專利名稱:用于發(fā)光二極管信號發(fā)生器的可控式整流器的制作方法
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的用于道路信號的信號發(fā)生器都使用由集控站提供的交流電壓。這種信號發(fā)生器逐漸由使用直流電壓的LED(發(fā)光二極管)信號發(fā)生器所替代。使用LED信號發(fā)生器作為替代，就必須具備一個由集控站提供交流電壓的整流器，這樣，停止整流器才可以不危害道路運行。
在集控站的內(nèi)部，為每個信號發(fā)生器的回路配有監(jiān)控組件，用于指示到達(dá)信號發(fā)生器的交流電流強度。通過信號發(fā)生器光源的電流強度應(yīng)高于一個閾值，如果電流強度低于該閾值，則信號發(fā)生器不發(fā)光。
為了實現(xiàn)具有諸如格拉茲橋式整流器之類的半導(dǎo)體二極管的可控式開關(guān)，通過使調(diào)度裝置中的監(jiān)控組件的一個二極管短路來產(chǎn)生一個高于閾值的電流。盡管LED信號發(fā)生器只是降低了工作功率或是暗的，但集控站仍將其視做是發(fā)光的。從安全或停止的角度看，這存在操作危險性。
為了通過使格拉茲橋式整流器中的一個二極管短路來提供低于所述閾值的電流，就要使用具有機械繼電器的整流器作為初級回路，其通過確認(rèn)整流器的故障而斷開，并斷開初級電流，因此將集控站的信號視為暗信號。機械繼電器具有相對較高的故障率，并且比LED信號發(fā)生器的安全性差得多。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是通過設(shè)置可控開關(guān)，使整流器，尤其是用于LED信號發(fā)生器的整流器的可控運行成為可能，并提供一種借助于控制電路對整流器進(jìn)行功能檢測的方法。
為了解決本發(fā)明的任務(wù)，將初級交流電壓轉(zhuǎn)換為次級直流電壓的控制電路包括一個整流器、可以通過接通初級電路中的電子功率開關(guān)用于減小初級回路中的電流的至少一個初級預(yù)定電阻、一個用于測量初級回路電流的電流計以及一個根據(jù)電流計測得的初級回路電流來接通至少一個電子功率開關(guān)的控制單元。
通過啟動用于整流器的控制電路的部件來實現(xiàn)對整流器的功能檢測。確認(rèn)了整流器的故障后，通過控制單元將電阻接通到初級回路中，初級電流降至調(diào)度裝置中的監(jiān)控組件的閾值之下。由此，開關(guān)閾設(shè)備顯示調(diào)度裝置中的信號發(fā)生器已停止。
在一個優(yōu)選實施方式中所述的整流器包括一個具有至少四個二極管的格拉茲橋式整流器，其中電阻與電子功率開關(guān)并聯(lián)。所述格拉茲橋式整流器不僅可以將交流電壓的正極半波轉(zhuǎn)換成直流電壓，還可以將交流電壓的負(fù)極半波轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于是并聯(lián)電路，因此可以通過電子功率開關(guān)跨接電阻，從而增大初級回路中的電流。
所述電子功率開關(guān)還包括兩個晶體管，不僅可以轉(zhuǎn)換初級交流電流的正極半波，還可以轉(zhuǎn)換初級交流電流的負(fù)極半波。
上述實施方式中所述的整流器包括兩個格拉茲橋式整流器，每個格拉茲橋式整流器均具有四個介于整流器的初級和次級之間的二極管，其中，一個格拉茲橋式整流器的每個二極管都與一個電阻串聯(lián)，其它格拉茲橋式整流器的每個二極管都與一個電子功率開關(guān)串聯(lián)。使用兩個格拉茲橋式整流器時，可以將其中一個用于啟動過程，另一個用于運行LED信號發(fā)生器。
為了確定初級電流的相位，所述控制單元還通過測量導(dǎo)線與初級回路相連。這樣可以實現(xiàn)整流器的儲能操作。
在所述實施方式中，特別設(shè)置了一個由控制單元控制、用于接通/斷開次級電流的次級電子功率開關(guān)。這樣，就可以二次斷開例如LED信號發(fā)生器的負(fù)載。
在一個優(yōu)選的實施方式中，將所述控制單元專門設(shè)置在整流器的次級回路中，為了使控制單元的電源電壓穩(wěn)定，將穩(wěn)壓器串聯(lián)至控制單元?？刂茊卧碾娫从捎糜谶M(jìn)行分配的整流器來調(diào)整，從而不需要外置電源。
本發(fā)明還涉及一種檢測上述控制電路的電子功率開關(guān)和整流器的功能的方法。在用于一個預(yù)定的時間間隔的時間段的預(yù)定時間間隙內(nèi)使用用于功能檢測的電子功率開關(guān)，此外，一旦超出預(yù)定的開關(guān)閾，就斷開次級電流和/或?qū)⒊跫夒娏鹘档介_關(guān)閾之下。如果在開關(guān)的使用期間檢測到故障，控制單元就可以不再降低通過該開關(guān)的初級電流。為了斷開所述LED信號發(fā)生器，可以通過控制單元斷開次級電流，或者如果必要的話，就通過本發(fā)明的其它開關(guān)將初級電流降至開關(guān)閾之下。
為了對整流器進(jìn)行功能檢測，需要測量初級電流，并且如果從控制單元檢測到整流器的故障，就斷開次級電流并且/或者將初級電流降至預(yù)設(shè)的開關(guān)閾之下。整流器的故障可以由比如二極管的高阻性或者短路而產(chǎn)生。兩種情況都可以通過對初級電流的檢測來確定，由此可以針對錯誤采取相應(yīng)的措施。
本發(fā)明還涉及一種接通上述控制電路的方法，這種方法首先通過具有一定強度的初始電流驅(qū)動所述整流器，該電流強度還應(yīng)足以驅(qū)動設(shè)置在次級回路中的控制單元，但該電流強度應(yīng)小于預(yù)定的開關(guān)閾，根據(jù)電阻的初始值將所述控制單元與初級回路區(qū)分開。在電壓傳遞到LED信號發(fā)生器之前的接通過程中，所述控制單元被激活。所述控制單元可以首先檢測整流器的故障性能，如果有保障的話，還可以激活用于負(fù)載的電壓波腹饋接。
根據(jù)下述結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述的具體實施方式
和權(quán)利要求
的描述，可以得出本發(fā)明的其它技術(shù)特征和優(yōu)點。可以在本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的范圍內(nèi)對每個技術(shù)特征進(jìn)行任意的結(jié)合或變形。
通過所示的附圖描述兩個實施例，并在下述說明書中闡明這兩個實施例。
圖1示出本發(fā)明第一實施方式所述的具有整流器的控制電路；圖2示出本發(fā)明第二實施方式所述的具有儲能整流器的控制電路；以及圖3a至圖3d示出用于闡明本發(fā)明所述的控制電路的功能檢測原理的兩個電流-時間圖和兩個電壓-時間圖。
具體實施方式
圖1所示的控制電路1具有整流器2，所述整流器包括四個二極管V1至V4，從而構(gòu)成格拉茲橋式整流器?？刂齐娐?將由未在圖中示出的集控站提供的初級交流電壓U～轉(zhuǎn)換成直流電壓U，從而向未在圖中示出的LED信號發(fā)生器供電。初級回路包括電阻R5，該電阻用于確定初級回路的初級電流I～。所述電阻R5可以跨接在并聯(lián)的電子功率開關(guān)S5上。包括變壓器的電流計3用于測量在初級回路中形成的初級電流I～，并將測得的初級電流傳輸給控制單元4，該控制單元由微控制器構(gòu)成。將控制單元4與電子功率開關(guān)S5相連，并將控制單元4設(shè)計成可以根據(jù)測量的初級電壓I～接通開關(guān)S5。將控制單元4置于整流器2的次級回路中，并將指定的整流器所設(shè)定的電壓U經(jīng)穩(wěn)壓器5進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將所得電壓作為工作電壓。
在控制電路1的接通過程中，使用集控站提供的初級電壓U，典型的初級電壓U在7至12V之間。整流器2將由穩(wěn)壓器5調(diào)節(jié)至3.3V的直流電壓提供給控制單元4?？刂茊卧?檢測整流器2是否正常工作，并閉合電子功率開關(guān)S5，將初級電流I～增大到超過開關(guān)閾IS，由此，集控站將LED信號發(fā)生器和/或LED視作是發(fā)光的。同時，控制單元4激活一個由MOSFET晶體管構(gòu)成的電子開合裝置S13，用于接通提供給LED信號發(fā)生器的次級電流I，從而使該LED信號發(fā)生器發(fā)光。
在LED信號發(fā)生器的運行期間，控制單元4檢測整流器2的功能。一旦整流器沒有正常工作，開關(guān)S5就斷開，并將初級電流I～降至閾值IS以下，通過這一動作，該開關(guān)顯示所述LED信號發(fā)生器和/或LED本身處于不發(fā)光狀態(tài)。同時，還檢測電子功率開關(guān)S5的功能，其間開關(guān)被短時間地斷開，并檢測初級電流I～是否降到閾值IS以下。如果初級電流I～未降到閾值IS以下，次級電流I就由電子切換裝置S13斷開。
所述電子功率開關(guān)S5包括兩個V-MOS晶體管6、7和一個變壓器8。所述晶體管6、7不僅可以跨接通過所述電阻R5的初始電流I～的正極半波，還可以跨接其負(fù)極半波。使用唯一的電子功率開關(guān)S5的優(yōu)點在于可以通過控制單元4簡單地進(jìn)行操縱。
圖2所示的控制電路1’主要通過相對于圖1中的整流器2具有不同構(gòu)造的整流器2’而區(qū)別于圖1中的控制電路1。所述整流器2’包括由四個二極管V1’至V4’和四個電子功率開關(guān)S1至S4構(gòu)成的第一格拉茲橋式整流器10，以及由四個二極管V9至V12和四個電阻R1至R4構(gòu)成的第二格拉茲橋式整流器11。
第一格拉茲橋式整流器10的電子功率開關(guān)S1和二極管V1’串聯(lián)在整流器2’的初級電極12和次級電極13之間。與其并列，第二格拉茲橋式整流器11的二極管V9和電阻R1串聯(lián)在初級電極12和次級電極13之間。將兩個格拉茲橋式整流器10、11的其它的二極管V2’至V4’和V10至V12、電阻R1至R4和開關(guān)S2至S4以類似的順序置于整流器2’的電極之間。所述整流器2’可以通過交替地接通四個電子功率開關(guān)S1至S4，經(jīng)由測量導(dǎo)線9從控制單元4中儲能。
通過向第二格拉茲橋式整流器11施加初級電壓U～而產(chǎn)生控制單元4的電源電壓。控制單元4開始根據(jù)檢測到的相位初始值對開關(guān)S1至S4進(jìn)行控制?，F(xiàn)在，將負(fù)載(LED信號發(fā)生器)與S13接通。運行LED信號發(fā)生器需要使用第一格拉茲橋式整流器10，因為它能傳輸比第二格拉茲橋式整流器11更高的次級電壓U。
作為電子功率開關(guān)S1至S4的MOSFET既可以是雙極性晶體管，也可以是晶閘管。對整流器2’的功能檢測類似于圖1中對整流器2的檢測。
在短時間地斷開電子功率開關(guān)S1至S4的試驗周期中完成對電子功率開關(guān)S1至S4的檢測。通過電流計3可以檢測到初級電流I～，并終止整流器的故障。
下面對圖3進(jìn)行闡述。圖3a顯示了由集控站提供的正弦曲線的初級電壓U～。圖3b和圖3c顯示了電子功率開關(guān)S1和S4的柵極電壓UGS1和UGS4。為了對電子功率開關(guān)S1進(jìn)行功能檢測，閉合S1，控制單元4的電壓UGS1在時間間隔t2內(nèi)由大約3-10V的恒定電壓下降到0V。圖3d顯示，由于接通了初級回路中的電阻R1，性能可靠的開關(guān)S1的初級電流I～降到了閾值IS以下。通過這種方法可以檢測開關(guān)S4的可靠性。在開關(guān)S1的檢測間隔和開關(guān)S4的檢測間隔之間設(shè)置時間間隔t1，其間，LED信號發(fā)生器以最大功率運行。實際的時間間隔t1與時間間隔t2的比值大于圖3中所顯示的值。時間間隔t2應(yīng)該盡可能小，這樣，集控站從初級電流I～到閾值IS的短時間下降才能不被記錄下來，并提供具有最大功率的負(fù)載。通過使用相對于機械開關(guān)幾乎是即時接通的電子功率開關(guān)，時間間隔t2的長度僅通過電流計3的臨界頻率來限制。
計時由于出現(xiàn)整流器故障而停止，所述電子功率開關(guān)S1至S4斷開?？邕^第一格拉茲橋式整流器10，開關(guān)S1至S4總是兩兩串聯(lián)的。通過使電子功率開關(guān)S1至S4中的一個開關(guān)短路，或者使二極管V1’至V4’中的一個二極管短路，可以使電子功率開關(guān)S1至S4中的一個開關(guān)總是斷開。電阻R1至R4都是安全設(shè)置的，在每一次發(fā)生故障的情況中，其輸入電流都會降至調(diào)度裝置中的監(jiān)控組件的閾值IS以下。
此外，在由于二極管V1’至V4’中的一個二極管短路而引起整流器2’出現(xiàn)故障的情況下，可以確定二極管V1’至V4’中的哪一個二極管發(fā)生了短路。假設(shè)二極管V2’中發(fā)生了短路，那么一旦二極管V1’導(dǎo)通，就會有一個較大的電流通過整流器2’。通過斷開電子功率開關(guān)S1，可以確定二極管V2’發(fā)生了短路。
權(quán)利要求
1.一種用于將初級交流電壓(U～)轉(zhuǎn)換為次級直流電壓(U_)的可控式開關(guān)(1；1’)，包括整流器(2；2’)和用于測量初級電流(I～)的電流計(3)；其特征在于至少一個初級預(yù)設(shè)電阻(R1至R5)，其通過接通初級回路中的電子功率開關(guān)(S1至S5)來減小所述初級電流(I～)，其中所述初級預(yù)設(shè)電阻(R1至R5)與所述電子功率開關(guān)(S1至S5)并聯(lián)；以及控制單元(4)，用于根據(jù)所述電流計(3)所測得的所述初級電流(I～)來接通至少一個電子功率開關(guān)(S1至S5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控式開關(guān)，其特征在于，所述整流器(2；2’)包括一個具有至少四個二極管(V1至V4；V1’至V4’；V9至V12)的格拉茲橋式整流器(10、11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的可控式開關(guān)，其特征在于，所述電子功率開關(guān)(S5)包括兩個晶體管(6、7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控式開關(guān)，其特征在于，所述整流器(2’)包括兩個格拉茲橋式整流器(10、11)，其中每一個格拉茲橋式整流器都設(shè)有置于所述整流器(2’)的第一電極和第二電極(12、13)之間的四個二極管(V1’至V4’；V9至V12)，其中一個格拉茲橋式整流器(11)的每個二極管(V9至V12)與一個電阻(R1至R4)串聯(lián)，另一格拉茲橋式整流器(10)的每個二極管(V1’至V4’)與一個電子功率開關(guān)(S1至S4)串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的可控式開關(guān)，其特征在于，為了確定所述初級電流(I～)的相位，所述控制單元(4)通過測量導(dǎo)線(9)與所述初級回路相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控式開關(guān)，其特征在于，設(shè)有一個由所述控制單元(4)控制的、用于接通/斷開所述次級電流(I_)的次級電子切換裝置(S13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控式開關(guān)，其特征在于，將所述控制單元(4)置于所述整流器(2；2’)的次級回路中，并且將用于穩(wěn)定所述控制單元(4)的電源電壓的穩(wěn)壓器(5)與所述控制單元(4)串聯(lián)。
8.一種用于檢測根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控式開關(guān)(1；1’)的至少一個電子功率開關(guān)(S1至S5)的性能的方法，其中所述電子功率開關(guān)(S1至S5)在預(yù)定的時間間隔(t2)內(nèi)動作并持續(xù)預(yù)定的時間間隙(t1)，并且如果不超過預(yù)定閾值(Is)，則斷開所述次級電流(I)并且/或者所述初級電流(I～)降至閾值(Is)以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，通過所述方法可以測量初級電流(I～)，并且一旦在所述控制單元(4)中檢測到所述整流器(2，2’)的故障時，就斷開所述次級電流(I_)并且/或者所述初級電流(I～)降至閾值(Is)以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，為了接通所述可控式開關(guān)，首先要以一定強度的初級電流(I～)啟動所述整流器(2，2’)，所述初級電流足以驅(qū)動置于次級回路中的所述控制單元(4)，但所述初級電流低于預(yù)設(shè)的閾值(Is)，并且根據(jù)初級回路的至少一個電阻(R1至R5)的初始值，所述控制單元(4)斷開。
專利摘要
用于將初級交流電壓(U
文檔編號GKCN1713501SQ200510079667
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月24日
發(fā)明者貝恩德·克洛澤 申請人:阿爾卡特公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan