路1變成浮空，將電壓VCC通過電阻器R55施加至功率金屬氧化物半導體場效應晶體管Q55的柵極，使金屬氧化物半導體場效應晶體管Q55飽和，拉至接地二極管D55，并且保險絲F70上出現(xiàn)+10V dc輸入電壓，并且保險絲F70熔斷。在正常操作中，比較器U50B的線路7短路接地，比較器U50A的線路1保持金屬氧化物半導體場效應晶體管Q50的柵極至地，并禁止FBO命令。二極管D54限制金屬氧化物半導體場效應晶體管Q50的柵極—源極電壓低于它的最大限度20V。二極管D55的用途是在禁止FBO電路30時從電壓VCC隔離保險絲F70。
冷絲測試(CFT)電路在最初，已經(jīng)引入冷絲測試(CFT)電路，以檢驗白熾燈的燈絲是否是接通的。系統(tǒng)控制器供給燈2ms，并檢查燈電流。當然，2ms對于白熾燈輻射光來說是很短的，但足以確定它的狀態(tài)。在LED模塊1上執(zhí)行相同的測試以對其檢測。
當系統(tǒng)控制器施加輸入電壓至PSU 18，輸入功率開關電路22接通，并且電容器C1開始充電。將跨過電容器C1的電壓VFL通過R60直接施加至金屬氧化物半導體場效應晶體管Q60的柵極(見圖6)。典型地，當VFL達到4.2V時，金屬氧化物半導體場效應晶體管Q60開始導通。VFL上升至+10Vdc輸入線路電壓。金屬氧化物半導體場效應晶體管Q60飽和，并連接電阻器R61和R62至地，提供跨過+10Vdc輸入線路電壓的7.5歐姆。在施加了輸入電壓之后，系統(tǒng)控制器開始監(jiān)控LED模塊的輸入電流，并且電流必須大于預定值，否則測試失敗。接通過程中與虛負載電流和電容器C1的突入電流組合的CFT電路32的負載電流提供了必須的電流8Vdc。二極管D60限制金屬氧化物半導體場效應晶體管Q60的柵極-源極電壓低于的它的最大限度20V。
在接通過程的正常操作中，CFT電路32保持禁止，直至達到LED電流的20％。然后，比較器U50B的線路7(見圖4)變低，并且金屬氧化物半導體場效應晶體管Q60的柵極保持低于通過二極管D52禁止CFT電路32的柵極閥值電壓。
啟動電路參照圖7，在圖2中示出的啟動電路34是開關模式升壓轉換器，其利用跨過電容器C1的電壓VFL(在圖3中示出)產生電壓VCC。占空因數(shù)是恒定的，并被設置成針對7V的輸入電壓獲得15V的輸出電壓。脈寬調制器(PWM)U1(在圖9中示出)需要15V才能啟動。啟動電路34保持禁止，直至達到LED電流的20％。啟動電路停止供給VCC，并且變壓器T1的線路6和10開始通過電阻器R49和二極管D5(在圖9中示出)供給VCC。
從VFL向升壓轉換器供電，并它由電感器L30、金屬氧化物半導體場效應晶體管Q30、二極管D31和電容器C3構成。當金屬氧化物半導體場效應晶體管Q30是接通的，電感器L30在它的磁芯建立能量，并且當金屬氧化物半導體場效應晶體管Q30是關閉時，電感器L30通過二極管D31轉移它的能量至電容器C3。以通過定時電路提供的50％的恒定比率驅動金屬氧化物半導體場效應晶體管Q30，并且電容器C3處的電壓是大約兩倍的VFL。諸如SE555CN定時器的定時電路U30的線路3在非穩(wěn)定的模式中工作，其中通過電阻器R33、R34設置占空因數(shù)。通過二極管D32將定時電路U30的線路8處的供給電壓限制為14V。電壓VFL能夠在80ms內達到36V。電阻器R31是二極管D32的偏壓電阻器。電容器C31是用于濾波定時電路U30的線路5處的控制電壓的高頻旁路電容器。通過上拉電阻器R32，定時電路U30的線路4處的復位保持高的，以確保定時電路U30的線路3處的操作。然后，比較器U50B的線路7(在圖4中示出)變低，下拉接地定時電路U30的線路4處的復位引線，以禁止定時電路U30的線路3。
快速分壓器電路參照圖8，快速分壓器電路36(也在圖2中示出)的用途是更快地關閉LED模塊1。分壓器電路36利用峰值電壓檢測器監(jiān)控變壓器T1的開關波形電壓。在關閉時，開關波形電壓消失，并且1K歐姆的電阻器R1分路輸出電容器C7，以強制電容器C7更快地放電。
輔助電壓VAUX是用于通過二極管D5饋送VCC的矩形波形(在圖7中示出)。電容器C6通過電阻器R49和二極管D8充電至VAUX。當VAUX是0V時，二極管D8避免電容器C6放電?；谕ㄟ^電容器C6和電阻器R17建立的時間常數(shù)，電容器C6通過電阻器R17和晶體管Q5慢速放電。電動器C6在VAUX的每個周期的開始時再充電。只要跨過電容器C6的電壓足以驅動基極電流，比如被強制的hFE大于15(被強制的hFE＝1c/1b)，就保持晶體管Q5的飽和。晶體管Q5的集電極強制晶體管Q4的柵極接地，這樣保持晶體管Q4關閉。
當系統(tǒng)控制器從輸入電壓線路消除+10Vdc時，出現(xiàn)LED模塊關閉命令。當由電感器L1和電容器C1構成的輸入濾波器消失時，輸入功率開關電路22關閉，并且開關波形電壓VAUX停止。電容器C6停止再充電，并以100μs的定時放電率緩慢地朝向0V放電。在500uμs之后，晶體管Q5關閉，晶體管Q4的柵極充電至14V，其被二極管D9限制，經(jīng)過R16。當VGS超過4.2V時，晶體管Q4接通，并且電阻器R1被下拉至地。電容器C7通過LEDs和電阻器R1放電。不使用分壓器電阻器R1，電容器C7將以通過下降至VF最小的LEDs的特性VF-IF建立的恒定放電速率放電。在VF最小處，IF非常小，并且電容器C7將甚至更慢地放電。結果是LED將仍發(fā)射可被眼睛檢測的光。電阻器R1將強制電容器C7在短的時間周期中放電直至0V。
升壓功率級電路參照圖9，在圖2中示出的升壓功率級電路20是開關模式的轉換器，其將跨過電容器c1的+10Vdc電壓VFL變換至恒定輸出DC電流，以供給LED。以這種方式，LED發(fā)射恒定的光。由于得到的跨過LED的電壓是用于22個紅色LED的57V、用于33個黃色LED的75V和用于15和綠色LED的52V，使用升壓變壓器拓撲結構。
當VCC超過15V，脈寬調制器U11啟動。從VFL向功率級供電，并且脈寬調制器由變壓器T1(在線路1和5處的初級線圈電感)、金屬氧化物半導體場效應晶體管Q1和電容器C7構成。當金屬氧化物半導體場效應晶體管Q1接通時，變壓器T1(在線路1和5處)在它的磁芯中建立能量，并當金屬氧化物半導體場效應晶體管Q1是關閉時，通過二極管D7將能量轉移至電容器C7。通過PWM U1的線路7驅動金屬氧化物半導體場效應晶體管Q1，其中電阻器R8限制接通柵極時電流。脈寬調制器U11(MC33262)不具有振蕩器，但通過功率級確定工作頻率。功率級是峰值檢測器電流模式升壓轉換器，其在固定的導通(接通)時間和可變的截止(關閉)時間工作在臨界導通模式。臨界導通模式是引起不需要斜率補償?shù)姆€(wěn)定電流回路的功率電感電流的連續(xù)和不連續(xù)的導電模式之間的邊緣限制。當使用臨界模式時不存在開關損耗。
當變壓器T1完全放電時確定關閉時間。通過電阻器R5將變壓器T1(線路10和6)處的電壓VAUX供給至PWM U1的線路5。當PWM U1的線路5處的電壓變得低于1.5V，PWM U1復位PWM U1的線路7處的驅動輸出，并且金屬氧化物半導體場效應晶體管Q1接通。通過電阻器R7和R9的并聯(lián)組合感測開關功率級電流。
當升壓電感器電流達到確定的峰值，導通時間結束。通過電阻器R7和R9感測開關功率級電流。通過電阻器R6和電容器C5濾波得到的感測電壓，并供給至PWM U1的線路4。將PWM U1的線路4處的電壓與通過PWM U1的線路2和3處電壓的乘積組合建立的基準電壓進行比較。當在U1-4處的電壓超過基準電壓時，功率金屬氧化物半導體場效應晶體管Q1關閉。在U1-3處的電壓成比例于通過由電阻器R2和R3制成的電壓分壓器確定的輸入電壓VFL，這樣允許補償輸入電壓變化的前饋。將跨過LED電流感測電阻器的電壓供給至PWM U1的線路1，并將其內部反向。在PWM U1的線路1處反饋電壓是可變的，其中電容器C4用于補償回路。LED電流是恒定的，在線路1和5處的晶體管T1的峰值電流直接成比例于輸入電壓，并且工作時間保持恒定。
電容器C2是用于濾波在PWM U1的線路3處的前饋電壓的高頻電路電容器。二極管D10箝位-0.2V處的電壓，以避免錯誤觸發(fā)。
功率級利用分路器S1提供選擇LED電流的特征。電流選擇是40mA、60mA、80mA、100mA和120mA。電流感測電阻器(current sensingresistor)R40、R41、R43-R47用于設置上面示出的預定值處的LED電流。在正常操作中，在PWM U1的線路1處調節(jié)電壓，并通過2.5V除以電流讀出電阻器獲得電流值。電阻器R42和電容器C8是低通濾波器，以衰減跨過電容器C7的開關脈動。
盡管本發(fā)明公開的內容描述了在附圖中示出的不同的電路中的具體類型的晶體管，但可以理解，可通過其它可用類型的晶體管替代或取代這些不同類型的晶體管。
盡管已經(jīng)于此詳細說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并在附圖中對其進行了描述，但可以理解，本發(fā)明不局限于所述精確的實施例，并可以于此進行各種變化和修改，只要其不脫離本發(fā)明的精神的范圍。
權利要求
1.一種用于通過輸電線路(11)向發(fā)光二極管負載(12)供電并對其進行監(jiān)控的模塊(1)，所述模塊(1)包括輸入功率開關電路(22)，具有連接至輸電線路(11)、用于從輸電線路(11)接收電力的的輸入端，并監(jiān)控其電壓幅度，以依據(jù)輸電線路(11)的電壓幅度允許或禁止所述模塊(1)；保險絲熔斷電路(30)，具有被輸入功率開關電路(22)用來監(jiān)控輸電線路(11)的電壓幅度的保險絲，當激活輸入功率開關電路(22)時，如果在預定時間之后沒有電流流過發(fā)光二極管負載(12)，所述保險絲熔斷電路(30)適于熔斷所述保險絲，以禁止輸入功率開關電路(22)；冷絲測試電路(32)，具有連接至輸電線路(11)的輸入端，用于在沒有電流供給至發(fā)光二極管負載(12)的功率級啟動時間過程中模擬白熾燈的阻抗；電流檢測器電路(38)，當發(fā)光二極管負載(12)的電流達到預定電流電平時，用于檢測供給至發(fā)光二極管負載(12)的電流，并用于禁止保險絲熔斷電路(30)和冷絲測試電路(32)；以及升壓功率級電路(20)，具有連接至輸電線路(11)的輸入端和連接至發(fā)光二極管負載(12)的輸出端，用于向發(fā)光二極管負載(12)供電。
2.根據(jù)權利要求1的模塊(1)，進一步包括與保險絲熔斷電路(30)的保險絲串聯(lián)連接的蛇形軌跡跡線(42)，用于在蛇形軌跡跡線(42)出現(xiàn)的物理損壞時禁止輸入功率開關電路(22)。
3.根據(jù)權利要求1的模塊(1)，其中模塊(1)包括在輸電線路(11)和輸入功率開關電路(22)之間連接的輸入濾波器電路(28)，用于保護模塊(1)。
4.根據(jù)權利要求3的模塊(1)，進一步包括通過輸入濾波器電路(28)跨過輸電線路(11)連接的電阻器(16)，通過輸入濾波器電路(28)控制所述電阻器(16)，用于消除模塊(1)的輸入阻抗上的負斜率效應。
5.根據(jù)權利要求3的模塊(1)，其中模塊(1)進一步包括啟動電路(34)，該啟動電路具有連接至輸入濾波器電路(28)的第一輸入端和連接至電流檢測器電路(38)的第二輸入端，并具有連接至升壓功率級電路(20)的輸出端，用于啟動模塊(1)。
6.根據(jù)權利要求3的模塊(1)，其中升壓功率級電路(20)具有輸出電容器(C7)，并且所述模塊(1)進一步包括快速分壓器電路(36)，所述快速分壓器電路具有連接至輸出電容器(C7)的輸入端，用于當所述模塊(1)關閉時，迫使輸出電容器(C7)通過分路器電阻器(R1)以更快的放電率放電。
全文摘要
公開了一種向發(fā)光二極管供電并對其進行監(jiān)控的模塊，它是LED燈電路，其基于LED燈的遠程檢驗模擬白熾光的行為。LED燈電路提供輸入功率開關電路、保險絲熔斷電路、冷絲測試電路、電流檢測器電路和升壓功率級電路，允許在諸如鐵路信號應用之類需要遠程監(jiān)控燈的應用中使用LED燈，同時保持低功耗和長壽命的有利特征。
文檔編號B61L5/18GK1754407SQ200480004894
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月19日 優(yōu)先權日2003年2月20日
發(fā)明者尼古拉斯·St－吉爾曼, 雷諾德·吉里納斯 申請人:吉爾科有限公司