СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТОФОР

Полезная модель относится к регулирующим устройствам, устанавливаемым вдоль маршрута следования поездов, а именно к светофорам, размещаемым на пересечении железнодорожных путей с автомобильной дорогой.
Известен светодиодный светофор, содержащий источник постоянного напряжения, два транзистора и две группы светодиодов, управляемые генератором импульсов (RU №2238592, G08G 1/095, B61L 23/00, опубл. 20.10.2004 г.).
Недостатком известного светодиодного светофора является низкая надежность.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является светодиодный светофор, содержащий источник постоянного напряжения, контакт сигнального реле, первую и вторую светодиодные цепи, состоящие из соединения согласно включенных светодиодов, два транзистора, два конденсатора и четыре резистора, где общий контакт сигнального реле соединен с одним из полюсов источника постоянного напряжения, фронтовой контакт сигнального реле параллельно подключен через первый резистор к входному выводу первой светодиодной цепи и через второй резистор - к входному выводу второй светодиодной цепи, причем выходной вывод первой светодиодной цепи подключен к коллектору первого транзистора, а из точки соединения светодиодов первой светодиодной цепи и первого резистора - к первому выводу первого конденсатора, при этом второй вывод первого конденсатора параллельно присоединен через третий резистор к фронтовому контакту сигнального реле и к базе второго транзистора, выходной вывод второй светодиодной цепи подключен к коллектору второго транзистора, а из точки соединения светодиодов второй светодиодной цепи и второго резистора - к первому выводу второго конденсатора, при этом второй вывод второго конденсатора параллельно присоединен через четвертый резистор к фронтовому контакту сигнального реле и к базе первого транзистора, а эмиттеры обоих транзисторов подключены к другому полюсу источника постоянного напряжения (RU №2278041, B61L 5/12, B61L 23/00, опубл. 20.06.2006 г.).
Недостатком данного светодиодного светофора является низкая надежность. Этот недостаток вызван тем, что в момент переходного процесса закрытия-открытия транзисторов, коммутирующих светодиодные цепи, на переход коллектор-база закрывающегося транзистора воздействует высокое напряжение, складывающееся из напряжения источника питания и напряжения конденсатора, заряженного к этому моменту также до величины напряжения источника питания. Описанное воздействие может вызвать пробой перехода база-коллектор транзисторов, то есть отказ светодиодного светофора.
Задача полезной модели заключается в повышении надежности светодиодного светофора.
Технический результат достигается тем, что в светодиодный светофор, содержащий источник постоянного напряжения, контакт сигнального реле, первую и вторую светодиодные цепи, состоящие из соединения согласно включенных пар светодиодов, два транзистора, два конденсатора и четыре резистора, где общий контакт сигнального реле соединен с первым полюсом источника постоянного напряжения, фронтовой контакт сигнального реле параллельно подключен через первый резистор к входному выводу первой светодиодной цепи и через второй резистор - к входному выводу второй светодиодной цепи, выходной вывод первой светодиодной цепи подключен к коллектору первого транзистора, а из точки соединения светодиодов первой светодиодной цепи и первого резистора - к первому выводу первого конденсатора, второй вывод которого присоединен через третий резистор к фронтовому контакту сигнального реле, выходной вывод второй светодиодной цепи подключен к коллектору второго транзистора, а из точки соединения светодиодов второй светодиодной цепи и второго резистора - к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого присоединен через четвертый резистор к фронтовому контакту сигнального реле, а эмиттеры обоих транзисторов подключены к второму полюсу источника постоянного напряжения, введены два диода и два дополнительных резистора, второй вывод первого конденсатора через первый диод подключен к базе второго транзистора, которая через первый дополнительный резистор подключена ко второму полюсу источника постоянного напряжения, второй вывод второго конденсатора через второй диод подключен к базе первого транзистора, которая через второй дополнительный резистор подключена к второму полюсу источника постоянного напряжения.
Схема светодиодного светофора представлена на чертеже.
Светодиодный светофор содержит источник постоянного напряжения 1, контакт 2 сигнального реле, первую 3 и вторую 4 светодиодные цепи, состоящие из соединения согласно включенных пар светодиодов, соответственно 3.1.1-3.2.К и 4.1.1-4.2.К, например, красного цвета излучения, первый 5 и второй 6 транзисторы, первый 7 и второй 8 конденсаторы, первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 основные резисторы, первый 13 и второй 14 дополнительные резисторы, первый 15 и второй 16 диоды. Общий контакт сигнального реле 2 соединен с первым полюсом 1.1 источника постоянного напряжения 1. Фронтовой контакт сигнального реле 2 параллельно подключен через первый резистор 9 к входному выводу 3.1 первой светодиодной цепи 3 и через второй резистор 10 - к входному выводу 4.1 второй светодиодной цепи 4. Выходной вывод 3.2 первой светодиодной цепи 3 подключен к коллектору первого транзистора 5, а из точки соединения светодиодов первой светодиодной цепи 3 и первого резистора 9 - к первому выводу первого конденсатора 7. Второй вывод первого конденсатора 7 присоединен через третий резистор 11 к фронтовому контакту сигнального реле 2. Выходной вывод 4.2 второй светодиодной цепи 4 подключен к коллектору второго транзистора 6, а из точки соединения светодиодов второй светодиодной цепи 4 и второго резистора 10 - к первому выводу второго конденсатора 8, второй вывод которого присоединен через четвертый резистор 12 к фронтовому контакту сигнального реле 2. Эмиттеры обоих транзисторов 5 и 6 подключены ко второму полюсу 1.2 источника постоянного напряжения 1. Второй вывод первого конденсатора 7 через первый диод 15 подключен к базе второго транзистора 6, которая через первый дополнительный резистор 13 подключена ко второму полюсу 1.2 источника постоянного напряжения 1. Второй вывод второго конденсатора 8 через второй диод 16 подключен к базе первого транзистора 5, которая через второй дополнительный резистор 14 подключена ко второму полюсу 1.2 источника постоянного напряжения 1.
Работа светодиодного светофора характеризуется тремя устойчивыми состояниями: исходным и двумя рабочими. В исходном состоянии светодиодного светофора сигнальное реле выключено, его фронтовой контакт 2 разомкнут, конденсаторы 7 и 8 разряжены, светодиоды 3.1.1,…,3.2.К и 4.1.1,…,4.2.К обеих светодиодных цепей 3 и 4 свет не излучают. В первом рабочем состоянии фронтовой контакт 2 сигнального реле замкнут, свет излучают светодиоды 4.1.1,…,4.2.К второй светодиодной цепи 4, светодиоды 3.1.1,…,3.2.К первой светодиодной цепи 3 погашены. Во втором рабочем состоянии фронтовой контакт 2 сигнального реле также замкнут, свет излучают светодиоды 3.1.1,…,3.2.К первой светодиодной цепи 3, а светодиоды 4.1.1,…,4.2.К второй светодиодной цепи 4 погашены.
Переход светодиодного светофора из исходного в первое рабочее состояние происходит после замыкания фронтового контакта 2 сигнального реле. При этом к светодиодным цепям 3 и 4, резисторам 9, 10, 11, 12 и к эмиттерам транзисторов 5 и 6 подключаются соответственно первый 1.1 и второй 1.2 полюса источника постоянного напряжения 1. Пусть в момент окончания этого переходного процесса из-за разницы параметров резисторов 9, 10, 11, 12 и различных коэффициентов усиления транзисторов 5 и 6 второй конденсатор 8 будет заряжен, второй транзистор 6 открыт и насыщен, первый конденсатор 7 разряжен, а первый транзистор 5 закрыт, так как во-первых, отрицательным потенциалом второго вывода второго конденсатора 8 заперт второй диод 16, а во-вторых, на базу первого транзистора 5 поступает также отрицательный потенциал от вывода 1.2 источника постоянного напряжения 1 через второй дополнительный резистор 14.
В первом рабочем состоянии в светодиодном светофоре формируется электрическая цепь включения светодиодов 4.1.1,…,4.2.К второй светодиодной цепи 4: полюс 1.1 источника постоянного напряжения 1 -замкнутый фронтовой контакт 2 сигнального реле - второй резистор 10 - светодиоды 4.1.1-4.2.К второй светодиодной цепи 4 - открытый второй транзистор 6 - второй полюс 1.2 источника постоянного напряжения 1. Светодиоды 4.1.1-4.2.К второй светодиодной цепи 4 излучают свет.
Одновременно, в первом рабочем состоянии происходят еще два процесса. Первый - это заряд первого конденсатора 7 по следующей цепи: полюс 1.1 источника постоянного напряжения 1 - замкнутый фронтовой контакт 2 сигнального реле - первый резистор 9 - первый конденсатор 7 - первый диод 15 - переход база - эмиттер второго транзистора 6. Второй - разряд второго конденсатора 8 по цепи, проходящей через второй 10 и четвертый 12 резисторы.
После окончания разряда второго конденсатора 8 происходит переход светодиодного светофора из первого рабочего состояния во второе. Этот переход сопровождается также двумя процессами: открытием первого транзистора 5 и закрытием второго транзистора 6. Так как отрицательный потенциал, имевшийся на втором выводе второго конденсатора 8 и запиравший второй диод 16 к этому моменту будет полностью израсходован, то образуется следующая цепь открытия первого транзистора 5: полюс 1.1 источника постоянного напряжения 1 - замкнутый фронтовой контакт 2 сигнального реле - четвертый резистор 12 - второй диод 16 - база - эмиттер первого транзистора 5 - полюс 1.2 источника постоянного напряжения 1.
При этом в момент времени, предшествующий закрытию второго транзистора 6, на базу транзистора 6 будет воздействовать только потенциал источника питания постоянного напряжения 1, так как для отрицательного потенциала, накопленного в первом рабочем состоянии светодиодного светофора на втором выводе первого конденсатора 7, первый диод 15 будет включен в непроводящем направлении. Таким образом, удвоения напряжения на базе второго транзистора 6 происходить не будет, что позволит предотвратить его выход из строя вследствие перенапряжения на переходе база-коллектор этого транзистора.
После открытия первого транзистора 5 образуется цепь включения светодиодов 3.1.1-3.2.К первой светодиодной цепи 3: полюс 1.1 источника постоянного напряжения 1 - контакт 2 сигнального реле - первый резистор 9 - первая светодиодная цепь 3 - открытый первый транзистор 5 - полюс 1.2 источник постоянного напряжения 1. Светодиоды 3.1.1-3.2.К первой светодиодной цепи 3 будут излучать свет.
После открытия первого транзистора 5 начинается разряд первого конденсатора 7 по цепи, проходящей через первый 9 и третий 11 резисторы. При этом отрицательным потенциалом второго вывода первого конденсатора 9 запирается первый диод 15. Потенциалом второго полюса 1.2 источника постоянного напряжения 1, воздействующего через первый дополнительный резистор 13 на базу второго транзистора 6, второй транзистор 6 закрывается. Светодиодный светофор закончил переход во второе рабочее состояние.
Аналогично после окончания разряда первого конденсатора 7 происходит переход светодиодного светофора из второго рабочего состояния в первое. При этом в момент этого переходного процесса воздействия на базу первого транзистора 5 удвоенного напряжения источника постоянного тока светодиодного светофора также происходить не будет.
В дальнейшем светодиодный светофор работает в автоколебательном режиме мультивибратора, поочередно включая светодиоды первой 3 и второй 4 светодиодных цепей.
Требуемый период Т свечения светодиодов определяется следующим выражением:
1
2
7
11
9
8
12
10
Т=t+t=0,7∗С∗(R+R)+0,7∗C∗(R+R),
1
2
где t и t - длительности полупериодов протекания тока соответственно, через первую 3 и вторую 4 светодиодные цепи;
7
С - емкость первого конденсатора 7;
8
C - емкость второго конденсатора 8.
1
2
Требуемая скважность свечения устанавливается длительностями полупериодов t и t.
Таким образом, введение в светодиодный светофор двух диодов и двух дополнительных резисторов, а также их соответствующее подключение, повышает надежность светодиодного светофора, так как предотвращает выход из строя транзисторов светодиодного светофора вследствие воздействия на их переходы перенапряжений.