Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

U_св = n(U_д0 + I_св.R_дф.), (2.2, а)
U_св = U_д0 + I_св.R_дф., (2.2, б)

где U_д0 и R_дф. – параметры нелинейной вольтамперной характеристики (ВАХ) све- тодиода, представляющей собой общеизвестную ломаную, которая состоит из двух прямых линий, В и Ом.

Напряжение, необходимое для обеспечения нормированного тока I_св, проте- кающего через светодиоды, определяется соответствующими выражениями:


Е = n (α + 1)(U_д0 + I_св.R_дф.), (2.3, а)
Е = (α + 1)(U_д0 + I_св.R_дф.), (2.3, б)

где _ ^UR _;
^Uд0 ^{ Iсв R}дф
U_R – падение напряжения на каждом из токозадающих резисторов, В.
Очевидно, что для соблюдения относительной независимости тока свето- диодов при всех условиях эксплуатации и технологических разбросах параметров светодиодов требуется обязательное выполнение условия: α ≥ 1.
В случае возможности выбора величины напряжения Е, мощность, потреб- ляемая схемами рисунков 2.1, а и 2.1, б, определится:

∑Р_св = mnI_св (α + 1)(U_д0 + I_св.R_дф), (2.4, а)

∑Р_св = kI_св(α + 1)(U_д0 + I_св.R_дф). (2.4, б)

Если сравнивать полученные выражения с уравнением (2.1), то можно сде- лать вывод что с энергетической точки зрения схемы рисунков 2.1, а и 2.1, б рав- ноценны. Однако это относится к случаю, когда активные резисторы формируют ток, одинаковый для всех светодиодов обоих схем и не зависящий от напряжения питания Е, что не всегда выполнимо на практике.

В случае применения какой-либо стандартной для устройств СЦБ величины напряжения питания E_ст, для схемы светофора по рисунку 2.1, а появляется усло- вие максимально возможного количества последовательно включенных светодио- дов для заданного значения напряжения питания схемы светофора:

n  ^Eст .
( 1)(U_д0  I_свR_дф )

(2.5)

Несоблюдение этого условия приводит к уменьшению тока через светодиод, которое задается для выполнения нормированной яркости излучения СДМ. И на- оборот, усиление этого неравенства обусловливает появление излишней мощно- сти, потребляемой светофором.

Очевидно, что достижение энергетической идеальности функционирования схемы по рисунку 2.1, а возможно лишь при превращении условия (2.5) в равен- ство. Однако практически это невозможно из-за наличия технологического раз- броса параметров вольтамперных характеристик (ВАХ) светодиодов, входящих в состав СДМ и их дискретности по отношению к величине стандартного напряже- ния питания Е_ст для устройств СЦБ.
Таким образом, для стандартных напряжений питания полная мощность, потребляемая светофором (одного из показаний, как было условлено выше), на- ходится из выражений:

∑Р_св. = I_вхЕ_ст = mI_свЕ_ст, (2.6, а)

∑Р_св = I_вхЕ_ст = kI_свЕ_ст, (2.6, б)

которые показывают, что для одного и того же значения E_ст схема (рисунок 2.1, а) обладает меньшей потребляемой мощностью.

Численное сравнение падения напряжения на светодиоде U_св =(U_д0 + I_св.R_дф), которое составляет U_св = 0,3–0,4 В, с напряжением Е_ст 12 В (или, что еще более радикально, Е_ст = 24 В) показывает, что применение схемы рисунка 2.1, б с точки зрения КПД нерационально. Основным условием получения максимального КПД светофора служит неравенство (2.5), преобразованное в равенство.
Примем, что КПД приведенных схем светофоров определяется:

η _св
^Рсв Р_св  Р_R
 ¹ ,
1 ^PR
Pсв
(2.7)

где Р_св – мощность, рассеиваемая светодиодами схемы, Вт.
Эта мощность для двух схем соответственно определяется: