摘要：目前铁路信号灯也已经广泛使用LED灯，但是随之也出现了一些问题，使用过一段时间后的信号灯由于电流过小导致灯丝继电器不能正常吸起从而影响LED灯的使用寿命就最普遍的一个问题，本文通过改进LED灯的驱动方式，实现稳定电流的作用，从而提高LED信号灯的使用寿命。
关键词： LED信号灯；铁路信号；LED驱动
一、概况
LED正在给照明领域带来一场革命性的变化。效率高，体积小，寿命长，无污染，容易调光，以及伴随固体发光特性而来的机械可靠性，便携性等使得它在许多领域成为发光器件的最佳选择。目前我公司铁路信号灯有一半以上使用了LED信号灯，但是从使用情况来看，许多LED信号灯在使用一段时间后出现了灯虽然亮，但是控制该信号灯的灯丝继电器确不能正常吸起从而影响了铁路信号的正常使用，导致只能更换LED信号灯，增加了维护成本。
二、LED信号灯现状
目前大多数LED信号灯内部通常采用多组LED串来实现显示其功能，而这些LED串大多采用多串并联公用电源的方式，但多串LED直接并联时各串电流会出现较大的差异以至于造成各串发光不均匀并导致寿命不一致。因此多串并联时需要加均流控制措施。目前最常用的做法是串联线性调节线路的闭环控制，如图1所示。图1中的MOSFET管Q1，Q2，......等就是调节控制元件，R1，R2......Rk等为电流检测元件。检测到的电流信号I_SNS1......I_SNSk等反馈到误差放大器EA1，EA2，......EAk等，并通过和参考信号IREF进行比较来实现闭环控制。很显然这种做法是把正向压降较低的LED串回路里多余的电压消耗在调节控制管上边。因此功耗比较大。而且调节控制管上的功耗造成器件温度上升以及相应的散热要求高，从而增加系统成本及信号机内温度并降低系统可靠性。特别当某串LED有个别短路情形时。
三、改进LED灯驱动
LED串的供电电压控制目标是保持能使最大正向压降的LED串维持给定电流的最小电压值。这样通过调节控制管来维持各串LED的电流相等。
在图2所设计的改进电路中，各LED支路并联在一个公用的可控直流电源上。该直流电源根据各LED中的电流反馈信号来调节输出能够维持工作电压最高的LED中的电流幅值达到给定值的最小电压。各LED串LED1、LED2....LEDk的工作由与之串联的相应的调节控制电子开关QM1、QM2.....QMk根据从电流检测电阻R、......Rk所检测到的电流信号来控制。控制原则是各LED串的工作电流对时间的积分值相等。其实现过程如下：
以LED1支路为例，在时钟信号CLK的脉冲上升沿到来时触发器FF1被置位并通过其同相输出端使QM1导通。当QM1开始导通后，从电流检测电阻R1上得到的信号通过积分电路Rf1、Cf1形成反馈型号FB1反馈给脉宽调节比较器PWM1的同相输入端和给定参考信号REF进行比较，在正常情况下，经积分作用后的反馈信号FB1在QM1导通期间随时间增长。当FB1上升到和参考信号REF相等时，比较器PWM1的输出由低变高，并通过触发器FF1的复位输入端使其复位，FF1的同相输出端由高变低使QM1关断，同时FF1的反相输出端使放电开关QD1导通，电容Cf1迅速放电至零，一个周期的开关控制操作完成并等待下一个周期的操作开始。显而易见，当各LED串电流不同时，其相应的积分反馈电路中的电容Cf1、Cf2......Cfk的电压上升速度也不一样，LED串的电流越大，电容电压上升的速度也越快，其到达参考信号值的时间就越短，也即PWM工作的脉宽就越窄，其结果是LED1、LED2.....LEDk的电流脉宽根据其幅值得到了调节，最终使得各LED串的电流对时间的积分都等于由参考信号REF所给定的值。这样一来，由于在小信号范围内LED的发光亮度和其电流成正比，上述控制结果最终使得各LED串的平均发光亮度全部相等。图8中所描述的电路概念用很简单的方法达到了使LED发光均匀的效果，而且由于调节控制过程是在开关工作状态下进行，工作效率非常高。同时因为各路LED均有自己独立的调节控制开关，其亮度可以进行独立控制进而实现多维背光控制，在实用中只需根据要求对各路LED的PWM比较器PWM1，......，PWMk分别输入不同的控制参考信号REF即可。
综上所述，通过图2所示的改进LED铁路信号灯电路，对信号灯内的LED串加均流控制措施，使各个LED串的发光亮度均匀，的驱动能够从而最大限度的提高LED信号灯的使用寿命。
四、结束语
由于本方案设计还处于试验阶段，从目前试验效果来看良好，但由于成本所限没经过大批量的生产、应用及验证。
论文作者:颜立,严辉,戴永根
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
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