CN103587517B - 一种轨道车辆制动信号传输电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轨道车辆制动信号传输电路，属于轨道交通通信技术领域。该电路包括通过传输线路连接的发送电路和接收电路，其中发送电路由隔离光耦、高低端驱动器和场效应管构成，将TTL电平的PWM信号升压为高电压的PWM信号，而接收电路利用场效应管的漏电流来将高电压信号进行降压。本发明通过传输高压PWM信号代替传统电路直接长距离传输模拟信号，具有电路设计简单、抗干扰能力强，传输精度高的特点，将此电路应用于地铁车辆制动控制器制动指令接收等重要硬线信号，可明显提高地铁列车制动的准确性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种轨道车辆制动信号传输电路，属于轨道交通通信技术领域。
背景技术
当前，轨道车辆的控制信息和状态数据采用MVB、RS-485等总线通信方式传输，但对于制动指令等重要性较高的信号，同时设计硬线信号传输用做冗余。为实现精确制动，现行城轨列车的制动指令通常为连续变化的模拟量，现阶段轨道车辆模拟量信号的传输多采用电压信号或4-20mA电流。对于来源于司机手柄或者ATO的制动指令，传输距离较远（150-200m），传输精度要求高，采用模拟电压传输易受干扰，4-20mA电流环传输对信号源和传输线要求较高，采用该方式传输的成本较高。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出一种采用高压PWM信号传输信号的电路。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种轨道车辆制动信号传输电路，包括通过传输线路连接的发送电路和接收电路；所述发送电路包括第一光耦和输入端与所述第一光耦输出端连接的高低端驱动器；所述第一光耦的输入端正极连接低压电源，负极连接需传输的PWM信号；所述高低端驱动器的高压输出端连接到一个N沟道增强型场效应管的栅极；所述高低端驱动器的低压输出端依次串联第一电阻和第二电阻后连接到高压电源的地，所述第一电阻与第二电阻的结点与一个P沟道增强型场效应管的栅极连接；所述N沟道增强型场效应管的源极连接高压电源，所述P沟道增强型场效应管的源极连接高压电源的地；所述N沟道增强型场效应管和P沟道增强型场效应管的漏极连接在一起作为所述发送电路的输出端通过所述传输线路连接所述接收电路的输入端；所述接收电路包括N沟道耗尽型场效应管和三极管，所述N沟道耗尽型场效应管的漏极与所述三极管的集电极连接后作为所述接收电路的输入端，所述N沟道耗尽型场效应管的源极通过第三电阻与栅极连接；所述N沟道耗尽型场效应管的栅极还与第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极连接一个稳压块的正极，所述三极管的基极与所述N沟道耗尽型场效应管的栅极连接，所述三极管的发射极串联限流电阻后连接到所述稳压块的负极、再与第二光耦的输入端正极连接，所述第二光耦的输入端负极与所述高压电源的地连接；所述第二光耦的输出端作为接收电路的输出端与车俩制动系统连接。
为了提高所述第二光耦输入端的最低导通电压，防止干扰，所述稳压块的负极与所述第二光耦的输入端正极之间串联有稳压二极管，所述第二光耦的输入端正极与所述稳压二极管的正极连接，所述稳压块的负极与所述稳压二极管的正极连接。
为了防止反向电压损坏电路元件，所述第二光耦的输入端并联有第二二极管；所述第二二极管的正极与所述第二光耦的输入端负极连接，述第二二极管的负极与所述第二光耦的输入端正极连接；同时，为了滤除尖峰干扰，所述第二光耦的输入端还并联有第一滤波电容。
为防止损坏电路元件，所述N沟道耗尽型场效应管的漏极串联第四电阻与串联第五电阻的所述三极管的集电极连接作为所述接收电路的输入端。
为了进一步的防止反向电压进入电路损坏元件，所述接收电路输入端具有正向串联第三二极管；同时，为了防止浪涌电压，所述接收电路输入端与高压电源的地之间设有压敏电阻。
上述方案进一步的改进在于：所述第二光耦的输出端与车辆制动系统之间依次串联有施密特触发器和低通滤波器。
本发明中的所述稳压块为高精度2.5V稳压块ZR4040-2.5。
为了解决上述技术问题，本发明提出的另一种技术方案是：一种如上述电路的信号传输方法，包括以下步骤：
1）、将轨道车辆制动信号进行模数转换，并根据制动信号的强弱调制成TTL电平的5%至95%占空比的PWM信号；
2）、所述发送电路将所述PWM信号进行隔离、升压为高压电源电平的PWM信号后进所述传输线路发送至接收电路；
3）、当所述接收电路的输入端接收所述发送电路发送的信号后进行降压处理，所述降压处理具体如下：当该信号为高压电源的高电平时，使所述N沟道耗尽型场效应管工作在漏电流状态，所述N沟道耗尽型场效应管的漏电流为所述三极管提供基极驱动电流，同时也为所述第一二极管和所述稳压块提供正向导通电流。所述稳压块工作后，其正极与负极之间产生电压差，使得所述三极管发射极正偏、集电极反偏；所述三极管工作在放大导通状态；所述三极管发射极电流驱动第二光耦的输入端；所述第二光耦导通，其输出低电平；当该信号为低电平时，所述N沟道耗尽型场效应管、所述稳压块和所述三极管均不工作，所以此时所述第二光耦没有输入信号，其输出端输出高电平；
4）、所述第二光耦的输出信号经由施密特触发器整形、反向，最后由低通滤波器滤波后送至车辆制动系统。
上述方案进一步的改进在于：所述步骤2）中的发送电路具体处理如下：将PWM信号通过所述第一光耦进行隔离；然后将所述第一光耦的输出信号送至所述高低端驱动器的输入端；所述高低端驱动器的高压侧电源接所述高压电源，所述高低端驱动器的高压侧偏置电压接次高压电源，所述高低端驱动器的低压侧的电源接中压电源；所述高压电源、次高压电源、中压电源共地；所述高压电源为直流60V，所述次高压电源为直流48V，所述中压电源为直流15V；当所述高低端驱动器的输入端接收到高电平时，所述高低端驱动器高压输出端输出60V至所述N沟道增强型场效应管的栅极；此时，所述N沟道增强型场效应管的VGS大于所述N沟道增强型场效应管的开启电压，所述N沟道增强型场效应管截至；所述高低端驱动器的低压输出端输出15V，经电阻分压后得到分压信号，所述分压信号连接至所述P沟道增强型场效应管的栅极，所述P沟道增强型场效应管的源极连接地，所述P沟道增强型场效应管VGS电压大于所述P沟道增强型场效应管的开启电压，所述P沟道增强型场效应管导通，所述发送电路的输出端输出低电平；当所述高低端驱动器的输入端接收到低电平时，所述高低端驱动器的低压输出端输出0V至所述P沟道增强型场效应管栅极；此时所述P沟道增强型场效应管VGS电压小于所述P沟道增强型场效应管的开启电压，所述P沟道增强型场效应管截至；所述高低端驱动器的高压输出端输出48V至所述N沟道增强型场效应管栅极，所述N沟道增强型场效应管的VGS电压小于所述N沟道增强型场效应管的开启电压，所述N沟道增强型场效应管导通，将与所述N沟道增强型场效应管的源极连接的所述高压电源输出，所述发送电路的输出端输出60V。
本发明提供的一种轨道车辆制动信号传输电路，通过传输高压PWM信号代替传统电路直接长距离传输模拟信号，具有电路设计简单、抗干扰能力强，传输精度高的特点，将此电路应用于地铁车辆制动控制器制动指令接收等重要硬线信号，可明显提高地铁列车制动的准确性和安全性。
附图说明
下面结合附图对本发明的作进一步说明。
图1是本发明一个优选的实施例的电路框图。
图2是图1的发送电路示意图。
图3为图1的接收电路示意图。
具体实施方式
实施例
本实施例提供的一种轨道车辆制动信号传输电路，如图1至图3所示，包括通过传输线路连接的发送电路和接收电路；发送电路包括第一光耦IC2和输入端（HINANDLIN）与第一光耦IC2输出端连接的高低端驱动器IC1(HIGHANDLOWSIDEDRIVER）；第一光耦IC2的输入端正极通过限流电阻R1连接低压电源5V，负极连接需传输的PWM信号；高低端驱动器IC1的高压输出端（HO）连接到一个N沟道增强型场效应管Q1的栅极；高低端驱动器IC1的低压输出端(LO)依次串联第一电阻R2和第二电阻R3后连接到高压电源直流60V的地，第一电阻R2与第二电阻R3的结点与P沟道增强型场效应管Q3的栅极连接；N沟道增强型场效应管Q1的源极连接直流60V，P沟道增强型场效应管Q2的源极连接高压电源的地；N沟道增强型场效应管Q1和P沟道增强型场效应管Q2的漏极连接在一起作为发送电路的输出端通过传输线路连接接收电路的输入端；接收电路包括N沟道耗尽型场效应管Q3和三极管Q4，N沟道耗尽型场效应管Q3的漏极与三极管Q4的集电极连接后作为接收电路的输入端，N沟道耗尽型场效应管Q3的源极通过第三电阻R6与栅极连接；N沟道耗尽型场效应管Q3的栅极还与第一二极管D2的正极连接，第一二极D2管的负极连接一个稳压块IC3的正极，三极管Q4的基极与N沟道耗尽型场效应管Q3的栅极连接，三极管Q4的发射极串联限流电阻R7后连接到稳压块IC3的负极、再与第二光耦IC4的输入端正极连接，第二光耦IC4的输入端负极与直流60V的地连接；第二光耦IC4的输出端作为接收电路的输出端与车俩制动系统连接。
为了提高第二光耦IC4输入端的最低导通电压，防止干扰，稳压块IC3的负极与第二光耦IC4的输入端正极之间串联有稳压二极管D3，第二光耦IC4的输入端正极与稳压二极管D3的正极连接，稳压块IC3的负极与稳压二极管D3的正极连接；通过选取不同的稳压管，即可改变电路的识别能力。
为了防止反向电压损坏电路元件，第二光耦IC4的输入端并联有第二二极管D4；第二二极管D4的正极与第二光耦IC4的输入端负极连接，述第二二极管D4的负极与第二光耦IC4的输入端正极连接；同时，为了滤除尖峰干扰，第二光耦IC4的输入端还并联有第一滤波电容C2。
为防止损坏电路元件，N沟道耗尽型场效应管Q3的漏极串联第四电阻R4与串联第五电阻R5的三极管Q4的集电极连接作为接收电路的输入端。
为了进一步的防止反向电压进入电路损坏元件，接收电路输入端具有正向串联第三二极管D；同时，为了防止浪涌电压，接收电路输入端与高压电源的地之间设有压敏电阻ZNR1。
同时，为了保证信号更为准确，第二光耦IC4的输出端与车辆制动系统之间依次串联有施密特触发器IC5和由电阻R8及滤波电容C3构成的低通滤波器。
本实施例中的稳压块IC3采用高精度2.5V稳压块ZR4040-2.5。
本实施例中，第一光耦IC2和第二光耦IC4均直流5V供电，高低端驱动器IC1和第一光耦IC2的VCC端采用直流15V供电，高低端驱动器IC1的Vb端采用直流60V供电，Vs端采用直流48V供电，其中，直流15V、直流48V、直流60V共地。
本实施例的电路具体处理方法包括如下步骤：
1）、将轨道车辆制动信号进行模数转换，并根据制动信号的强弱调制成TTL电平的5%至95%占空比的PWM信号；
2）、通过第一光耦IC2将PWM信号进行隔离；然后经过高低端驱动器IC1升压为60V电平的PWM信号，然后通过传输线路发送至接收电路；
3）、当接收电路的输入端接收发送电路发送的信号后进行降压处理，降压处理具体如下：当该信号为60V平时，则该60V高电平便使N沟道耗尽型场效应管Q3工作在漏电流状态，N沟道耗尽型场效应管Q3的漏电流为三极管Q4提供基极驱动电流，同时也为第一二极管D2和稳压块IC3提供正向导通电流。稳压块IC3工作后，其正极与负极之间产生2.5V电压差，使得三极管Q4发射极正偏、集电极反偏；三极管Q3工作在放大导通状态；三极管Q3发射极电流驱动第二光耦IC4的输入端；第二光耦IC4导通,由于本实施例采用的为反向光耦，所以其输出低电平。当该信号为低电平时，N沟道耗尽型场效应管Q3、稳压块IC3和三极管Q4均不工作，所以此时第二光耦IC4没有输入信号，其输出端输出高电平；
4）、第二光耦IC4的输出信号经由施密特触发器IC5整形、反向，最后由低通滤波器滤波后送至车辆制动系统。
步骤2）中的发送电路具体处理如下：将TTL电平的PWM信号通过第一光耦IC2进行隔离；然后将第一光耦IC2的输出信号送至高低端驱动器IC1的输入端；当高低端驱动器IC1的输入端接收到高电平时，高低端驱动器IC1高压输出端输出60V至N沟道增强型场效应管Q1的栅极；此时，N沟道增强型场效应管Q1的VGS大于N沟道增强型场效应管Q1的开启电压，N沟道增强型场效应管Q1截至；高低端驱动器IC1的低压输出端输出15V，经电阻分压后得到分压信号，分压信号连接至P沟道增强型场效应管Q2的栅极，P沟道增强型场效应管Q2的源极连接地，P沟道增强型场效应管Q2的VGS电压大于P沟道增强型场效应管Q2的开启电压，P沟道增强型场效应管Q2导通，发送电路的输出端输出低电平；当高低端驱动器IC1的输入端接收到低电平时，高低端驱动器IC1的低压输出端输出0V至P沟道增强型场效应管Q2栅极；此时P沟道增强型场效应管Q2的VGS电压小于P沟道增强型场效应管Q2的开启电压，P沟道增强型场效应管Q2截至；高低端驱动器IC1的高压输出端输出48V至N沟道增强型场效应管Q1栅极，N沟道增强型场效应管Q1的VGS电压小于N沟道增强型场效应管Q1的开启电压，N沟道增强型场效应管Q1导通，发送电路的输出端输出60V。
本发明的不局限于上述实施例的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种轨道车辆制动信号传输电路，包括通过传输线路连接的发送电路和接收电路；其特征在于：所述发送电路包括第一光耦和输入端与所述第一光耦输出端连接的高低端驱动器；所述第一光耦的输入端正极连接低压电源，负极连接需传输的PWM信号；所述高低端驱动器的高压输出端连接到一个N沟道增强型场效应管的栅极；所述高低端驱动器的低压输出端依次串联第一电阻和第二电阻后连接到高压电源的地，所述第一电阻与第二电阻的结点与一个P沟道增强型场效应管的栅极连接；所述N沟道增强型场效应管的源极连接高压电源，所述P沟道增强型场效应管的源极连接高压电源的地；所述N沟道增强型场效应管和P沟道增强型场效应管的漏极连接在一起作为所述发送电路的输出端通过所述传输线路连接所述接收电路的输入端；所述接收电路包括N沟道耗尽型场效应管和三极管，所述N沟道耗尽型场效应管的漏极与所述三极管的集电极连接后作为所述接收电路的输入端，所述N沟道耗尽型场效应管的源极通过第三电阻与栅极连接；所述N沟道耗尽型场效应管的栅极还与第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极连接一个稳压块的正极，所述三极管的基极与所述N沟道耗尽型场效应管的栅极连接，所述三极管的发射极串联限流电阻后连接到所述稳压块的负极、再与第二光耦的输入端正极连接，所述第二光耦的输入端负极与所述高压电源的地连接；所述第二光耦的输出端作为接收电路的输出端与车俩制动系统连接。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆制动信号传输电路，其特征在于：所述稳压块的负极与所述第二光耦的输入端正极之间串联有稳压二极管，所述第二光耦的输入端正极与所述稳压二极管的正极连接，所述稳压块的负极与所述稳压二极管的正极连接。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆制动信号传输电路，其特征在于：所述第二光耦的输入端并联有第二二极管和第一滤波电容；所述第二二极管的正极与所述第二光耦的输入端负极连接，所述第二二极管的负极与所述第二光耦的输入端正极连接。
4.根据权利要求1所述的轨道车辆制动信号传输电路，其特征在于：所述N沟道耗尽型场效应管的漏极串联第四电阻、所述三极管的集电极串联第五电阻后的连接在一起作为所述接收电路的输入端。
5.根据权利要求4所述的轨道车辆制动信号传输电路，其特征在于：所述接收电路输入端具有正向串联第三二极管；所述接收电路输入端与高压电源的地之间设有压敏电阻。
6.根据权利要求1所述的轨道车辆制动信号传输电路，其特征在于：所述第二光耦的输出端与车辆制动系统之间依次串联有施密特触发器和低通滤波器。
7.根据权利要求1所述的轨道车辆制动信号传输电路，其特征在于：所述稳压块为高精度2.5V稳压块ZR4040-2.5。
8.一种如权利要求1所述电路的信号传输方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、将轨道车辆制动信号进行模数转换，并根据制动信号的强弱调制成TTL电平的5%至95%占空比的PWM信号；
2）、所述发送电路将所述PWM信号进行隔离、升压为高压电源电平的PWM信号后进所述传输线路发送至接收电路；
3）、当所述接收电路的输入端接收所述发送电路发送的信号后进行降压处理，所述降压处理具体如下：当该信号为高压电源的高电平时，使所述N沟道耗尽型场效应管工作在漏电流状态，所述N沟道耗尽型场效应管的漏电流为所述三极管提供基极驱动电流，同时也为所述第一二极管和所述稳压块提供正向导通电流，所述稳压块工作后，其正极与负极之间产生电压差，使得所述三极管发射极正偏、集电极反偏；所述三极管工作在放大导通状态；所述三极管发射极电流驱动第二光耦的输入端；所述第二光耦导通，其输出低电平；当该信号为低电平时，所述N沟道耗尽型场效应管、所述稳压块和所述三极管均不工作，所以此时所述第二光耦没有输入信号，其输出端输出高电平；
4）、所述第二光耦的输出信号经由施密特触发器整形、反向，最后由低通滤波器滤波后送至车辆制动系统。
9.根据权利要求8所述电路的信号传输方法，其特征在于所述步骤2）中的发送电路具体处理如下：将PWM信号通过所述第一光耦进行隔离；然后将所述第一光耦的输出信号送至所述高低端驱动器的输入端；所述高低端驱动器的高压侧电源接所述高压电源，所述高低端驱动器的高压侧偏置电压接次高压电源，所述高低端驱动器的低压侧的电源接中压电源；所述高压电源、次高压电源、中压电源共地；所述高压电源为直流60V，所述次高压电源为直流48V，所述中压电源为直流15V；当所述高低端驱动器的输入端接收到高电平时，所述高低端驱动器高压输出端输出60V至所述N沟道增强型场效应管的栅极；此时，所述N沟道增强型场效应管的VGS大于所述N沟道增强型场效应管的开启电压，所述N沟道增强型场效应管截至；所述高低端驱动器的低压输出端输出15V，经电阻分压后得到分压信号，所述分压信号连接至所述P沟道增强型场效应管的栅极，所述P沟道增强型场效应管的源极连接地，所述P沟道增强型场效应管VGS电压大于所述P沟道增强型场效应管的开启电压，所述P沟道增强型场效应管导通，所述发送电路的输出端输出低电平；当所述高低端驱动器的输入端接收到低电平时，所述高低端驱动器的低压输出端输出0V至所述P沟道增强型场效应管栅极；此时所述P沟道增强型场效应管VGS电压小于所述P沟道增强型场效应管的开启电压，所述P沟道增强型场效应管截至；所述高低端驱动器的高压输出端输出48V至所述N沟道增强型场效应管栅极，所述N沟道增强型场效应管的VGS电压小于所述N沟道增强型场效应管的开启电压，所述N沟道增强型场效应管导通，将与所述N沟道增强型场效应管的源极连接的所述高压电源输出，所述发送电路的输出端输出60V。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 211800 Nanjing Road, Pukou District, Jiangsu, No. 10 Patentee after: Nanjing Zhongche town Haitai Brake Equipment Co Ltd Address before: 211800 Nanjing Road, Pukou District, Jiangsu, No. 10 Patentee before: Nanjing Puzhen Haitai Brake Equipment Co., Ltd. |