车厢装灯的几种电路

LDS · 发表于 2012-3-1 08:20:29

不少人都喜欢在车厢里装灯，灯火辉煌的跑起车来，很有生气。小白炽灯珠的电路很简单，但已经快被淘汰了，现在都使用LED（半导体发光二极管）。LED是一种非线性电流元件，也就是说它的工作状况主要与电流有关，它两端的工作电压相对是恒定的，与工作电流无关，在正常工作电流（约2-5mA）和最大限制电流（20mA）之间亮度变化相对较小。这样LED装灯的电路很有点儿意思，下面分别说说。

LDS · 发表于 2012-3-1 08:23:39

图一的电路，是DC和DCC兼容的，也是大家最常用的，也可以每个LED分开分别加限流电阻，以降低单个电阻的功耗。DC火车的调速是靠路轨上电压的变化来完成的，所以车灯的所加电压是变化的，电路要顾及DC电压变化。这个电路的特点是路轨电压超过LED的工作电压（约3.2V）LED就开始点亮，设计的最大工作电流为10mA，若想在电压变化范围内（3.2-14V）灯更亮一些，可以把最大工作电流定为20mA。但在DCC工作时，灯就显得过于亮了，我想这大概是一些车厢（如新版青藏车厢）装灯过亮的原因吧？因为要和DC兼容。不过这种电路的功耗太大了，总的工作电流为各个LED工作电流的总和，以图为例，总的最大工作电流=10mAx6=60mA，整车最大功耗=14Vx60mA=840mW，接近1W，多挂上几节车，耗电就很可观了。若每个LED最大工作电流为20mA，则翻了一倍，达1.68W。而功耗的约3/4是消耗在限流电阻上了。这种电路在DC工作时灯亮的变化类似于小白炽灯珠亮度的变化。

[ 本帖最后由 LDS 于 2012-3-1 08:35 编辑 ]

LDS · 发表于 2012-3-1 08:24:59

图二的电路，也是DC和DCC兼容的，只不过把LED两两的串联起来再并联，这样的好处是每个LED的工作电流不变的情况下，总的工作电流降低一半，整车最大功耗也下降一半，电源利用率提高了，限流电阻大约消耗了整车功耗的一半。不过缺点是显著的，DC工作时调速电压要超过3.2Vx2=6.4V时LED才渐渐点亮。实际上这种电路可更多的用于DCC，因为有些车装灯4只就够了。

LDS · 发表于 2012-3-1 08:25:57

图三的电路，是DCC用的，它明显的好处是3只LED的电路功耗相当于图一中1只LED的电路功耗，降低功耗是明显的，限流电阻只约消耗了整车功耗的1/4。实际上我们使用灯带灯条内部的LED接法就是这样的（也就是为什么灯条截断时要3只LED一截了），而且它有的是把限流电阻直接做在了灯条上面。这种电路若用在DC电路里，则电压必须超过3.2Vx3=9.6V是LED才能点亮。

LDS · 发表于 2012-3-1 08:26:50

图四的电路，是DCC用的简易电路，适合车内地方有限且对车灯闪烁不在乎的情况。只是把LED数目的一半反向和另一半并联，对称用电。取消了整流桥、蓄能电容和电容充电限流电阻。因为LED本身也是一种整流器件，只是反向耐压较低罢了。LED反向并联工作，其反向承受电压只等于另一半LED的正向工作电压。而蓄能电容是只能工作在直流电路中的。这种电路若用在DC中。则只有一半LED点亮，还得电压超过3.2Vx3=9.6VLED才能点亮。

LDS · 发表于 2012-3-1 08:27:23

20Ω（10Ωx2）蓄能电容充电限流电阻是不可少的，因为在车厢放上铁轨的瞬间，电容初充电内阻为零，相当于将铁轨短路，必然在车轮和铁轨的接触点击出轻微疤痕，经常如此，就很可观了。这个电阻把蓄能电容瞬间的充电电流限制在约14V/20Ω=0.7A以下，它的阻值对正常工作电流影响很小。另外这样也减小了蓄能电容充电对整流桥和电源的冲击。

LDS · 发表于 2012-3-1 08:27:47

再有，蓄能电容是不能接在LED限流电阻后面和LED直接并联的，因为此时LED蓄能电容的充电电压=LED的工作电压，一旦断电，蓄能电容电压很快的降到LED的工作电压以下，就不能维持LED的工作电流了，LED很快熄灭，蓄能电容就起不到延时缓冲的作用了。蓄能电容只有接在LED限流电阻前面，它的充电电压= LED的工作电压+LED限流电阻上的电压降，这样蓄能电容的充电电压＞LED的工作电压，断电后蓄能电容的充电电压通过LED和LED限流电阻放电逐渐降低，LED缓慢的减亮，直至降到LED的工作电压以下时，LED才会熄灭。

LDS · 发表于 2012-3-1 08:28:45

为了便于比较，图中的电阻数据是按照图中的6只LED计算的。实际中LED可多可少，工作电流也可改变，每只LED工作电流最低可用到2mA，最大一般不要超过20mA。

当然，还有一些其它的电路，欢迎补充指正。

[ 本帖最后由 LDS 于 2012-3-1 08:30 编辑 ]

asoya · 发表于 2012-3-1 17:02:54

看样子还是三只LED串联再并联比较妥当，但是每三个一组的LED最好单独配限流电阻较好，因为有些LED，尤其是白色的，亮度不均匀，这种情况下，全部并联会导致这一情况加剧，因为并联只是保证电压一致，但电流就靠各灯的电阻特性了。

LDS · 发表于 2012-3-1 17:42:01

是这样，每串3只LED各单独用一个电阻为好。不过现在的LED生产工艺，一个大晶片同时同环境蚀刻扩散芯片在万只以上，一个1000只的包装内参数一致性非常好，我在原来的单位就是直接并联使用，个体差别很小，直观是看不出来的。再就是因为是非线性元件，它们有自均衡性，能小幅自动均衡电流。当然不是一个包装的还是不要共用限流电阻了的好。

[ 本帖最后由 LDS 于 2012-3-1 17:50 编辑 ]

buyer · 发表于 2012-3-1 18:00:39

大概查了一下资料，有现成的驱动芯片，这个电流有点大，我觉得应该还有小的：

TAC7135是一款低静态电流、低压差的
LED 恒流驱动器。输出电流范围可从100mA
到400mA 步进调节，每步值为10mA 。
无需外接任何元件即可构成一个LED 恒
流驱动电路。
内部自带软启动、温度保护、低压保护功
能。
订货信息
特性
􀁹 电流：100mA 到400mA，每10mA 一步
􀁹 电源电压范围: 2.7 V -6V
􀁹 低压差输出：150mV@350mA
􀁹 极小的静态电流：250uA
􀁹 过热保护
􀁹 软启动
􀁹 2.5V 时低压保护启动
􀁹 SOT-89-3 或 TO-252-2 封装
应用
􀁹 照明LED 驱动器

asoya · 发表于 2012-3-1 21:48:06

关键是这个芯片得多少钱，电阻才一分钱一个。

LDS · 发表于 2012-3-1 22:28:33

是，我们设计中在电压变动范围较大时才使用恒流源。
还有一种恒流二极管，有多种电流规格选择，型号是2DHxx。其有专用的电路符号，把二极管的三角换成一个圆圈就是了。
还有一种新型的电阻，类似压敏电阻，叫流敏电阻，也是稳定电流用的，还可以用来做过流保护。
价格上，电阻最便宜，1分一只，其次是流敏电阻，3-5分一只，恒流二极管5-10分一只。
另外，任何一种三端稳压器再加一只电阻都可以接成一个恒流器件，且电流可以用电阻调整。1A的三端稳压器也就几角钱。
而场效应管可直接接成恒流元件，恒流二极管就是接成恒流元件的场效应管。

[ 本帖最后由 LDS 于 2012-3-1 23:18 编辑 ]

LDS · 发表于 2012-3-1 23:16:08

正像稳压元件可以串联使用调整稳压值一样，恒流元件可以并联使用调整恒流值。
稳压元件并联使用，其稳压值只能是最小那个稳压件的稳压值，而恒流元件串联使用只能是恒流电流最小的那个恒流件的恒流值。
也就是说，稳压元件不要并联使用，恒流元件不要串联使用，否则没有意义。

buyer · 发表于 2012-3-2 00:00:58

原帖由 asoya 于 2012-3-1 21:48 发表
关键是这个芯片得多少钱，电阻才一分钱一个。

关键看成品的定价是多少钱

为了提高性能，有时候几块钱的成本也是要花的

我自己的想法，如果做灯条，一定要做带解码的

asoya · 发表于 2012-3-2 13:53:50

带解码的灯片有过，没啥市场的。想一下怎么开发机车供电这个环节更重要。
从机车引出两条线是完全可能的，通过导电车钩为客车供电，以减少列车阻力。目前的中国车钩这样的开发握手密接导电钩难度还是蛮大的。

asoya · 发表于 2012-3-2 14:01:46

对了，BWC的CRH3，里面的车灯就是中间动力车集中控制的。

现在的八针芯片，有一个是预留位没用上的，这个端口如果放开，增大电流输出能力，比如500~1000mA，则可以像后面的客车供电。
每节车按楼主的方案，有等串联的话，能耗比较低，如一组串联三个灯，5mA，四组就是12个灯，一节客车也就是20mA，20节，也不过400mA。一般玩有个十节编组就不错了。

buyer · 发表于 2012-3-2 15:07:40

原帖由 asoya 于 2012-3-2 13:53 发表
带解码的灯片有过，没啥市场的。想一下怎么开发机车供电这个环节更重要。
从机车引出两条线是完全可能的，通过导电车钩为客车供电，以减少列车阻力。目前的中国车钩这样的开发握手密接导电钩难度还是蛮大的。

站的角度不同

带解码的灯条看到过，如果是做硬质电路板，受车厢的安装位置影响，通用性很差。柔性可裁剪的或者分体式的会好一些。毕竟不可能为每一个车型制作专门的灯条。

以前卖不动，跟数码控制器少，数码车少也有关系，另外就是售价高也有关系。但综合来说，还是愿意拆车改造的人比较少。

机车引线，导电车钩，貌似不复杂，但仔细看进口车里，没有一家采用。所有在售的导电车钩，大都是采用插针式的紧密连接，无法实现自动脱钩功能！

如果能简单实现，为什么老外不去研究呢？

我想这里面一定有我们没有考虑到的因素。

buyer · 发表于 2012-3-2 15:08:33

原帖由 asoya 于 2012-3-2 13:53 发表
带解码的灯片有过，没啥市场的。想一下怎么开发机车供电这个环节更重要。
从机车引出两条线是完全可能的，通过导电车钩为客车供电，以减少列车阻力。目前的中国车钩这样的开发握手密接导电钩难度还是蛮大的。

站的角度不同

带解码的灯条看到过，如果是做硬质电路板，受车厢的安装位置影响，通用性很差。柔性可裁剪的或者分体式的会好一些。毕竟不可能为每一个车型制作专门的灯条。

以前卖不动，跟数码控制器少，数码车少也有关系，另外就是售价高也有关系。但综合来说，还是愿意拆车改造的人比较少。

机车引线，导电车钩，貌似不复杂，但仔细看进口车里，没有一家采用。所有在售的导电车钩，大都是采用插针式的紧密连接，无法实现自动脱钩功能！

如果能简单实现，为什么老外不去研究呢？

我想这里面一定有我们没有考虑到的因素。

LDS · 发表于 2012-3-2 15:45:25

原帖由 asoya 于 2012-3-2 14:01 发表
对了，BWC的CRH3，里面的车灯就是中间动力车集中控制的。

现在的八针芯片，有一个是预留位没用上的，这个端口如果放开，增大电流输出能力，比如500~1000mA，则可以像后面的客车供电。
每节车按楼主的方案， ...

增大电流输出能力是很简单的事，这个口可以去推一个功率三极管，或一个微型继电器，控制的电流不就增大了嘛。我主张推一个松下微型继电器，体积为21*12.5*5mm，负荷是30V5A，型号是PA1a。市场量大价低，只要5元钱的。还有体积小的，电流1-2A的。

[ 本帖最后由 LDS 于 2012-3-2 15:47 编辑 ]

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车厢装灯的几种电路

LED驱动需要的是恒流源，我看老外做的灯条已经不是简单的限流电阻了