白炽灯泡仿真器的方法和装置与流程

本发明涉及照明系统。更具体地，本发明涉及在配置用于白炽灯泡的系统中使用的发光二极管(led)。

背景技术：

在轨道线路(wayside)信号系统中，白炽灯泡被广泛用作用于发信号的光源。使用白炽灯泡的发信号系统非常易于操作和控制。白炽灯泡大部分为电阻负载。因而，流经白炽灯泡的电流与输入电压直接成正比。另外，照明强度水平与灯泡的输入电压直接成正比。

随着半导体领域和led商业化的发展，现在led作为白炽灯泡的替代的应用已成为现实。早期的led通常被用作电子设备的指示灯，替代小型白炽灯泡。很快，led被封装成以七段显示形式的数字读出，且通常例如在数字时钟中被看到。

近期，led的发展允许它们被用在环境和任务照明中。相对于白炽光源，led具有许多优点，包括较低的能量损耗、更长的使用寿命、改善的物理鲁棒性、更小的尺寸和更快的切换。led现已在不同的领域例如航空照明、机动车前照灯、广告、一般照明、交通信号、相机闪光灯，甚至led墙纸。

白炽灯泡的一个特性是输入电压和输入电流之间近乎为线性关系。传统地，轨道线路信号系统被设计为利用电压和电流之间的线性关系来执行其发信号的任务。led并不展现线性关系。因而，如果在现有信号系统中使用led来替代白炽灯泡，轨道线路信号系统和led都必须被改变以保证轨道线路信号系统的安全和可靠性。

因此，迄今，本领域中依然存在着解决上述不足和缺点的未解决的需要。

技术实现要素：

给定上述不足，存在对于led来替代常规白炽灯泡的需要，其中led展现与白炽灯泡类似的电子特性。

在某些情况下，本发明的实施例提供一种用于控制白炽灯泡仿真器(emulator)的操作的方法。在某些实施例中，白炽灯泡仿真器具有控制器、白炽灯泡模拟器模块和led负载。方法包括：经由转换器将输入电压转换成预定的dc电压；基于预定的dc电压驱动led负载；经由控制器对白炽灯泡仿真器的输入电流曲线和响应于驱动的led负载的模拟的白炽灯泡的输入电流曲线进行比较；以及基于比较调节至led负载的dc驱动电流，使得白炽灯泡仿真器的输入电流曲线与模拟的白炽灯泡的输入电流曲线匹配。输入电压可包括ac输入电压和dc输入电压。

在某些实施例中，转换器具有输入电压转换器和辅助供应。流经led负载的dc驱动电流与白炽灯泡仿真器的输入电压直接成正比。随着输入电压波动，流经led负载的dc驱动电流被调节，使得led负载的光强水平与被led负载替代的白炽灯泡的光强水平相匹配。

根据结合以下附图及其说明进行的以下对实施例的描述，本发明的这些和其他方面是显然的，然而在不背离本发明新颖概念的精神和范围的情况下可实现在其中的修改和变化。

本发明提供了一组技术方案，如下：

1.一种用于控制白炽灯泡仿真器的操作的方法，所述白炽灯泡仿真器具有控制器、白炽灯泡模拟器模块和发光二极管(led)负载，所述方法包括：

经由转换器将输入电压转换成预定的直流(dc)电压，其中所述输入电压包括交流(ac)输入电压和dc电压；

基于所述预定的dc电压来驱动所述led负载；

经由所述控制器将所述白炽灯泡仿真器的输入电流曲线和响应于驱动的led负载的模拟的白炽灯泡的输入电流曲线进行比较；以及

基于比较调节至所述led负载的dc驱动电流，使得所述白炽灯泡仿真器的所述输入电流曲线与模拟的白炽电灯泡的输入电流曲线匹配。

2.如技术方案1所述的方法，其中所述转换器包括：

输入电压转换器，配置成当所述输入电压为所述ac输入电压时将所述ac输入电压转换成所述预定的dc电压并向所述led负载提供所述dc驱动电流；

dc电压转换器，配置成当所述输入电压为所述dc输入电压时将所述dc输入电压转换成所述预定的dc电压；以及

辅助供应，配置成从所述输入电压转换器接收所述预定的dc电压并向安全性电路提供所述预定的dc电压。

3.如技术方案2所述的方法，其中所述输入电压转换器包括全桥整流器。

4.如技术方案2所述的方法，其中通过所述led负载的所述dc驱动电流与所述白炽灯泡仿真器的所述输入电压成正比。

5.如技术方案4所述的方法，其中通过所述led负载的所述dc驱动电流被调节，使得所述led负载的光强水平与将被所述led负载替代的白炽灯泡的光强水平匹配。

6.如技术方案5所述的方法，其中所述led负载包括电阻负载，其用来增大输入电流损耗，以跨操作电压范围使所述白炽灯泡仿真器的所述输入电流损耗与将被所述led负载替代的所述白炽灯泡的所述输入电流损耗匹配。

7.如技术方案1所述的方法，其中所述控制器包括led驱动控制器，其具有：

开环反馈控制器，配置成从所述安全性电路接收开环反馈、控制至所述led负载的所述dc驱动电流并且驱动所述led负载；

切换电路，配置成根据所述led负载的故障模式和所述输入电压向所述白炽灯泡仿真器提供开关控制；主功率源，配置成向所述led负载供应dc驱动电流：以及

安全性电路，配置成监测所述白炽灯泡仿真器的输出功率损耗、检测当所述led负载失效时的所述led负载的故障模式并向所述切换电路发送信号以切断至所述led负载的所述dc驱动电流。

8.如技术方案7所述的方法，其中所述开环反馈控制器包括电流比较器，其配置成将所述白炽灯泡仿真器的所述输入电流曲线和响应于驱动的led负载的所述模拟的白炽灯泡的所述输入电流曲线进行比较。

9.如技术方案7所述的方法，其中所述开环反馈控制器进一步包括电磁干扰(emi)滤波器，其配置成通过限制磁设计以限制递送至所述led负载的功率量以便匹配所述白炽灯泡的输入电流特性。

10.如技术方案7所述的方法，其中所述安全性电路配置成当所述led负载处于故障模式中时向所述开环反馈控制器发送信号以关闭所述主功率源。

11.一种白炽灯泡仿真器，包括：

led负载，配置成替代白炽灯泡；

转换器，配置成接收输入电压并将所述输入电压转换成用于驱动所述led负载的预定的dc电压，其中所述输入电压包括ac输入电压和dc输入电压；

白炽灯泡模拟器模块；以及

控制器，配置成：

将所述白炽灯泡仿真器的输入电流曲线和响应于驱动的led负载的模拟的白炽灯泡的输入电流曲线进行比较；以及

基于比较而调节至所述led负载的dc驱动电流，使得所述白炽灯泡仿真器的所述输入电流曲线与模拟的白炽电灯泡的输入电流曲线匹配。

12.如技术方案11所述的白炽灯泡仿真器，其中所述转换器包括：

输入电压转换器，配置成当所述输入电压是ac输入电压时将所述ac输入电压转换成所述dc电压并向所述led负载提供所述dc驱动电流，；

dc电压转换器，配置成当所述输入电压是所述dc输入电压时将所述dc输入电压转换成所述预定的dc电压；以及

辅助供应，配置成从所述输入电压转换器接收所述预定的dc电压并向安全性电路提供所述预定的dc电压。

13.如技术方案12所述的白炽灯泡仿真器，其中所述输入电压转换器包括全桥整流器。

14.如技术方案12所述的白炽灯泡仿真器，其中通过所述led负载的所述dc驱动电流与所述白炽灯泡仿真器的所述输入电压成正比。

15.如技术方案14所述的白炽灯泡仿真器，其中通过所述led负载的所述dc驱动电流被调节，使得所述led负载的光强水平与将被所述led负载替代的所述白炽灯泡的光强水平匹配。

16.如技术方案15所述的白炽灯泡仿真器，其中所述led负载包括电阻负载，其用来增大输入电流损耗，以跨操作电压范围使所述白炽灯泡仿真器的所述输入电流损耗与将被led负载替代的所述白炽灯泡的所述输入电流损耗匹配。

17.如技术方案11的白炽灯泡仿真器，其中所述控制器包括led驱动控制器，其具有：

开环反馈控制器，配置成从所述安全性电路接收开环反馈、控制至所述led负载的所述dc驱动电流并且驱动所述led负载；

切换电路，配置成根据所述led负载的故障模式和所述输入电压向所述白炽灯泡仿真器提供开关控制；

主功率源，配置成向所述led负载供应dc驱动电流：以及

安全性电路，配置成监测所述白炽灯泡仿真器的输出功率损耗、检测当所述led负载失效时所述led负载的故障模式并向所述切换电路发送信号以切断至所述led负载的所述dc驱动电流。

18.如技术方案17所述的白炽灯泡仿真器，其中所述开环反馈控制器包括电流比较器，其配置成将所述白炽灯泡仿真器的所述输入电流曲线和响应于驱动的led负载的所述模拟的白炽灯泡的所述输入电流曲线进行比较。

19.如技术方案17所述的白炽灯泡仿真器，其中所述开环反馈控制器进一步包括电磁干扰(emi)滤波器，其配置成通过限制磁设计以限制递送至所述led负载的功率量以便匹配所述白炽灯泡的输入电流特性。

20.如技术方案17所述的白炽灯泡仿真器，其中所述安全性电路配置成当所述led负载处于故障模式中时向所述开环反馈控制器发送信号以关闭所述主功率源。

附图说明

附图中示出了本公开，在其通篇中，在各个图中相似的参考数字可指示对应或类似的部件。附图的目的仅在于示出优选实施例而不能被解释为限制本发明。给定附图的以下使能(enabling)描述，本公开的新颖方面对本领域普通技术人员而言是明显的。

图1是根据本发明某些实施例的白炽灯泡仿真器的方块图。

图2是根据本发明某些实施例的白炽灯泡仿真器的流程图。

具体实施方式

虽然文中采用用于特殊应用的说明性实施例描述了本发明，但应当理解，本发明并不限于此。可以访问本文提供的教导的本领域技术人员将会认识到在本发明的范围内的附加的修改、应用和实施例以及本发明将具有显著效用的附加的领域。

除非另有定义，本文中使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。如本文使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何次序、数量或重要性，而是用于区分一个元件与另一个元件。而且，术语“一”和″一个″并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的项。术语“或”意味着包含的，并且意味着所列项中的任一个、任何、若个或全部。

文中使用“包括”、“包含”或“具有”及它们的各种变化意味着包含其后所列的项及其等同物以及附加项。术语“连接”和“耦合”并不限制为物理或机械连接或耦合，并且可包括电连接和耦合，无论是直接的还是间接的。术语“电路”、“电路系统”和“控制器”可包括单个组件或多个组件，其为有源和/或无源组件且可选地可连接或以别的方式耦合在一起以提供描述的功能。

以下的描述实际上仅是说明性的，决不是意图限制本公开、其应用或使用。本公开的广义教导可以以多种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但本公开的真实范围不应被如此限制，因为基于对附图、说明书和以下权利要求的学习，其他修改将会是明显的。

为清晰起见，附图中使用相同的参考数字来识别类似元件。如文中所使用的，短语“a、b和c中至少之一”应被解释为意味着逻辑(a或b或c)，使用非排外的逻辑“或”。应当理解，在不变更本发明原理的情况下，可以以不同的次序(或同时)来执行方法内的一个或多个步骤。

控制器可被配置成控制开关元件的操作——激活(接通)和停用(关闭)开关元件内的功率开关，一次一个。激活或停用功率开关实现精确控制来自转换器的电压。

在实施例中，在要求直接将电能从ac转换为dc或从dc转换为ac的应用中使用转换器。

可在轨道线路信号系统中使用led。在这些线路信号系统中，led可包括一个或多个led光源或具有多个led的led阵列以形成led负载。

在一方面中，本发明的实施例包括白炽灯泡仿真器100。白炽灯泡仿真器100包括led负载30、转换器10和控制器20。

led负载30可替代白炽灯泡以用作光源。在一个实施例中，led负载30是实际led。在另一个实施例中，led负载30为包括连接在一起的多个led的led阵列。led负载30还包括白炽灯泡模拟器模块和电阻负载。白炽灯泡模拟器模块用来模拟被模拟的白炽灯泡的输入电流曲线且为白炽灯泡仿真器100提供输入电流曲线参考。电阻负载用来增大输入电流损耗以跨操作电压范围使白炽灯泡仿真器100的输入电流损耗与将被led负载30替代的白炽灯泡的输入电流损耗相匹配。

在实施例中，控制器20是led驱动控制器。led驱动控制器具有开环反馈控制器22、切换电路24、主功率源26和安全性电路28。开环反馈控制器22接收来自安全性电路28的开环反馈，控制通过led负载30的dc驱动电流，并通过主功率源26驱动led负载30。切换电路24根据led负载30的故障模式和ac输入电压向白炽灯泡仿真器100提供开关控制。

在某些实施例中，开环反馈控制器22可包括电磁干扰(emi)滤波器。emi滤波器被配置成通过限制磁设计(magneticdesign)来限制可被传送至包括led和电阻负载的输出负载的功率量，以匹配白炽灯泡的输入电流特性。在一个实施例中，磁被设计为将预定的电量传送至开始于固定电压v1的输出。对于任何低于其的电压(即，v＜v1)，磁可不限制传送至输出的功率量，其中传送至输出的功率量与输入电压直接成正比。输入电压越高，输出功率越高，因而输入电流越高，并且反之亦然。

主功率源26接收来自开环反馈控制器22的dc驱动电流，并提供流经led负载30的dc驱动电流。安全性电路28监测白炽灯泡仿真器100的输出功率损耗，检测当led负载30失效时的led负载30的故障模式，并向切换电路24发送信号以切断流经led负载30的dc驱动电流。

在图1的实施例中，转换器10包括输入电压转换器12和辅助供应14。转换器10从一对输入端子——第一端子(t1)和第二端子(t2)接收输入电压。转换器10将输入电压转换成预定的dc电压，并通过主功率源26提供流经led负载30的dc驱动电流。辅助供应14接收来自输入电压转换器12的预定的dc电压，并向安全性电路28提供预定的dc电压作为其dc功率供应。在一个实施例中，输入电压转换器12为全桥整流器。

控制器20使用白炽灯泡模拟器模块对白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线和模拟的白炽灯泡的输入电流曲线进行比较。模拟的白炽灯泡响应于驱动的led负载。随着输入电压波动，开环反馈控制器22基于比较调节流经led负载30的dc驱动电流。该过程持续进行直到白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线与模拟的白炽灯泡的输入电流曲线匹配。

流经led负载30的dc驱动电流与白炽灯泡仿真器100的输入电压直接成正比。流经led负载30的dc驱动电流被开环反馈控制器22调节，使得led负载30的光强水平与被led负载30替代的白炽灯泡的光强水平匹配。

开环反馈控制器22包括电流比较器(未示出)。电流比较器对白炽灯泡模拟器100的输入电流曲线和响应于驱动的led负载的模拟白炽灯泡的输入电流曲线进行比较。当白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线紧密遵循模拟的白炽灯泡的输入电流曲线时，电流比较器的输出是小的，并且不创建对dc驱动电流进行调节的需求。

当白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线与模拟的白炽灯泡的输入电流曲线之间的差大于预定阈值时，电流比较器的输出将创建对dc驱动电流进行某些调节的需求。这些调节将最小化白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线和模拟的白炽灯泡的输入电流曲线之间的差。

开环反馈控制器22还包括电磁干扰(emi)滤波器和保险丝。当led负载30处于故障模式中时，安全性电路28向开环反馈控制器22发送信号以关闭主功率源26。

在另一方面中，本发明涉及用于控制如上所述的白炽灯泡仿真器100的操作的方法200。参见附图2，示出了根据本发明某些实施例的白炽灯泡仿真器100的流程图。方法200被提供以通过主功率源26控制流经led负载30的dc驱动电流，使得白炽灯泡仿真器100展现与被led负载30替代的白炽灯泡类似的电子特性。

为方便描述，方法200中包括的一个或多个步骤或操作被分组在方框中。然而，本领域普通技术人员容易理解，在不背离本发明精神和范围的情况下，每个方框中描述的操作可被独立、依次或非同步地执行。

方法200包括第一操作202，其包括将输入电压转换成预定的dc电压。在某些实施例中，输入电压可包括ac输入电压和dc输入电压。当输入电压为ac输入电压时，转换器10可将dc输入电压转换成由白炽灯泡仿真器100所要求的不同电压中的预定的dc电压。当输入电压为ac输入电压时，转换器10的输入电压转换器12接收来自第一端子t1和第二端子t2的ac输入电压，将ac输入电压转换成预定的dc电压，并向控制器20提供dc驱动电流。辅助供应14接收来自输入电压转换器12的预定的dc电压，并向安全性电路28提供预定的dc电压作为其dc功率供应。在某些实施例中，输入电压转换器12为全桥整流器。

方法200包括第二操作204，其包括使用白炽灯泡模拟器模块来匹配白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线和模拟的白炽灯泡的输入电流曲线。电流比较器被用来匹配白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线和模拟的白炽灯泡的输入电流曲线。

当白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线紧密遵循(closelyfollow)模拟的白炽灯泡的输入电流曲线时，电流比较器的输出是小的，因而无需进行调节。操作返回至操作204。当白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线与模拟的白炽灯泡的输入电流曲线之间的差大于预定阈值时，对dc驱动电流进行某些调节是必需的。这些调节减少白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线和模拟的白炽灯泡的输入电流曲线之间的差。操作继续至操作206。

第三操作206包括通过主功率源26调节流经led负载30的dc驱动电流。基于来自操作204的比较，流经led负载的dc驱动电流被调节，使得白炽灯泡仿真器100的输入电流曲线匹配模拟的白炽灯泡的输入电流曲线。

操作206还可包括使用切换电路24关断向led负载30的主功率供应26。开环反馈控制器22接收来自安全性电路28的开环反馈，控制流经led负载30的dc驱动电流，并通过主功率源26驱动led负载30。

切换电路24根据led负载30的故障模式和ac输入电压据供对白炽灯泡仿真器100的开关控制。安全性电路28监测白炽灯泡仿真器100的输出功率损耗，检测当led负载30失效时的led负载30的故障模式，并向切换电路24发送信号以切断流经led负载30的dc驱动电流。

操作208包括通过主功率源26驱动led负载30。在某些实施例中，来自主功率源26的dc驱动电流与白炽灯泡仿真器100的输入电压直接成正比。随着ac输入电压波动，流经led负载30的dc驱动电流被调节，使得led负载30的光强水平与被led负载30替代的白炽灯泡的光强水平匹配。在实施例中，led负载30包括电阻负载，其用来增大输入电流损耗。白炽灯泡的输入电流损耗被增大以跨操作电压范围理想地匹配白炽灯泡仿真器100的输入电流损耗和将被led负载30替代的白炽灯泡的输入电流损耗。

结论

本公开的示范性实施例的前面描述仅是出于说明和说明的目的而提出，并不意图是彻底的或将本发明限制为所公开的精确形式。根据上述教导，多种修改和变化是可能的。

实施例被选择和描述以解释本发明的原理及其实际应用，从而激发本领域的其他技术人员利用本发明和各种实施例，以及适于预期的特殊使用的各种修改。在不背离本发明精神和范围的情况下，对本发明所属领域的技术人员而言，备选实施例是显然的。例如，可同时使用多个探针以便实施本发明。因此，本发明的范围由所附的权利要求定义，而不是由上文和文中描述的示范实施例来定义。

部件列表

图1

100白炽灯泡仿真器

10转换器

12输入电压转换器

14辅助供应

20控制器

22开环反馈控制器

24切换电路

26主功率源

28安全性电路

30led负载

图2

200方法

202第一操作

204第二操作

206第三操作

208驱动操作