电路装置和装有这种电路装置的信号灯

本发明涉及到用来操作一个半导体光源的电路装置，它包括

-用于连接到控制装置的连接端子，

-输入滤波器装置，

-具有一个控制电路的变换器，

-用来连接半导体光源的输出端子，

-在非导通状态下用来消除控制装置中产生的漏电流的装置CM，该 装置包括一个受控的半导体元件，以及

-用来释放装置CM的自调节装置。

本发明还涉及到装备这种电路装置的一种信号灯。

在US5661645中公开了开头一段中所述的电路装置。半导体光源 在信号灯领域的应用日益广泛。在这种应用中，半导体光源与普通白 炽灯相比的优点在于它具有较长的使用寿命，并且功率消耗比上述的 白炽灯小得多。信号灯往往构成一种复杂信号系统中的一部分，例如 是具有交通管治灯的交通控制系统。如果要在广泛的范围内获得半导 体光源的上述优点，就需要有一种能够有可能取代现有信号系统的电 路装置。

现有信号系统中的信号灯通常是由固体继电器来控制的，继电器 和信号灯的状态测试发生在连接的电路装置的连接端子上。固体继电 器在继电器不导通的状态下出现漏电流往往是正常的。为了在半导体 光源的操作期间排除状态测试的错误结果而采用了装置CM，它能够确 保在诸如固体继电器等等控制装置的不导通状态下消除发生在控制装 置中的漏电流，并且电路装置的连接端子上的电压仍然保持在为了获 得状态测试正确结果而所需的一个电平以下。这样就能以一种简单和 有效的方式使电路装置的连接端子上呈现出一种特性，它基本上对应 着白炽灯特性的特性。从这一点来看，白炽灯特性的一个重要特征就 是灯在熄灭状态下的阻抗比较低，因此，消除通过白炽灯的漏电流仅 仅会在控制装置的连接端子上产生一个低电压。在本文所述的电路装 置中，装置CM中包括释放装置，用来在控制装置处于对应着变换器接 通的导通状态时使装置CM释放，这样做的优点是消除了不必要的功率 消耗。释放装置的作用是电压控制和自调节。

公知的电路装置没有包括在对应着白炽灯故障的状态下能够使控 制装置接收信号的措施。这样就会给电路装置和使用这种电路装置的 半导体光源的应用造成问题。

本发明的目的是提供一种能够完全或是部分克服上述问题的措 施。

本发明的目的是这样实现的，在电路装置中设有用来检测变换器 或是与其连接的半导体光源的错误动作的检测装置。在变换器出现错 误动作或是半导体光源的某个或某些元件的寿命结束的情况下，本发 明可以在电路装置的连接端子上呈现出相当于白炽灯故障时的特性。 这一检测装置最好是构成自调节释放装置的一部分。这样做的优点是 电路装置可以采用比较简单的结构。

装置CM应该有一个关断元件。这样就能在变换器接通的同时释放 装置CM，所采用的手段是使受控的半导体元件进入非导通状态，从而 消除不必要的功率消耗，同时在检测到变换器或是半导体光源的错误 动作时启动关断元件完成释放动作。关断元件和半导体元件最好是串 联连接，并且在装置CM中受控的半导体元件处在导通状态时启动关断 元件。在释放装置CM时，按照这种方式来区分保护功能和非保护功能， 这相当于装置CM在控制装置处于非导通时也就是断开变换器时的状 态。在按照本发明的电路装置的一个最佳实施例中，如果变换器工作 正常，检测装置就可以产生一个适当的控制信号SL，所述用来释放装 置CM的自调节释放装置使用该信号SL来使受控的半导体元件进入非导 通状态。按照这种方式，在变换器错误动作的情况下，也就是在没有 控制信号SL时，装置CM中受控的半导体元件就变成导通状态。启动关 断元件会造成装置CM随之释放，并且在连接端子上产生很高的阻抗。 对于控制装置来说，在连接端子上出现很高的阻抗相当于表示白炽灯 的故障。在按照本发明的电路装置的另一个最佳实施例中，如果连接 的半导体光源出现错误动作，就可以由检测装置产生一个适当的控制 信号SH，使半导体元件导通。为了简化，这应该是通过消除控制信号 SL来产生。同样是在这些条件下，启动关断元件可能造成装置CM随之 释放。通过检测输出端子上的最小电压就很容易检测出变换器是否出 现错误动作。按照这种连接方式，用来检测最小电压的检测装置应该 能够产生控制信号SL。另一方面，通过在输出端子上检测最大电压就 可以确定半导体光源是否已完全或是部分地损坏。用来检测最大电压 的检测装置应该能够产生控制信号SH。

在按照本发明的电路装置的一个进一步改进的实施例中，用来检 测最大电压的检测装置还可以用来产生一个启动变换器的控制信号 S0。这样就能保证装置CM中受控的半导体元件保持导通，直到关断元 件使装置CM释放时为止。

在按照本发明的电路装置的一个最佳实施例中，电路装置具有一 个稳压的低电压源，装置CM在启动状态下为稳压的低电压源提供一个 电源。该实施例的主要优点在于可以在接通变换器时接通控制装置例 如是一个固体继电器，由稳压的低电压源很快地提供所需的低电压， 这是因为装置CM已经启动了。

在说明书和权利要求书中所说的“变换器”应该被理解为是这样 一种电路，它可以将控制装置提供的电源变换成用来操作半导体光源 所需要的一种电流-电压组合。为此而最好是采用一种具有一或多个半 导体开关元件的开关式电源。由于新式的开关式电源通常采用DC-DC 变换器，输入滤波器装置中还应该设有整流装置，该装置本身是公知 的。

按照本发明的具有一个包括半导体光源的外壳的信号灯还应该配 带有本发明的电路装置。这样就完全有可能用这种信号灯作为现有信 号灯的一种替代装置。如果为电路装置装备一个与信号灯的外壳构成 整体的外壳，它作为一种换代信号灯的应用范围就更大了。

根据以下参照附图对实施例的说明可以看出本发明的上述和其他 各个方面。

在附图中：

图1表示电路装置的一个示意图，

图2表示装置CM的具体电路图，已经

图3是一个稳压的低电压源的示意图。

在图1中，A和B是用来连接控制装置VB的连接端子，例如是一 个固体继电器。符号I表示输入滤波器装置，而符号III代表具有一 个控制电路的变换器。C，D是用于连接半导体光源LB的输出端子。用 来消除在非导通状态下出现在控制装置中的漏电流的装置CM用符号 CM表示。输入滤波器装置I设有一个正极+和一个负极-。

具体如图2所示的装置CM包括一个作为受控半导体元件的 MOSFET1，它有一个栅极g，一个漏极d和一个源极s。上述MOSFET1 和一个关断源极FS串联连接。MOSFET1的栅极g通过一个电阻R2连 接到一个在电路上与输入滤波器装置I并联连接的分压器电路，滤波 器装置I包括串联连接的一个电阻R1和一个电容C1。电容C1通过由 齐纳二极管Z1，电容C10和电阻R10构成的一个网络分流。MOSFET1 的源极s通过电阻R11和齐纳二极管Z11的并联电路连接到输入滤波 器装置I的负极-。符号E代表装置CM上用来连接到作为电路装置一 部分的稳压的低电压源的连接点。处在启动状态的装置CM通过连接点 E构成稳压的低电压源的一个电源。

图2中还表示了电路装置中所包括的用于释放装置CM的释放装置 IV。为此，将一个开关TM的一端连接到电阻R1和电容C1的公共节点 上，将另一端连接到负极-。开关TM的控制电极通过一个电压检测网络 连接到输出端子C。上述电压检测网络包括用来检测最小电压的检测装 置VI和用来检测最大电压的检测装置VII。检测装置VI包括一个与分 压器网络串联连接的齐纳二极管Z60在输出端子C上的电压大于最小 电压时令开关TM导通。这时，开关TM就会产生一个控制信号SL，通过 使受控半导体元件1进入非导通状态而释放装置CM。检测装置VII包 括一个用来检测输出端子C上的最大电压的齐纳二极管Z70。齐纳二极 管Z70通过一个电阻网络连接到一个开关TH的控制极和发射极。开关 TH的集电极连接到开关TM的控制电极。当输出端子C上的电压大于最 大电压时，开关TH被导通，由开关TH产生一个用来取消控制信号SL的 控制信号SH。齐纳二极管Z70还通过连接点G经由一个电阻-二极管网 络被连接到变换器III的控制电路。这样，一旦检测到最大电压，在 检测装置VII中就产生一个用来启动变换器III的控制信号S0。控制 信号S0最好是用很低的功率来启动变换器，让输出端子上的电压永远 高于最大电压。

在控制装置VB被接通，也就是变换器III被接通时，输出端子C 上的电压就会上升，当它达到被选择在等于最小电压的一个击穿电压 时，齐纳二极管Z60就开始导通，开关TM变成导通，使MOSFET1进入 非导通状态。按照这种连接方式，用于使开关TM导通的分压网络是经 过计算的，让变换器III的输出接收来自低压电源V的功率。如果变 换器出现错误动作，或者是在连接的半导体光源中发生短路的情况 下，输出端子C上的电压就不会达到齐纳二极管Z1的门限电压。这时， MOSFET1就维持导通，并且在一定时间之后启动关断元件FS，致使装 置CM被释放。

只要是变换器III和半导体光源LB正常工作，输出端子C上的电 压就会高于最小电压并且低于最大电压。因此，在这一时间段内， MOSFET1就会维持释放，消除不必要的功率消耗。如果半导体光源LB 被击穿，输出端子C上的电压就会上升。一旦这一电压达到齐纳二极 管Z70的击穿电压值，齐纳二极管Z70就会导通。齐纳二极管Z70的 击穿电压被选择在等于最大电压。如果齐纳二极管Z70变成导通，在 一方面就会通过连接点G连续地启动变换器III，使输出端子C上的电 压保持在等于最大电压，在另一方面，当开关TM由于开关TH变成导通 的事实而进入非导通状态时再次启动装置CM，直到启动了关断元件FS 并且由此使装置CM释放时为止。利用电容C10和齐纳二极管Z11的组 合所获得的益处是，当装置CM处在长时间启动状态下时，流过关断元 件FS的电流会增大，这样就能可靠地启动关断元件。

尽管用来释放装置CM的装置在图中是用单独的装置IV来表示 的，它最好还是构成变换器III的控制电路的一部分。

图3表示作为电路装置中一部分的一个稳压的低电压源V。稳压的 低电压源V的一个输入连接到装置CM的连接点E上，装置CM在启动 状态下构成稳压的低电压源V的电源。连接点E通过二极管D1和电阻 R3与电容C2的网络连接到集成电路(IC)100的一个管脚101上。IC 100的管脚103构成稳压低电压的输出管脚，可以通过一个连接器F 将其引出。管脚103通过一个电容C3连接到地。IC100的管脚102也 连接到地。

在上文所述的本发明电路装置的一个具体实用的实施例中，电路 装置适合连接到一个控制装置，后者在导通状态下提供至少80V，60Hz 和最高135V，60Hz的电压，并且适合用2V到3V的正电压来操作由 Hewlett-Packard制造的3*6LED矩阵构成的一个半导体光源，限制电 流是250mA，环境温度是25℃。当变换器处在启动状态时，出现在输 入滤波器装置正极+上的有效电压是至少80V，最高135V。装置CM的 MOSFET 1的型号是(ST制造的)STP3NA100F1。齐纳二极管Z1的击穿 电压是15V，齐纳二极管Z11也是15V。电容C1的值是220pF，电容 C10的值是1μF，而电阻R1，R2，R10和R11的值分别是680K欧姆， 10K欧姆，100KΩ和330欧姆。当控制装置被断开时，通过MOSFET 1的 最大电流是31mA，在输入端子A上对应的电压是最高10Vrms。这相当 于控制装置在断开状态下可允许的最高电压电平，刚好形成测试装置 控制的正常关断状态。

开关TM和开关TH的型号是(Philips制造的)BC547C。齐纳二极管 Z60的击穿电压是6.2V，齐纳二极管Z70是27V。关断元件FS是数值 为470Ω的熔断电阻。IC100的型号是(National Semiconductors制 造的)78L08，能提供8V的稳压低电压，精度是5％。电阻R3的值是100 Ω，电容C2的电容是100nF，C1的电容是1μF。

当控制装置处在连接状态时，如果输出端子C上的电压保持在 6.2V以下或是增加到27V以上，MOSFET1就会维持导通或是进入导通 状态，流经熔断电阻的电流随之增大。在本文所述的实施例中，这种 情况会导致熔断电阻在至少10ms到最长1ms之后熔断，使装置CM和 变换器III释放。

电路装置有一个构成信号灯的一部分的外壳，信号灯的外壳中装 有半导体光源，电路装置的外壳与信号灯的外壳是整体的。本文所述 的实施例特别适合用于交通控制系统中的交通管治灯。