专利名称：通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路信号灯，尤其涉及采用智能方式驱动和控制铁路信号灯的电源。
背景技术：
传统的铁路信号灯电源方案是，将中控室送来的交流电源经过铁路信号灯工频电源变压器的AC180V或AC220V接口输入，再从AC13V、 AC14V和AC16V三路输出中选择合适的输出电压驱动铁路信号灯。随着铁路相关技术的发展和对节能环保要求的不断提高，传统的铁路信号灯电源出现缺陷，主要表现为(1)工频变压器的转换效率太低，通常情况下只有30%~60%。 (2)工频变压器供电方案容易受到电网电压的不稳定或电压波形受干扰畸变而严重影响信号灯发光强度和寿命。(3)工频变压器供电方案的安装连线受到距离的影响较大，不同安装距离的连线方式不一样。(4)在工频变压器电源驱动新式的LED铁路信号灯的方案中，由于铁路电气化干扰而容易引起LED铁路信号灯的误动作。(5)工频变压器供电方案需要配套专门的信号灯电流监测和报警电路才能正常工作。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供了一种通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，能使铁路信号灯在电网电压不稳定、电网波形畸变和复杂安装环境条件下高效工作，连线方式不受安装距离的影响且可兼容新式的LED铁路信号灯和老式的白炽灯铁路信号灯。
本发明采用的技术方案是将具有三级串联浪涌保护器的电磁兼容电路的输入端连接中控室的电流继电器、输出端分别连接主电源电路和辅助电源；其中主电源电路具有有源功率因素矫正电路、离线式DC-DC和带SPD输出电路；将信号处理电路的外围分别连接主电源、辅助电源、电网电压检测、温度检测、具有状态显示和报警继电器状态输出的状态输出控制电路、电流检测B、输出反馈和电流检测A，将主电源的离线式DC-DC输出连接电流检测A的输入，带SPD输出电路连接电流检测B的输入，电网电压检测电路的输入端连接辅助电源的输出端；电流检测B的输出连接铁路信号灯。
本发明的有益效果是
1、采用浪涌保护、开关电源、微控制器和信号采集与处理等技术，具有三级浪涌防护功能，工作温度按照工业级(-40。C +85。C)和汽车工业级(-40。C +125。C)进行设计，能在宽电压范围和恶劣环境下正常工作。在工作于输出端短路(包括接线错误)、变换器故障、欠压、过压和过热时，报警继电器和电流继电器能输出不同的吸合和释放时序信号，从而使受报警继电器控制的指示灯或其它设备产生对应的故障类别提示信号，功能全面且安装连线简单。符合TB/T3202-2008规定的外型尺寸和技术要求等指标要求。
2、 可在输入电压范围为130 275Vrms (电压有效值)，频率为48 62Hz的工频或直流电源系统中正常工作。安装连线不受安装距离影响，提供给铁路信号灯的电源电压恒定输出。
3、 电磁兼容(EMC/EMI)电路采用带放电间隙的具有共模和差模共同防护功能的三级串联浪涌保护器(SPD)结构，可工作于野外和高山站等场合，SPD的放电间隙参数设计符合常规安装气压要求；SPD的泻流通道采用氧化锌压敏电阻和气体放电管串联构成组合型SPD结构，具有IEC61000-4-5标准的4级试验等级规范的浪涌保护功能；符合TB/T2311-2008规定的交流电源SPD的H型(高标称放电电流,In》40kA， Imax》80kA)和M1型(中标称放电电流，In》20kA， Imax》40kA)要求。
4、 本发明的外壳和输入输出接口采用屏蔽和密封措施，具有防湿和抗铁路电气化干扰功能，符合TB/T3201-2008要求。
5、 内部电源由辅助电源、有源功率因素矫正器和离线式DC-DC开关电源(直流输入直流输出电源)三个高频电源组成，在为新式LED铁路信号灯供电时，不会受到铁路电气化干扰，电源电子变换器的总转换效率》80%。
6、 信号处理电路中的微程序处理器(MCU)适时监测各检测电路送来的信号，当出现异常信号时，微程序处理器及时向主电源和报警继电器发送对应的处理信号，同时，中控室的电流继电器和受报警继电器控制的电路单元可收到对应的故障状态信号。
7、 报警信号是继电器的吸合和释放(常闭)状态，当变换器处于异常工作状态时，系统能自动控制继电器输出对应的吸合和释放时序状态，故障提示信号时序状态与故障类别一一对应，故障排除后铁路信号灯智能电源电子变换器能正常恢复工作。
8、 当本发明出现损坏时，报警继电器始终处于释放(常闭)输出状态，中控制室的电流继电器始终处于不吸合状态。
9、 本发明的输出端兼容LED铁路信号灯和老式的白炽铁路信号灯，系统默认的驱动对象是LED铁路信号灯，根据实际需要，经过内部设置后可以在不改变老式铁路信号灯光学系统的前提下可以直接使用。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是本发明结构连接示意图。
图2是图1中电磁兼容9的结构图，图中包括三级串联SPD和抗工频干扰电路图，其中图2a是高共模电流结构图，图2b是中低共模电流结构图。图3是图1中辅助电源电路11的结构连接图。图4是图1中主电源电路10的有源功率因素矫正电路结构连接图。图5是图1中主电源电路10的离线式DC-DC电源和带SPD输出电路结构连接图。图6是本发明在异常工作状态提示输出时序图。图7是图1中信号处理电路12的微处理器UC的程序流程图。图8是图1中电网电压检测14和温度检测15的原理图。
图9是图1中电流检测A 17,即主电源输出过流(短路或错接等)电流检测A 17的原理图。
图10是图1中电流检测B 16，即铁路信号灯7的电流异常电流检测B 16和状态输出控制电路13的原理图。
具体实施例方式
如图1所示，将电源电子变换器1的输入接线端子2和输出接线端子4分别通过屏蔽双绞电缆组3和双绞电缆5串接在中控室中的电流继电器8和铁路信号灯7之间，使电源电子变换器1机壳屏蔽接地线6、机壳和双绞电缆屏蔽层之间有良好的连接。电源电子变换器1包括电磁兼容(EMC/EMI)9、主电源电路IO、辅助电源ll以及信号处理电路12。其中，电磁兼容9具有连接接地系统的三级串联浪涌保护器(SPD)，将电磁兼容9的输入端通过屏蔽双绞电缆组3连接电流继电器8，输出端分别连接主电源电路lO和辅助电源ll。电磁兼容9中的电源输入端连接三级串联浪涌保护器。主电源电路10的电路结构带有源功率因素矫正电路、离线式DC-DC和带SPD输出电路。电网电压检测电路14的输入连接辅助电源11中与电磁兼容9连接的整流桥输出端。信号处理电路12的外围分别连接主电源10、辅助电源ll、电网电压检测14、温度检测15、电流检测A 17、电流检测B 16、输出反馈18和状态输出控制电路13。状态输出控制电路13具有状态显示和报警继电器状态输出。主电源10的输出先连接输出端SPD后连接电流检测B 16，电流检测B 16的输出连接铁路信号灯7。
如图2所示，电磁兼容9电路中的三级串联浪涌保护器SPD具有抗雷击和其它电网操作过压SEMP、静电放电ESD、核电磁脉冲NEMP以及微波辐射WR等所有防护浪涌过压和过流功能。具有自动脱钩功能的共模和差模共同防护功能。按照"TB/T2311-2008铁路信号设备用浪涌保安器"，定义为交流电源SPD， H型(高标称放电电流，In》40kA, Imax》80kA)和Ml型(中标称放电电流，In》20kA， Imax》40kA)。各级SPD间分别以线圈Ll和线圈L2连接。第一级由放电间隙Vs， Y电容SC1A、 SC1B，压敏电阻Z1 (如图2a或图2b)和气体放电管G1 (如图2a或图2 b)构成组合型SPD;第二级由X电容SC2，压敏电阻Z2和气体放电管G2构成组合型SPD;第三级由X电容SC3，瞬态电压抑制二极管Dl和工频保险丝FD，压敏电阻Z3和气体放电管G3构成组合型SPD;电路在输入接线端的SPD之前有一个5A工频保险丝Fl，当SPD意外失效时电路与电网自动脱离。
放电间隙Vs的电击穿参数由帕邢定律(Paschen'sLaw)公式F; = "ff"确定。式中的
ln(~ln丄
A和B为常数，Ks为击穿电压，户为大气压强，d为放电间隙间距,y为二次电子发射系数。
Rz的值按照RC电路放电规律，由公式&S 0'51ge确定，C的大小由SC1-SC3的
C(l-lg3)
实际值确定，e为自然对数的底。
采用压敏电阻器(MOV)和气体放电管(GDT)串联构成具备失效开路(自动与电路脱钩)功能的组合型SPD结构，其中SPD I和SPDII的泻流容量均》25kA， SPDIII的泻流容量》
15kA。电感Ll和L2的对SPD I SPDIII的能量分配的参数由公式=丄^, K。 = ^^F,,
丄> ^^A/鹏和巧S AZ《r2共同确定的方程进行估算。
公式中的r,和K代表浪涌波形在铁路上传输的波前时间和半峰时间，L为Ll和L2的感量，K和K。分别代表L1和L2的输入和输出端电压。实际设计中，还应满足以下条件(l)Ll采用空心电感结构，铜导线总长度》5m,电感量》20uH。 L2采用差模电感结构，电
感量》5. OmH; (2) Ll和L2的自谐振荡(SRF)频率/。 = ~~^= 25M他；(3)具有较高^￡
值(込代表电感品质因素，分布电容Co对仏的值有影响)，导线直径应按负载电流计算。
如图3所示，中控室送来的交流电网电压经过图2的电磁兼容9电路的AC220A和AC220B两个端口输入，再从图2的AC1和AC2端口后送入连接的图1的辅助电源ll的整流桥BR2，
7经过整流桥BR2整流后的电压Vin2连接滤波电容CA1和反击变压器AT，辅助电源控制器 Ul连接开关管QA的栅极，整流管DA2的输出电压VCC通过整流管DAf、电阻RAf和三极管 Qf构成的输出反馈网络控制辅助电源控制器Ul的FB引脚的电压，辅助电源控制器Ul根 据FB引脚的电压状态调整开关管QA的开关信号占空比，从而达到调整输入电压VCC大小 的目的。连接在输入VCC上的电阻RA2A、滤波电容CA4和稳压二极管M3为微处理器UC 提供电源VDD。辅助电源的输出电压VCC连接且为电源电子变换器1中的有源功率因素矫 正(PFC)控制器、离线式DC-DC开关电源控制器等电路供电。
如图4所示有源功率因素矫正电路，图2的电磁兼容9电路中的三级串联浪涌保护器 的输出端AC1和AC2与送至图1的主电源10的整流桥BR1，整流桥BR1整流后的电压经过 PFC电感L后与开关管PQ1和整流二极管PD连接，由输出电压VCC供电的PFC控制器U2 的Drv端与开关管PQ1的栅极连接，整流二极管PD的输出端连接滤波电容PCol，输出电 压VH通过电阻PR1和PR2构成反馈网络向控制器U2的FB引脚反馈输出电压。
有源功率因素矫正(PFC)电路的相关参数由公式C。 -A^xZx/^x/^ >P。U,,
乙-_%_和/ =乙><_^_确定。其中^。代表电感L的存储能量，尸。w为高压VH端 "乙 "鹏
的输出功率，/。 为VH端的输出电流平均值，/^为电感L的峰值电流，A^为控制器输
出开关信号的最大占空比，"为转换效率，/。p为控制器工作频率。
如图5所示离线式DC-DC开关电源电路，该电路的高频变压器PT初级线圈、缓冲网络 的R和C连接在图4所示的有源功率因素矫正电路的输出端VH上，开关电源控制器U3的 Drv引脚与开关管PQ2的栅极和补偿网连接，PQ2的源极与高频变压器PT的初级线圈连接， PQ2的漏极和取样电阻RPS的公共端与电流检测A和补偿网连接，补偿网将Drv和RPS的 信号处理后，将输出信号与U3的CS(电流反馈)引脚连接，变压器PT的次级与整流二极管 PD2连接，连由TVS管D2与工频保险丝FD2构成的主电源输出端浪涌保护器(SPD)、滤波 电容PC1接在PD2的输出端Vout和地线之间。输出端Vout的电压经过隔离反馈网与U3的 FB引脚连接。电流检测B的输出与微处理器UC的GP1端口连接，当系统处于异常工作状 态时，微处理器UC向开关电源控制器U3的使能输入端EN发信号，控制主电源按照图6 的时序状态工作。
由于前端采用了 PFC电路，在离线式DC-DC电源的变压器PT初级所加的电压VH恒
8定不变，将离线式DC-DC电源的控制器的最大占空比A^定义为0.5，则初次级匝比N由以 下公式TV- x^^一确定。变压器的初级电感，初级平均电流/。"初级峰值
「owf + 1 — "max
电流；，由公式匕=~%"，；匕X^"和^^4;7X4x/ix/。p共同确定。
7x^ p D鹏 2
以上公式中的尸。w为变压器输出功率，；/为转换效率，/。p为工作频率，^为次级整流 器的正向导通压降。
次级整流输出二极管PD2的反向耐压Vmn由反激变压器的次级反向电压峰值
/>/厂=^><{^+1^,+1^(即^ = ^ =-^-)确定。
h。"',、 Ws尸^-(乙+W
如图5所示的功率电阻R、高压电容C快速恢复二极管D构成RCD缓冲电路。该电 路并联在离线式DC-DC电源的高频变压器PT的初级线圈上。RCD缓冲电路对图5的开关 管PQ2上端的漏感电流进行分流，从而减缓开关管PQ2上端的电压上升，通过选取足够大 的C,减小了开关管PQ2上端的上升电压与下降的电流的重叠部分，从而显著降低开关管
PQ2的损耗。RCD缓冲器的参数由公式C-ii和/ -^^给出。^为开关管PQ2的
下降时间，/p为变压器PT初级峰值电流，" (^)为最小开通时间。
主电源10的损耗主要由变压器损耗、缓冲器电阻损耗、开关管损耗和整流器损耗构成。 其中，变压器损耗主要由变压器的设计和制作工艺引起，可以通过改进参数设计和优化制 作工艺而使其损耗降到最低。带图5所示的RCD缓冲电路结构中，缓冲器能量损耗由公式
尸D^0.5C/。UH平定；图4的开关管PQ1开关损耗为会C。D2/。,图5中带RCD
缓冲电路结构的开关管PQ2的开关损耗为户D。 ~~h '"，图4和图5的开关
w 6
管PQl和PQ2的导通损耗由公式PZ)。-(/。n"i 。n确定；在图4和图5的电路结构中，整流
器的能量传导损耗由公式i^,。M =/。,￡:^^确定，其中F,为整流二极管PD和PD2的正向
导通压降。在整流器的参数设计中还应保证trr足够小。这样才能使PN结的反向高频载波 尽量减小而达到进一步提高整流效率的目的。
图1的信号处理电路12由图5中的微处理器UC和图5、 8、 9、 IO中与微处理器UC的GP0-GP5端口相连接的外围电路构成。微处理器UC外围电路完成铁路信号灯电源电子 变换器l的输出端故障(包括接线开路、短路和极性接反)，输入线路开路，变换器故障， 电网电压异常(欠压和过压)，温度异常(过热)时的信号检测功能。微处理器UC监测 电源系统的各项工作状态，当系统出现异常情况时间，微处理器UC控制报警继电器和系 统主电源10按照图6所示的不同吸合和释放时序状态图，从而使受报警继电器控制的指示 灯或其它设备产生对应的故障提示信号。同时，中控室的电流继电器8也可以输出对应的 工作状态。根据报警继电器和电流继电器8的吸合和释放时序状态图，可以判定设备的故 障类别。微处理器UC采用贴片14脚及以下封装的Microchip公司的PIC系列汽车工业级 处理器或TI公司的MSP430F20xx系列工业级处理器。 如图6所示的异常工作时序状态输出描述如下
过热当铁路信号灯智能电源电子变换器1的温度超过安全工作范围时，图10中微处 理器UC的GP5引脚发出控制信号，控制报警继电器按图6-A时序输出状态。当温度低于 安全工作范围时，图10中微处理器UC的GP5引脚发出控制信号，控制报警继电器按图 6-B时序输出状态。过压当电网电压超过预定最高工作电压时，图10中微处理器UC的 GP5引脚发出控制信号，控制报警继电器按按图6-C时序输出状态。欠压当电网电压低 于预定最低工作电压时，图10中微处理器UC的GP5引脚发出控制信号，控制报警继电器 按按图6-D时序输出状态。输出端短路当铁路信号灯智能电源电子变换器1的主电源10 输出断过流(短路等)时，图10中微处理器UC的GP5引脚发出控制信号，控制报警继电 器按按图6-E时序输出状态。灯电流异常图10中微处理器UC的GP5引脚发出控制信号， 控制报警继电器按按图6-F时序输出状态。输出端短路，电压异常，温度异常时图5中 微处理器UC的GP0引脚控主电源控制器U3的使能端EN动作，串接在电源电子变换器1 上的电流继电器8输出图6-G时序输出状态。本发明故障、输入接线端2开路、输出接线 端4开路时本发明的输入电流足够小，电流继电器8输出图6-H时序输出状态，图12的 报警继电器输出图6-F时序输出状态。
如图7所示的MCU程序流程图，信号处理电路12中的微处理器UC循环采集电网电 压、温度信号和电流信号，当电压或温度出现异常时启动图6对应的时序输出状态程序； 其工作过程是系统启初始化后进入电网电压采集程序，若电网电压异常，判断是否过压， 如果过压，则执行过压波形产生子程序并执行图6-C、 G时序输出状态，否则执行欠压波 形产生子程序并执行图6-D、 G时序输出状态；若电网电压正常则执行温度采集程序，并 判断温度是否异常，如果温度过高，则执行过热波形产生子程序并则执行图6-A、 G时序输出状态，否则执行过冷波形产生子程序并执行图6-B、 G时序输出状态；当出现主电源 过流时，微处理器UC的GP1接收到中断信号，执行主电源电流中断服务子程序，进入过 流波形产生子程序并执行图6-E、 G时序输出状态；当铁路信号灯7的电流异常时，微处理 器UC的GP4接收到中断信号，执行铁路信号灯7电流中断服务子程序，进入铁路信号灯 7电流异常波形产生子程序并执行图6-F时序输出状态。
如图8所示为供电电网电压和工作温度检测15电路。从图3的整流桥BR2输出的电压 Vin2经过电阻VR1和VR2分压通过微处理器UC的GP2引脚送入内部ADC0进行转换。 微处理器UC的CPU循环读取ADC0采集到的电网电压是否处于规定的范围内。如果电网 电压出现异常，则向报警继电器和主电源10发出控制信号；当铁路信号灯7电源系统处于 恶劣环境温度时，通过紧贴散热器安装的温度传感器NTC、电阻TR、滤波电容TC和微处 理器UC的GP3引脚内部的ADC1构成的温度检测17电路对环境温度进行采集。当温度 处于正常的范围时，温度传感器NTC和电阻TR构成的分压电路在电容TC两端的电压处 于预先设定的范围内，微处理器UC内部的ADC随时监测电容两端的电压，当出现温度异 常(过热或过冷)时，微处理器UC向报警继电器发送相应时序的报警控制信号。
如图9所示的电路是图1的电流检测A17的电路原理图。由CR1和CR2构成的低通滤 波器连接在图5的离线式DC-DC电源的取样电阻RPS上端，当主电源10的输出端出现短路、 极性接反和其它错误操作引起过流时，电阻RPS两端将出现比正常情况下更高的电压脉冲， 当电压脉冲超过预定值时低通滤波器送到电压比较器Al同相端的电压超过参考电压 Vrefl，电压比较器A1通过上拉电阻CR2输出高电平，触发三极管CQ导通放电，并向微 处理器UC发出对应的中断信号。此时，微处理器UC执行对应的子程序，控制主电源和 报警继电器按照预先设定好的状态工作。
在设计时，规定图9的CR1和CC1构成的RC滤波器的截止频率,=2/。p， CR1和
CC1的参数由公式<formula>formula see original document page 11</formula>确定，/。p为离线式DC-DC开关电源的控制器开关
频率。脉冲延电平时的长短由RT和CT构成的充电函数确定。
如图10所示的电路是图1中的电流检测B16和状态输出控制电路13，图3的离线式 DC-DC的输出电压Vout通过电流取样电阻RS后向铁路信号灯7供电。在LED铁路信号 灯7中，当出现部分LED损坏时，铁路信号灯7的电流会变小。此时，图10的电流取样 电阻RS两端的电压降低，电流放大器A2的输出电压低于电压比较器A3同相端参考电压 Vref2，电压比较器A3的输出端通过电阻RM1和光电隔离器UP1共同输出低电平。此时，三极管QR截止，报警继电器控制端释放，Lok熄灭，Lerr发光。同时，光电隔离器UP1 向微处理器UC送高电平信号；在铁路信号灯7电流正常的情况下，三极管QR导通，控 制报警继电器常开端吸合，Lok发光，Lerr熄灭，光电隔离器UP1向微处理器UC送低电 平信号；如图10所示的电路中的光电隔离器UP2、电阻RM3和微处理器UC的GP5引脚 共同构成图1中的报警继电器输出控制电路，当电源电子变换器1处于异常工作状态时， 微处理器UC的GP5引脚向光电隔离器UP2发送信号，从而UP2控制三极管QR开关动作， 使报警继电器输出图6的故障状态控制电路时序信号；当电源电子变换器l损坏、输入开 路、输出开路和铁路信号灯7电流小于预定的值时，图IO中的三极管QR关断，报警继电 器常开端释放，输出图6-E或图6-G的时序信号，根据图6实际输出的时序信号状态，可 以确定电源电子变换器1处于何种故障状态。
另外，电源电子变换器1的输出端电压可兼容老式的白炽铁路信号灯(默认的驱动对 象是LED铁路信号灯)，根据实际需要，经过内部设置后可以在不改变老式铁路信号灯光 学系统的前提下可以直接使用该电源系统。
电源电子变换器1的输入输出接线端子均带有独立的屏蔽接地端；图1中的输入接线 端2的电缆组采用屏蔽双绞电缆(STP)组3，输出接线端4的电缆采用屏蔽双绞电缆(STP) 5，所有电缆的蔽线均与大地6有良好的连接。
电源电子变换器1采用具有抗强电磁干扰的金属外壳进行干扰屏蔽；外壳边沿采用环 氧树脂等材料进行防尘和防湿密封。
1权利要求
1.一种通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，其特征是采用如下步骤1)将具有三级串联浪涌保护器的电磁兼容(9)电路的输入端连接中控室的电流继电器(8)、输出端分别连接主电源(10)以及辅助电源(11)；其中主电源(10)具有有源功率因素矫正电路、离线式DC-DC和带SPD输出电路；2)将信号处理电路(12)的外围分别连接主电源(10)、辅助电源(11)、电网电压检测(14)、温度检测(15)、具有状态显示和报警继电器状态输出的状态输出控制电路(13)、电流检测B(16)、输出反馈(18)和电流检测A(17)。3)将主电源(10)的离线式DC-DC输出连接电流检测A(17)的输入，带SPD输出电路连接电流检测B(16)的输入，电网电压检测电路(14)的输入连接辅助电源(11)的输出；电流检测B(16)的输出连接铁路信号灯(7)。
2. 根据权利要求1所述的通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，其特征 是在所述三级串联浪涌保护器的输入端连接一个5A工频保险丝(F1)，各级用压敏电阻和 气体放电管串联后并在电容两端，将瞬态电压抑制二极管(D1)串联工频保险丝(FD)后并联 在第三级串联浪涌保护器两端，三级间以线圈(Ll、 L2)串联；第一级和第二级浪涌保护 器的标称放电电流均大于或等于25kA，第三级标称放电电流大于或等于15kA;线圈(Ll) 采用空心电感结构，线圈(L2)采用差模电感结构，线圈(Ll、 L2)的自谐振荡频率大于 25MHz。
3. 根据权利要求1所述的通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，其特征 是将所述三级串联浪涌保护器的输出端连接辅助电源(11)的整流桥(BR2)，整流桥(BR2) 的输出连接滤波电容(CA1)和反击变压器(AT)，将辅助电源控制器(Ul)连接开关管(QA) 的栅极；整流管(DA2)的输出通过稳压二极管(DAf)、电阻(RAf)和三极管(Qf)构成 输出反馈网络连接辅助电源控制器(Ul)的电压反馈端引脚；接入输出电压(VCC)的电阻(RA2)、滤波电容(CA4)和稳压二极管(DA3)连接且提供电源给信号处理电路(12)，输 出电压(VCC)连接且提供电源给状态输出控制电路(13)、电网电压检测(14)电路、温 度检测(15)电路和主电源(10)的有源功率因素矫正和离线式DC-DC电路。
4. 根据权利要求3所述的通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，其特征 是将所述三级串联浪涌保护器的输出端连接主电源(10)的整流桥(BR1)，整流桥(BR1) 的输出连接电感(L)后与开关管(PQ1)和整流二极管(PD)连接，由所述输出电压(VCC) 供电的有源功率因素矫正控制器(U2)与开关管(PQ1)的栅极连接，整流二极管(PD)的 输出端连接滤波电容，输出电压(VH)通过电阻(PR1、 PR2)构成反馈网络向有源功率因素矫正控制器(U2)反馈输出电压。
5、 根据权利要求4所述的通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，其特征 是所述输出电压(VH)连接在高频变压器(PT)初级线圈、缓冲网络的电阻(R)和电容(C)上，开关电源控制器(U3)与开关管(PQ2)的栅极和补偿网连接，开关管(PQ2)的 源极与高频变压器(PT)的初级线圈连接，开关管(PQ2)的漏极和取样电阻(RPS)的公 共端与电流检测A (17)和补偿网连接，补偿网将开关电源控制器(U3)的信号处理后反 馈，变压器(PT)的次级与整流二极管(PD2)连接，瞬态电压抑制二极管(D2)与工频保 险丝(FD2)构成主电源(10)的带SPD输出电路，滤波电容(PC1)接在整流二极管(PD2) 的输出端和地线之间，整流二极管(PD2)输出端的电压经隔离反馈网与开关电源控制器(U3) 连接；电流检测A (17)的输出与信号处理电路(12)的微处理器(UC)连接，微处理器(UC)连接开关电源控制器(U3)的使能输入端。
6、 根据权利要求5所述的通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，其特征 是将整流桥(BR2)的输出电压(Vin2)通过相连的电阻(VR1)和电阻(VR2)分压构成 电网电压检测(14)电路连接微处理器(UC)，温度传感器(NTC)、电阻(TR)和滤波电容(TC)构成的温度检测(15)电路连接微处理器(UC)。
7、 根据权利要求5所述的通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，其特征 是将离线式DC-DC电源的取样电阻(RPS)连接由电阻(CR1)和电容(CC1)构成的低通 滤波器，电压比较器(Al)连接三极管(CQ)和电阻(CR2)后连接微处理器(UC)。
8、 根据权利要求5所述的通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，其特征 是将离线式DC-DC的输出电压(Vout)通过电流取样电阻(RS)连接铁路信号灯(7)， 由光电隔离器(UP2)、电阻(RM3)和微处理器(UC)构成报警继电器状态输出的控制电路， 将光电隔离器(UP2)连接三极管(QR)。<formula>formula see original document page 3</formula>
9.、 TRie仪^J安水丄/7l讼tfJ旭/tl坐't大it哲1日""JXI lif目5PB仏 、PQ丁文:T犬琉trj叹1T/H;S，兴'十寸1iC 是将电磁兼容(9)的输入接线端(2)通过屏蔽双绞电缆组(3)连接中控室中的电流继电器(8)，电流检测B (16)的输出通过输出接线端(4)和双绞电缆(5)连接铁路信号 灯(7)。
全文摘要
本发明公开了一种通用型铁路信号灯智能电源电子变换器的设计方法，将变换器串接在中控室的电流继电器和铁路信号灯之间，将具有三级串联浪涌保护功能的电磁兼容、主辅电源、有源功率因素矫正电路和离线式DC-DC、外围连接各种检测电路的信号处理电路和状态输出控制电路连接而成，本发明采用浪涌保护、开关电源、微控制器和信号采集与处理等技术，安装连线简单，不受安装距离影响，提供给铁路信号灯的电源电压恒定，总转换效率≥80％，专为LED新式铁路信号灯供电，并可经内部设置后在不改变老式铁路信号灯光学系统的前提下直接使用。
文档编号H05B37/00GK101640956SQ20091002984
公开日2010年2月3日 申请日期2009年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者娟 周, 周国华, 张福章, 朱昌平, 怡 王, 陈秉岩, 顾文斌 申请人:河海大学常州校区;常州市良久机械制造有限公司