Západočeská univerzita v Plzni Fakulta elektrotechnická. Autoreferát

Západoˇceská univerzita v Plzni Fakulta elektrotechnická

´t Autorefera ˇn´ı pra ´ ce Disertac

Ing. Jiˇr´ı Poucha

Plzeˇ n, 2014

Západoˇceská univerzita v Plzni Fakulta elektrotechnická Katedra aplikované elektroniky a telekomunikac´ı

´t Autorefera ˇn´ı pra ´ ce disertac ´ n´ı akademicke ´ho titulu doktor k z´ıska v oboru Elektronika Návrh bezpeˇcného dohl´ıˇzec´ıho obvodu návˇestn´ıch svˇetel se sv´ıtivými diodami Ing. Jiˇr´ı Poucha

ˇskolitel: Doc. Ing. Ivan Koneˇcn´ y, CSc. státn´ı doktorská zkouˇska: 31. ˇr´ıjna 2012 odevzdán´ı práce: 1. záˇr´ı 2014

Plzeˇ n, 2014

Disertaˇcn´ı pr´ ace byla vypracov´ ana v kombinovaném doktorském studiu na Katedˇre aplikované elektroniky a telekomunikac´ı Fakulty elektrotechnické Západoˇceské univerzity v Plzni. Uchazeˇc: Jiˇr´ı Poucha Katedra aplikované elektroniky a telekomunikac´ı Fakulta elektrotechnick´ a Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni Univerzitn´ı 26, 306 14 Plzeˇ n ˇ Skolitel: Doc. Ing. Ivan Koneˇcn´ y, CSc. Katedra aplikované elektroniky a telekomunikac´ı Fakulta elektrotechnick´ a Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni Univerzitn´ı 26, 306 14 Plzeˇ n Oponenti: 1. 2. 3. Autorefer´ at byl rozesl´ an dne: Obhajoba disertaˇcn´ı pr´ ace se kon´ a dne: pˇred komis´ı v oboru Elektronika na Fakultˇe elektrotechnické Západoˇceské univerzity v Plzni, Univerzitn´ı 26, Plzeˇ n v zasedac´ı m´ıstnosti ˇc.

v

hodin

S disertaˇcn´ı prac´ı je moˇzno se sezn´ amit na oddˇelen´ı vˇedecké v´ ychovy FEL ˇ v Plzni, Univerzitn´ı 26, EU202. ZCU Prof. Ing. Václav K˚ us, CSc. pˇredseda

Prohl´ aˇ sen´ı Pˇredkl´ ad´ am t´ımto disertaˇcn´ı pr´ aci zpracovanou v rámci doktorského studia na Katedˇre aplikované elektroniky a telekomunikac´ı Elektrotechnické fakulty Z´ apadoˇceské univerzity v Plzni k posouzen´ı a obhajobˇe. Prohlaˇsuji, ˇze jsem pr´ aci vypracoval samostatnˇe s pouˇzit´ım zdroj˚ u, uveden´ ych v seznamu literatury a ˇze jsem postupoval podle obecn´ ych zásad vˇedecké pr´ ace. V Plzni, 1.z´ aˇr´ı 2014 Jiˇr´ı Poucha

v

Anotace Tématem pr´ ace je n´ avrh bezpeˇcného dohledu sv´ıtiv´ ych diod pro ˇzelezniˇcn´ı svˇeteln´ a n´ avˇestidla, s vyuˇzit´ım fotovoltaického jevu, kter´ y vykazuj´ı i LED, aˇckoli nejsou konstruov´ any pro detekci svˇetla. Pr´ aceanalyzuje v souˇcasnosti pouˇz´ıvané principy pro bezpeˇcn´ y dohled sv´ıcen´ı LED, zaloˇzené na sledován´ı voltampérov´ ych charakteristik a jejich vyuˇzit´ı v redundantn´ım systému. Dále je diskutov´ ana problematika n´ ahrady ˇz´ arovek sv´ıtiv´ ymi diodami v klasick´ ych n´ avˇestidlech.

Abstract This dissertation introduces the basic principles of fail-safe monitoring of light emitting diodes in railway signaling applications. The monitoring uses photoelectric effect, which can be observed on the light emitting diodes, although it is not considered commonly, that they should be used as a light detecting device. This dissertation also summarizes some used principles of fail-safe monitoring of light emitting diodes, based on current-voltage characteristic measurement and its use in redundant system. The main part shows principles of LEDs’ monitoring based on the photoelectric effect and then the the replacement of light bulbs with LEDs in classic signals is discussed.

vi

vii

Obsah ´ 1 Uvod

1

2 C´ıl pr´ ace 2.1 Vlastn´ı c´ıl pr´ ace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Pracovn´ı hypotézy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2 2

3 Teoretick´ a v´ ychodiska a souˇ casn´ y stav problematiky 3.1 Technické a legislativn´ı poˇzadavky na n´ avˇestidla . . . 3.2 Sv´ıtivé diody, jejich funkce a poruchy . . . . . . . . . . 3.3 Fotoelektrick´ y jev ve sv´ıtiv´ ych diod´ ach . . . . . . . . . ˇ 3.4 Zelezniˇ cn´ı svˇeteln´ a n´ avˇestidla se sv´ıtiv´ ymi diodami . .

4 4 4 4 5

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

4 Porovn´ an´ı sv´ıtivosti sv´ıtiv´ ych diod a ˇ z´ arovky

5

5 Kontrola pomoc´ı fotoelektrick´ eho jevu 5.1 Pˇrenos svˇetla mezi sv´ıt´ıc´ı a detekuj´ıc´ı diodou . . . . . . . . . . 5.2 Rozbor vlastnost´ı mˇeˇriteln´ ych veliˇcin spjat´ ych s fotoelektrick´ ym jevem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Fotoproud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Fotovoltaické napˇet´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ nab´ıjen´ı kapacity pˇrechodu fotoproudem . . . . . . 5.2.3 Cas 5.3 transimpedanˇcn´ı pˇrevodn´ık . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Ruˇsivé vlivy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.1 Ciz´ı osvˇetlen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.2 Degradace sv´ıtiv´ ych diod . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.3 Dif´ uze dopant˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.4 Poruchy nap´ ajec´ıho mˇeniˇce . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.5 N´ avˇestn´ı fantom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 6 8 9 9 11 13 14 14 15 16 20 22

6 Z´ avˇ er 6.1 Vlastn´ı pˇr´ınos disertaˇcn´ı pr´ ace . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Doporuˇcen´ı pro pˇr´ıpadn´ y dalˇs´ı postup v b´ adán´ı . . . . . . . . . 6.3 Shrnut´ı podstatn´ ych v´ ysledk˚ u b´ ad´ an´ı . . . . . . . . . . . . . . .

22 22 23 23

7 Publikace a dalˇ s´ı odborn´ aˇ cinnost autora 7.1 Seznam publikovan´ ych prac´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Dalˇs´ı ˇcinnost autora v oblasti elektrotechniky . . . . . . . . . .

23 23 24

Resum´ e

25

Resume

26

viii

Seznam zkratek a symbol˚ u Afantom Cj d Dn,p Dpar EC EF ET EV F f h IF Ifvrel Irel IFfrel IFnom Ifv IS k n NA,D ni r Rcv Rdis rmax Rnáhrady Rˇzárovky

zes´ılen´ı fantomn´ıho odrazu po v´ ymˇenˇe ˇzárovky za náhradu. Kapacita pˇrechodu p-n. pr˚ umˇer (diametr). Dif´ uzn´ı rychlost elektron˚ u a dˇer v polovodiˇci. Paraleln´ı parazitn´ı dioda. Energie vodivostn´ıho p´ asu. Energie Fermiho hladiny Energie pasti (trap). Energie valeˇcn´ıho p´ asu. Ohnisko. Frekvence. V´ yˇska nebo Planckova konstanta (asi 6,63×10−34 J.s) Pˇredn´ı proud diodou, vˇetˇsinou pˇredn´ı proud diodou opaˇcného kan´ alu, kter´ a pr´ avˇe sv´ıt´ı. Relativn´ı fotoproud, pomˇer fotoproudu nové a degradované diody pˇri konstantn´ım osvˇetlen´ı. Pomˇern´ a (relativn´ı) sv´ıtivost. Relativn´ı faleˇsn´ y pˇredn´ı proud, zd´ anlivˇe detekovan´ y jako d˚ usledek ciz´ıho osvˇetlen´ı. Jmenovit´ y pˇredn´ı proud. Fotoelektrick´ y proud (fotovoltaick´ y). Saturaˇcn´ı proud diody. Boltzmannova konstanta(asi 1,38×10−23 J/K). Poˇcet elektron˚ u, nebo idealita diody, ve spice emission coefficient. Koncentrace donor˚ u a akceptor˚ u v polovodiˇci. Vlastn´ı (intrinzick´ a) koncentrace nosiˇc˚ u náboje. Polomˇer (r´ adius). Odpor mezi v´ yvodem control voltage a zem´ı u obvodu 555. Odpor mezi v´ yvodem discharge a ˇcasovac´ı kapacitou u obvodu 555. Nejvˇetˇs´ı polomˇer,m´ınˇeno ˇcoˇcky n´ avˇestidla Reflexivita (odrazivost) n´ ahrady Reflexivita (odrazivost) baˇ nky ˇz´ arovky.

ix

RP RS RS1 RS2 T TK UF UF0 Ufv ZV Φrel ν τn,p θi,r,t ϕH ϕV

Paraleln´ı odpor diody v propustném nebo závˇerném smˇeru. Sériov´ y odpor diody. Sériov´ y odpor hlavn´ı (sv´ıtivé) diody. Sériov´ y odpor parazitn´ı paraleln´ı diody. Teplota, vˇetˇsinou termodynamick´ a, ve v´ yrazu kT vˇzdy, v souvislosti se spice Celsiova. Temeno kolejnice, vztaˇzn´ a vodorovn´ a rovina. Pˇredn´ı napˇet´ı diody. Pˇredn´ı napˇet´ı diody v bezporuchovém stavu. Fotovoltaické napˇet´ı diody. impedance voltmetru. Relativn´ı svˇeteln´ y tok, pomˇer svˇetelného toku degradované a nové sv´ıtivé diody. Frekvence svˇetla. Doba ˇzivota nosiˇc˚ u n´ aboj˚ u. ´ Uhel dopadu, odrazu, lomu. ´ Uhlov´ a odchylka od optické osy ve vodorovné rovinˇe. ´ Uhlov´ a odchylka od optické osy ve svislé rovinˇe.

x

Obsah 1

´ Uvod

Pˇredkl´ adan´ a disertaˇcn´ı pr´ ace se zab´ yv´ a bezpeˇcn´ ym dohledem funkce sv´ıtiv´ ych diod pˇri jejich pouˇzit´ı v ˇzelezniˇcn´ıch svˇeteln´ ych návˇestidlech. Pˇr´ımo navazuje ˇ ala [38] i na pˇredchoz´ı v´ na disertaˇcn´ı pr´ aci Petra St´ yzkum perspektivn´ıch svˇeteln´ ych zdroj˚ u pro n´ avˇestidla, prov´ adˇen´ y na Katedˇre aplikované elektroniky a telekomunikac´ı [13,14,34–37]. V´ yhody sv´ıtiv´ ych diod oproti ostatn´ım zdroj˚ um svˇetla, zejména vysok´ au ´ˇcinnost a dlouh´ a ˇzivotnost vedly k jejich rychlému zaveden´ı ve vˇsech oblastech, které svˇetelné zdroje vyuˇz´ıvaj´ı, vˇcetnˇe dopravn´ıch n´ avˇestidel [33, 63]. Jejich n´ astup do ˇzelezniˇcn´ıch návˇestidel je v´ yraznˇe pomalejˇs´ı, zejména ze dvou d˚ uvod˚ u: ovl´ ad´ an´ı a bezpeˇcná kontrola funkce návˇestn´ı ˇz´ arovky jsou jednoduché a vˇsechna dosavadn´ı ˇreˇsen´ı svˇeteln´ ych návˇestidel a n´ avˇestn´ıch obvod˚ u vych´ azej´ı z vlastnost´ı ˇz´ arovky. Krátká ˇzivotnost ˇzárovky (ˇr´ adovˇe stovky aˇz tis´ıce hodin) a n´ ahl´ y charakter pˇrevaˇzuj´ıc´ı poruchy vedly pˇri v´ yvoji zabezpeˇcovac´ıch zaˇr´ızen´ı se svˇeteln´ ymi n´ avˇestidly k tomu, ˇze na svˇetelné zdroje n´ avˇestidel je a priori nahl´ıˇzeno jako na m´ alo spolehlivé, je obvyklé funkci ˇz´ arovky bezpeˇcnˇe detekovat a pˇr´ıpadnou poruchu negovat. V souˇcasnosti je prakticky vylouˇceno nahradit n´ avˇestn´ı ˇz´ arovku sv´ıtiv´ ymi diodami, aniˇz by nebyl zajiˇstˇen dohled jej´ı funkce na stejné u ´rovni bezpeˇcnosti, jako u návˇestn´ı ˇz´ arovky. Aˇckoliv je ˇz´ arovka jako svˇeteln´ y zdroj nespolehlivá, jde o prvek s v´ yraznˇe asymetrick´ ym projevem poruchy (ztr´ ata tˇesnosti, pˇreruˇsen´ı nosiˇce vlákna i pˇreruˇsen´ı elektrického spojen´ı mezi nosiˇcem a patic´ı se projevuj´ı jako pˇreruˇsen´ı vl´ akna), coˇz je z hlediska zabezpeˇcovac´ı techniky velmi v´ yhodné. U sv´ıtiv´ ych diod takovou asymetrii nenajdeme, charakter jejich poruch je r˚ uznorod´ y a detekce tˇechto poruch obt´ıˇznˇejˇs´ı. Pˇres to vˇsechno je motivace pouˇz´ıt sv´ıtivé diody v ˇzelezniˇcn´ıch návˇestidlech velmi siln´ a, hlavn´ım d˚ uvodem jsou v´ yhody ekonomické, spoˇc´ıvaj´ıc´ı ve sn´ıˇzen´ı n´ aklad˚ u na u ´drˇzbu i provoz. V souˇcasn´ ych ˇzelezniˇcn´ıch n´ avˇestidlech, která vyuˇz´ıvaj´ı sv´ıtivé diody, se poˇzadované u ´rovnˇe bezpeˇcnosti v nˇekter´ ych pˇr´ıpadech dosahuje redundanc´ı, tedy pouˇzit´ım vˇetˇs´ıho poˇctu diod, neˇz by odpov´ıdalo poˇzadovanému svˇetelnému toku. T´ım je sice pravdˇepodobnost nebezpeˇcné poruchy, spoˇc´ıvaj´ıc´ı v poklesu dohlednosti n´ avˇestidla sn´ıˇzena na pˇrijatelnou mez, ale za cenu zv´ yˇsen´ı náklad˚ u jak investiˇcn´ıch (v´ıce LED stoj´ı v´ıce), tak provozn´ıch (v´ıce LED spotˇrebuje v´ıce energie). D˚ uleˇzitou vlastnost´ı tohoto pˇr´ıstupu je, ˇze umoˇzn ˇuje pˇr´ınosy i n´ aklady pˇresnˇe kvantifikovat a vz´ ajemnˇe je vyvaˇzovat a to v bezpeˇcnostn´ı i ekonomické doménˇe. Autor se vˇsak domn´ıv´ a, ˇze jedin´ y správn´ y pˇr´ıstup je hledat ˇreˇsen´ı nejbezpeˇcnˇejˇs´ı. Snaha naj´ıt cestu k takovému ˇreˇsen´ı je hlavn´ım motivem této disertaˇcn´ı pr´ ace. Druh´ ym, neménˇe d˚ uleˇzit´ ym motivem, je skuteˇcnost, ˇze v nˇekter´ ych aplikac´ıch uveden´ y princip s redundantn´ımi sv´ıtiv´ ymi diodami nelze vyuˇz´ıt z technick´ ych pˇr´ıˇcin. Jde zejména o pˇr´ımou náhradu návˇestn´ı 1

ˇza´rovky pro st´ avaj´ıc´ı ˇcoˇckov´ a n´ avˇestidla, kter´ a vyˇzaduj´ı svˇeteln´ y zdroj, jehoˇz um´ıstˇen´ı a velikost se shoduj´ı s um´ıstˇen´ım a velikost´ı vlákna návˇestn´ı ˇzárovky. S poˇctem sv´ıtiv´ ych diod, které lze vestavˇet do prostoru odpov´ıdaj´ıc´ıho vláknu ˇza´rovky, nelze dos´ ahnout takové redundance, aby náhrada ˇzárovky byla dostateˇcnˇe bezpeˇcn´ a.

2

C´ıl pr´ ace

2.1

Vlastn´ı c´ıl pr´ ace

C´ılem pr´ ace je prozkoumat pouˇzitelnost fotometrického dohledu bezchybné funkce sv´ıtiv´ ych diod, vyuˇz´ıvaj´ıc´ıho fotoelektrického jevu pˇr´ımo v tˇechto sv´ıtiv´ ych diod´ ach. Souˇc´ ast´ı c´ıle je anal´ yza bezpeˇcnosti navrˇzeného dohledu a návrh struktury bezpeˇcného dohl´ıˇzec´ıho obvodu pro n´ ahradu n´ avˇestn´ı ˇzárovky urˇcené do konvenˇcn´ıch n´ avˇestn´ıch sv´ıtilen s ˇcoˇckovou optickou soustavou.

2.2

Pracovn´ı hypot´ ezy

1. V souˇcasnosti dostupné vysoce sv´ıtivé diody umoˇzn ˇuj´ı vytvoˇrit svˇetelný zdroj pro konvenˇcn´ı n´ avˇestn´ı sv´ıtilnu, s n´ımˇz m´ a sv´ıtilna bud’ stejné, nebo lepˇs´ı fotometrické vlastnosti neˇz s n´ avˇestn´ı ˇz´ arovkou. 2. U uvedených sv´ıtivých diod m˚ uˇze nastat nebezpeˇcn´ a porucha, pˇri n´ıˇz dojde k významnému poklesu sv´ıtivosti diody a souˇcasnˇe se pˇri této poruˇse nezmˇen´ı propustné napˇet´ı pˇri konstantn´ım proudu. Potvrzen´ı této hypotézy znamen´ a, ˇze dohled sv´ıtiv´ ych diod mˇeˇren´ım nebo komparac´ı propustného napˇet´ı pˇri nap´ ajen´ı konstantn´ım proudem nen´ı bezpeˇcn´ y ve smyslu klasick´ ych z´ asad zabezpeˇcovac´ı techniky [10, s. 12] a d˚ ukaz bezpeˇcnosti takov´ ych ˇreˇsen´ı nutnˇe vyˇzaduje kvantitativn´ı anal´ yzu bezpeˇcnosti. 3. Sv´ıtivé diody podle bodu 1 vykazuj´ı fotoelektrický jev. Ze souˇcasn´ ych znalost´ı o sv´ıtiv´ ych diod´ ach vypl´ yvá, ˇze kaˇzdá sv´ıtivá dioda vykazuje fotoelektrick´ y jev a opaˇcnˇe, ˇze nˇekteré diody vykazuj´ıc´ı fotoelektrick´ y jev jsou schopny vyr´ abˇet elektromagnetické záˇren´ı pˇr´ısluˇsné vlnové délky elektroluminiscenc´ı [2]. Pro partikulárn´ı pˇr´ıpad sv´ıtiv´ ych diod vhodn´ ych pro svˇeteln´ a n´ avˇestidla je tato hypotéza prokázaná v ˇcásti 5.1. 4. Existuje geometrické uspoˇr´ ad´ an´ı dvou nebo v´ıce sv´ıtivých diod podle bodu 1 a pomocných optických prvk˚ u (svˇetlovod˚ u, zrcadel a podobnˇe), které umoˇzn ˇuje detekovat na jedné z tˇechto diod fotoelektrický jev vyvolaný svˇetlem vys´ılaným jinou z tˇechto dvou nebo v´ıce diod. 2

Splnˇen´ı této hypotézy je dalˇs´ı nutnou podm´ınkou k u ´spˇeˇsnému sestrojen´ı n´ ahrady n´ avˇestn´ı ˇz´ arovky se sv´ıtiv´ ymi diodami, které vyuˇz´ıvaj´ı pˇr´ımého dohledu sv´ıcen´ı prostˇrednictv´ım fotoelektrického jevu. Vlastnosti tohoto uspoˇr´ ad´ an´ı vˇcetnˇe vlastnost´ı pomocn´ ych optick´ ych prvk˚ u dále ovlivˇ nuj´ı bezpeˇcnost celé n´ ahrady a mus´ı b´ yt zohlednˇeny pˇri d˚ ukazu bezpeˇcnosti n´ ahrady podle bodu 1 i v dalˇs´ıch pˇr´ıpadn´ ych aplikac´ıch v návˇestn´ı technice. Platnost hypotézy je prok´ az´ ana v ˇc´ asti 5.1. 5. Existuje uspoˇr´ ad´ an´ı splˇ nuj´ıc´ı pˇredchoz´ı bod, které nesn´ıˇz´ı extrakci svˇetla ze sv´ıtilny ve srovn´ an´ı s uspoˇr´ ad´ an´ım, které pˇr´ıtomnost fotoelektrického jevu nijak nevyuˇz´ıv´ a. Ze z´ akona zachov´ an´ı energie plyne, ˇze svˇetlo, které bude detekov´ ano na diodˇe podle bodu 4, nem˚ uˇze b´ yt vysláno ven mimo sv´ıtilnu. K detekci sv´ıcen´ı tedy mus´ı b´ yt vyuˇzito svˇetlo, které by jinak bylo zachyceno ve sv´ıtilnˇe prvky, jeˇz ve sv´ıtilnˇe b´ yt musej´ı bez ohledu na to, zda se fotoelektrick´ y jev vyuˇz´ıv´ a, ˇci nikoli. Hypotéza je prokázána v ˇc´ asti 5.1. 6. Existuje veliˇcina kvantifikuj´ıc´ı fotoelektrický jev podle bodu 4, pˇriˇcemˇz funkce vyjadˇruj´ıc´ı jej´ı z´ avislost na svˇetelném toku sv´ıtilny je v pracovn´ı oblasti sv´ıtilny ryze monot´ onn´ı. Mˇeˇren´ım nebo jinou kvantifikac´ı veliˇciny splˇ nuj´ıc´ı tyto podm´ınky lze urˇcit, zda svˇetlo vyd´ avané sv´ıtilnou skuteˇcnˇe dosahuje poˇzadované minim´ aln´ı intenzity. Podm´ınka ryz´ı monotonie znamená, ˇze ˇzádnou dalˇs´ı veliˇcinu, vnˇejˇs´ı ani vnitˇrn´ı, k rozhodnut´ı o dosaˇzen´ı minimáln´ı poˇzadované sv´ıtivosti nen´ı potˇreba. Hypotéza je prok´ azána v ˇcásti 5.2.1. 7. Zmˇena veliˇciny podle pˇredchoz´ıho bodu m´ a pˇri vˇsech uvaˇzovaných poruch´ ach stejné znaménko jako zmˇena téˇze veliˇciny pˇri zmenˇsen´ı svˇetelného toku sv´ıtilny. Je-li tato hypotéza platn´ a, pak pokud dojde k libovolné poruˇse sv´ıtivé diody, bude jej´ı porucha ch´ ap´ ana jako sn´ıˇzen´ı svˇetelného toku a následnˇe pˇrevedena bezpeˇcnˇejˇs´ım smˇerem. Hypotéza je prokázána v ˇcásti 5.2.1 pro poruchy charakteru paraleln´ıch a sériov´ ych parazitn´ıch prvk˚ u typu rezistance a dioda. Hypotéza je falzifikov´ ana pro poruchu charakteru dif´ uze pˇr´ımˇes´ı v LED v ˇc´ asti 5.4.3. 8. Sv´ıtilna s osazenou n´ ahradou podle pˇredchoz´ıch bod˚ u je stejnˇe odoln´ a proti n´ avˇestn´ımu fantomu, jako sv´ıtilna osazen´ a ˇz´ arovkou. Hypotéza je prok´ az´ ana v ˇc´ asti 5.4.5. 9. Bˇeˇzné svˇetelné zdroje vnˇe n´ avˇestn´ı sv´ıtilny neovlivn´ı bezpeˇcnost dohledu s vyuˇzit´ım fotoelektrického jevu podle pˇredchoz´ıch bod˚ u. Hypotéza je prok´ az´ ana v ˇc´ asti 5.4.1. 3

3 3.1

Teoretick´ a v´ ychodiska a souˇ casn´ y stav problematiky Technick´ e a legislativn´ı poˇ zadavky na n´ avˇ estidla

Vyhl´ aˇskou 173/1995 Sb. se vyd´ av´ a dopravn´ı ˇr´ ad drah, j´ımˇz se v oblasti svˇeteln´ ych n´ avˇestidel urˇcuj´ı z´ avaznˇe z´ akladn´ı v´ yznamy barevn´ ych svˇetel návˇestidel, dohlednosti svˇetel a jejich kolorimetrické souˇradnice. Základn´ı v´ yznamy barevn´ ych svˇetel jsou jiˇz tradiˇcn´ı: ˇcervené — st˚ uj, ˇzluté — v´ ystraha, zelené — volno, modré — posun zak´ az´ an, b´ılé — posun dovolen. Dohlednost svˇetel je urˇcena podm´ınkou viditelnosti n´ avˇestn´ıho znaku po dobu 12 s, sn´ıˇzenou v pˇr´ıpadˇe splnˇen´ı jist´ ych podm´ınek, mimo jiné pˇrenosu návˇesti na hnac´ı vozidlo, na 7 s. Nejmenˇs´ı dohlednost n´ avˇesti ze stoj´ıc´ıho vozidla je vyhláˇskou poˇzadov´ ana 100 m.

3.2

Sv´ıtiv´ e diody, jejich funkce a poruchy

Sv´ıtivé diody jsou urˇceny k pˇr´ımé pˇremˇenˇe elektrické energie na svˇetlo prostˇrednictv´ım z´ aˇrivé rekombinace na pˇrechodu p-n. Je energeticky optimáln´ı je napájet ze zdroj˚ u proudu konstantn´ım proudem podle poˇzadované sv´ıtivosti. Norma [42] pˇri anal´ yze bezpeˇcnosti poruch pˇredpokl´ ad´ a, ˇze sv´ıtivá dioda je napájena konstantn´ım proudem a ˇze pokud sv´ıt´ı, pak je na n´ı odpov´ıdaj´ıc´ı pˇredn´ı napˇet´ı. Obr´ acenˇe tato implikace neplat´ı, jak je pozdˇeji uk´ az´ ano. Kromˇe triviáln´ıch poruch, které uv´ ad´ı citovan´ a norma, doch´ az´ı pˇri degradaci sv´ıtiv´ ych diod k vytvoˇren´ı parazitn´ıch struktur, které se chovaj´ı jako dalˇs´ı paraleln´ı a sériové odpory a diody.

3.3

Fotoelektrick´ y jev ve sv´ıtiv´ ych diod´ ach

Podle autorov´ ych pozorov´ an´ı je existence fotoelektrického jevu ve sv´ıtiv´ ych diod´ ach z pohledu bˇeˇzného uˇzivatele sv´ıtiv´ ych diod obvykle neoˇcekávaná a nepˇredpokl´ adan´ a. V literatuˇre je fotoelektrick´ y jev ve sv´ıtiv´ ych diodách povaˇzov´ an za zcela samozˇrejm´ y, nicménˇe je ch´ ap´ an sp´ıˇse jako neˇzádouc´ı, zejména pˇri mˇeˇren´ı v oblasti n´ızk´ ych proud˚ u [33, s. 65]. Frank [7, s. 17] povaˇzuje vznik vnitˇrn´ıho fotoelektrického jevu pˇri oz´ aˇren´ı svˇetlem vhodné vlnové délky a fotovoltaick´ y jev na f´ azovém rozhran´ı (pˇrechodu) za jedny z hlavn´ıch vlastnost´ı polovodiˇc˚ u. Skuteˇcnosti, ˇze fotoelektrick´ y jev a elektroluminiscence jsou vzájemnˇe opaˇcné jevy, se vyuˇz´ıv´ a i pˇri diagnostice fotovoltaick´ ych ˇclánk˚ u. Fotoˇclánek se pˇripoj´ı se ke zdroji proudu a emitované infraˇcervené záˇren´ı, vzniklé elektroluminiscenc´ı se sn´ım´ a infraˇcervenou kamerou a ze z´ıskaného obrazu se vyhodnocuje struktura fotoˇcl´ anku [2, 8]. V souˇcasnosti je fotoelektrick´ y jev na sv´ıtiv´ ych diodách experimentálnˇe ovˇeˇren a empiricky pops´ an. Vzniklo nˇekolik technick´ ych ˇreˇsen´ı, která jej prakticky vyuˇz´ıvaj´ı. Bent et al. [1], stejnˇe jako Dietz et al. [4] vyuˇz´ıvaj´ı fotoelek4

trického jevu v LED pˇri poloduplexn´ı optické komunikaci, kdy táˇz LED slouˇz´ı stˇr´ıdavˇe jako vys´ılaˇc i pˇrij´ımaˇc. Vzhledem ke zkoumané problematice je v´ yznamná zejména práce Liova [16], v n´ıˇz se popisuj´ı pˇredpoklady vzniku fotoelektrického jevu ve sv´ıtiv´ ych diodách, z´ aroveˇ n je fotoelektrick´ y jev kvantifikov´ an a vyuˇzit k diagnostice bˇehem v´ yroby sv´ıtiv´ ych diod. Spoleˇcnost Alcatel v souˇcasnosti vlastn´ı patent na vyuˇzit´ı fotoelektrického jevu v ˇzelezniˇcn´ıch n´ avˇestidlech, kde je vyuˇzit ke kvantifikaci vnˇejˇs´ıho osvˇetlen´ı a zpˇetnovazebn´ımu ˇr´ızen´ı intenzity sv´ıcen´ı sv´ıtilny [51]. Protoˇze fotoelektrick´ y jev ve sv´ıtiv´ ych diod´ ach je pomˇernˇe okrajov´ y fenomén, teoreticky byl zat´ım prozkoum´ an jen m´ alo, na z´ akladˇe teoretick´ ych znalost´ı nelze vytváˇret pˇredpovˇedi a hypotézy, které by bylo moˇzno experiment´ alnˇe verifikovat. Vˇsechny práce, které jsou autorovi zn´ amy a fotoelektrick´ ym jevem v LED se zab´ yvaj´ı, usiluj´ı pˇredevˇs´ım o praktickou aplikaci a je pro nˇe postaˇcuj´ıc´ı zjiˇstˇen´ı, ˇze ve vybrané sv´ıtivé diodˇe k fotoelektrickému jevu doch´ az´ı.

3.4

ˇ Zelezniˇ cn´ı svˇ eteln´ a n´ avˇ estidla se sv´ıtiv´ ymi diodami

Sv´ıtivé diody jako zdroj svˇetla pozornosti v´ yrobc˚ u návˇestidel neunikly a tak je na trhu dostupn´ ych nˇekolik typ˚ u n´ avˇestn´ıch sv´ıtilen a svˇeteln´ ych zdroj˚ u ˇ a spoleˇcnost AZD ˇ nab´ız´ı sv´ıtilnu se sv´ıtiv´ pro n´ avˇestidla. Cesk´ ymi diodami pro ˇ 70 [46], indik´ n´ avˇestidlo AZD ator PUR [47] a sv´ıtilny do v´ ystraˇzn´ık˚ u PVL 100 [19]. Pro litevské a bˇeloruské ˇzeleznice t´ aˇz spoleˇcnost vyvinula sv´ıtilnu LLA-1, vybavenou optikou ruské spoleˇcnosti RoSAT [5]. Situace v zahraniˇc´ı je obdobn´ a, ˇrada v´ yrobc˚ u vyráb´ı sv´ıtilny s LED a dohledem na b´ azi volt´ ampérov´ ych charakteristik, nebo s dokonalejˇs´ım dohledem na b´ azi kolorimetrického senzoru.

4

Porovn´ an´ı sv´ıtivosti sv´ıtiv´ ych diod a ˇ z´ arovky

K potvrzen´ı pracovn´ı hypotézy 1 je nutné porovnat sv´ıtivosti návˇestn´ıch sv´ıtilen osazen´ ych ˇz´ arovkami a sv´ıtiv´ ymi diodami. V´ ysledky nˇekter´ ych mˇeˇren´ı jiˇz pubˇ al [38, s. 68–73], a to pro diody Luxeon Rebel Cool White 70 lm a Cree likoval St´ Xlamp MC-E Cool White 430 lm. Pro urˇcen´ı relativn´ı sv´ıtivosti novˇejˇs´ıch diod ˇ alova mˇeˇren´ı nebyly k dispozici, Luxeon Rebel Cool White 90 lm, které v dobˇe St´ byl vyroben vzorek se dvˇema uveden´ ymi sv´ıtiv´ ymi diodami Luxeon Rebel na ploˇsném spoji o tlouˇst’ce lamin´ atu 0,3 mm, opatˇren´ y chladiˇci. Vzdálenost stˇred˚ u ˇcoˇcek LED byla zmenˇsena na 4 mm. Celek chladiˇc˚ u s ploˇsn´ ym spojem byl adjustov´ an na svorn´ık M5 zalit´ y v ˇz´ arovkové patici BA20d. Nastaven´ı polohy diod v˚ uˇci patici bylo provedena pˇr´ımo v n´ avˇestn´ı sv´ıtilnˇe tak, aby svˇetlo vycházej´ıc´ı ze sv´ıtilny prom´ıtalo na st´ın´ıtku kolmém k optické ose sv´ıtilny nejmenˇs´ı kruh. Intenzita svˇetlen´ı takto osazené sv´ıtilny pak byla porovnána s intenzitou svˇetlen´ı téˇze sv´ıtilny osazené n´ avˇestn´ı ˇz´ arovkou 12 V, 20 W, ve smˇerech pˇrede5

psan´ ych normou [61]. Obˇe diody byly nap´ ajeny proudem 150 mA, ˇzárovka byla nap´ ajena jmenovit´ ym napˇet´ım 12 V. Intenzita osvˇetlen´ı byla mˇeˇrena fotodiodou Siemens BPW 21 ve fotoelektrickém reˇzimu. Fotodioda BPW 21 má spektr´ aln´ı citlivost upravenou vestavˇen´ ym filtrem tak, aby se co nejv´ıce bl´ıˇzila spektr´ aln´ı citlivosti lidského oka [66]. Fotodioda byla pˇripevnˇena na otoˇcném pˇr´ıpravku, kter´ y umoˇzn ˇuje snadné nastaven´ı smˇeru osy fotodiody v˚ uˇci ose n´ avˇestn´ı sv´ıtilny. Pro mˇeˇren´ı s dvojic´ı barevnˇe sv´ıt´ıc´ıch diod Luxeon Rebel (ˇcervená LXM2PD01-0040, zelen´ a LXML-PE01-0060, modr´ a LXML-PB01-0018 bylo upraveno geometrické uspoˇr´ ad´ an´ı diod na ploˇsném spoji tak, aby vzdálenost stˇred˚ u ˇcoˇcek byla minim´ aln´ı a ˇcinila (3,04 ± 0,30) mm, jak vypl´ yvá z v´ ykresu [68, s. 11]. Mˇeˇren´ı bylo opˇet provedeno pomoc´ı fotodiody Siemens BPW 21 ve fotoelektrickém reˇzimu. Ve sv´ıtilnˇe byla instalov´ ana pˇr´ısluˇsná barevná ˇcoˇcka, rozˇ arovka byla napájena napˇet´ım 12 V ptyln´ y ˇclen ve sv´ıtilnˇe namontov´ an nebyl. Z´ a sv´ıtivé diody proudem 200 mA kaˇzd´ a. Z v´ ysledk˚ u mˇeˇren´ı vypl´ yv´ a, ˇze pracovn´ı hypotéza 1 plat´ı, nebot’ uvedené sv´ıtivé diody Luxeon Rebel a Cree Xlamp MC-E dosahuj´ı pˇri zvoleném buzen´ı v n´ avˇestn´ı sv´ıtilnˇe vˇetˇs´ı sv´ıtivosti, neˇz n´ avˇestn´ı ˇz´ arovka.

5 5.1

Kontrola pomoc´ı fotoelektrick´ eho jevu Pˇ renos svˇ etla mezi sv´ıt´ıc´ı a detekuj´ıc´ı diodou

V ˇc´ asti 3.3 je uk´ az´ ano, ˇze prostˇrednictv´ım fotoelektrického jevu lze detekovat svˇetlo dopadaj´ıc´ı na sv´ıtivou diodu. Ve vˇsech zmiˇ novan´ ych publikac´ıch se vˇsak jedn´ a o aplikace, v nichˇz jsou sv´ıtivé diody, vys´ılaj´ıc´ı i pˇrij´ımaj´ıc´ı, orientovány proti sobˇe tak, aby jedna sv´ıtila pˇr´ımo na druhou. Ve svˇetelném návˇestidle je vˇsak situace jin´ a, je ˇza´douc´ı, aby vˇsechny diody sv´ıtily ven ze sv´ıtilny vstˇr´ıc vlaku. Z toho plyne, ˇze optické osy sv´ıtiv´ ych diod v návˇestn´ı sv´ıtilnˇe musej´ı b´ yt rovnobˇeˇzné nebo témˇeˇr rovnobˇeˇzné. Je-li tomu tak, pak vzhledem ke smˇerov´ ym vyzaˇrovac´ım charakteristik´ am sv´ıtiv´ ych diod, které jsou bud’ u ´zce smˇerové, nebo bl´ızce lambertovské, je vylouˇceno, aby se diody navzájem ozaˇrovaly sv´ ym svˇetlem. K vz´ ajemné optické vazbˇe diod s rovnobˇeˇzn´ ymi nebo pˇribliˇznˇe rovnobˇeˇzn´ ymi optick´ ymi osami je proto nutné pouˇz´ıt pˇr´ıdavn´ y optick´ y ˇclen, zrcadlo nebo svˇetlovod, kter´ y ˇc´ ast svˇetla vyzaˇrovaného sv´ıtivou diodou pˇrevede na jinou sv´ıtivou diodu, kde toto svˇetlo bude moci b´ yt detekováno. U v´ıceˇcipov´ ych sv´ıtiv´ ych diod, kde je v jednom pouzdˇre pod polokulovou ˇcoˇckou um´ıstˇeno nˇekolik ˇcip˚ u , se svˇetlo z jednoho ˇcipu ˇc´ asteˇcnˇe odr´ aˇz´ı na rozhran´ı sklo-vzduch a dopad´ a na ostatn´ı ˇcipy. Jev je schematicky zn´ azornˇen na obrázku 1 a). Pro jednoˇcipové sv´ıtivé diody, jako jsou napˇr´ıklad Luxeon Rebel, se k takové vazbˇe navrhuje pouˇz´ıt pr˚ uhlednou destiˇcku um´ıstˇenou pˇred sv´ıtiv´ ymi diodami. Na rozhran´ı vzduch-destiˇcka doch´ az´ı k ˇc´ asteˇcnému odrazu a odraˇzené svˇetlo ˇ asteˇcn´ m˚ uˇze b´ yt detekov´ ano na jiné sv´ıtivé diodˇe. C´ ym odrazem na destiˇcce a 6

v destiˇcce doch´ az´ı k ˇc´ asteˇcné ztr´ atˇe svˇetla, ale právˇe v pˇr´ıpadˇe sv´ıtiv´ ych diod Luxeon Rebel mus´ı b´ yt destiˇcka pouˇzita z toho d˚ uvodu, ˇze ˇcoˇcky sv´ıtiv´ ych diod vyrobené z mechanicky m´ alo odolného silikonu musej´ı b´ yt chránˇeny pˇred dotykem [67,68]. Uspoˇr´ ad´ an´ı diod a chod paprsk˚ u jsou schematicky znázornˇeny na obr´ azku 1 b).

a)

b)

ˇ LED Cree Xlamp MC-E. b) Rez ˇ dvojic´ı LED Luxeon Obr´ azek 1: a) Rez Rebel s pr˚ uhlednou destiˇckou. Mˇeˇr´ıtko 5:1.

Intenzitu odraˇzeného osvˇetlen´ı lze vypoˇc´ıtat se znalost´ı geometrického uspoˇrád´ an´ı LED, indexu lomu materi´ alu pr˚ uhledné destiˇcky a Fresnelov´ ych vzorc˚ u: Rs =

Rp =

n1 cos αi − n2 cos αt n1 cos αi + n2 cos αt

2

n1 cos αt − n2 cos αi n1 cos αt + n2 cos αi

2

(1)

(2)

kde Rs a Rs jsou koeficienty odrazu s- a p-polarizovaného svˇetla; n1 a n2 jsou indexy lomu prostˇred´ı pˇred a za rozhran´ım; αi , αr , αt jsou u ´hly dopadu, odrazu a lomu. Snell˚ uv z´ akon lze vyj´ adˇrit sin αr =

n1 sin αi n2

(3)

a podle z´ akona odrazu αt = αi 7

(4)

Pro nepolarizované svˇetlo, jaké vyzaˇruj´ı LED je koeficient odrazu R pr˚ umˇerem Rs a Rs : Rs + Rp (5) R= 2 Pro v´ ypoˇcet celkové intenzity odraˇzeného osvˇetlen´ı na detekuj´ıc´ı diodˇe uvaˇzujme vzd´ alenost LED a, v´ yˇsku pr˚ uhledné destiˇcky nad rovinou ˇcipu h, tvar základny ˇcoˇcky diody kruhov´ y o polomˇeru r, souˇradnice sv´ıt´ıc´ı diody [0, 0] a souˇradnice detekuj´ıc´ı diody [a, 0]. Bod dopadu odraˇzeného paprsku do roviny xy, vyˇslého ze sv´ıt´ıc´ı diody s azimutem ϕ a elevac´ı θ m´ a souˇradnice x

=

2h cos ϕ · cotg θ,

(6)

y

=

2h sin ϕ · cotg θ.

(7)

Odraˇzen´ y paprsek dopadne na detekuj´ıc´ı diodu pˇri splnˇen´ı podm´ınky: (x − a)2 + y 2 ≤ r2

(8)

Integrac´ı souˇcinu relativn´ıho svˇetelného toku LED ΦR (θ, ϕ) ve smˇeru (θ, ϕ) (radiation pattern, [68, s. 22–24]) a koeficientu refrakce R(θ) podle (5) s uvaˇzov´ an´ım identity αi = θ pro paprsky, které splˇ nuj´ı podm´ınku (8) se vypoˇcte celkov´ a relativn´ı intenzita osvˇetlen´ı detekuj´ıc´ı diody Z 2π Z π ER = R(θ) · ΦR (θ, ϕ) dθ dϕ (9) 0

−π

Numerick´ y v´ ypoˇcet rovnice 9 ukazuje, ˇze intenzita osvˇetlen´ı detekuj´ıc´ı diody odraˇzen´ ym svˇetlem sv´ıt´ıc´ı diody je pˇri zkuˇsebn´ı konfiguraci (a = 6 mm, h = 2 mm) a nomin´ aln´ıch proudech sv´ıtivou diodou rovna 400 klx, tedy v´ yraznˇe pˇrevyˇsuje moˇzn´ a ruˇsiv´ a osvˇetlen´ı, jak je d´ ale diskutováno v ˇcásti 5.4.1. Z toho, ˇze v rovnic´ıch 1–9 vystupuj´ı jako promˇenné jen geometrické veliˇciny, indexy lomu a svˇeteln´ y tok vyzaˇruj´ıc´ı diody, je zˇrejmé, ˇze intenzita osvˇetlen´ı detekuj´ıc´ı diody se v ˇcase mˇen´ı jen v z´ avislosti svˇetelném toku sv´ıt´ıc´ı diody, protoˇze index lomu pr˚ uhledné destiˇcky a geometrické uspoˇr´ adán´ı sv´ıtiv´ ych diod a této destiˇcky se bˇehem ˇzivotnosti n´ ahrady nezmˇen´ı. T´ım je prokázána platnost pracovn´ı hypotézy 4, ˇze sv´ıcen´ı diody lze detekovat pomoc´ı fotoelektrického jevu na jiné sv´ıtivé diodˇe a v d˚ usledku toho, ˇze u v´ıceˇcipov´ ych diod se pouˇz´ıvá spoleˇcn´ a ˇcoˇcka a u jednoˇcipov´ ych diod se silikonovou ˇcoˇckou se mus´ı pouˇz´ıt ochrann´ a kryc´ı destiˇcka, je prok´ az´ ana také pracovn´ı hypotéza 5 o nesn´ıˇzen´ı extrakce svˇetla ze sv´ıtilny zaveden´ım pomocn´ ych optick´ ych prvk˚ u.

5.2

Rozbor vlastnost´ı mˇ eˇ riteln´ ych veliˇ cin spjat´ ych s fotoelektrick´ ym jevem

V n´ asleduj´ıc´ıch podˇc´ astech jsou rozebr´ any vlastnosti veliˇcin, souvisej´ıc´ıch s fotoelektrick´ ym jevem ve sv´ıtiv´ ych diod´ ach, aby byla nalezena veliˇcina vyhovuj´ıc´ı pracovn´ı hypotéze 6, tedy takov´ a, jej´ıˇz z´ avislost na sv´ıtivosti sv´ıtilny je ryze monot´ onn´ı a z´ aroveˇ n se poruchy sv´ıtivé diody projev´ı bezpeˇcnˇe. 8

A

B

RS

C

i

ι E

D

RP

Cj

A

Obr´ azek 2: N´ ahradn´ı schéma LED, podle [64]. 5.2.1

Fotoproud

Pˇri osv´ıcen´ı sv´ıtivé diody svˇetlem vhodné vlnové délky dojde k vnitˇrn´ımu fotoelektrickému jevu, generuj´ı se nosiˇce n´ aboje, jsou v oblasti prostorového náboje separov´ any a mohou b´ yt vnˇe diody detekov´ any jako fotoproud, kter´ y je v této pr´ aci oznaˇcov´ an Ifv indexem fv, aby se odliˇsil od proudu pˇredn´ıho (Forward), oznaˇcovaného IF . Velikost tohoto proudu Ifv odpov´ıd´ a dopadaj´ıc´ımu záˇrivému spektráln´ımu toku Φ(λ) ve spektr´ aln´ı oblasti L, v n´ıˇz je fotodioda citlivá (λ ∈ L), zmenˇsenému n´ asoben´ım jej´ı kvantovou u ´ˇcinnost´ı η(λ): Z Φ(λ)λη(λ)|e| Ifv = dλ (10) hc L kde c je rychlost svˇetla, λ vlnov´ a délka, h Planckova konstanta a e náboj elektronu. Rovnici (10) nelze numericky vyˇc´ıslit bez zmˇeˇren´ı kvantové u ´ˇcinnosti η(λ), kter´ a z´ avis´ı na uspoˇr´ ad´ an´ı a v´ yrobn´ı technologii diody. Závislost fotoproudu na pˇredn´ım proudu se jev´ı podle oˇcek´ aván´ı jako pˇr´ımá u ´mˇera. U diod s v´ yraznˇejˇs´ım poklesem sv´ıtivosti v oblasti vˇetˇs´ıch proud˚ u se na fotoproudu projevuje i tento pokles. Z rovnice 10 a z uveden´ ych mˇeˇren´ı vypl´ yv´ a, ˇze fotoproud kvantifikuje svˇeteln´ y tok dopadaj´ıc´ı na diodu a ˇze z´ avislost fotoproudu na svˇetelném toku je rostouc´ı, ˇc´ımˇz je pro fotoproud potvrzena hypotéza 6. Rozeberme vliv zmˇen parametr˚ u vlastn´ı diody i parazitn´ıch prvk˚ u na velikost fotoproudu, mˇeˇreného mˇeˇric´ım obvodem s n´ızkou (Z → 0 Ω) impedanc´ı. Náhradn´ı schéma diody ve fotoelektrickém reˇzimu s parazitn´ımi prvky ukazuje obrázek 2. Z toho, ˇze RP a Cj jsou pasivn´ı, dioda D nedod´ av´ a proud do uzlu B a z 2. Kirchhoffova zákona pro uzly A–C vypl´ yv´ a, ˇze i ≤ ι pro jakékoliv hodnoty tˇechto prvk˚ u, ˇc´ımˇz je pro fotoproud potvrzena hypotéza 7, ˇze kaˇzd´ a uvaˇzovaná porucha pˇri vyhodnocen´ı svˇetelného toku sv´ıtilny se projev´ı jako sn´ıˇzen´ı toku. 5.2.2

Fotovoltaick´ e napˇ et´ı

Nahrad´ıme-li na obr´ azku 2 ampérmetr ide´ aln´ım voltmetrem, bude: ZV → ∞ Ω

⇒ 9

i→0A

(11)

V ust´ aleném stavu je proud mezi uzly B a C nulov´ y, fotoproud ι se rozdˇel´ı mezi D a RP V bezporuchovém stavu je odpor RP velmi vysok´ y, v ˇrádu gigaohm˚ u a mˇeˇrené fotovoltaické napˇet´ı Ufv je d´ ano pˇredevˇs´ım fotoproudem ι a voltampérovou charakteristikou diody D. Vliv sériového odporu RS lze pˇri splnˇen´ı nutné podm´ınky v implikaci 11 zanedbat. V pˇredchoz´ı ˇcásti je ukázáno, ˇze fotoproud ι je pˇr´ımo u ´mˇern´ y osvˇetlen´ı diody. Oznaˇc´ıme-li konstantu u ´mˇernosti A a dosad´ıme do Shockleyovy rovnice a logaritmujeme, dostáváme: Ufv =

kT (ln E + ln A − ln IS ) e

(12)

Fotovoltaické napˇet´ı je tedy z´ avislé na logaritmu osvˇetlen´ı, coˇz potvrzuj´ı i mˇeˇren´ı, viz graf na obr´ azku ??. Je tak splnˇena podm´ınka ryz´ı monotonie v hypotéze 6. Zmˇena fotovoltaického napˇet´ı pˇri zmˇen´ ach osvˇetlen´ı v oblasti pracovn´ıch proud˚ u vˇsak nen´ı pˇr´ıliˇs v´ yrazn´ a, coˇz m˚ uˇze ˇcinit problémy pˇri praktickém vyhodnocen´ı. Z´ aroveˇ n také v ˇcitateli zlomku pˇred závorkou vystupuje teplota T a fotovoltaické napˇet´ı by mˇelo s teplotou r˚ ust. Tento vliv je ale potlaˇcen silnou z´ avislost´ı saturaˇcn´ıho proudu IS na teplotˇe. Fotovoltaické napˇet´ı s teplotou v´ yraznˇe kles´ a a to aˇz na hodnoty, jeˇz pˇri pokojové teplotˇe odpov´ıdaj´ı sv´ıcen´ı pˇri proudech v ˇr´ adu des´ıtek miliampér˚ u, tedy desetinˇe bˇeˇzn´ ych pracovn´ıch proud˚ u. Tento jev byl podrobnˇeji zkoum´ an a jako pˇr´ıˇcina se ukázal vliv parazitn´ıch prvk˚ u v oblasti mal´ ych proud˚ u pˇri zv´ yˇsené teplotˇe. Pˇri pokojové teplotˇe je parazitn´ı prvky neprojevuj´ı ani pˇri mal´ ych proudech a graf z´ avislosti logaritmu pˇredn´ıho proudu na pˇredn´ım napˇet´ı je pˇr´ımka. Pˇri teplotˇe zv´ yˇsené na 100 ◦ C se u vˇetˇsiny zkouman´ ych diod projevily v´ yrazné odchylky od pˇr´ımky, zp˚ usobené paraleln´ım odporem a paraleln´ı diodou. Z charakteristik pˇri zv´ yˇsené teplotˇe je zˇrejmé, ˇze u vˇsech diod Luxeon a u ˇcervené diody Cree se projev´ı parazitn´ı paraleln´ı dioda, která v´ yraznˇe sn´ıˇz´ı propustné napˇet´ı pˇri malém proudu, kter´ y velikost´ı odpov´ıdá fotoproudu pˇri fotoelektrické kontrole sv´ıcen´ı. U modré diody Cree se parazitn´ı prvky neprojev´ı, charakteristika pˇri zv´ yˇsené teplotˇe je pˇr´ım´ a a posunutá o 0,2 V doleva. U b´ılé a zelené diody Cree se parazitn´ı prvky projevuj´ı i pˇri pokojové teplotˇe. Pˇredn´ı napˇet´ı sv´ıtivé diody pˇri mal´ ych proudech je závislé na teplotˇe i prostˇrednictv´ım tˇechto parazitn´ıch prvk˚ u, jejichˇz vliv je nutno chápat jako poruchu, aˇckoliv na bˇeˇznou funkci sv´ıtivé diody, tedy na sv´ıcen´ı, nemaj´ı ˇzádn´ y vliv. V tomto ch´ ap´ an´ı se jedn´ a o poruchu ve smyslu hypotézy 7, která zp˚ usob´ı zmˇenu veliˇciny kvantifikuj´ıc´ı fotoelektrick´ y jev, tedy fotovoltaického napˇet´ı, kter´ a m´ a opaˇcné znaménko, neˇz jej´ı zmˇena pˇri sn´ıˇzen´ı sv´ıtivosti sv´ıtilny. To m˚ uˇze m´ıt za mimoˇr´ adnˇe n´ızk´ ych vnˇejˇs´ıch teplot za d˚ usledek potenciálnˇe nebezpeˇcn´ y stav, kdy fotovoltaické napˇet´ı pˇri sn´ıˇzené sv´ıtivosti bude stejnˇe velké jako v bezporuchovém stavu. Pro fotovoltaické napˇet´ı tak hypotéza 7 neplat´ı.

10

5.2.3

ˇ Cas nab´ıjen´ı kapacity pˇ rechodu fotoproudem

Ve snaze o co nejvˇetˇs´ı zjednoduˇsen´ı dohlédac´ıho obvodu byl navrˇzen relaxaˇcn´ı oscil´ ator, vyuˇz´ıvaj´ıc´ı paraleln´ıho spojen´ı zdroje fotoproudu ι a kapacity pˇrechodu Cj , viz obr´ azek ??. Princip dohlédac´ıho obvodu s relaxaˇcn´ım oscilátorem vyuˇz´ıv´ a skuteˇcnosti, ˇze k proudovému zdroji ι ≈ E je pˇripojena paraleln´ı kombinace RP | Cj , kter´ a se v oblasti velmi mal´ ych napˇet´ı (pod kolenem voltampérové charakteristiky diody D) chov´ a jako lineárn´ı jednokapacitn´ı soustava s pˇrechodovou charakteristikou na obr´ azku 3.

T

E

Obr´ azek 3: Pˇrechodov´ a charakteristika. Vliv diody se projev´ı z´ avislost´ı ust´ aleného napˇet´ı na teplotˇe, nebot’ i pˇri velmi mal´ ych napˇet´ıch proték´ a diodou D proud, jehoˇz velikost je teplotnˇe z´ avisl´ a. Intenzita osvˇetlen´ı E, j´ıˇz je u ´mˇern´ y proud ι má vliv na sklon pˇrechodové charakteristiky v poˇc´ atku, tedy rychlost nab´ıjen´ı kapacity Cj . RS ι E

D

RP

Cj

T

Obr´ azek 4: N´ ahradn´ı schéma LED, podle [64], s pˇridan´ ym vyb´ıjec´ım tranzistorem T. Jak je zˇrejmé z grafu na obr´ azku ??, veliˇcina kmitoˇcet v´ ystupu relaxaˇcn´ıho oscil´ atoru splˇ nuje podm´ınky pracovn´ı hypotézy 6. Vlivem p˚ usoben´ı parazitn´ıch prvk˚ u, popsan´ ych v ˇc´ asti 5.2.2, doch´ az´ı pˇri vyˇsˇs´ıch pracovn´ıch teplotách k vyrovn´ an´ı fotoproudu s proudem parazitn´ımi prvky a ustálen´ı napˇet´ı na diodˇe na hodnotˇe niˇzˇs´ı, neˇz je napˇet´ı na v´ yvodu cv ˇcasovaˇce. T´ım se zastav´ı oscilace. Tento stav sice splˇ nuje podm´ınky hypotézy 7, ale vyluˇcuje praktické pouˇzit´ı 11

tohoto principu s ˇcasovaˇcem 555. Navrhnout zapojen´ı vyuˇz´ıvaj´ıc´ı uveden´ y princip, které by nebylo ovlivnˇeno teplotn´ımi zmˇenami vlastnost´ı parazitn´ıch prvk˚ u a z´ aroveˇ n nebylo v´ yraznˇe sloˇzitˇejˇs´ı, se autorovi nepodaˇrilo.

12

5.3

transimpedanˇ cn´ı pˇ revodn´ık

Z ˇc´ asti 5.2.1 vypl´ yv´ a, ˇze nejvhodnˇejˇs´ı veliˇcinou pro fotoelektrick´ y dohled sv´ıcen´ı sv´ıtiv´ ych diod je fotoproud. Bezpeˇcné mˇeˇren´ı a bezpeˇcná komparace proud˚ u, které dosahuj´ı velikosti v ˇr´ adu mikroampér˚ u, nejv´ yˇse des´ıtek mikroampér˚ u je obt´ıˇzn´ a. Hlavn´ım d˚ uvodem je tokov´ y charakter proudu. Pro z´ıskán´ı lepˇs´ı pˇredstavy je vhodné pˇripomenout, ˇze v pˇr´ıpadˇe mˇeˇren´ı proudu dvˇema nezávisly ´mi ampérmetry se ampérmetry zapoj´ı do série, aby jimi protékal t´ yˇz proud a nejsou-li ide´ aln´ı (Z 6= 0), kaˇzd´ y z nich bude na jiné napˇet’ové hladinˇe. U redundantn´ıch struktur je tedy nezbytné potenciálovˇe oddˇelit proudové mˇeˇric´ı vstupy nez´ avisl´ ych kan´ al˚ u. Navrˇzen´ y z´ akladn´ı princip fotoelektrického dohledu m´ a dvoukan´ alov´ y charakter, pouˇzit´ı redundantn´ı struktury pˇri dalˇs´ım zpracov´ an´ı informace o sv´ıcen´ı se v n´ ahradˇe n´ avˇestn´ı ˇzárovky pˇredpokládá.

−

ns

u2

+

R1

A

I

R2

u1

D −

I/U +

Obr´ azek 5: Transimpedanˇcn´ı pˇrevodn´ık. K pˇreveden´ı fotoproudu na napˇet´ı byl navrˇzen transimpedaˇcn´ı zesilovaˇc s dvojit´ ym v´ ystupem, jehoˇz principi´ aln´ı schéma je na obrázku 5. Schéma vycház´ı z invertuj´ıc´ıho pˇrevodn´ıku proudu na napˇet´ı, jehoˇz funkce je obecnˇe známa. Sv´ıtiv´ a dioda je pˇripojena na invertuj´ıc´ı vstup operaˇcn´ıho zesilovaˇce I/U a je nap´ ajena ˇr´ızen´ ym zdrojem proudu I. V dobˇe, kdy dioda D nesv´ıt´ı (I = 0 A a sv´ıt´ı dioda opaˇcného kan´ alu, dioda D dod´ av´ a fotoproud do uzlu A, kde zesilovaˇc udrˇzuje nulové napˇet´ı. Zpˇetnovazebn´ı odpor pˇrevodn´ıku je rozdˇelen do 13

dvou stejnˇe velk´ ych rezistor˚ u a pˇri zhaslé diodˇe D v bezporuchovém stavu plat´ı u1 = 2u2 ,

(13)

neplatnost této rovnosti umoˇzn ˇuje nadˇrazenému obvodu detekovat poruchu zpˇetnovazebn´ıho odporu. V´ ysledky simulace poruch ve spice pro R1 = R2 = 500 kΩ, nap´ ajen´ı ±10 V, zesilovaˇc LT6016 uk´ azaly, ˇze zapojen´ı se chová bezpeˇcnˇe pˇri vˇsech uvaˇzovan´ ych poruch´ ach jeho prvk˚ u.

5.4

Ruˇ siv´ e vlivy

V této ˇc´ asti jspu rozebr´ any vnˇejˇs´ı a poruchové vlivy, které by mohly nepˇr´ıznivˇe ovlivnit bezpeˇcnost navrˇzeného dohlédac´ıho obvodu sv´ıcen´ı LED. 5.4.1

Ciz´ı osvˇ etlen´ı

V této ˇc´ asti se analyzuje vliv vnˇejˇs´ıho osvˇetlen´ı pronikaj´ıc´ıho do sv´ıtilny a dopadaj´ıc´ıho na sv´ıtivé diody um´ıstˇené v ohnisku optické soustavy. V u ´vahu je nutno vz´ıt dva moˇzné zdroje ciz´ıho osvˇetlen´ı: Slunce ve dne a reflektor lokomotivy v noci. Byla uskuteˇcnˇena dvˇe mˇeˇren´ı, jedno pro stanoven´ı vlivu Slunce a jedno pro stanoven´ı vlivu lokomotivn´ıho reflektoru. Pˇri prvn´ım mˇeˇren´ı byl mˇeˇren fotoproud generovan´ y pˇr´ım´ ym sluneˇcn´ım svˇetlem, dopadaj´ıc´ım ve smˇeru optické osy sv´ıtilny pˇri elevaci Slunce 40◦ a pˇri jasné obloze. Pˇri druhém mˇeˇren´ı byl mˇeˇren fotoproud generovan´ y osvˇetlen´ım ˇ vozidlovou halogenovou ˇz´ arovkou 70 W, pouˇz´ıvanou v reflektorech vozidel Cesk´ ych drah, um´ıstˇenou ve vzd´ alenosti 1654 mm od sv´ıtilny, coˇz je nejmenˇs´ı moˇzn´ a vzd´ alenost mezi reflektorem na vozidle a n´ avˇestn´ı sv´ıtilnou. Je uvaˇzován nejménˇe pˇr´ızniv´ y hypotetick´ y pˇr´ıpad, kdy je stˇred reflektoru v ose koleje na horn´ı hranˇe pr˚ ujezdného pr˚ uˇrezu pro neelektrizované tratˇe, návˇestn´ı sv´ıtilna je na konzole otoˇcené kolmo smˇerem ke koleji a optická osa reflektoru lokomotivy je identick´ a s optickou osou n´ avˇestn´ı sv´ıtilny (geometrické u ´daje pˇrevzaty z [12, 44].) Z tabulky je patrné, ˇze faleˇsn´ y fotoproud v pˇr´ıpadˇe noˇcn´ıho sv´ıcen´ı nepˇresahuje tˇri procenta fotoproudu v bezporuchovém stavu. Vzhledem k tomu, ˇze jde o nejménˇe pˇr´ızniv´ y pˇr´ıpad, kdy je lokomotiva jako zdroj ciz´ıho osvˇetlen´ı v tˇesné bl´ızkosti n´ avˇestidla (do 10 m), je poˇzadovaná sv´ıtivost sv´ıtilny rovna ménˇe neˇz setinˇe sv´ıtivosti poˇzadované pro plnou dohlednost, j´ıˇz odpov´ıdá fotoproud v bezporuchovém a neovlivnˇeném stavu. V uvedeném pˇr´ıpadˇe faleˇsn´ y fotoproud vyvolan´ y ciz´ım osvˇetlen´ım nem˚ uˇze nahradit fotoproud pˇri bezporuchové funkci a pˇr´ıpadn´ a porucha tak nem˚ uˇze b´ yt pˇrekryta ciz´ım osvˇetlen´ım. T´ım je pro noˇcn´ı sv´ıcen´ı prok´ az´ ana hypotéza 9. Podle normy [61] mus´ı b´ yt n´ avˇestn´ı sv´ıtilna konstruována pro dohlednost d=400 m pˇri stˇredn´ı mlze, j´ıˇz odpov´ıd´ a prostupnost atmosféry T = 0,035. Relativn´ı sv´ıtivost Irel urˇcen´ a postupem podle této normy je pˇri vynikaj´ıc´ı 14

meteorologické dohlednosti (T = 1) ve vzd´ alenosti 400 m od návˇestidla Irel =

1 1 = = 3,8 d T 0,0350,4

(14)

tedy 3,8kr´ at vˇetˇs´ı, neˇz je nutné pro dosaˇzen´ı poˇzadované dohlednosti 400 m. Z toho plyne, ˇze sv´ıtivost n´ avˇestidla se m˚ uˇze sn´ıˇzit aˇz 3,8krát, aniˇz by jeho dohlednost pˇri vynikaj´ıc´ı meteorologické dohlednosti klesla pod poˇzadovanou mez. Nejménˇe pˇr´ızniv´ y pˇr´ıpad ovlivnˇen´ı ciz´ım osvˇetlen´ım nastává právˇe pˇri vynikaj´ıc´ı dohlednosti, kdy sluneˇcn´ı svˇetlo nen´ı tlumeno pr˚ uchodem atmosférou. Aby sluneˇcn´ı svˇetlo zakrylo nebezpeˇcnou poruchu poklesu dohlednosti sv´ıtilny pod poˇzadovan´ ych 400 m, muselo by vyrovnat“ pokles fotoproudu z 1/3, 8 = ” 26 % zpˇet na jmenovitou hodnotu. To vˇsak podle tˇret´ıho sloupce sloupce tabulky m˚ uˇze jen pro zelenou sv´ıtilnu, nebot’ namˇeˇren´ y faleˇsn´ y fotoproud u vˇsech ostatn´ıch barev dosahuje v´ yraznˇe ménˇe, neˇz potˇrebn´ ych 74 %. Pro sv´ıtilnu zelené barvy lze provést jeˇstˇe zpˇresnˇen´ı, vycházej´ıc´ı z geometrick´ ych vlastnost´ı sv´ıtilny. Pr˚ umˇer v´ ystupn´ı ˇcoˇcky sv´ıtilny je 200 mm, délka st´ın´ıtka ˇcin´ı 500 mm. St´ın´ıtko je sklonˇeno o tˇri stupnˇe dol˚ u [12]. Slunce pak m˚ uˇze b´ yt nejv´ yˇse 20◦ nad obzorem, aby mohlo osv´ıtit v´ ystupn´ı optiku sv´ıtilny. Protoˇze u ´tlum atmosféry odpov´ıd´ a 1/ cos z, kde z je zenitová u ´hlová vzd´ alenost [11], je relativn´ı faleˇsn´ y fotoproud pro zelené svˇetlo pˇrepoˇcten´ y z mˇeˇren´ı pˇri elevaci 40◦ na elevaci 20◦ roven 47 %. To je také v´ yraznˇe ménˇe, neˇz 74 %. T´ım je pro denn´ı sv´ıcen´ı prok´ az´ ana hypotéza 9. 5.4.2

Degradace sv´ıtiv´ ych diod

Tato ˇc´ ast diskutuje vliv postupné degradace sv´ıtiv´ ych diod na vlastnosti fotoelektrického dohledu prostˇrednictv´ım fotoproudu. Kromˇe vlastn´ıch mˇeˇren´ı ˇ alovˇe disertaci [38, ˇcást 6.2]. vych´ az´ı z mˇeˇren´ı proveden´ ych ve St´ Z literatury [18, 33, 65] je zn´ amo, ˇze sv´ıtivost sv´ıtiv´ ych diod klesá s doˇ alov´ bou jejich sv´ıcen´ı a to t´ım rychleji, pˇri ˇc´ım vyˇsˇs´ı teplotˇe pracuj´ı. Ze St´ ych mˇeˇren´ı [38, s. 114] vypl´ yv´ a, ˇze degradace se na voltampérové charakteristice projevuje souˇcasnˇe jako pokles parazitn´ıho paraleln´ıho odporu Rp a vzr˚ ust sériového odporu RS , ve smyslu uvedeném v v ˇcásti 3.2. Z toho lze usuzovat, ˇze degradace nebude m´ıt vliv na funkci dohledu prostˇrednictv´ım fotoproudu podle ˇc´ asti 5.2.1, nebot’ pˇri mˇeˇren´ı fotoproudu se samotn´ y paraleln´ı parazitn´ı odpor neuplatn´ı v˚ ubec, protoˇze je na nˇem udrˇzováno nulové napˇet´ı a sériov´ y parazitn´ı odpor se vzhledem ke své velikosti uplatn´ı jen zanedbatelnˇe. Z hlediska zabezpeˇcovac´ı techniky je v´ yznamné, ˇze jakékoli zv´ yˇsen´ı sériového parazitn´ıho odporu se projev´ı jako sn´ıˇzen´ı fotoproudu, protoˇze dojde ke zv´ yˇsen´ı napˇet´ı na zdroji fotoproudu, oznaˇcme je podle obr´ azku 2 UABC jako napˇet´ı v uzlech A, B, C. T´ım se zvˇetˇs´ı i proud paraleln´ım parazitn´ım odporem RP a zvˇetˇs´ı se sice mal´ y, ale pˇresto kladn´ y proud diodou D. Je zˇrejmé, ˇze pˇri nenulovém sériovém parazitn´ım odporu se bezpeˇcnˇe, to jest jako sn´ıˇzen´ı fotoproudu, projev´ı i sn´ıˇzen´ı paraleln´ıho parazitn´ıho odporu. 15

Pro ujiˇstˇen´ı skuteˇcného vlivu degradace sv´ıtiv´ ych diod byl zmˇeˇrena závislost relativn´ıho fotoproudu Ifvrel pˇri konstantn´ı intenzitˇe osvˇetlen´ı definovaného Ifv degradovaná , (15) Ifvrel = Ifv nová E=konst. kde Ifv jsou pˇr´ısluˇsné fotoproudy degradované, resp. nové sv´ıtivé diody pˇri konstantn´ım osvˇetlen´ı, na stupni degradace, kter´ y je vyjádˇren jako relativn´ı svˇeteln´ y tok degradované sv´ıtivé diody oproti svˇetelnému toku nové (nedegradované) diody pˇri konstantn´ım proudu: Φ degradovaná Φrel = , (16) Φ nová I=konst. Z grafu na obr´ azku 6 je zˇrejmé, ˇze degradace sv´ıtivé diody, pˇri n´ıˇz docház´ı ke sn´ıˇzen´ı svˇetelného toku o ˇctvrtinu aˇz o tˇretinu, se na schopnosti generovat fotoproud projev´ı jen nˇekolika procenty, ˇc´ımˇz se potvrzuje hypotéza uvedená na zaˇc´ atku této ˇc´ asti, ˇze podstatn´ a ˇc´ ast degradac´ı, které se projevuj´ı jako zv´ yˇsen´ı sériového parazitn´ıho odporu a sn´ıˇzen´ı paraleln´ıho parazitn´ıho odporu se pˇri mˇeˇren´ı, nem´ a velk´ y vliv na mˇeˇren´ı fotoproudu. Nˇekolikaprocentn´ı sn´ıˇzen´ı fotoproudu, které bylo namˇeˇreno, lze pˇripsat vzniku kombinované poruchy, která se elektricky chov´ a jako dalˇs´ı sériovo-paraleln´ı kombinace parazitn´ıch odpor˚ ua zdroje fotoproudu,pˇripojen´ a paralelnˇe k vlastn´ı sv´ıtivé diodˇe. Pˇresná identifikace charakteru této poruchy je mimo zamˇeˇren´ı této práce a nebylo j´ı vˇenováno dalˇs´ı v´ yzkumné u ´sil´ı. Porucha — degradace sv´ıtivé diody jednoho kan´ alu, která má za d˚ usledek sn´ıˇzen´ı sv´ıtivosti pˇri nap´ ajen´ı diody konstantn´ım proudem, má tedy pˇri detekci sv´ıcen´ı diody opaˇcného kan´ alu za d˚ usledek sn´ıˇzen´ı fotoproudu, projevuje se jako sn´ıˇzen´ı sv´ıtivosti diody opaˇcného kan´ alu, ˇc´ımˇz je pro tuto poruchu splnˇena hypotéza 7, ˇze porucha detekce sv´ıcen´ı se projev´ı bezpeˇcnˇe. Z charakteru degradace sv´ıtiv´ ych diod, tedy z toho, ˇze jde o pomalé a nevyhnutelné sniˇzov´ an´ı sv´ıtivosti v z´ avislosti na dobˇe sv´ıcen´ı a teplotˇe, vypl´ yvá, ˇze pro kontrolu funkce sv´ıtiv´ ych diod nem˚ uˇze b´ yt pouˇzito ˇcistˇe redundantn´ıho dvoukan´ alového principu, kdy by se porovn´ avaly hodnoty fotoproudu v jednom a druhém kan´ ale a shoda tˇechto hodnot by byla chápána jako bezporuchov´ y stav. Hroz´ı totiˇz nebezpeˇc´ı, ˇze sv´ıtivosti a fotoproudy v obou kanálech by se s ˇcasem sniˇzovaly po kroc´ıch menˇs´ıch, neˇz je rozliˇsen´ı pˇr´ısluˇsného komparátoru. ˇ alovy u Pouˇzij´ı-li se St´ ´daje [38, s. 109] a pˇredpokl´ adá-li se pˇrep´ınán´ı kanál˚ u s frekvenc´ı 100 Hz, pak relativn´ı rozd´ıl fotoproud˚ u vlivem degradace bˇehem jedné pˇrep´ınac´ı periody je 10−10 , coˇz je bˇeˇzn´ ymi komparaˇcn´ımi metodami nedetekovatelné. 5.4.3

Dif´ uze dopant˚ u

Za jednu z v´ yznamn´ ych pˇr´ıˇcin degradace LED se povaˇzuje dif´ uze dopant˚ u, pˇr´ıpadnˇe neˇcistot mezi vrstvami diody, at’ uˇz jde o mˇed’ a zinek v LED z fosfidu 16

1

Ifvrel

0, 99

0, 98

0, 6

0, 7

0, 8

0, 9

1

Φrel Obr´ azek 6: Z´ avislost relativn´ıho fotoproudu na relativn´ım svˇetelném toku (stupni degradace.) Barva znaˇcky odpov´ıd´ a barvˇe mˇeˇrené sv´ıtivé diody Luxeon Rebel.

galia [18], [33] nebo hoˇrˇc´ık v LED z nitridu galia [40]. Difuzn´ı tok J se ˇr´ıd´ı Fickov´ ym z´ akonem: −EA J = D0 e kT · ∇c, (17) kde c je koncentrace, D0 dif´ uzn´ı konstanta, EA aktivaˇcn´ı energie a kT má obvykl´ y v´ yznam souˇcinu Boltzmannovy konstanty a termodynamické teploty. Z v´ yrazu je zˇrejmé, ˇze rychlost dif´ uze a tedy i rychlost dif´ uz´ı z˚ usobené degradace (zmˇeny rozloˇzen´ı dopant˚ u a neˇcistot v diodˇe) roste s teplotou. Skuteˇcnost, ˇze LED pˇri vyˇsˇs´ı teplotˇe degraduj´ı rychleji, je zn´ am a je zmiˇ nován jiˇz v pˇredchoz´ı podˇc´ asti. Zaj´ımavé v´ ysledky v tomto smˇeru pˇrinesli Sung-nam et al. [40], jeˇz pomoc´ı iontové spektroskopie prok´ azali dif´ uzi hoˇrˇc´ıku ze základn´ı vrstvy galiumnitridové LED do aktivn´ı oblasti s kvantov´ ymi jámami, v n´ıˇz koncentrace hoˇrˇc´ıku dos´ ahla u ´rovnˇe aˇz o dva ˇr´ ady niˇzˇs´ı, neˇz byla v základn´ı vrstvˇe, z n´ıˇz hoˇrˇc´ık difundoval. Vliv tohoto zp˚ usobu degradace na schopnost sv´ıtivé diody pˇremˇen ˇovat svˇetlo na elektrick´ y proud byl zkoum´ an pomoc´ı simulac´ı v aplikaci simwindows verze 1.5.0 autora Davida Winstona. C´ılem bylo prokázat, ˇze pˇri vˇsech uvaˇzovan´ ych stupn´ıch degradace nedojde ke zv´ yˇsen´ı citlivosti LED na svˇetlo. Takovou poruchu je tˇreba podle normy [42, pˇr´ıloha C, tab. 8, ˇc. 3] vylouˇcit pro fotodiodu jako samostatnou souˇc´ astku a stejnˇe tak je tˇreba takovou poruchu vylouˇcit pro sv´ıtivou diodu pouˇzitou jako fotodiodu. Podle poznámky 25 k uvedené tabulce normy lze zv´ yˇsen´ı citlivosti fotodiody od˚ uvodnˇenˇe vylouˇcit jako ne17

pravdˇepodobné z té pˇr´ıˇciny, ˇze citlivost fotodiody z´ avis´ı na tlouˇst’ce pˇrechodu, dobˇe ˇzivota n´ aboje, a u ´rovn´ıch dotov´ an´ı. Pˇriˇcemˇz vyjma doby ˇzivota náboje tyto parametry maj´ı z˚ ustat konstantn´ı nebo se sniˇzovat. Protoˇze pouˇzit´ı sv´ıtiv´ ych diod, zejména v´ ykonov´ ych, ve fotoelektrickém reˇzimu je zcela novou aplikac´ı, kter´ a se pracovn´ımi odm´ınkami v´ yraznˇe liˇs´ı od uˇzit´ı bˇeˇzné fotodiody, je nezbytné ovˇeˇrit platnost v´ ychoz´ıch pˇredpoklad˚ u v´ yˇse uveden´ ych, zejména z toho d˚ uvodu, ˇze dif´ uze dopant˚ u, kterou norma povaˇzuje za od˚ uvodnitelnˇe nepravdˇepodobnou, je teplotnˇe závislá (viz rovnice 17) a v´ ykonové sv´ıtivé diody jsou v uvaˇzované aplikaci na rozd´ıl od bˇeˇzn´ ych fotodiod pˇri sv´ıcen´ı v´ yznamnˇe tepelnˇe zatˇeˇzov´ any. Vzhledem k tomu, ˇze pˇresn´ a struktura a sloˇzen´ı materiál˚ u uvaˇzovan´ ych LED nen´ı zn´ ama, nebylo moˇzno teoeticky zkoumat, zda v nich dif´ uze dopant˚ u prob´ıh´ a a jaké je v´ ysledn´ a zmˇena jejich struktury. V souladu se zásadami zabezpeˇcovac´ı techniky je uvaˇzov´ ano, ˇze takov´ y poruchov´ y mechanismus nastat m˚ uˇze, nen´ı-li vˇerohodnˇe zd˚ uvodnˇeno, ˇze nastat nem˚ uˇze. Protoˇze takové zd˚ uvodnˇen´ı nen´ı, pˇredpokl´ ad´ a se, ˇze k dif´ uzi dopant˚ u doj´ıt m˚ uˇze. Simulovan´ a struktura LED sest´ av´ a z 6,3 µm n-GaN, 60nm aktivn´ı vrstvy ´ s kvantov´ ymi j´ amami a 170 nm p-GaN, podle [9]. Udaje o struktuˇre aktivn´ı vrstvy v´ yrobce nepublikuje, na z´ akladˇe obecn´ ych doporuˇcen´ı v literatuˇre [33, kap. 7] a publikovan´ ych experiment˚ u s galiumnitridov´ ymi LED [30, 40] byla zvolena tlouˇst’ka vrstvy kvantové j´ amy 2 nm, tlouˇst’ka stˇeny kvantové jámy 8 nm a poˇcet kvantov´ ych jam ˇsest. Struktura LED, sloˇzen´ı a u ´roveˇ n dopován´ı jednotliv´ ych vrstev je uvedena na obr´ azku 7. Jako potenciáln´ı nebezpeˇcn´ y poruchov´ y mechanismus byla pomoc´ı simulac´ı identifikována dif´ uze donor˚ u z katody smˇerem k anodˇe. Byla simulov´ ana dioda, v n´ıˇz koncentrace donor˚ u difundovan´ ych z katody line´ arnˇe kles´ a se vzd´ alenost´ı x od rozhran´ı katoda-aktivn´ı oblast (x = 0 nm) aˇz k nulové koncentraci na konci aktivn´ı oblasti (x = 60 nm). Poˇc´ ateˇcn´ı koncentrace donor˚ u na zaˇc´ atku aktivn´ı oblasti (x = 0+) byla volena v rozsahu 1 aˇz 1015 na cm3 .

18

A

x

p-GaN

170 nm, NA = 2 × 1019 cm−3

6×2 nm i-Ga0,9 In0,1 N 5×8 nm } p-GaN, N = 1016 cm−3 A 2×4 nm 0

ND

n-GaN

6,3 µm, ND = 5 × 1017 cm−3

K Obr´ azek 7: Struktura simulované LED, vlevo prostorová závislost koncentrace dopant˚ u.

10

Ifvrel [–]

8 6 4 2

0

5

10

log ND |x=0+ [cm

15 −3

]

Obr´ azek 8: Zmˇena citlivosti LED na svˇetlo pˇri dif´ uzi dopant˚ u.

V´ ysledky simulac´ı shrnuje graf na obr´ azku 8, v nˇemˇz je závislost relativn´ıho fotoproudu (citlivosti na svˇetlo) oproti bezporuchovému stavu na koncentraci difundovan´ ych dopant˚ u pˇri konstantn´ım osvˇetlen´ı o intenzitˇe 100 mW/cm2 a vlnové délce dopadaj´ıc´ıho svˇetla 425 nm. Z grafu 8 je patrné, ˇze citlivost LED na svˇetlo pˇri vyˇsˇs´ı koncentraci difun19

dovan´ ych dopant˚ u v´ yraznˇe vzroste. Pokud takovou poruchu budeme povaˇzovat za moˇznou, coˇz je ve shodˇe s v´ ysledky Sung-Nama et al. [40], nen´ı splnˇena pracovn´ı hypotéza 7, ˇze uvaˇzovan´ a porucha se projev´ı jako detekované sn´ıˇzen´ı sv´ıtivosti sv´ıtilny. Vlastn´ı mˇeˇren´ı vlivu degradace na citlivost LED na svˇetlo, provedené na malém vzorku LED (viz obr´ azek 6) ukazuj´ı, ˇze opotˇreben´ı LED u tohoto vzorku vedlo sp´ıˇse k malému poklesu citlivosti na svˇetlo, neˇz k jej´ımu vzr˚ ustu. Pro praktické pouˇzit´ı m´ a neplatnost hypotézy 7 ten d˚ usledek, ˇze pˇri konstrukci n´ ahrady ˇz´ arovky je nezbytné vylouˇcit nebezpeˇc´ı plynouc´ı z postupného zvyˇsov´ an´ı citlivosti LED na svˇetlo, které by vyrovnalo postupn´ yu ´bytek sv´ıtivosti LED pˇri konstantn´ım proudu.

5.4.4

Poruchy nap´ ajec´ıho mˇ eniˇ ce

Navrhovan´ y zp˚ usob detekce sv´ıcen´ı LED spoˇc´ıv´ a ve stˇr´ıdavém rozsvˇecen´ı LED a kvantifikaci fotoproudu, vyvolaného sv´ıcen´ım sv´ıt´ıc´ı LED v nesv´ıt´ıc´ı LED. K realizaci toho principu mus´ı b´ yt LED nap´ ajeny takov´ ymi zdroji, které zajist´ı, ˇze v ˇcase, kdy pˇr´ısluˇsn´ a LED nem´ a sv´ıtit, nedojde k tomu, ˇze by z tohoto zdroje tekl faleˇsn´ y proud, kter´ y by ˇc´ asteˇcnˇe nebo u ´plnˇe nahradil fotoproud, jenˇz m´ a b´ yt detekov´ an v detekˇcn´ım obvodu a ani v poruchovém stavu napájec´ıho zdroje. Zdroje proudu pro LED obvykle vyuˇz´ıvaj´ı v´ ystupn´ı kondenzátor, kter´ y nap´ aj´ı LED v té ˇc´ asti sp´ınac´ıho cyklu, kdy se v pracovn´ı indukˇcnosti akumuluje energie. Pˇri pouˇzit´ı transimpedanˇcn´ıho pˇrevodn´ıku se zpˇetnovazebn´ım odporem v ˇr´ adu stovek kiloohm˚ u aˇz megaohm˚ u je pˇri obvyklé kapacitˇe v´ ystupn´ıho kondenz´ atoru v ˇr´ adu stovek nanofarad˚ u aˇz des´ıtek mikrofarad˚ u ˇcasová konstanta τ = RC této dvojice ˇcin´ı desetiny aˇz des´ıtky sekund, coˇz je doba nepˇrijatelnˇe dlouh´ a, nebot’ kontroln´ı obvod sv´ıcen´ı mus´ı po zhasnut´ı LED zaˇc´ıt pracovat v dobˇe v´ yraznˇe kratˇs´ı neˇz 10 ms. T´ım jsou vylouˇceny vˇsechny mˇeniˇce, které ke své funkci vyˇzaduj´ı v´ ystupn´ı kondenz´ ator. Topologie mˇeniˇc˚ u, které vyhovuj´ı této podm´ınce v bezporuchovém stavu, jsou dvˇe: propustn´ y sniˇzuj´ıc´ı mˇeniˇc (buck) a invertuj´ıc´ı (inverting buck-boost). Na obr´ azku 9 je uk´ az´ ano, ˇze svod drain-source sp´ınac´ıho tranzistoru sniˇzuj´ıc´ıho mˇeniˇce pr´ avˇe k vede k situaci, kter´ a mus´ı b´ yt podle pˇredchoz´ıho odstavce vylouˇcena. Modˇre je naznaˇcena cesta odpov´ıdaj´ıc´ı korektn´ımu fotoproudu, ˇcervenˇe cesta odpov´ıdaj´ıc´ı poruchovému proudu pˇri svodu sp´ınac´ıho tranzistoru. 20

RF

−

L

out

T +

Obr´ azek 9: Nebezpeˇcn´ a porucha sniˇzuj´ıc´ıho mˇeniˇce napájej´ıc´ıho LED.

Poˇzadavku, aby nap´ ajec´ı mˇeniˇc nedod´ aval faleˇsn´ y fotoproud vyhovuje invertuj´ıc´ı mˇeniˇc, jehoˇz topologie je na obr´ azku 10. Obrácen´ı polarity LED a pˇr´ısluˇsej´ıc´ı usmˇerˇ novac´ı diody m´ a za n´ asledek,ˇze fotoproud vznikaj´ıc´ı v LED m´ a opaˇcn´ y smˇer a v´ ystupn´ı napˇet´ı zesilovaˇce je kladné. Pˇr´ıpadn´ y svodov´ y proud tranzistoru T je sveden c´ıvkou L na z´ aporn´ y pól napájec´ıho zdroje a nem˚ uˇze z´ avˇernˇe polarizovanou diodou proniknout na zpˇetnovazebn´ı rezistor. Dalˇs´ı vlastnost´ı tohoto zapojen´ı je skuteˇcnost, ˇze v kombinaci se vstupn´ım usmˇerˇ novaˇcem (kter´ y je na obr´ azku idealizov´ an napˇet’ov´ ym zdrojem) nem˚ uˇze doj´ıt k samovolnému ozsv´ıcen´ı LED pˇri v´ yskytu indukovan´ ych ruˇsiv´ ych napˇet´ı na nap´ ajec´ım veden´ı, na nˇeˇz upozornil Doubek ve svém pˇr´ıspˇevku [6], protoˇze LED a dioda vstupn´ıho usmˇerˇ novaˇce jsou polarizovány v opaˇcném smˇeru a bez aktivn´ıho sp´ın´ an´ı tranzistoru T se LED nem˚ uˇze samovolnˇe rozsv´ıtit.

RF

−

out

T +

L

Obr´ azek 10: Invertuj´ıc´ı mˇeniˇc pro napájen´ı LED.

21

5.4.5

N´ avˇ estn´ı fantom

Tato podˇc´ ast analyzuje vliv v´ ymˇeny n´ avˇestn´ı ˇz´ arovky za náhradu se sv´ıtiv´ ymi diodami popsané v ˇc´ asti 5.1 na n´ avˇestn´ı fantom. Návˇestn´ı fantom je jev, pˇri nˇemˇz doch´ az´ı k odrazu svˇetla dopadaj´ıc´ıho na sv´ıtilnu smˇerem ke strojvedouc´ımu, u nˇehoˇz vznik´ a faleˇsn´ y dojem sv´ıcen´ı n´ avˇestn´ı sv´ıtilny. Návˇestn´ı fantom je nebezpeˇcn´ y pˇredevˇs´ım u sv´ıtilen s povoluj´ıc´ım v´ yznamem (zelená, ˇzlut´ a, b´ıl´ a). Jak je patrno z pˇredchoz´ıho vysvˇetlen´ı, návˇestn´ı fantom je jev, kdy doch´ az´ı vlivem svˇetelného zdroje mimo n´ avˇestn´ı sv´ıtilnu ke zmˇenˇe informace ˇ arovka ve sv´ıtilnˇe nesv´ıt´ı a strojvedouc´ı bˇehen pˇrenosu do oka strojvedouc´ıho. Z´ vid´ı, ˇze sv´ıtilna sv´ıt´ı. Na pˇrenos informace o sv´ıcen´ı z klasické ˇzárovkové sv´ıtilny do ˇr´ıdic´ı logiky zabezpeˇcovac´ıho zaˇr´ızen´ı, realizované prostˇrednictv´ım závislosti mezi sv´ıtivost´ı ˇz´ arovky a stavem svˇetelného relé nemá návˇestn´ı fantom z principi´ aln´ıch d˚ uvod˚ u vliv. Protoˇze k ovlivnˇen´ı mezi ciz´ım svˇeteln´ ym zdrojem a svˇeteln´ ym relé nebo jeho funkˇcn´ı n´ ahradou nedocház´ı, neexistuje v odborné terminologii ani odpov´ıdaj´ıc´ı pojem a autor se pˇri diskuz´ıch t´ ykaj´ıc´ıch se problematiky dohledu sv´ıcen´ı n´ avˇestidel setkal i s pouˇzit´ım pojmu fantomn´ı osvˇetlen´ı ve smyslu faleˇsného ovlivnˇen´ı ciz´ım svˇeteln´ ym zdrojem, jak je zkoumáno v ˇcásti 5.4.1. Relativn´ı zmˇena velikosti n´ avˇestn´ıho fantomu Afantom pˇri v´ ymˇenˇe ˇzárovky za n´ ahradu je Rnáhrady Afantom = . (18) Rˇzárovky Rnáhrady a R ˇzárovky jsou pˇr´ısluˇsné odrazivosti. Pˇri indexech lomu baˇ nky ˇzárovky 1,50 a kryc´ı destiˇcky 1,48 je Afantom = 0,92, coˇz znamená, ˇze náhrada oproti ˇza´rovce sn´ıˇz´ı n´ avˇestn´ı fantom o osm procent. T´ım je prokázána platnost pracovn´ı hypotézy 8.

6

Z´ avˇ er

Vˇsechny pracovn´ı hypotézy, formulované v u ´vodn´ı ˇc´ asti, byly ovˇeˇreny a t´ım bylo prok´ az´ ano, ˇze vyuˇzit´ı fotoelektrického dohledu sv´ıtiv´ ych diod v ˇzelezniˇcn´ıch n´ avˇestidlech je moˇzné. Byl navrˇzen pˇrevodn´ık fotoproudu na napˇet´ı, kter´ y m˚ uˇze slouˇzit jako rozhran´ı mezi sv´ıtiv´ ymi diodami a obvodem zprostˇredkuj´ıc´ım bezpeˇcn´ y pˇrenos informace o sv´ıcen´ı sv´ıtilny do stavˇedla.

6.1

Vlastn´ı pˇ r´ınos disertaˇ cn´ı pr´ ace

Hlavn´ım pˇr´ınosem disertaˇcn´ı pr´ ace je nov´ y zp˚ usob dohledu funkce sv´ıtiv´ ych diod, kter´ y je plnˇe deduktivn´ı, tedy odvozuje informaci o sv´ıcen´ı diody z pˇr´ıtomnosti jev˚ u, které jsou d˚ usledkem toho, ˇze dioda skuteˇcnˇe sv´ıt´ı. T´ım se v´ yraznˇe odliˇsuje od dosavadn´ıch, ˇs´ıˇreji pouˇz´ıvan´ ych pˇr´ıstup˚ u, které jsou induktivn´ı, a informaci o sv´ıcen´ı diody odvozuj´ı z pˇr´ıtomnosti jev˚ u, které sv´ıcen´ı diody 22

pouze doprov´ azej´ı. Dalˇs´ım pˇr´ınosem navrˇzeného dohledu je to, ˇze umoˇzn ˇuje konstruovat n´ avˇestn´ı sv´ıtilny bez redundantn´ıho svˇetelného toku a bez dalˇs´ıch souˇc´ astek k detekci svˇetla, tedy u ´spornˇejˇs´ı. Vedlejˇs´ımi pˇr´ınosy jsou kritické zhodnocen´ı st´ avaj´ıc´ı techniky kontroly LED prostˇrednictv´ım pˇredn´ıho napˇet´ı pˇri konstantn´ım proudu, kter´ y byl u malého poˇctu LED v jedné sv´ıtilnˇe vyhodnocen jako nedostateˇcnˇe bezpeˇcn´ y a s t´ım souvisej´ıc´ı návrh v´ıcebodové kontroly LED pˇri nap´ ajen´ı zvlnˇen´ ym proudem.

6.2

Doporuˇ cen´ı pro pˇ r´ıpadn´ y dalˇ s´ı postup v b´ ad´ an´ı

Pˇri zkoum´ an´ı vlivu teploty na funkci relaxaˇcn´ıho oscilátoru bylo zjiˇstˇeno, ˇze ve sv´ıtivé diodˇe se pˇri zv´ yˇsené teplotˇe projev´ı dalˇs´ı parazitn´ı prvky. Jejich vliv na vlastn´ı funkci sv´ıtivé diody i na funkci navrˇzeného dohl´ıˇzec´ıho obvodu s transimpedanˇcn´ım zesilovaˇcem je zanedbateln´ y, pˇresto by bylo vhodné hloubˇeji prozkoumat jejich vznik a vlastnosti. Dalˇs´ım oˇcekávan´ ym krokem je vyvinut´ı n´ ahrady n´ avˇestn´ı ˇz´ arovky vyuˇz´ıvaj´ıc´ı navrˇzené kontroly funkce sv´ıcen´ı.

6.3

Shrnut´ı podstatn´ ych v´ ysledk˚ u b´ ad´ an´ı

Disertaˇcn´ı pr´ ace prokazuje existenci fotoelektrického jevu ve sv´ıtiv´ ych diodách a navrhuje jeho vyuˇzit´ı pro kontrolu funkce sv´ıtiv´ ych diod v náhradˇe návˇestn´ı ˇz´ arovky, kde z prostorov´ ych d˚ uvod˚ u nem˚ uˇze b´ yt uplatnˇena redundance sv´ıtiv´ ych diod. Ukazuje, ˇze nejvhodnˇejˇs´ı mˇeˇritelnou veliˇcinou je fotoproud a dokazuje, ˇze vˇsechny uvaˇzované poruchy se projevuj´ı bezpeˇcnˇejˇs´ım smˇerem, jako pokles sv´ıtivosti sv´ıtilny. D´ ale je prok´ az´ ano, ˇze navrˇzen´ y zp˚ usob nen´ı nebezpeˇcnˇe ovlivnˇen ani ciz´ım osvˇetlen´ım, ani kol´ıs´ an´ım teploty. Dále bylo zjiˇstˇeno, ˇze navrˇzen´ y zp˚ usob m˚ uˇze b´ yt nebezpeˇcnˇe ovlivnˇen dif´ uz´ı dopant˚ u ve struktuˇre LED.

7

Publikace a dalˇ s´ı odborn´ aˇ cinnost autora

7.1

Seznam publikovan´ ych prac´ı

• Koneˇcn´ y, I.; Hlouˇsek, P.; Poucha, J.: Koncept bezpeˇcnosti bezpeˇcného ” elektrooptického dohl´ıˇzec´ıho obvodu ˇzelezniˇcn´ıho návˇestidla s v´ ykonov´ ymi sv´ıtiv´ ymi diodami“, In K aktu´ aln´ım problém˚ um zabezpeˇcovac´ı techniky v dopravˇe VII, Plzeˇ n 22. kvˇetna 2012. •

Use of inherent physical properties of LED for their safe monitoring in ” railway signaling“, In Applied Electronics, Plzeˇ n, 5.–7. záˇr´ı 2012, Západoˇcesk´ a univerzita v Plzni, ISSN 1803-7232, ISBN 978-80-261-0038-6,

•

Single LED failure detection using I-V characteristic slope in railway sig” nals“, In Applied Electronics 2013, Plzeˇ n, 10.–12. záˇr´ı 2013, Západoˇceská univerzita v Plzni, ISSN 1803-7232, ISBN 978-80-261-0166-6. 23

•

Vyuˇzit´ı PC jako PLC“, In Elektrotechnika a informatika, Neˇctiny, Zápa” doˇcesk´ a univerzita v Plzni, 4. a 5. listopadu 2009, s. 95–96, ISBN 978-807043-809-1.

•

Multitasking na Baseline mikroˇradiˇc´ıch PIC“, In Elektrotechnika a infor” matika, Neˇctiny, Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni, 3. a 4. listopadu 2010, s. 105–108, ISBN 978-80-7043-914-2.

•

Koncepce ˇzelezniˇcn´ıho svˇetelného n´ avˇestidla s LED“, In Elektrotechnika ” a informatika, Neˇctiny, Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni, 2. a 3. listopadu 2011, s. 87–88, ISBN 978-80-261-0015-7.

•

Vstupn´ı mˇeniˇc pro n´ ahradu n´ avˇestn´ı ˇz´ arovky s LED“, In: Elektrotech” nika a informatika, Neˇctiny, Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni, 7. a 8. listopadu 2012, s. 91–92.

•

Vstupn´ı mˇeniˇc pro n´ ahradu n´ avˇestn´ı ˇz´ arovky s LED (II)“, In Elektronika ” a informatika, Neˇctiny, Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni, 6. a 7. listopadu 2013, 978-80-261-0232-8, s. 77–80.

• Chov´ an´ı LED jako dvojice vys´ılaˇc — pˇrij´ımaˇc, intern´ı publikace KAE FEL, 8 s., Plzeˇ n, 2010. • Koncept bezpeˇcnosti LED ˇz´ arovky, 12 s., intern´ı publikace KAE FEL, Plzeˇ n, 2011.

7.2

Dalˇ s´ı ˇ cinnost autora v oblasti elektrotechniky

• oponent jedné kvalifikaˇcn´ı pr´ ace na Fakultˇe elektrotechnické Západoˇceské univerzity v Plzni, • vedouc´ı ˇctyˇr kvalifikaˇcn´ıch prac´ı tamtéˇz, • autor ˇr´ıdic´ıho software pro CNC ˇrezac´ı st˚ ul Delta, • autor testovac´ıho pˇr´ıstroje pro testov´ an´ı elektromagnet˚ u ˇzakársk´ ych ˇradˇen´ı, • zvané pˇredn´ aˇsky v délce 90 minut na téma v´ yroba a distribuce elektˇriny“ ” ˇ na Z´ akladn´ı ˇskole ve Velkém Senovˇ e (2000–2007).

24

Resum´ e

Disertaˇcn´ı pr´ ace se zab´ yv´ a uˇzit´ım vysoce v´ ykonn´ ych sv´ıtiv´ ych diod ve svˇeteln´ ych n´ avˇestidlech pro ˇr´ızen´ı ˇzelezniˇcn´ı dopravy. Prvotn´ım c´ılem práce je prozkoumat moˇznosti vyuˇzit´ı fotoelektrického jevu v tˇechto diodách k jejich vzájemnému dohledu pˇri pouˇzit´ı v n´ avˇestn´ı sv´ıtilnˇe, urˇcené pro klasickou návˇestn´ı ˇzárovku, kde nen´ı moˇzné k dosaˇzen´ı poˇzadované u ´rovnˇe integrity bezpeˇcnosti pouˇz´ıt prostého zv´ yˇsen´ı poˇctu sv´ıt´ıc´ıch diod z toho d˚ uvodu, ˇze do prostoru odpov´ıdaj´ıc´ıho vl´ aknu ˇz´ arovky se jich dostateˇcn´ y poˇcet nevejde. V pr´ aci je teoreticky prok´ az´ ano a mˇeˇren´ım na skuteˇcné sv´ıtivé diodˇe ovˇeˇreno, ˇze obvykle pouˇz´ıvan´ y zp˚ usob dohledu funkce sv´ıtiv´ ych diod pomoc´ı sledován´ı pˇredn´ıho napˇet´ı pˇri konstantn´ım proudu m˚ uˇze v nˇekter´ ych poruchov´ ych stavech pod´ avat faleˇsnˇe pozitivn´ı informaci o bezporuchovém sv´ıcen´ı, coˇz je u návˇest´ı s omezuj´ıc´ım v´ yznamem potenci´ alnˇe nebezpeˇcn´ y a z hlediska zabezpeˇcovac´ı techniky nepˇr´ıpustn´ y stav. Jako nové a bezpeˇcnˇejˇs´ı ˇreˇsen´ı pˇr´ımého optického dohledu je navrˇzeno vyuˇz´ıt fotoelektrick´ y jev, k nˇemuˇz docház´ı pˇri osv´ıcen´ı sv´ıtivé diody. Je uk´ az´ ano, ˇze k vz´ ajemné optické vazbˇe sv´ıtiv´ ych diod v návˇestn´ı sv´ıtilnˇe lze vyuˇz´ıt optické prvky, které ve sv´ıtilnˇe musej´ı b´ yt pˇr´ıtomny z konstrukˇcn´ıch d˚ uvod˚ u a ˇze touto optickou vazbou se nesn´ıˇz´ı svˇetelná u ´ˇcinnost sv´ıtilny oproti stavu, v nˇemˇz by fotoelektrického jevu vyuˇzito nebylo. Dále je zkoum´ ana z´ avislost elektricky mˇeˇriteln´ ych veliˇcin na svˇetelném toku sv´ıtilny a vliv vnˇejˇs´ıho prostˇred´ı ˇci pˇr´ıpadn´ ych poruch sv´ıtivé diody na tyto veliˇciny. Jako optim´ aln´ı mˇeˇriteln´ a veliˇcina je vybr´ an fotoproud a navrˇzen pˇrevodn´ık s dvojit´ ym napˇet’ov´ ym v´ ystupem, urˇcen´ y prim´ arnˇe pro pˇripojen´ı k mikrokontroléru, zajiˇst’uj´ıc´ımu bezpeˇcné vyhodnocen´ı sv´ıcen´ı sv´ıtivé diody, vyhodnocen´ı spr´ avné funkce pˇrevodn´ıku a bezpeˇcn´ y pˇrenos informace o sv´ıcen´ı sv´ıtilny do stavˇedla. Z´ aroveˇ n s n´ avrhem detekˇcn´ıho obvodu je provedena anal´ yza vlivu moˇzn´ ych poruch nap´ ajec´ıho obvodu sv´ıtivé diody a je navrˇzeno pouˇzit´ı invertuj´ıc´ıho nap´ ajec´ıho mˇeniˇc, kter´ y detekˇcn´ı obvod nebezpeˇcnˇe ovlivnit nem˚ uˇze a to pˇr´ımo z pˇr´ıˇciny své topologie. Nakonec jsou zkoum´ any faktory, u nichˇz lze pˇredpokládat moˇzné nebezpeˇcné ovlivnˇen´ı zam´ yˇsleného pouˇzit´ı sv´ıtiv´ ych diod: vnˇejˇs´ı ˇcinitelé jako návˇestn´ı fantom a vnˇejˇs´ı osvˇetlen´ı pronikaj´ıc´ı do sv´ıtilny. U obou je prokázáno, ˇze k nebezpeˇcnému ovlivnˇen´ı nedoch´ az´ı. Jako potenci´ alnˇe nebezpeˇcné vnitˇrn´ı ˇcinitele jsou identifikov´ any postupn´ a pomal´ a degradace sv´ıtiv´ ych diod, která se sice na fotoelektrickém jevu neprojev´ı, ale znemoˇzn ˇuje nahl´ıˇzet na navrˇzené zapojen´ı jako na dvoukan´ alovou redundantn´ı strukturu. Simulace závaˇzn´ ych degradac´ı zp˚ usoben´ ych dif´ uz´ı dopant˚ u ve struktuˇre sv´ıtivé diody ukázaly, ˇze nebezpeˇcnou poruchu, spoˇc´ıvaj´ıc´ı ve zv´ yˇsen´ı citlivosti sv´ıtivé diody na svˇetlo, nelze bez bliˇzˇs´ı znalosti skuteˇcné vnitˇrn´ı struktury diody vylouˇcit. 25

Resume The dissertation deals with the use of high-performance LEDs in light signals for railway traffic control. The primary objective of this work is to explore the possibilities of using photoelectric effect in these diodes to their mutual supervision when used in signal lanterns, designed for classical incandescent signal lamp, where it is not possible to achieve the required safety integrity level by simple increase in the number of LEDs on the grounds that the space corresponding lamp filament is not fit enough of them. The work theoretically proves and measuring the actual light-emitting diode verifies that the commonly used surveillance method based on monitoring the LED’s front voltage at constant current may in some fault conditions give falsely positive information about the fault-free light, which is for aspects with restrictive meaning potentially dangerous and in terms of railway interlocking inadmissible condition. As a new and safer solutions direct optical surveillance is designed to take advantage of the photoelectric effect, which occurs when light-emitting diode is illuminated. It is shown that the mutual optical coupling of light emitting diodes in the signal lantern can use optical elements in the lamp must be present for structural reasons and that this will not reduce the optical extraction efficiency of the lighting lamps compared to the situation in which the photoelectric effect would not be used. It is also investigated the dependence of electrically measurable quantities to the lamp luminous flux and the influence of the external environment or possible failures LEDs on these quantities. As the optimal measurable quantity, photocurrent is chosen, and it is designed its converter with dual voltage output, intended primarily for connection to a microcontroller providing safe evaluation of lighting LEDs, evaluate proper function of the converter and safe transmission of information about lighting lanterns in an interlocking. Along with the design of the detection circuit is analyzed the influence of possible disturbances of the power circuit LEDs and is designed to use the power inverting converter which can not dangerously affect the detection circuit. Finally, the factors investigated, which can be expected can be dangerous influence of the intended use of light-emitting diodes: external factors such as phantom aspect and external lighting penetrating into the lantern. For both it is shown that no dangerous influence there. A potentially dangerous internal factors are identified slow gradual degradation of light-emitting diodes, which, although not reflected on the photoelectric effect, but impossible to look at the proposed involvement as a two-channel redundant structure. Simulation serious degradation caused by diffusion of dopants in the structure of light-emitting diodes have shown that a dangerous failure, by increasing the sensitivity of LEDs to light, can not, without more knowledge of the actual internal structure of the diodes excluded.

26

Literatura [1] Bent, S., Moloney A., Farrell,G.: LEDs as both Optical Sources and Detectors in Bidirectional Plastic Optical Fibre Links; In: Irish Signals and ´ Systems Conference, Dublin Institute of Technology, Baile Atha Cliath, 28.–30. ˇcervna 2006. [2] Cujii, S.:Classification of Defects in Polycrystalline Si by Temperature Dependence of Electroluminescence under Forward and Reverse-biases, In Photovoltaic Specialists Conference, 2010,ISBN: 978-1-4244-5890-5, DOI: 10.1109/PVSC.2010.5616516. [3] Bulaˇseviˇc, K. A., Karpov, S. Ju.: Is Auger recombination responsible ” for the efficiency rollover in III-nitride light-emitting diodes?“ Phys. stat. solidi 5, No. 6, 2066–2069 (2008), DOI: 10.1002/pssc.200778414 [4] Dietz, P., Yerazunis, W., Leigh, D.: Very Low-Cost Sensing and Communication Using Bidirectional LEDs; Mitsubishi electric research laboratories; 2003; URL: . ˇ Praha, ˇc. 4, s. 46–49, prosinec [5] Doubek, P.: Sv´ıtilna LLA-1“, Reportér AZD ” ˇ 2012, AZD, Praha. [6] Doubek, P.: Sv´ıtilna LLA-2“, K aktu´ aln´ım problém˚ um zabezpeˇcovac´ı tech” niky v dopravˇe IX., 21. kvˇetna,2014, Plzeˇ n. [7] Frank, H.:Fyzika a technika polovodiˇc˚ u, SNTL, Praha, 1990. [8] Gvritiˇsvili, R., Simonov´ a, L., Strnadel, J.: Variation of electroluminiscent emission of solar cells in a wide temperature range, FEEC VUT, Brno, URL: , [cit. 13.XI. 2012]. [9] Hallereau, S.:Reverse costing analysis. Philips Lumileds Luxeon Rebel 100lm CW,verze 1, Nantes, System Plus Consulting, 2011. ˇ ´ Z, ˇ Praha, 2005. [10] Chud´ aˇcek, V. et al.: Zelezniˇ cn´ı zabezpeˇcovac´ı technika, VU [11] Kasten, F., Young, A. T.: Revised optical air mass tables and approxi” mation formula,“ Applied Optics 28:4735–4738,1989. [12] Kadeˇr´ avkov´ a, L., et al.: Dopravn´ı svˇeteln´ a n´ avˇestidla, Nakladatelstv´ı dopravy a spoj˚ u, Praha,1986. [13] Koneˇcn´ y, I.: Pˇrehled vlastnost´ı vysoce sv´ıtiv´ ych diod a moˇznost´ı je” jich vyuˇzit´ı v ˇzelezniˇcn´ı n´ avˇestn´ı optice“, In:K aktu´ aln´ım problém˚ um zabezpeˇcovac´ı techniky v dopravˇe II, Plzeˇ n 22. V. 2007. 27

[14] Koneˇcn´ y, I.; Hlouˇsek, P.; Poucha, J.: Koncept bezpeˇcnosti bezpeˇcného ” elektrooptického dohl´ıˇzec´ıho obvodu ˇzelezniˇcn´ıho návˇestidla s v´ ykonov´ ymi sv´ıtiv´ ymi diodami“, In:K aktu´ aln´ım problém˚ um zabezpeˇcovac´ı techniky v dopravˇe VII, Plzeˇ n 22. V. 2012. [15] Lawnik, Ch., Sch¨ utz, K., Zimmermann, D.: LED-Mehrfachsignalgeber f¨ ur ” Lichtsignale“,Signal und Draht, roˇc. 105, ˇc. 9, s. 6–9, záˇr´ı 2013, Eurailpress, Hamburg. [16] Li, P. et al.: Light emitting diode fault detection using p-n junction photovoltaic effect, Review of Scientific Instruments, vol. 80, no. 5, pp. 055108– 055108-7, kvˇeten 2009. [17] Machytka, V.: Zabezpeˇcov´ an´ı vlakové dopravy, I. L. Kober, Praha, 1938. [18] Maty´ aˇs, M.: Degradace zelených GaP elektroluminiscenˇcn´ıch diod, kan´ ˇ did´ atsk´ a disertaˇcn´ı pr´ ace, URE CSAV, Praha, 1983. [19] Miˇska, V.: LED sv´ıtilna v´ ystraˇzn´ıku PVL101, PVL102.“ In: K aktu´ aln´ım ” problém˚ um zabezpeˇcovac´ı techniky v dopravˇe IV, Plzeˇ n, 27. V. 2009. [20] Narendan, N. et al.: Solid state lighting: Failure analysis of white LEDs, J. of crystal growth, sv. 268, 4. 3-4, s. 449–456, 2004. ˇ Porovnanie svietivosti výkonových LED so svietivost’ou [21] Németh, S.: ˇ ˇziaroviek v optike n´ avestného lamp´ aˇsa AZD70,[nepublikov´ ano], Betamont, Zvolen, 2012. [22] Peiser, S. LED-Technologie in der Signaltechnik — Herausforderung f¨ ur ” die Produktstrategie“. Signal u. Draht, roˇc. 103 ˇc. 6, s. 16–21, ˇcerven 2011, Eurailpress, Hamburg. [23] Pol´ıvka , V.: Vyhodnocen´ı u ´drˇzby zabezpeˇcovac´ıho zaˇr´ızen´ı s ohledem na plnˇen´ı poˇzadavk˚ u RAMS, bakal´ aˇrsk´ a pr´ ace,Univerzita Pardubice Dopravn´ı fakulta Jana Pernera, Pardubice, 2009. [24] Poucha, J.: Use of inherent physical properties of LED for their safe ” monitoring in railway signaling“, In Applied Electronics, Plzeˇ n, 5.–7. záˇr´ı 2012, Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni, ISSN 1803-7232. [25] Poucha, J.: Single LED failure detection using I-V characteristic slope ” in railway signals“, In Applied Electronics 2013, Plzeˇ n, 10.–12. záˇr´ı 2013, Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni, ISSN 1803-7232, ISBN 978-80-261-0166-6. [26] Poucha, J.: P´ısemn´ a pr´ ace ke st´ atn´ı doktorské zkouˇsce v oboru Elektronika, Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni, 2012. 28

[27] Poucha, J.: Vstupn´ı mˇeniˇc pro n´ ahradu návˇestn´ı ˇzárovky s LED“, In ” Elektronika a informatika, Neˇctiny, Z´ apadoˇceská univerzita v Plzni, 7. a 8. listopadu 2012, 978-80-261-0119-2, s. 117–118. [28] Poucha, J.: Vstupn´ı mˇeniˇc pro n´ ahradu n´ avˇestn´ı ˇzárovky s LED (II)“, In ” Elektronika a informatika, Neˇctiny, Z´ apadoˇceská univerzita v Plzni, 6. a 7. listopadu 2013, 978-80-261-0232-8, s. 77–80. [29] Poucha, J.: Program pro ˇr´ızen´ı mˇeniˇce s LED,[ydrojov´ y kód, online, cit. 20. 3. 2013], URL:. [30] Sang-Heon, H. et al.:Effect of electron blocking layer on efficiency droop in InGaN/GaN multiple quantum well light-emitting diodes, Applied physics letters 94, 231123 ,2009, DOI: 10.1063/1.3153508. [31] Shah,J. M., Li, Y. L., Gessmann, Th., Schubert, E. F.: Experimental analysis and theoretical model for anomalously high ideality factors (n 2.0) in AlGaN/GaN p-n junction diodes. J. Appl. Phys. 94, 2627, 2003, URL:. [32] Shen, Y. C. et al: Auger recombination in InGaN measured by photoluminescence, Appl. Phys. Lett. 91, 141101, 2007, URL: < http://dx.doi.org/10.1063/1.2785135.> [33] Schubert, E. F.: Light-Emitting diodes, 2nd ed. Brit´ anie: Cambridge University Press, 2006.

Cambridge, Velká

ˇ al, P.: Problematika pˇr´ımé n´ [34] St´ ahrady návˇestn´ıch ˇzárovek v´ ykonov´ ymi ” sv´ıtiv´ ymi diodami,“ In K aktu´ aln´ım problém˚ um zabezpeˇcovac´ı techniky v dopravˇe III, Plzeˇ n, 2008. ˇ al, P.: Light Emitting Diodes in Level Crossings.“ In Applied Electronics [35] St´ ” 2008, Plzeˇ n, 2008. s. 199-202. ISBN 978-80-7043-654-7. ˇ al, P.: Uˇzit´ı v´ [36] St´ ykonov´ ych sv´ıtiv´ ych diod v zabezpeˇcovac´ıch systémech ” ˇzelezniˇcn´ıch pˇrejezd˚ u,“ In Elektrotechnika a informatika 2008, Plzeˇ n, 2008, s. 113-116. ISBN 978-80-7043-701-8. ˇ al, P.: Problematika n´ [37] St´ ahrady n´ avˇestn´ıch ˇzárovek v´ ykonov´ ymi sv´ıtiv´ ymi ” diodami ve v´ ystraˇzn´ıc´ıch PZS,“ In K aktu´ aln´ım problém˚ um zabezpeˇcovac´ı techniky v dopravˇe IV, Plzeˇ n,2009. ˇ al, P.: N´ [38] St´ ahrada n´ avˇestn´ı ˇz´ arovky s LED, disertaˇcn´ı práce, KAE FEL ˇ Plzeˇ ZCU, n, 2011. [39] Pelant, I., Valenta, J.: Luminiscenˇcn´ı spektroskopie II., Nanostruktury, elektroluminiscence, stimulovan´ a emise,Academia, Praha, 2010, ISBN 97880-200-1846-5. 29

[40] Sung-Nam, L. et al: Effects of Mg dopant on the degradation of InGaN multiple quantum wells in AlInGaN-based light emitting devices, J Electroceram, 2009, 23:406–409. [41] Vogel, R.: LED signal EU,“ In Medzin´ arodn´ a konferencia ˇzelezniˇcnej ” oznamovacej a zabezpeˇcovacej techniky,X. roˇcn´ık,Vyhné, Slovensko, 12.– 14. bˇrezna 2014. [42] Railway applications – Communication, signalling and processing systems – Safety related electronic systems for signalling Norma CENELEC 50 129, 2003. [43] LED signal EU, Dr. techn. J. Zelisko GmbH ,[online, cit. 20. IV. 2012] URL:

ˇ 70, popis produktu, AZD, ˇ [44] Svˇeteln´ a n´ avˇestidla pro ˇzeleznice typ AZD Praha, 2011. ˇ Praha, 2006. [45] Optický indik´ ator NDK 1, popis produktu, AZD, ˇ Praha, 2011. [46] N´ avˇestn´ı sv´ıtilna LED, popis produktu, AZD, ˇ Praha, 2011. [47] Promˇenný tvarový ukazatel PUR, popis produktu, AZD, ˇ e republiky ˇc. 266, ˇcástka 79, Praha, [48] Z´ akon o drah´ ach,Sb´ırka z´ akon˚ u Cesk´ 1994. ˇ Praha, 1995. [49] Vyhl´ aˇska MD ˇc. 173/1995 Sb.,, Ministerstvo dopravy CR, [50] LED with light-conversion layer, U. S. patent No. 20100117106, 2010. [51] adapting the luminous intensity of an LED based signal lamp, U. S. patent No. US7508317. [52] T100, Provoz zabezpeˇcovac´ıch zaˇr´ızen´ı, Nadas, Praha, 1980. [53] T300, Stanoven´ı rozsahu a organizaci u ´drˇzby sdˇelovac´ıch a zabezpeˇcovac´ıch zaˇr´ızen´ı, [vnitˇrn´ı pˇredpis, datové soubory a aplikace pro osobn´ı poˇc´ıtaˇc] Spr´ ava ˇzelezniˇcn´ı dopravn´ı cesty, Praha, 2009. [54] D1 Dopravn´ı a n´ avˇestn´ı pˇredpis, Spr´ ava ˇzelezniˇcn´ı dopravn´ı cesty, Praha, 2012. [55] D1, Pˇredpis pro pouˇz´ıv´ an´ı n´ avˇest´ı pˇri organizov´ an´ı a provozov´ an´ı dr´ aˇzn´ı dopravy, Jerid, Olomouc, 1997, dotisk se zmˇenou ˇc. 3, ˇr´ıjen 2003. ˇ e dr´ [56] Zmˇena pˇredpisu D1 ˇc. 1, Cesk´ ahy, Praha, 1998. [57] D1, N´ avˇestn´ı pˇredpisy, Dopravn´ı nakladatelstv´ı, Praha, 1960. 30

[58] D1, N´ avˇestn´ı pˇredpisy, Dopravn´ı nakladatelstv´ı, Praha,1960, [Zapracovány zmˇeny do roku 1971 vˇcetnˇe]. [59] D1, N´ avˇestn´ı pˇredpisy, Dopravn´ı nakladatelstv´ı, Praha, 1954. ˇ [60] XXII. N´ avˇestn´ı pˇredpisy, Ceskoslovensk´ e státn´ı dráhy, Praha, 1920. ˇ ˇ 34 2610, [61] Zelezniˇ cn´ı svˇeteln´ a n´ avˇestidla, Technick´ a norma ˇzeleznic TNZ ´ ˇ Ustˇredn´ı ˇreditelstv´ı CSD, Praha, 1992. ´ redn´ı vˇestn´ık Evropské unie L. 76, [62] Naˇr´ızen´ı Komise (ES) ˇc. 244/2009, Uˇ Brusel, 2009. ˇarovky konˇc´ı, mˇesta a obce ˇcek´ [63] Z´ a výmˇena semafor˚ u, ˇ Praha, 2009. tiskov´ a zpr´ ava, AZD, [64] Microelectronic relay Designer’s manual, International Rectifier, El Segundo, California1990. [65] Evaluating the lifetime behavior of LED systems, Philips Lumileds,[online, cit. 9. V. 2012], URL:

[66] BPW 21, [katalogov´ y list], Siemens semiconductor group, 1998. [67] LUXEON Rebel General purpose White Porfolio Datasheet DS68 20121212, Philips Lumileds, San Jose, Kalifornie 2012. [68] LUXEON Rebel Color Porfolio Datasheet DS68 20121219, Philips Lumileds, San Jose, Kalifornie 2012. [69] Narva signalizaˇcn´ı a n´ avˇestn´ı ˇz´ arovky, NBB Bohemia, Beneˇsov nad Plouˇcnic´ı, 2010. [70] Koncepce bezpeˇcnosti pro výstraˇzn´ık PZS se svˇetelným zdrojem na b´ azi terˇce s matic´ı ˇcervenˇe sv´ıt´ıc´ıch diod LED, Betamont, Zvolen, 2005. [71] Signalguard LDK 1500, [popis produktu], Siemens Schweiz, Wallisellen, 2009. [72] LED Signalling Handbook, [produktov´ a pˇr´ıruˇcka], Unipart Dorman, Southport, Velk´ a Brit´ anie, 2012. [73] FieldTrac 6335 Multicolour LED Signal, [popis produktu], Thales Transportation Systems, Stuttgart, Nˇemecko, 2012. [74] Signal products, [popis produkt˚ u], Alstom signaling, West Henrietta, New York, 2011, 160 s. 31

[75] Specification for LED Signal aspects (Main Signal) for Railway Applications, Areca embedded systems, Cherlapally, Indie, 2011. [76] Certificate of acceptance PA05/03007, Network Rail, London, Velká Brit´ anie,2013. [77] Peiser, S. LED-Technologie in der Signaltechnik — Herausforderung f¨ ur ” die Produktstrategie“. Signal u. Draht, sv. 103 ˇc. 6, s. 16–21, ˇcerven 2011. [78] UIC Leaflet 732, Principles for signalling trains routes using wayside signals, 3. vyd´ an´ı, UIC, Paris, 2002, ISBN 2-7461-0423-7. [79] LUXEON Rebel and LUXEON Rebel ES, technical datasheet 68, [katalogov´ y list], 20130718, Philips Lumileds, 2012. [80] Xlamp MC-E leds, [katalogov´ y list], CLD-DS16 Rev 10, Cree, Durham, USA, 2010. [81] [spice modely], Cree, [cit. 2. II. 2014], URL:< http://www.cree.com/˜ /media/Files/Cree/LED%20Components%20 and%20Modules /XLamp/MC%20Family/Xlamp%20MCE.txt>

[82] [spice modely], Lumileds, [cit. 2. II. 2014], URL:

32

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta elektrotechnická. Autoreferát

Recommend Documents