專利名稱：：用于led信號機電源控制模塊的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及電源類，具體涉及一種既能消除因信號電纜電壓"虛高"對信號設備帶來的隱患，又能滿足短時中斷對信號設備供電的電源。
背景技術：
：鐵路的信號設備具有供電線路長的特點，由信號電纜存在的線間電容而產生的感應電壓及電纜破損而造成的漏泄電流，俗稱電壓"虛高"。信號電纜的這種電壓"虛高"會使信號設備發生異動而易產生安全隱患。以信號機為例，LED作為一種新的光源，由于其發光強度大、顯示距離長、省電及壽命長等特點而將逐步替代現有的白熾燈信號機，但LED信號機的缺點就是易被干擾而點亮，這樣不僅對列車的安全運行構成威脅，也是這幾年來LED信號機發展緩慢的主要根源。要解決這個問題，就必須從信號機的控制電源著手，這將對電源的控制技術提出了更高的要求，既要滿足對EMC的要求又要克服電壓"虛高"產生的隱患。對于電磁兼容'EMC大家已有了比較成熟的應對方案，在這里不作贅述。如何消除電壓"虛高"產生的隱患，一直以來是比較棘手的問題，難點在于(1)"虛高"的電壓與正常工作電壓同相位同頻率，難以分辨；(2)如果把小于AC150V電壓看成電壓"虛高"而"一刀切"來中斷電源輸出，那么對于電壓暫降時控制電源將無法保持持續供電；(3)如果采用電解電容等儲能器件的蓄電來解決電壓暫降或中斷時的續電問題，那么信號燈每次斷電后還要延續一定的時間(按EMC標準需1秒)才熄滅，將會造成信號燈每次切換時雙燈齊亮1秒鐘的現象。
發明內容本實用新型的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種用于LED信號機電源控制模塊，通過在整個控制模塊中設置電源開啟控制電路，以及一個1~2秒的延時電路，有效的區分了電壓暫降和電壓"虛高"現象，從而有效地控制電源的輸出。本實用新型目的實現由以下技術方案完成一種用于LgD信號機電源控制模塊，該模塊中，外界輸入電壓經變壓器隔離降壓，送至整流濾波及作必要的電磁兼容處理后，經受控電源輸出穩定電壓，作為LED信號燈的點燈電源，其特征在于所述的受控電源的控制電路至少包括一個用來控制受控電源開啟與關閉的電源開啟控制電路，以及一個12秒的延時電路。所述電源開啟控制電路包括由R23、C13、V14組成直流基準電源，為比較器U4/1提供基準并通過R14至U4/1的"5"腳；電阻RIO、Rll、R12組成分壓電路，將外界輸入電壓VCC1的變化，送至比較器U4/1反相輸入端"4"腳；電阻R14、R13、R15組成的分壓電路，通過"2"腳的輸出狀態變化改變"5"的電壓，為比較器U4/1設計回差，使比較器U4/1在輸入下限時能獲得穩定的輸出電位并經V2送至受控電源的開關ON/OFF。所述電源開啟控制電路上連接設置有故障-安全電路，該故障-安全電路由V6、R38、V8及V18組成輸入檢測電路，其中V6接VCC1檢測輸入電壓的變化，通過R38至V8的基極控制V8的導通(或截止)使輸出電位為低(或高)并通過V5至受控電源的ON/OFF。V18接電源開啟控制電路模塊輸出端，V13"C"極經R36接V8基極，V13"基"極接至V8"C"極，構成輸出高電位時的自保電路，V5與V2組成或門電路將電源開啟控制模塊和故障-安全電路的輸出相"或"后控制受控電源。所述延時電路包括由R16、Cll組成電路延時，C11+接比較器U4/2"7"腳又經R16接故障安全電路模塊輸出端，R17、R18為分壓電路，為比較器U4/2"6"腳提供基準電壓，比較器U4/1"2"腳輸出的高電位經R16向C11充電，即比較器U4/2同相輸入端電壓逐漸上升，當超過"6"腳電壓時，比較器U4/2翻轉輸出高電位，觸發V12導通，導致V11截止，使電源開關"ON/OFF"端恢復高電位，從而使電源關閉。本實用新型的優點是，既能消除因信號電纜電壓"虛高"對信號設備帶來的隱患，又能滿足電壓暫降、短時中斷對信號設備供電的電源并能通過雷擊及EMC的各項測試，滿足鐵路電氣設備的例行試驗的要求，具有成本低、效率高的特點。圖l為本實用新型LED信號機的控制電源電原理圖；圖2為本實用新型LED信號機的控制電源原理框圖；圖3本實用新型LED信號機的控制電源原理示意圖；圖4本實用新型電源開啟控制電路示意圖5本實用新型故障一安全電路示意圖6本實用新型1.5秒延時電路示意圖。具體實施方式以下結合附圖通過實施例對本實用新型特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業技術人員的理解-經實踐發現，電壓"虛高"與電壓暫降的差別在于電壓暫降具有偶然性、突發性和短暫性(時間通常不超過l秒)；電壓"虛高"具有必然性，長態性。因此在解決電壓"虛高"和電壓暫降的問題時，將小于AC150V的電壓用時間的長、短分為兩種情況，一種情況是時間不超過l秒的電壓，看作電壓暫降；另一種是時間大于l秒的電壓，看作電壓"虛高"。如圖l、2和3所示，本實施例涉及的LED信號機的控制電源工作原理為市電AC220V經變壓器隔離降壓，送至整流濾波及作必要的電磁兼容處理后由受控電源輸出穩定的DC24V，作為LED信號燈的點燈電源。電源的輸出將受控于電源開啟控制電路及1.5S延時電路，電源兼有告警功能，通過檢測輸出電流的變化來實現報警并送出繼電器接點條件。顯然該控制電源稍作修改可用作其他信號設備。圖中涉及的電源電路及告警電路的設計應根據不同的信號設備進行選配，此為通有技術，在此不加贅述。由圖2可知，當遠端控制室送來市電(AC220V)時，由輸入隔離整流濾波模塊將市電降壓、整流和濾波后變為適配的直流電壓為24V直流穩壓電源模塊及12V輔助電源模塊供電，由于該直流電壓與市電有著較好的線性關系，故還被用作電源開啟控制電路的對市電的采樣電壓；12V輔助電源模塊得電后輸出穩定的DC12V電壓分別為電源開啟控制電路模塊、1.5S延時電路模塊及告警電路供電；此時，電源開啟控制電路模塊迅速對市電的大小作出判斷，分三種情況說明一是市電處于正常工作范圍(AC176VAC254V)，本模塊輸出零電位，而與之相"與"的1.5S延時電路模塊中的VIO、Vll始終處于導通狀態，輸出的零電位送至24V直流穩壓電源模塊的軟開關"0N/0FF"端，使電源開啟(注零電位一開啟，高電位一關閉)輸出穩定的DC24V，信號燈點亮。二是正常點燈時突遇電壓暫降(按標準規定時間不超過1秒)，此刻，電源開啟控制電路模塊因采集到市電低于正常電壓而輸出高電位，而與之相"與"的VIO、Vll還處于導通狀態，1.5S延時電路模塊將使它在1.5S后截止，由于電壓暫降的時間不超過1秒市電即恢復常態，24V直流穩壓電源模塊的軟開關"0N/0FF"端始終是零電位而處于工作狀態，從而保證了對信號燈的持續供電。三是當輸入端存在電壓"虛高"B寸，信號燈由亮至滅，同理，電源開啟控制電路模塊因采集到市電低于正常電壓("虛高"電壓小于AC150V)而輸出高電位，而與之相"與"的V10、Vll還處于導通狀態，1.5S延時電路模塊將使它在1.5S后截止，24V直流穩壓電源模塊的軟開關"0N/0FF"端經1.5S后由零電位翻轉至高電位，信號燈延時1.5S后滅燈。當下次信號燈再由亮至滅時，由于線路上電壓"虛高"還未消除，1.5S延時電路模塊將控制V10、Vll保持截止狀態，故信號燈關閉時不再有延時現象，較好地解決了電壓暫降和電壓"虛高"的矛盾。告警電路模塊在信號燈工作時，始終對信號燈的工作電流進行檢測，當信號燈故障時，燈頭內的電路使工作電流低于設定值，告警電路模塊因此輸出告警信號，送出繼電器接點條件。本實施例涉及的電源開啟控制電路及1.5S延時電路可應用在不同的信號電源中，其中的電源開啟控制電路如圖4所示，VCC1為輸入整流后的直流電壓，它的大小變化可以較好地體現輸入市電的變化，在這里被用作監測市電變化的采樣電壓。由于電源的輸入范圍是AC176VAC254V,為方便調試，開啟電壓設置在約AC170V，回差值10V左右，關閉電壓設置為約AC160V，而AC88V為暫降測試中的最低輸入電壓。表1列出了三組關鍵的參數，反映了市電與VCC1的關系。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>電源開啟控制電路的組成由R23、C13、V14組成DC2.5V的基準電源，為M/3比較器提供基準，RIO、Rll、R12為一分壓電路，將輸入市電的變化，送至比較器反相輸入端，R14、R13、R15組成分壓電路，為比較器設計回差。其基本原理為當市電由低至高升至AC170V時，由于之前的電源處于關閉狀態，比較器"2"腳出高，則比較器"5"腳的基準電壓為R14X(12-2.5)/(R13+R14+R15)+2.5二3.175V,改變R12的值，使"4"腳的電壓等于3.175V，查表l，.R12的值可由式R11X28.97V/(R10〃R12+R11)得出，由于電阻及基準等有誤差，計算值與實際值有偏差，R12取56K。當市電繼續上升時，比較器"4"腳的電壓高于"5"腳的電壓，比較器"2"腳出低，送至電源"ON/OFF"，使電源開啟，信號燈點亮，此時比較器"5"腳的基準電壓也隨著翻轉，即為R13X2.5V/(R13+R14>2.23V。當市電下降至某值時，電源關閉，此值可由式VCC1XR11/(R10〃R12+R11)=2.23V算出VCC1=21.15V，與表1的21.6V較接近，對應于市電的值約AC160V。綜上所述，電源開啟控制電路是用來指揮控制電源的開啟與關閉。電源的開啟電壓為AC170V，關閉電壓為AC160V，電路元件參數的設定符合設計要求。由圖4不難看出如果R11、R2及V2由于虛焊而斷開，或比較器損壞等原因，使得控制電源的"0N/0FF"—直為零電位，就會強迫電源始終處于開啟狀態，當線路有一定能量的感應電壓時，信號燈將被非法點亮而出現安全故障。根據故障-安全的原則，為電源開啟控制電路加設了故障-安全電路，如圖5所示。該故障-安全電路由V6、R38、V8及V18組成輸入檢測電路，其中V6接VCC1檢測輸入電壓的變化，V18接電源開啟控制電路模塊輸出端，V5與V2組成或門電路將電源開啟控制模塊和故障-安全電路的輸出相"或"后控制受控電源。下面分三個工作狀態來闡述其工作原理(1)電路完好，輸入電壓在正常工作范圍。比較器"2"腳出零，一路送控制電源"0N/0FF"，V2截止；一路送故障-安全電路，V18截止，V6為標稱20V的穩壓管，此值設計在市電大于AC160時開始擊穿，故VCC1擊穿V6，經R38使V8導通，集電極電壓被拉至地，V5截止，與V2相"或"送零至電源的"0N/0FF"，令電源打開，輸出DC24V;(2)電路完好，輸入電壓低于AC160V。比較器"2"腳出高，一路經V2送控制電源"0N/0FF"，一路送故障-安全電路。由于V2和V5組成或門電路，V2已送高電位，故障-安全電路的輸出結果已無意義，控制電源"0N/0FF"得高電位而被關閉；(3)電路故障，使比較器"2"腳輸出恒零電位。市電低于電源關閉電壓AC160V(或有感應電壓小于AC150V)。比較器輸出的零電位一路送控制電源"0N/0FF"，令V2截止；一路送故障-安全電路，使V18截止。但此時V6因VCC1電壓較低而未被擊穿，V8基極為零電位，V8截止，集電極電位抬高，另一方面通過R39使V13導通，V8基極電位被永久拉低而保持截止狀態，集電極的高電位經R42、V5送至電源"0N/0FF"端，控制電源被可靠關閉。通過上述三個方面的分析表明，故障-安全電路對電路的正常工作沒有影響，它只會在電源開啟電路發生故障時發生作用，以達到為防止因線路電壓"虛高"而使信號燈誤亮，避免產生安全事故的目的，從而實現了故障后信號設備的運行安全。上述電路雖然解決了電壓"虛高"的問題，但還不能滿足控制電源在電壓暫降時的續電要求，如何解決電壓"虛高"和電壓暫降的矛盾，即必須通過對時間參數的控制來解決。據此本實施例設置1.5秒延時電路，如圖6所示。我們可從三個方面來闡述其工作原理1、信號燈正常點燈時，電源開啟電路及故障-安全電路送來零電位，使比較器同相輸入也為零電位，而R17、R18分壓給比較器反相輸入為約4V的基準電壓，比較器輸出為零電位，單向可控硅V12不導通，Vll導通。穩壓管V9的作用是輸入小于AC50V時，VCC2的電壓不足于擊穿V9而使V10導通，但在信號燈正常點燈時，V9始終被擊穿，V10—直處于導通狀態。控制電源的"0N/0FF"始終是零電位，電源正常開啟。2、信號燈正常點燈時突遇電壓暫降，電源開啟電路及故障-安全電路送來高電位，但由于此刻，V10、Vll還處于導通狀態，電源"0N/0FF"端被拉為低電位，控制電源繼續保持輸出狀態。與此同時，電容C11被充電，電壓由0逐漸上升，使比較器U4/2同相輸入電壓同步上升，由于電容Cll充電的時間，可由電阻R16設定，在這里我們把C11上升至4V的時間設至1.5秒，當正常的電壓暫降(標準是不超過1秒)來臨時，由于同相輸入電壓未超過比較器U4/2反相輸入的電壓(約4V)時，比較器U4/2輸出沒有翻轉，電路原有的工作狀態不變。LED信號燈燈光未有中斷現象。3、在線路有電壓"虛高"情況下，信號燈轉換時，當信號燈由亮燈轉為滅燈時，電源開啟電路及故障-安全電路送來高電位，但由于此刻，VIO、Vll還處于導通狀態，電源"0N/0FF"端被拉為地電位，控制電源繼續保持輸出狀態。與此同時，電容C11被充電，電壓由0逐漸上升，使比較器U4/2同相輸入電壓同步上升，經過約1.5秒后電壓超過比較器U4/2反相輸入的電壓(約4V)時，比較器U4/2輸出翻轉為高電位，單向可控硅V12被觸發導通，Vll由導通轉為截止，電源"0N/0FF"端被抬至高電位，控制電源(延時1.5秒后)關閉。而當下次信號燈復由亮燈轉為滅燈時，由于線路電壓"虛高"并未消除，單相可控硅V12始終保持導通狀態，Vll保持截止，L5秒延時電路被隔斷，控制電源只接受電源開啟電路及故障-安全電路的指揮，電源立刻關閉，再也不會出現延時現象，較好地解決電壓"虛高"與電壓暫降的矛盾。權利要求1.一種用于LED信號機電源控制模塊，該模塊中，外界輸入電壓經變壓器隔離降壓，送至整流濾波及作必要的電磁兼容處理后，經受控電源輸出穩定電壓，作為LED信號燈的點燈電源，其特征在于所述的受控電源的控制電路至少包括一個用來控制受控電源開啟與關閉的電源開啟控制電路，以及一個1～2秒的延時電路。2.根據權利要求1所述的一種用于LED信號機電源控制模塊，其特征在于所述電源開啟控制電路包括由R23、C13、V14組成直流基準電源，為比較器U4/1提供基準并通過R14至U4/1的"5"腳；電阻RIO、Rll、R12組成分壓電路，將外界輸入電壓VCC1的變化，送至比較器U4/1反相輸入端"4"腳；電阻R14、R13、R15組成的分壓電路，通過"2"腳的輸出狀態變化改變"5"的電壓，為比較器U4/1設計回差，使比較器U4/1在輸入下限時能獲得穩定的輸出電位并經V2送至受控電源的開關。3.根據權利要求2所述的一種用于LED信號機電源控制模塊，其特征在于所述電源開啟控制電路上連接設置有故障-安全電路，該故障-安全電路由V6、R38、V8及V18組成輸入檢測電路，其中V6接VCC1檢測輸入電壓的變化，通過R38至V8的基極控制V8的導通或截止，使輸出電位為低或高，并通過V5至受控電源的開關，V18接電源開啟控制電路模塊輸出端，V13"C"極經R36接V8基極，V13"基"極接至V8"C"極，構成輸出高電位時的自保電路，V5與V2組成或門電路將電源開啟控制模塊和故障-安全電路的輸出相"或"后控制受控電源。4.根據權利要求1所述的一種用于LED信號機電源控制模塊，其特征在于所述延時電路包括由R16、Cll組成電路延時，C11+接比較器U4/2"7"腳又經R16接故障安全電路模塊輸出端，R17、R18為分壓電路，為比較器U4/2"6"腳提供基準電壓，比較器U4/1"2"腳輸出的高電位經R16向C11充電，即比較器U4/2同相輸入端電壓逐漸上升，當超過"6"腳電壓時，比較器U4/2翻轉輸出高電位，觸發V12導通，導致V11截止，使電源開關"ON/OFF"端恢復高電位，從而使電源關閉。專利摘要本實用新型涉及電源類，具體涉及一種既能消除因信號電纜電壓“虛高”對信號設備帶來的隱患，又能滿足短時中斷對信號設備供電的電源，該模塊中，外界輸入電壓經變壓器隔離降壓，送至整流濾波及作必要的電磁兼容處理后，經受控電源輸出穩定電壓，作為LED信號燈的點燈電源，其中的受控電源的控制電路至少包括一個用來控制受控電源開啟與關閉的電源開啟控制電路，以及一個1～2秒的延時電路，其優點是，既能消除因信號電纜電壓“虛高”對信號設備帶來的隱患，又能滿足電壓暫降、短時中斷對信號設備供電的電源并能通過雷擊及EMC的各項測試，滿足鐵路電氣設備的例行試驗的要求，具有成本低、效率高的特點。文檔編號H05B37/02GK201319681SQ20082015445公開日2009年9月30日申請日期2008年10月24日優先權日2008年10月24日發明者姚金超,李國龍申請人:上海鐵路通信工廠