一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置的制作方法

1.本发明涉及一种信号电路控制装置，属于轨道交通技术领域，具体是涉及一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置。


背景技术：

2.在轨道交通平台控制系统中会采用2乘2取2的架构设计，安全输出对外部继电器的动作采用双路信号控制，实现与门的功能，并最终输出直流控制电压控制外部继电器的动作。当任何一路控制信号不满足要求时，控制电压都无法输出，导致外部继电器不能动作。轨道交通系统中对安全与门的安全性要求较高，与常规与门不同，需要对信号进行隔离，并且对直流控制电压也要求隔离，这导致了一般控制方法安全性不高，体积较大，并且通用性差。
3.如图1-2所示，为采用2路脉冲信号控制的现有技术方案。该方案每个通道从外部引入2路相互隔离的脉冲信号，1路24v输入电压产生2路24v输出电压，每个24v输出电压分别控制一个通道。电压模块当脉冲信号cpu1和cpu2满足各自的频率要求时，输出端输出控制电压vo，vo与输入电压隔离。该方案采用2路脉冲信号分别要求1.5khz和50khz，占空比要求50%，需要fpga产生双路脉冲，增加了系统成本和开发难度；并且，电路没有过压保护，输入端过压会导致电路损坏。并且，如图2所示：在封装时，电路封装成一个模块，模块外形尺寸73mmx22mmx13.7mm，卧式安装，对于小型化轨道交通产品，占用pcb面积较大，不利于布置多路安全与门，模块用双排连接器与pcb焊接，14个引脚，调试遇到问题拆卸不方便。
4.如图3所示，为采用1路脉冲信号、1路电平信号控制的现有技术示意图。该技术方案需从外部引入1路脉冲信号、1路电平信号，同时需要引入2路隔离电源。每一路控制一个安全继电器，2路安全继电器串联，从而实现安全与门的功能。该方案有如下缺点：（1）需要1路脉冲信号，当系统中有多路安全与门时，需要fpga产生多路脉冲信号，增加了系统的成本和开发难度；（2）电路中有2路外部隔离电源，2套隔离式动静换能升压电路，大大增加系统的复杂性和使用维护成本；（3）电磁继电器作为系统开关控制元件，触点有粘连的可能，接触可靠性低，成本高；（4）电磁继电器体积大，不利于系统布置多路安全与门电路。
5.如图4所示，为现有技术方案三采用2路脉冲信号控制示意图。该技术方案需从外部引入2路脉冲信号和3路隔离电源，2路控制脉冲信号分别经过隔离升压转换电路共同控制一振荡器，2路脉冲信号都满足要求时，振荡器输出二级控制信号。该二级控制信号再经过隔离升压换能电路，输出控制电压以控制安全继电器，从而最终实现2路脉冲信号共同控制输出，实现安全与门的功能。但是，该方案存在以下缺点：（1）需要2路脉冲信号，需由fpga产生，增加了系统成本和开发难度；（2）系统需要3路隔离电源、3路隔离升压换能电路、振荡器，方案复杂，可靠性低，且成本高；（3）系统中有安全继电器，触点接触有粘连的可能，可靠性低；（4）安全继电器体积大，不利于布置多路安全与门电路。


技术实现要素：

6.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
7.本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供一种小型的安全与门模块。该安全与门模块基于mosfet的固体开关电路取代电磁继电器以实现开关控制，电路外部输入隔离电压少，能够提高可靠性，该控制转换电路简单可靠，可降低系统的复杂度。
8.为解决以上问题，本发明的方案是：一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，包括：电源模块；第一信号驱动隔离模块，其输入端用于连接第一电平信号，输出端连接开关模块；第二信号驱动隔离模块，其输入端用于连接第二电平信号，输出端连接开关模块；开关模块，包括第一三极管和第二三极管；所述第一三极管的第一端连接电源模块，所述第一三极管的第二端连接第一信号驱动隔离模块；所述第一三极管的第三端连接所述第二三极管的第一端；所述第二三极管的第二端连接第二信号驱动隔离模块，所述第二三极管的第三端连接用于轨道交通控制的信号电路控制装置的输出端。
9.优选的，上述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，所述第一三极管和第二三极管为场效应管。
10.优选的，上述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，还包括第三三极管和第四三极管；所述第一三极管的第二端连接与第三三极管的第一端，所述第三三极管的第二端连接第一信号驱动隔离模块，所述第三三极管的第三端接地；所述第二三极管的第二端连接与第四三极管的第一端，所述第四三极管的第二端连接第二信号驱动隔离模块，所述第四三极管的第三端接地。
11.优选的，上述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，所述第三三极管和第四三极管为双极性晶体管。
12.优选的，上述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，所述电源模块包括：第一线圈绕组，其一端与电源相连，另一端与第五三极管的第一端相连；第二线圈绕组，与所述第一线圈绕组共磁芯设置；所述第二线圈绕组与整流滤波电路相连，所述整流滤波电路与电源模块的电源输出端连接；脉冲宽度变调电路，其输入端与启动电路相连，其输出端与所述第五三极管的第二端相连，其反馈输入端通过一隔离反馈电路与电源输出端连接。
13.优选的，上述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，还包括第三线圈绕组，与所述第一线圈绕组共磁芯设置；所述第三线圈绕组与整流滤波电路相连，所述整流滤波电路与电源模块的电源输出端连接。
14.优选的，上述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，所述信号电路控制装置的输出端连接继电器装置。
15.因此，本发明的使安全与门模块控制简单可靠、小巧，节省元器件、减小体积，安装
方便，降低辐射、且更加高效，安全和经济。此小型安与门模块符合ats系统需求，可以保证ats系统的安全，可靠的运行，并且具有通用性，可以方便集成到其他对控制安全性要求较高的系统中。
附图说明
16.并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
17.图1例示了现有技术中的安全输出电路示意图；图2例示了现有技术中的安全输出电路封装示意图；图3例示了现有技术中的采用1路脉冲信号、1路电平信号控制的安全输出电路示意图；图4例示了现有技术中的采用2路脉冲信号控制示意图；图5例示了本发明实施例中的2路输入电平信号驱动、隔离及与门功能电路示意图；图6例示了本发明实施例中的安全与门模块示意图；图7例示了本发明实施例中的电源模块示意图；图8例示了本发明实施例中的封装结构意图；图9例示了本发明实施例中图8的俯视图。
18.将参照附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
19.实施例如图5所示，为本发明实施例提供的一种小型安全与门模块。其包括：电源模块；第一信号驱动隔离模块，其输入端用于连接第一电平信号，输出端连接开关模块；第二信号驱动隔离模块，其输入端用于连接第二电平信号，输出端连接开关模块；开关模块，包括第一三极管和第二三极管；所述第一三极管的第一端连接电源模块，所述第一三极管的第二端连接第一信号驱动隔离模块；所述第一三极管的第三端连接所述第二三极管的第一端；所述第二三极管的第二端连接第二信号驱动隔离模块，所述第二三极管的第三端连接用于轨道交通控制的信号电路控制装置的输出端。
20.本实施例中一个安全与门模块控制两个安全与门电路。mcu1的信号1和mcu2的信号2分别经过隔离驱动电路，被隔离的信号分别进入安全与门（即图5中关于mosfet的固态开关），分别驱动两个mosfet的的栅极。当通道1为高电平时，通道3也为高电平，通道3驱动的mosfet导通，反之mosfet截止；当通道2为高电平时，通道4为高电平，通道4驱动的mosfet导通，反之mosfet截止。通道1、3和通道2、4同时为高电平时，两个mosfet同时导通，安全与门打开，隔离电源模块输出的1路输出控制电压（24v）通过与门输出，控制外部的安全继电器。
21.本发明实施例的用于轨道交通控制的信号电路控制装置，还包括第三三极管和第四三极管；所述第一三极管的第二端连接与第三三极管的第一端，所述第三三极管的第二端连接第一信号驱动隔离模块，所述第三三极管的第三端接地；所述第二三极管的第二端
连接与第四三极管的第一端，所述第四三极管的第二端连接第二信号驱动隔离模块，所述第四三极管的第三端接地。
22.具体的，设计如图6所示。1个安全与门模块自身产生2路24v隔离电压，1路24v隔离电压可驱动一个通道；使用双mosfet组成与门通断控制开关，取代传统的安全继电器；三极管q1和q2作为输入控制信号的驱动元件，当q1和q2的控制信号都为高电平时，安全与门打开，通道输出24v控制电压；当q1和q2的控制信号中有任何一个为低电平时，安全与门关闭，不输出24v控制电压。
23.采用上述结构后，本实施例通过2路直流电平信号驱动，信号兼容ttl和cmos信号。输出24v控制电压仅通过2路电平信号高低的变化就可实现开通和关断，控制简单，降低了开发难度，系统的可靠性得到明显提高；本实施例基于mosfet的固态开关电路，通过控制主回上双mosfet的关闭和导通，形成安全与门功能，取代了传统通过双安全继电器继。用基于mosfet的固态开关代替了安全继电器，解决了容易出问题的触点接触问题，从而产品的使用寿命和可靠性得到明显提高；同时相对于继电器，电路体积大为缩小，节省了布板空间，可以布置更多的通路。
24.如图7所示，本实施例的电源模块包括：第一线圈绕组，其一端与电源相连，另一端与第五三极管的第一端相连；第二线圈绕组，与所述第一线圈绕组共磁芯设置；所述第二线圈绕组与整流滤波电路相连，所述整流滤波电路与电源模块的电源输出端连接；脉冲宽度变调电路，其输入端与启动电路相连，其输出端与所述第五三极管的第二端相连，其反馈输入端通过一隔离反馈电路与电源输出端连接。采用上述结构后，本实施例的电源模块工作原理为：24v电源上电，启动电路10工作，输出电压给给pwm控制部分12，电压范围10至15v；pwm控制部分12工作后输出一系列占空比可调的pwm波，控制q1（图7中编号11）导通和关断；变压器t1（图7中编号9）把初级绕组的能量分别传递给2个次级绕组，经过整流滤波电路后分别输出24v1和24v2隔离电压。
25.如图8和图9所示，本实施例的安全与门模块双面布置元件，高度大的元件放置在pcb的同侧；模块安装体积小；安全与门模块有10个引脚，其中4个输入引脚，4个输出引脚，最外侧各有1个接大地引脚。其中，安全与门底部有10个引脚，每个引脚上印有pcb焊盘；安装方式为10个引脚插在背板对应的空位上，直接用焊锡焊接即可完成安装，安全与门与背板模块安装不用连接器。安全与门模块pcb两侧对称放置4个方形焊盘，焊盘为方形，孔径为3.0mmx0.8mm；方形焊盘用来放置金属外壳，金属外壳的固定方式为直接焊接在焊盘上，不用螺丝固定。
26.通过以上描述可知，本发明实施例具备以下优点：本实施例提出一种自带两路24v隔离电压，并且可控制2个通道控制电压输出的小型安全与门模块及实现方法。
27.本实施例通过2路直流电平信号驱动，信号兼容ttl和cmos信号。输出24v控制电压仅通过2路电平信号高低的变化就可实现开通和关断，控制简单，降低了开发难度，系统的可靠性得到明显提高；本实施例基于mosfet的固态开关电路，通过控制主回上双mosfet的关闭和导通，形成安全与门功能，取代了传统通过双安全继电器继。用基于mosfet的固态开关代替了安
全继电器，解决了容易出问题的触点接触问题，从而产品的使用寿命和可靠性得到明显提高；同时相对于继电器，电路体积大为缩小，节省了布板空间，可以布置更多的通路。
28.本实施例通过高频变压器，外部输入1路24v电压，同时产生2路24隔离控制电压。相比其他技术方案，节省了1路或2路外部24v电压。同时节省了2套或3套隔离式升压转换电路和振荡器电路。这样大为降低了系统的复杂度，节省了元件，减小了体积，同时系统的可靠性大为提高。
29.本实施例将各模块封装成一个模块，接口简单，便于系统集成。本实施例法五安装方式为立式安装，减小了安全与门模块安装体积，在相同的pcb上可以集成更多路安全与门模块。本实施例通过安全与门模块两侧的4个焊盘，可以以焊接方式固定金属外壳，降低电磁辐射，且以直接焊接方式取代螺丝固定方式，安装方便可靠。本实施例通过安全与门模块底部的10个引脚，安全与门可直接焊接在背板上；与通常的通过连接器焊接相比，既省去了连接器，又降低了高度，同时增加了可靠性。
30.因此，本实施例的使安全与门模块控制简单可靠、小巧，节省元器件、减小体积，安装方便，降低辐射、且更加高效，安全和经济。此小型安与门模块符合ats系统需求，可以保证ats系统的安全，可靠的运行，并且具有通用性，可以方便集成到其他对控制安全性要求较高的系统中。
31.本实施例中，尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
32.本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
33.注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
34.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。