CN104442921B - 铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统 - Google Patents
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Abstract
一种铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，包括电源模块、切换器、微计算机、晶体震荡器、相位调节器以及两路轨道电路电源供给装置，其中左路输出220V轨道电源，右路输出110V局部电源；切换器、相位调节器和晶体震荡器分别与微计算机的输入端连接，两路轨道电路电源供给装置通过接口I/O与微计算机的输出端连接；两路轨道电路电源供给装置结构相同，包括依次连接的D/A转换器、电流电压转换器和功率模块。该电源产生系统采用微处理器产生相敏轨道电路（50Hz和25Hz）两种电源，即轨道电源与局部电源，且为标准正弦波信号，能够方便进行幅度与相位调节，有利于系统稳定可靠工作，能够实现实验实训教学，可满足学生实验实训要求。
Description
技术领域
本发明涉及铁路行车信号机供电设备，特别是一种用于25Hz、50Hz两种相敏轨道电路的铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统。
背景技术
随着我国高速铁路的飞速发展，铁路微电子相敏轨道电路在高速信号设备中的作用越来越重要，而相敏轨道电路电源是系统的首要构成部分，目前相敏轨道电路电源存在以下不足：
铁路现场相敏轨道电路电源来源于电源屏，轨道电源220V，局部电源110V，局部电源超前轨道电源相位90度，对于25Hz相敏轨道电路两种电源来说，主要采用铁分频器把50Hz转为25Hz电源，且幅度、相位不可调，即使可以调节但极不方便，且这种电源波形较差，不利于系统稳定可靠工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，以克服已有技术所存在的上述不足，满足高职院校学生对相敏轨道电路实验实训需求。
本发明采取的技术方案是：一种铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，包括电源模块、切换器、微计算机、晶体震荡器、相位调节器以及两路轨道电路电源供给装置，其中左路输出220V轨道电源，右路输出110V局部电源；所述切换器、相位调节器和晶体震荡器分别与微计算机的输入端连接，两路轨道电路电源供给装置通过接口I/O与微计算机的输出端连接；
所述两路轨道电路电源供给装置结构相同，包括依次连接的D/A转换器、电流电压转换器和功率模块；
所述电源模块用于将220V交流电转为24V、12V和5V直流电，分别为微计算机及及所述D/A转换器、电流电压转换器和功率模块提供工作电源；所述切换器用于向微计算机输入切换信息，选择50Hz或25Hz两种频率中的一种，实现轨道电源与局部电源两种相敏轨道电路电源的切换，所述相位调节器用来调节局部电源超前轨道电源正弦波数据的相位差；所述D/A转换器为8位D/A转换器，用于把微计算机输出的并行数字信号转换成电流模拟信号并输送入电流电压转换器；所述电流电压转换器的作用是把电流信号转成电压信号后输出标准的正弦信号，并输送入功率模块；所述功率模块用于将电流电压转换器送来的电压标准正弦信号进行功率放大，并分别升到220V与110V输出；
所述微计算机包括定时器和中央处理器，所述定时器用于与晶体震荡器配合产生50Hz或25Hz频率周期T，所述中央处理器用于：
一是采集与判断外部输入数据信息；
二是每间隔时间T通过I/O口送出两路50Hz或25Hz、相位相差90度的正弦波数据；
三是控制８位D/A转换器把数字量转为模拟量后输送到D/A转换器之后的各模块。
其进一步的技术方案是：所述相位调节器由运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电位器W1构成，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4依次串接在运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5的3脚最后接地，运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5的2脚与电位器W1的调节端连接，通过调节电位器W1使运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5向微处理器输出高低电平进行相位变化控制。
其更进一步的技术方案是：所述电流电压转换器包括反馈电阻R0和运算放大器U1，运算放大器U1的3脚接地，运算放大器U1的2脚为电流输入端，运算放大器U1的1脚为电压输出端，电阻R0的一端接运算放大器U1的1脚，另一端为反馈输出。
所述功率模块包括功率放大器和升压变压器，所述功率放大器输入端连接电流电压转换器，输出端连接升压变压器，其功率放大倍数控制端连接外部幅度调节器，所述功率放大器用于将电流电压转换器输送来的信号放大，并送升压变压器升压为220V或110V，幅度调节器用于调节输出幅度实现功率放大增益，所述幅度调节器为电位器。
所述功率放大器由功放芯片LM1875、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3及电位器W2构成；
电阻R5一端接地，另一端与电容C1一端共接电压输入信号，电阻R6一端接地，另一端与电容C1的另一端共接功放芯片LM1875的1脚，电阻R7一端与电容C2串接后接地，
电阻R7另一端与电位器W2一端共接功放芯片LM1875的2脚，电位器W2另一端与电容C3一端共接功放芯片LM1875的4脚，电容C3的另一端与电阻R8串接后接地，电阻R9一端接功放芯片LM1875的4脚，另一端输出接升压变压器。
所述电源模块包括变压器GB、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成的桥式整流电路、隔离电源DC-20W、滤波电路以及三端稳压集成电路L7805，所述变压器GB用于将市电变为25V交流电，经整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成的桥式整流电路和电容C4，输出24V直流电；所述隔离电源DC-20W用于将24V直流电转成12V直流电源，所述三端稳压集成电路L7805用于将12V直流电转成5V直流电源。
由于采取上述技术方案，本发明之铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统具有如下有益效果：
本发明之铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统：采用微处理器产生相敏轨道电路（50Hz和25Hz）两种电源，即轨道电源与局部电源，所产生的两种轨道电路电源为标准的正弦波信号，且两种电源能够方便进行幅度与相位调节，不仅有利于系统稳定可靠工作，而且能够实现实验实训教学，可满足学生实验实训要求；同时可运用本发明之铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统对信号工岗位职业技能培训，提高实践能力．解决和缓解高铁信号新技术运用中的信号工技术素质低的问题。
附图说明
图1：本发明之铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统结构框图；
图2：本发明之电流、电压转换器电路图；
图3：本发明之相位调节器电路图；
图4：本发明之功率模块与升压变压器连接电路图；
图5-1：本发明之电源模块整流电路图；
图5-2：本发明之隔离电源DC-20W电路图；
图5-3：滤波电路电路图；
图5-4：三端稳压集成电路L7805电路图；
图中：
1—切换器，2—微计算机，21—中央处理器，22—定时器，3—晶体震荡器，4—相位调节器，5—电源模块，6、7—D/A转换器，8、9—电流电压转换器，10、11—功率模块，101、111—功率放大器，102、112—升压变压器，12、13—幅度调节器。
具体实施方式
一种铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，其特征在于：
该系统包括电源模块5、切换器1、微计算机２、晶体震荡器３、相位调节器4以及两路轨道电路电源供给装置，其中左路输出220V轨道电源，右路输出110V局部电源；
所述切换器1、相位调节器4和晶体震荡器3分别与微计算机2的输入端连接，两路轨道电路电源供给装置通过接口I/O与微计算机的输出端连接；
所述两路轨道电路电源供给装置结构相同，包括依次连接的D/A转换器6和7、电流电压转换器8和9以及功率模块10和11；
所述电源模块5用于将220V交流电转为24V、12V和5V直流电，分别为微计算机及上述D/A转换器6和7、电流电压转换器8和9以及功率模块10和11提供工作电源；
所述切换器1用于向微计算机输入切换信息，选择50Hz或25Hz两种频率中的一种，实现轨道电源与局部电源两种相敏轨道电路电源的切换，所述相位调节器用来调节局部电源超前轨道电源正弦波数据的相位差；
所述D/A转换器为8位D/A转换器，用于把微计算机输出的并行数字信号转换成电流模拟信号并输送入电流电压转换器；
所述电流电压转换器的作用是把电流信号转成电压信号后输出标准的正弦信号，并输送入功率模块；
所述功率模块用于将电流电压转换器送来的电压标准正弦信号进行功率放大，并分别升到220V与110V输出；
所述微计算机包括定时器22和中央处理器21，
所述定时器用于与晶体震荡器３配合产生50Hz或25Hz频率周期T，
所述中央处理器用于：
一是采集与判断外部输入数据信息；
二是每间隔时间T通过I/O口送出两路50Hz或25Hz、相位相差90度的正弦波数据；
三是控制８位D/A转换器把数字量转为模拟量后输送到D/A转换器之后的各模块。
所述相位调节器4由运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电位器W1构成，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4依次串接在运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5的3脚最后接地，运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5的2脚与电位器W1的调节端连接，通过调节电位器W1使运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5向微处理器输出高低电平进行相位变化控制。
所述电流电压转换器包括反馈电阻R0和运算放大器U1，运算放大器U1的3脚接地，运算放大器U1的2脚为电流输入端，运算放大器U1的1脚为电压输出端，电阻R0的一端接运算放大器U1的1脚，另一端为反馈输出。
所述功率模块10包括功率放大器101和升压变压器102，所述功率放大器101输入端连接电流电压转换器8，输出端连接升压变压器102，其功率放大倍数控制端连接外部幅度调节器12，所述功率模块11包括功率放大器111和升压变压器112，所述功率放大器111输入端连接电流电压转换器9，输出端连接升压变压器112，其功率放大倍数控制端连接外部幅度调节器13；所述功率放大器用于将电流电压转换器输送来的信号放大，并送升压变压器升压为220V或110V，幅度调节器用于调节输出幅度实现功率放大增益，所述幅度调节器为电位器。
所述功率放大器由功放芯片LM1875、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3及电位器W2构成；电阻R5一端接地，另一端与电容C1一端共接电压输入信号，电阻R6一端接地，另一端与电容C1的另一端共接功放芯片LM1875的1脚，电阻R7一端与电容C2串接后接地，电阻R7另一端与电位器W2一端共接功放芯片LM1875的2脚，电位器W2另一端与电容C3一端共接功放芯片LM1875的4脚，电容C3的另一端与电阻R8串接后接地，电阻R9一端接功放芯片LM1875的4脚，另一端输出接升压变压器SYBQ。
所述电源模块5包括变压器GB、整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成的桥式整流电路、隔离电源DC-20W、滤波电路以及三端稳压集成电路L7805，所述变压器GB用于将市电变为25V交流电，经整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成的桥式整流电路和电容C4，输出24V直流电；
所述隔离电源DC-20W用于将24V直流电转成12V直流电源，所述三端稳压集成电路L7805用于将12V直流电转成5V直流电源。
以上为本发明最佳实施方案之一。
工作原理：
微计算机接收外部频率切换器与相位控制器的输入，选择50Hz或25Hz两路正弦波数据，且这两路正弦波数据相位差相差由相位控制器控制，其中频率切换器用于选择50Hz与25Hz两种频率中的一种，相位控制器用于调节两路正弦波数据的相位差，通过选择不同的相位差可以模拟相位方面的故障。
两路正弦波数据每隔周期T的时间，由微计算机的中央处理器通过I/O口分别送入两个8位D/A转换器，D/A转换器把微处理器输出的并行数字信号转换成模拟电流信号，两路转换器输出的电流信号经两路电流电压转换器把电流信号转成标准的电压正弦信号；两路正弦波分别经功率放大器进行功率放大，功率放大增益由幅度调节器控制，放大后的信号经升压变压器分别升到220V（轨道电源）与110V（局部电源）输出，轨道电源与局部电源的幅度可由幅度调节器调节控制。
Claims (6)
1.一种铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，其特征在于：
该系统包括电源模块（5）、切换器（1）、微计算机（２）、晶体震荡器（３）、相位调节器（4）以及两路轨道电路电源供给装置，其中左路输出220V轨道电源，右路输出110V局部电源；
所述切换器、相位调节器和晶体震荡器分别与微计算机的输入端连接，两路轨道电路电源供给装置通过接口I/O与微计算机的输出端连接；
所述两路轨道电路电源供给装置结构相同，包括依次连接的D/A转换器、电流电压转换器和功率模块；
所述电源模块用于将220V交流电转为24V、12V和5V直流电，分别为微计算机及所述D/A转换器、电流电压转换器和功率模块提供工作电源；
所述切换器用于向微计算机输入切换信息，选择50Hz或25Hz两种频率中的一种，实现轨道电源与局部电源两种相敏轨道电路电源的切换，所述相位调节器用来调节局部电源超前轨道电源正弦波数据的相位差；
所述D/A转换器为8位D/A转换器，用于把微计算机输出的并行数字信号转换成电流模拟信号并输送入电流电压转换器；
所述电流电压转换器的作用是把电流信号转成电压信号后输出标准的正弦信号，并输送入功率模块；
所述功率模块用于将电流电压转换器送来的电压标准正弦信号进行功率放大，并分别升到220V与110V输出；
所述微计算机包括定时器（22）和中央处理器（21），
所述定时器用于与晶体震荡器（３）配合产生50Hz或25Hz频率周期T，
所述中央处理器用于：
一是采集与判断外部输入数据信息；
二是每间隔时间T通过I/O口送出两路50Hz或25Hz、相位相差90度的正弦波数据；
三是控制８位D/A转换器把数字量转为模拟量后输送到D/A转换器之后的各模块。
2.根据权利要求1所述的铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，其特征在于：
所述相位调节器（4）由运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电位器W1构成，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4依次串接在运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5的3脚最后接地，运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5的2脚与电位器W1的调节端连接，通过调节电位器W1使运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5向微处理器输出高低电平进行相位变化控制。
3.根据权利要求1或2所述的铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，其特征在于：
所述电流电压转换器包括反馈电阻R0和运算放大器U1，运算放大器U1的3脚接地，运算放大器U1的2脚为电流输入端，运算放大器U1的1脚为电压输出端，电阻R0的一端接运算放大器U1的1脚，另一端为反馈输出。
4.根据权利要求3所述的铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，其特征在于：
所述功率模块包括功率放大器和升压变压器，所述功率放大器输入端连接电流电压转换器，输出端连接升压变压器，其功率放大倍数控制端连接外部幅度调节器，所述功率放大器用于将电流电压转换器输送来的信号放大，并送升压变压器升压为220V或110V，幅度调节器用于调节输出幅度实现功率放大增益，所述幅度调节器为电位器。
5.根据权利要求4所述的铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，其特征在于：
所述功率放大器由功放芯片LM1875、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3及电位器W2构成；
电阻R5一端接地，另一端与电容C1一端共接电压输入信号，电阻R6一端接地，另一端与电容C1的另一端共接功放芯片LM1875的1脚，电阻R7一端与电容C2串接后接地，
电阻R7另一端与电位器W2一端共接功放芯片LM1875的2脚，电位器W2另一端与电容C3一端共接功放芯片LM1875的4脚，电容C3的另一端与电阻R8串接后接地，电阻R9一端接功放芯片LM1875的4脚，另一端输出接升压变压器。
6.根据权利要求5所述的铁路微电子相敏轨道电路电源产生系统，其特征在于：
所述电源模块包括变压器GB、由整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成的桥式整流电路、隔离电源DC-20W、滤波电路以及三端稳压集成电路L7805，所述变压器GB用于将市电变为25V交流电，经整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3和整流二极管D4构成的桥式整流电路和电容C4，输出24V直流电；所述隔离电源DC-20W用于将24V直流电转成12V直流电源，所述三端稳压集成电路L7805用于将12V直流电转成5V直流电源。
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