CN103001176A - 用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路 - Google Patents

Abstract

用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路，涉及交通控制设备的漏电保护电路。本发明解决了现有道路交通信号机没有有效的漏电保护装置的问题。本发明中的零序互感器用于待检测的信号灯的供电回路的漏电流信号，并将该漏电流信号发送给漏电流采集电路，漏电流采集电路发送信号给信号整形电路，信号整形电路输出整形后的信号给单稳态触发电路，控制电路发送启动信号同时给单稳态触发电路和驱动电路，该单稳态触发电路输出漏电保护启动信号给驱动电路，驱动电路内设置有用于控制待检测的信号灯的供电回路的通或断的内置开关。本发明突破了现有漏电保护方式的固有思路，能够有效避免由于一个灯的损坏而影响整个信号灯的正常工作。

Description

用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路

技术领域

本申请涉及交通控制设备的漏电保护电路，属于电子技术领域。

背景技术

目前，在我国道路交通信号控制机（下称信号机）的漏电检测及危险排除方面上基本是简单的采用进线漏电保护器。

道路交通信号机是控制交通秩序的一种电子设备，该设备需要根据实际交通道路的情况现场安装，都是室外使用，该设备的正常、安全的运行，是保障城市交通顺畅的基础。一旦道路交通信号机出现漏电事件，就会导致道路交通信号机的工作故障，即：不能够正常引导车辆的行驶，这必然会影响城市道路交通，导致交通拥堵、甚至引发交通事故。

现有的道路交通信号机的漏电检测及危险排除方面上基本是简单的采用进线漏电保护器。但是，在安装道路交通信号机的现场施工方面出现的安装问题及线材老化出现的绝缘强度降低的问题，也会引发漏电情况的发生，进而导致信号机在现场不能正常的工作。面对这种尴尬的局面，目前在现场的处理方法基本上是采用大漏电流的漏电保护器或干脆将其越过。

经分析，如果信号机每路都有很小的漏电（比如5mA），当有10路输出时，总漏电电流已经达到了50mA。而我国的漏电保护电流是30mA，故我们一般选用的漏电保护器会跳闸保护。如果采用大漏电电流漏电保护器，能够使上述情况的信号机正常工作，但是，由于工作在漏电流比较大的情况下，致使信号机不符合国家对电气设备的安全要求、对人体的保护功能降低，并且也不能够从根本上满足多路输出漏电总和的需要，还导致了电资源的浪费。

发明内容

为了解决现有道路交通信号机没有有效的漏电保护装置的问题，本发明设计了一种用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路。

本发明所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路包括零序互感器，漏电流采集电路、信号整形电路、控制电路、单稳态触发电路和驱动电路，所述括零序互感器用于待检测的信号灯的供电回路的漏电流信号，并将采集到的漏电流信号发送给漏电流采集电路，漏电流采集电路发送信号给信号整形电路，信号整形电路输出整形后的信号给单稳态触发电路，控制电路发送启动信号同时给单稳态触发电路和驱动电路，该单稳态触发电路输出漏电保护启动信号给驱动电路，驱动电路内设置有内置开关，用于控制待检测的信号灯的供电回路的通或断，该驱动电路还输出所述内置开关的开关状态给控制电路。

所述信号整形电路与单稳态触发电路之间采用光电耦合器实现信号隔离传输。

所述漏电流采集电路对输入的信号进行处理后获得频率为50HZ的梯形波信号，并将改梯形波信号发送给信号整形电路。

所述信号整形电路将输入的梯形波信号整理成矩形波信号输出给单稳态触发电路。

所述单稳态触发电路采用集成电路74HC123实现，该集成电路74HC123的第2脚接收整形电路输出的信号，集成电路74HC123的第3脚接收控制电路发送的启动信号，集成电路74HC123的第4脚输出漏电保护启动信号给驱动电路。

所述的驱动电路包括两个二极管、多个电阻、NPN三极管、第一光电耦合器、双向晶闸管、多个电容、整流桥、二极管组和第二光电耦合器，其中一个二极管的阴极接收控制电路发送的启动信号，该二极管的阳极连接NPN三极管的基极；另一个二极管的阴极接收单稳态触发电路发送的漏电保护启动信号，该二极管的阳极连接NPN三极管的基极；该NPN三极管的基极还通过电阻R1连接数字供电电源5V，该NPN三极管的发射极连接数字供电电源地，该NPN三极管的集电极连接第一光电耦合器的发光二极管的阴极，该第一光电耦合器的发光二极管的阳极通过电阻R2连接数字供电电源5V；该第一光电耦合器光敏开关管的一端通过电阻与双向晶闸管的一端连接，；该第一光电耦合器光敏开关管的另一端与双向晶闸管的控制端连接，，该双向晶闸管的一端作为该驱动电路的内置开关的一端，该双向晶闸管的控制端和另一端之间连接有电阻R，该双向晶闸管的另一端连接整流桥的一个交流信号输入端，该整流桥的另一个交流信号输入端作为该驱动电路的内置开关的另一端，该整流桥的两个直流信号输出端并联有电容C2和二极管组，第二光电耦合器的发光二极管与电阻R串联连接后并联在整流桥的两个直流信号输出端，第二光电耦合器的光敏三极管的集电极连接控制电路的供电电源VCC，第二光电耦合器的光敏三极管的发射极输出该驱动电路的开关状态给控制电路。

本发明突破了现有漏电保护方式的固有思路，提出了一种全新的驱动线路漏电保护的概念，即每路驱动输出的线路均有漏电保护电路，该种漏电保护电路的优点在于：能够在每个驱动回路均有微弱的漏电电流的情况下，不会导致整机停止工作；还能够在某一路驱动线路出现漏电进入漏电保护状态时，其它驱动线路仍能够处于正常工作状态，避免了由于一个灯的损坏而影响整个信号灯的正常工作。

附图说明

图1是本发明所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路的结构示意图。图2是具体实施方式三所述的漏电流采集电路2的结构示意图。图3是具体实施方式四所述的信号整形电路3的结构示意图。图4是具体实施方式五所述的单稳态触发电路5的结构示意图。图5是具体实施方式六所述的驱动电路6的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路包括零序互感器1，漏电流采集电路2、信号整形电路3、控制电路4、单稳态触发电路5和驱动电路6，所述括零序互感器1用于待检测的信号灯的供电回路的漏电流信号，并将采集到的漏电流信号发送给漏电流采集电路2，漏电流采集电路2发送信号给信号整形电路3，信号整形电路3输出整形后的信号给单稳态触发电路5，控制电路4发送启动信号同时给单稳态触发电路5和驱动电路6，该单稳态触发电路5输出漏电保护启动信号给驱动电路6，驱动电路6内设置有内置开关，用于控制待检测的信号灯的供电回路的通或断，该驱动电路6还输出所述内置开关的开关状态给控制电路4。

本实施方式中，通过零序互感器1检测一个信号灯的供电回路的漏电流情况，并根据该信号与控制电路4的控制信号同时控制单稳态触发电路5，进而通过驱动电路控制被检测的信号灯供电回路的通或断，当检测到该供电回路的漏电流超过标准时，停止该信号灯的供电。在实际使用时，每组信号等的每个信号灯配备一套本实施方式所述的驱动线路漏电保护电路，实现单独检测、单独控制，完全避免了现有的漏点保护电路中，当一组信号灯的某一个灯发生漏电时，整组信号灯停止工作的情况，进而最大限度的保证了整组信号灯能够发挥其指挥交通的功能。也能够完全避免整组信号灯在漏电流很大的情况下持续工作，进而导致威胁人身安全的问题，也能够有效的解决电能。

具体实施方式二、本实施与具体实施方式一所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路的区别在于，信号整形电路3与单稳态触发电路5之间采用光电耦合器U6实现信号隔离传输。

具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一或二所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路中的漏电流采集电路2的具体结构的进一步限定，本实施方式中，所述漏电流采集电路2对输入的信号进行处理后获得频率为50HZ的梯形波信号，并将改梯形波信号发送给信号整形电路3。

本实施方式所述的漏电流采集电路2可以采用集成电路M54123实现。具体可采用参见图2所示的具体电路：该电路包括集成电路U4、电阻R19、R23、R24和四个电容C7、C8、C9和C10，电阻R19的两端作为漏电流采集电路2的两个输入端与零序互感器1的感应线圈的两端连接，并且该电阻R19的一端连接集成电路U4的第1脚连接，该电阻R19的另一端与电阻R23的一端连接，该电阻R23的另一端连接集成电路U4的第2脚；电容C7并联在集成电路U4的两个供电电源端VS和GND，集成电路U4的第6脚和第7脚之间连接电容C8，集成电路U4的第7脚与供电电源地12VGND之间串联电容C9，集成电路U4的第4脚和第5脚之间串联连接电阻R24，集成电路U4的第4脚与供电电源地12VGND之间连接电容C10，集成电路U4的第4脚输出的信号发送给信号整形电路3。在实际使用过程中，将驱动某一个信号灯7的驱动线路的零线N-IN和火线L-OUT穿过本实施方式所述的零序互感器1，该零序互感器1感应获得该驱动线路的漏电流信号，并将所述漏电流信号发送给集成电路U4进行处理。

上述具体电路中，还可以在电阻R19的两端并联多个电阻，所述每个电阻串联一个开关，实现对电阻R19的阻值的改变，进而改变漏电流采集电路2对信号的灵敏度，进而改变采集的漏电流的敏感度，即：改变本发明的驱动线路漏电保护电路的反应漏电流的大小。

例如：采用三个电阻R20、R21和R22与电阻R19并联连接，采用三位拨码开关作为三个开关与三个电阻串联，在实际应用时，通过拨动三位拨码开关选择三个电阻中的任意一个、两个或三个同时与电阻R19并联，进而改变采集信号的测量精度，最终实现调整本实施方式所述的驱动线路漏电保护电路的灵敏度，即：动作漏电流的数值。

具体实施方式四、参见图3说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式三所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路中的信号整形电路3的具体结构的进一步限定，本实施方式中，所述信号整形电路3将输入的梯形波信号整理成矩形波信号输出给单稳态触发电路5。

本实施方式所述的信号整形电路3可以采用运算放大器实现，例如：参见图3所示，采用两个运算放大器U5A和U5B实现，采用运算放大器U5A实现电压跟随器将输入的信号进行初步整形，然后通过电阻R27耦合输出给运算放大器U5B的正相输入端，该运算放大器U5B的反相输入端同时与电阻R26和R28的一端连接，电阻R26的另一端与电源正极12V连接，电阻R28的另一端与电源地12VGND连接，运算放大器U5A的输出端输出矩形波信号给单稳态触发电路5。

具体实施方式五、参见图4说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式一所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路中的单稳态触发电路5的具体结构的进一步限定，本实施方式中，所述单稳态触发电路5采用集成电路74HC123实现，该集成电路74HC123的第2脚接收整形电路3输出的信号，集成电路74HC123的第3脚接收控制电路4发送的启动信号，集成电路74HC123的第4脚输出漏电保护启动信号给驱动电路6。

本实施方式中的集成电路74HC123的其它管脚正常连接即可，例如：该集成电路74HC123的第16脚为电源输入管脚与数字供电电源5V连接，并且该管脚与数字供电电源的电源地之间串联有电容C12，该集成电路74HC123的第8脚是电源地管脚与数字供电电源的电源地连接，该集成电路74HC123的第14脚与15脚之间连接有电容C14，该集成电路74HC123的第15脚通过电阻R29与数字供电电源5V连接。

在实际使用过程中，为了便于调试，还可以增加显示电路，例如：集成电路74HC123的第13管脚通过电阻R31连接NPN三极管Q4的基极，该NPN三极管Q4的发射极连接数字供电电源的电源地连接，该NPN三极管Q4的集电极连接发光二极管LED1的阴极，该NPN三极管Q4的阳极通过电阻R32连接数字供电电源5V。

具体实施方式六、参见图5说明本实施方式。本实施方式是对具体实施方式一所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路中的驱动电路6的具体结构的进一步限定，本实施方式中，所述的驱动电路6包括两个二极管D1、D2、多个电阻、NPN三极管Q1、第一光电耦合器OC1、双向晶闸管SSR1、多个电容、整流桥D7、二极管组和第二光电耦合器U1，其中一个二极管D1的阴极接收控制电路4发送的启动信号，该二极管D1的阳极连接NPN三极管Q1的基极；另一个二极管D1的阴极接收单稳态触发电路5发送的漏电保护启动信号，该二极管D1的阳极连接NPN三极管Q1的基极；该NPN三极管Q1的基极还通过电阻R1连接数字供电电源5V，该NPN三极管Q1的发射极连接数字供电电源地，该NPN三极管Q1的集电极连接第一光电耦合器OC1的发光二极管的阴极，该第一光电耦合器OC1的发光二极管的阳极通过电阻R2连接数字供电电源5V；该第一光电耦合器OC1光敏开关管的一端通过电阻与双向晶闸管SSR1的一端连接，；该第一光电耦合器OC1光敏开关管的另一端与双向晶闸管SSR1的控制端连接，，该双向晶闸管SSR1的一端作为该驱动电路6的内置开关的一端，该双向晶闸管SSR1的控制端和另一端之间连接有电阻R4，该双向晶闸管SSR1的另一端连接整流桥D7的一个交流信号输入端，该整流桥D7的另一个交流信号输入端作为该驱动电路6的内置开关的另一端，该整流桥D7的两个直流信号输出端并联有电容C2和二极管组，第二光电耦合器U1的发光二极管与电阻R14串联连接后并联在整流桥D7的两个直流信号输出端，第二光电耦合器U1的光敏三极管的集电极连接控制电路的供电电源VCC，第二光电耦合器U1的光敏三极管的发射极输出该驱动电路6的开关状态给控制电路4。

本实施方式所述的驱动线路漏电保护电路在实际使用过程中，驱动电路6的内置开关串联在信号灯组中的一个灯的驱动线路中，通过NPN三极管Q1控制该驱动线路的通或断，并且，通过第二光电耦合器U1将该驱动线路的通或断的状态发送给控制电路4。

采用本发明所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路与现有交通信号机配合使用时，交通信号机控制的每个信号灯组中的每个信号灯配合使用一个本发明的驱动线路漏电保护电路，任意一个信号灯的驱动线路有漏电流发生时，漏电零序互感器就能检测到漏电流，并经漏电流采集电路2处理后发送给信号整形电路3，该信号整形电路3输出给单稳态触发电路5，在单稳态触发电路5在检测到信号整形电路3发送的信号的触发下，单稳态触发电路5的输出进入暂态，单稳态触发电路5输出的暂态信号和控制电路4发出的开启信号共同作用驱动驱动电路6动作，通过该驱动电路6内设的开关关闭驱动线路，使得对应的信号灯停止工作，当漏电现象消失时，该驱动电路6内设的开关接通，使得该驱动线路导通，自动恢复正常工作，使得该信号灯继续工作，无需人工合闸。

Claims (9)

1.用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路，其特征在于它包括零序互感器（1），漏电流采集电路（2）、信号整形电路（3）、控制电路（4）、单稳态触发电路（5）和驱动电路（6），所述括零序互感器（1）用于待检测的信号灯的供电回路的漏电流信号，并将采集到的漏电流信号发送给漏电流采集电路（2），漏电流采集电路（2）发送信号给信号整形电路（3），信号整形电路（3）输出整形后的信号给单稳态触发电路（5），控制电路（4）发送启动信号同时给单稳态触发电路（5）和驱动电路（6），该单稳态触发电路（5）输出漏电保护启动信号给驱动电路（6），驱动电路（6）内设置有内置开关，用于控制待检测的信号灯的供电回路的通或断，该驱动电路（6）还输出所述内置开关的开关状态给控制电路（4）。

2.根据权利要求1所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路，其特征，信号整形电路（3）与单稳态触发电路（5）之间采用光电耦合器（U6）实现信号隔离传输。

3.根据权利要求1或2所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路，其特征在于，所述漏电流采集电路（2）对输入的信号进行处理后获得频率为50HZ的梯形波信号，并将改梯形波信号发送给信号整形电路（3）。

4.根据权利要求2所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路中的信号整形电路，其特征在于，本实施方式所述的漏电流采集电路（2）采用集成电路M54123实现，该漏电流采集电路（2）包括集成电路（U4）、电阻R19、R23、R24和四个电容C7、C8、C9和C10，电阻R19的两端作为漏电流采集电路（2）的两个输入端与零序互感器（1）的感应线圈的两端连接，并且该电阻R19的一端连接集成电路（U4）的第1脚连接，该电阻R19的另一端与电阻R23的一端连接，该电阻R23的另一端连接集成电路（U4）的第2脚；电容C7并联在集成电路（U4）的两个供电电源端VS和GND，集成电路（U4）的第6脚和第7脚之间连接电容C8，集成电路（U4）的第7脚与供电电源地12VGND之间串联电容C9，集成电路（U4）的第4脚和第5脚之间串联连接电阻R24，集成电路（U4）的第4脚与供电电源地12VGND之间连接电容C10，集成电路（U4）的第4脚输出的信号发送给信号整形电路（3）。

5.根据权利要求1所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路中的信号整形电路，其特征在于，所述信号整形电路（3）将输入的梯形波信号整理成矩形波信号输出给单稳态触发电路（5）。

6.根据权利要求5所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路中的信号整形电路，其特征在于，所述信号整形电路（3）采用两个运算放大器（U5A和U5B）实现，其中一个运算放大器（U5A）实现电压跟随器将输入的信号进行初步整形，然后通过电阻R27耦合输出给另一个运算放大器（U5B）的正相输入端，该运算放大器（U5B）的反相输入端同时与电阻R26和R28的一端连接，电阻R26的另一端与电源正极12V连接，电阻R28的另一端与电源地12VGND连接，该运算放大器（U5A）的输出端输出矩形波信号给单稳态触发电路（5）。

7.根据权利要求1所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路，其特征在于，所述单稳态触发电路（5）采用集成电路74HC123实现，该集成电路74HC123的第2脚接收整形电路3输出的信号，集成电路74HC123的第3脚接收控制电路（4）发送的启动信号，集成电路74HC123的第4脚输出漏电保护启动信号给驱动电路（6）。

8.根据权利要求7所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路，其特征在于，所述单稳态触发电路（5）还包括显示电路，集成电路74HC123的第13管脚通过电阻R31连接NPN三极管（Q4）的基极，该NPN三极管（Q4）的发射极连接数字供电电源的电源地连接，该NPN三极管（Q4）的集电极连接发光二极管（LED1）的阴极，该NPN三极管（Q4）的阳极通过电阻R32连接数字供电电源5V。

9.根据权利要求1所述的用于道路交通信号控制机的驱动线路漏电保护电路，其特征在于，所述的驱动电路（6）包括两个二极管（D1、D2）、多个电阻、NPN三极管（Q1）、第一光电耦合器（OC1）、双向晶闸管（SSR1）、多个电容、整流桥（D7）、二极管组和第二光电耦合器（U1），其中一个二极管（D1）的阴极接收控制电路（4）发送的启动信号，该二极管（D1）的阳极连接NPN三极管（Q1）的基极；另一个二极管（D1）的阴极接收单稳态触发电路（5）发送的漏电保护启动信号，该二极管（D1）的阳极连接NPN三极管（Q1）的基极；该NPN三极管（Q1）的基极还通过电阻R1连接数字供电电源5V，该NPN三极管（Q1）的发射极连接数字供电电源地，该NPN三极管（Q1）的集电极连接第一光电耦合器（OC1）的发光二极管的阴极，该第一光电耦合器（OC1）的发光二极管的阳极通过电阻R2连接数字供电电源5V；该第一光电耦合器（OC1）光敏开关管的一端通过电阻与双向晶闸管（SSR1）的一端连接，；该第一光电耦合器（OC1）光敏开关管的另一端与双向晶闸管（SSR1）的控制端连接，，该双向晶闸管（SSR1）的一端作为该驱动电路（6）的内置开关的一端，该双向晶闸管（SSR1）的控制端和另一端之间连接有电阻R4，该双向晶闸管（SSR1）的另一端连接整流桥（D7）的一个交流信号输入端，该整流桥（D7）的另一个交流信号输入端作为该驱动电路（6）的内置开关的另一端，该整流桥（D7）的两个直流信号输出端并联有电容C2和二极管组，第二光电耦合器（U1）的发光二极管与电阻R14串联连接后并联在整流桥（D7）的两个直流信号输出端，第二光电耦合器（U1）的光敏三极管的集电极连接控制电路的供电电源VCC，第二光电耦合器（U1）的光敏三极管的发射极输出该驱动电路（6）的开关状态给控制电路（4）。

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