Светодиодный источник излучения для систем управления транспортом

Техническое решение относится к средствам светоизлучения, преимущественно для систем управления железнодорожным и автомобильным транспортом, а также может быть использовано в системах отображения информации. Техническим результатом является создание светодиодного источника излучения, эксплуатационные возможности которого, слабо зависят от температуры окружающей среды и автоматически отключаются от систем управления ими при отсутствии в них свечения за счет потери выпрямляющих или излучающих свойств, прямо смещенных излучателей, а также теплового (необратимого) их пробоя. Для достижения указанного технического результата, в светодиодном источнике излучения, содержащем, по меньшей мере, один или несколько полупроводниковых излучателей света одноцветного излучения ультрафиолетового или оптического диапазона, держателя излучателей света с присоединительными выводами, радиатора и покровную линзу. Полупроводниковые излучатели света могут быть покрыты люминофором. Длина волны излучателей света при этом лежит в диапазоне =410-460 нм, 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. Ток через светодиодный источник излучения регулируется наличием или отсутствием излучения полупроводниковых излучателей света. Регулирующий элемент подключается параллельно нагрузке моста.

Полезная модель относится к средствам светоизлучения, преимущественно для систем управления железнодорожным и автомобильным транспортом, таким как светофор, а также, может быть использована в системах отображения информации.

В настоящее время основным преимуществом полупроводниковых светодиодных (СД) источников излучения над остальными источниками света является надежность - СД лампы различных конструкций имеют срок службы до 50000 часов и более, в то время, как срок службы ламп накаливания и люминесцентных ламп не превышает 10000 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 100 лм/Вт.

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 белого цвета значительно уже, а относительная световая мощность, получаемая после фильтра составляет до 60%. 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 большинстве подобных светодиодных устройств, используется алгоритм, основанный на пороговом принципе - светодиодные излучатели подключаются к линии при достижении определенного значения (порога) напряжения на питающих портах. Подобное решение, по смыслу, должно обеспечивать отсутствие ложной засветки от наведенной ЭДС при отсутствии полезного сигнала. Однако, на практике, известное, и иные аналогичные светодиодные устройства, применяемые для систем управления транспортом, состоят 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 существующей релейной системе управления, что значительно усложняет схему управления, снижает ее надежность и, как показала практика, малоэффективно.

Задача, положенная в основу создания предлагаемой конструкции, состоит в устранении вышеуказанных недостатков известных светодиодных источников излучения, при этом 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 отсутствии в них свечения за счет потери выпрямляющих или излучающих свойств прямо смещенных излучателей, а также теплового (необратимого) их пробоя, следствием чего является как повышения безопасности при управлении транспортом, так и возможность эксплуатации оснащенных СД источниками излучения устройств вне зависимости от температуры окружающей среды.

Для достижения поставленного результата предлагается в светодиодный источнике излучения, содержащем электрическую цепь с мостом и, по меньшей мере, двумя полупроводниковыми излучателями света параллельного соединения, держатель излучателей света с присоединительными выводами, радиатор и покровную линзу, электрическая цепь снабдить управляемым посредством фотоприемника ключом или от напряжения нагрузки моста ключом, параллельно соединенным с мостом, при этом последний последовательно соединен с шунтом.

Предпочтительные, но не обязательные варианты реализации заявленной конструкции предполагают выполнение радиатора площадью не менее 100 см²; дополнительное наличие сопротивления, установленного последовательно полупроводниковым излучателям света; установку покровной линзы и излучателей света с зазором друг относительно друга, в котором размещают прозрачный или рассеивающий герметизирующим эластичный компаунд, имеющий коэффициент преломления 1,3; покровная линза может быть выполнена плоской, сферической или в виде линзы Френеля, а полупроводниковые излучатели - ультрафиолетового и синего цвета свечения и покрыты люминофором для трансформации синего излучения в белый цвет с диапазоном координат цветности X=(0,36, 0,36, 0,47, 0,46)±0,001, Y=(0,37, 0,35, 0,43, 0,39)±0,01; длина волны излучателей света может находится в диапазоне =410-460 нм или от 470 нм до 650 нм; покровная линза может выполнена в виде единого фильтра для получения координат цветности принятых в железнодорожных светофорах, в диапазоне длин волн от 470 нм до 650 нм.

Полезная модель иллюстрируется электрической схемой заявленной конструкции. 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 пояснения возможности достижения поставленного результата и принципа функционирования заявленной в объеме формулы конструкции. С учетом такого пояснения, электрическая схема заявленного светодиодного источника излучения в общем виде состоит из следующих элементов:

- VD1÷VD5 - светоизлучающие диоды «основной нити»;

- VD6 - супрессор;

- VD7 - фотоприемник;

- K - ключ, например, твердотельный;

- R1, R2 - резисторы (шунты);

- Fu - предохранитель;

- M - мост.

Возможность достижения поставленного результата и принцип работы заявленного источника излучения основан на управлении светодиодами при минимальном напряжении на светодиодах с подключением шунта, а адаптацию к уже существующей релейной системе осуществляют с помощью твердотельного ключа, управление которым осуществляют излучением светодиодов и приемником их излучения, т.е. фотоприемником. При отсутствии свечения за счет потери выпрямляющих или излучающих свойств прямо смещенных излучателей, либо теплового (необратимого) их пробоя, твердотельный ключ остается в проводящем состоянии - ток питания протекает через шунт, который ниже величины тока срабатывания релейной системы управления и, как следствие, обеспечивает отключение лампы от линии питания, исключая, тем самым, возникновения чрезвычайно опасной ситуации «ток идет - света нет». Другими словами, при отсутствии полезного сигнала, падение напряжения на шунте R1, вызванное наведенной ЭДС, составит порядка 1-1,2 В. Однако, такого напряжения недостаточно для появления генерации излучения светодиодами VD1-VD5, результатом чего и является отсутствие свечения лампы.

При появлении полезного сигнала, напряжение на портах питания (падение напряжения на светодиодах) составит порядка 2,5-3 В, что вызовет протекание тока через светоизлучающие диоды и, как следствие, твердотельный ключ окажется в не проводящем состоянии, следствием чего будет протекание через релейную систему тока срабатывания светодиодов, т.е. штатный режим функционирования - подан полезный сигнал - наблюдается свечение огня.

1. Светодиодный источник излучения, содержащий электрическую цепь с мостом и, по меньшей мере, двумя полупроводниковыми излучателями света параллельного соединения, держатель излучателей света с присоединительными выводами, радиатор и покровную линзу, отличающийся тем, что электрическая цепь снабжена управляемым посредством фотоприемника или от напряжения нагрузки моста ключом, параллельно соединенным с мостом, при этом последний последовательно соединен с шунтом.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что площадь радиатора составляет 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 покровная линза и излучатели света установлены с зазором относительно друг друга, в котором размещен прозрачный или рассеивающий 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 покровная линза выполнена плоской, сферической или в виде линзы Френеля.

7. 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.

8. Источник по п.1, отличающийся тем, что источник излучения 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.

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

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

11. Источник по п.1, 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.