CN109164860B - 铁路信号交流电源稳压装置 - Google Patents

Abstract

一种铁路信号交流电源稳压装置，包括自耦补偿式主电路、模数转换编码单元、译码选通单元、延时保护单元、触发选通控制单元、触发单元、检错判别单元、保护驱动单元，自耦补偿式主电路包括补偿变压器、自耦变压器、晶闸管开关组和继电器保护开关。模数转换编码单元进行电压采样，输出经译码得到触发选通控制值，触发选通控制单元依据延迟后的触发选通控制值输出触发控制信号且由触发单元控制晶闸管开关组中晶闸管的通断。所述稳压器在实现互锁控制的同时，还由检错判别单元和保护驱动单元依据触发选通控制值是否有效来启动/停止对晶闸管开关组的保护，控制触发单元的供电电源，有效地加强了针对铁路信号交流电源稳压工作过程异常的保护力度。

Description

铁路信号交流电源稳压装置

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其是一种铁路信号交流电源稳压装置。

背景技术

现有的补偿式交流稳压装置，其优点是稳压范围宽，波形几乎没有失真，整机效率高，负载适应性强。其原理是根据输入电压的高低情况，自动控制补偿变压器上初级绕组的不同绕组线圈的投切，利用初级侧工作绕组和次级绕组的变比关系，或者通过调整初级绕组上所加电压的方式，提供双向多档的电压补偿，从而实现调压稳压的目的。

用于信号点灯、道岔表示、CTC设备等的铁路信号交流电源要求可靠、稳定和安全。现有补偿式交流稳压装置采用电机控制碳刷移动来改变向补偿变压器励磁线圈施加不同电压时，碳刷容易磨损，经常出现故障；采用电子开关切换的方式来进行补偿变压器上初级绕组的不同绕组线圈的投切，或者调整初级绕组上所加电压时，电子开关的延迟关断容易造成电源短路故障；采用单片机、PLC等的程序方式控制电子开关切换时，程序飞跑、死机等问题也会造成稳压装置失效，或者是因控制逻辑错误造成电源短路故障。

发明内容

为了解决现有铁路信号电源所用交流稳压装置所存在的问题，本发明提供了一种铁路信号交流电源稳压装置，包括自耦补偿式主电路、模数转换编码单元、译码选通单元、延时保护单元、触发选通控制单元、触发单元、检错判别单元、保护驱动单元。

自耦补偿式主电路包括补偿变压器、自耦变压器、晶闸管开关组和继电器保护开关。模数转换编码单元对交流电源电压进行电压采样，输出电压等级编码值；译码选通单元对电压等级编码值进行译码，输出触发选通控制值；延时保护单元输入触发选通控制值，输出延迟后的触发选通控制值和不触发区控制信号；触发选通控制单元输入延迟后的触发选通控制值，输出触发控制信号；触发单元根据输入的触发控制信号，控制主电路晶闸管开关组中晶闸管的通断；检错判别单元输入延迟后的触发选通控制值，输出触发选通控制值判别信号；保护驱动单元依据触发选通控制值判别信号是否有效来启动/停止对晶闸管开关组的保护，同时依据触发选通控制值判别信号是否有效和不触发区控制信号是否有效来对触发单元的供电电源进行控制。

触发选通控制值为M位二进制值；检错判别单元令输出的触发选通控制值判别信号是否有效的依据是，触发选通控制值的M位二进制值中，有且只有一位有效时，触发选通控制值有效，则令输出的触发选通控制值判别信号有效；否则，令输出的触发选通控制值判别信号无效；所述M为大于等于2的整数。触发选通控制值中的位为1有效，为0无效，即触发选通控制值信号中的高电平有效，低电平无效；或者是，触发选通控制值中的位为0有效，为1无效，即触发选通控制值信号中的低电平有效，高电平无效；共有M个触发选通控制值有效。

模数转换编码单元将交流电源电压波动区间范围的电压分成M个电压等级区间，输出包括M个有效的电压等级编码值；译码选通单元依据M个有效的电压等级编码值，输出的M个有效的触发选通控制值与M个电压等级区间一一对应。

交流电源电压M个电压等级区间中的每个电压等级区间对应一个电压补偿状态，不同的电压补偿状态由主电路晶闸管开关组中晶闸管不同的通断组合状态控制；触发选通控制值控制晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态；晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态控制选择自耦变压器多个输出电压中的0个，或者是1个，或者是多个电压叠加，作为补偿变压器的励磁线圈电压，实现与电压等级区间对应的电压补偿状态。触发选通控制单元包括二极管触发选通矩阵；触发选通控制单元依据有效的触发选通控制值，由二极管触发选通矩阵选择并使相应的触发控制信号有效，控制主电路晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态。

晶闸管开关组中共有N个晶闸管；二极管触发选通矩阵包括M根触发选通控制列线、N根触发驱动行线和多个二极管；M根触发选通控制列线与M位触发选通控制值一一对应，一个有效的触发选通控制值对应使一根触发选通控制列线信号有效；N根触发驱动行线与N个晶闸管一一对应，一根触发驱动行线信号有效对应使一个晶闸管的触发控制信号有效；触发控制信号有效使相应的晶闸管导通。所述N为大于等于4的整数。

每根触发选通控制列线信号有效时，对应一个晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态，且该通断组合状态中需要导通晶闸管相对应的触发驱动行线的触发驱动行线信号有效，在该触发选通控制列线与触发驱动行线信号有效的触发驱动行线之间均设置二极管进行连接，当某根触发选通控制列线信号有效时，由二极管使需要控制晶闸管导通的触发驱动行线信号有效。

一根触发驱动行线信号有效对应使一个晶闸管的触发控制信号有效的方法是，N根触发驱动行线信号一一对应直接作为N个晶闸管的触发控制信号；一根触发驱动行线信号有效对应使一个晶闸管的触发控制信号有效的方法或者是，所述触发选通控制单元还包括触发控制信号驱动电路；触发控制信号驱动电路的输入为N根触发驱动行线的信号，输出为一一对应的N个晶闸管的触发控制信号。

在电压等级区间发生变化导致触发选通控制值发生改变，需要切换晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态时，在其先后2种通断组合状态之间，维持一个不触发区时间，关断晶闸管开关组中的所有晶闸管。维持一个不触发区时间由不触发区控制信号实现。控制不触发区控制信号在触发选通控制值发生改变后输出一个单脉冲；不触发区控制信号在输出单脉冲期间有效，在非输出单脉冲期间无效。进一步地，所述触发选通控制值发生改变后，不触发区控制信号中单脉冲的宽度时间在10ms至30ms之间选取。

延时保护单元中，延迟的触发选通控制值信号改变时刻晚于触发选通控制值发生改变后不触发区控制信号中单脉冲的前沿时刻，且早于触发选通控制值发生改变后不触发区控制信号中单脉冲的后沿时刻。

保护驱动单元依据触发选通控制值判别信号是否有效来启动/停止对晶闸管开关组的保护的具体方法是，当触发选通控制值判别信号无效时，控制断开自耦变压器的输入侧供电电压来使晶闸管开关组处于保护状态下。晶闸管开关组处于保护状态下，输入的触发选通控制值判别信号恢复为有效时，保护驱动单元自动停止晶闸管开关组的保护状态。

保护驱动单元依据触发选通控制值判别信号是否有效和不触发区控制信号是否有效来对触发单元的供电电源进行控制的具体方法是，只有当触发选通控制值判别信号有效且不触发区控制信号无效时，控制接通触发单元的供电电源，触发单元正常工作，依据输入的触发控制信号发出触发脉冲；否则切断触发单元的供电电源，停止发出所有的触发脉冲。

晶闸管开关组中的晶闸管为双向晶闸管，或者是2个单向晶闸管反向并联的晶闸管交流开关。

本发明的有益效果是：所述采用补偿变压器组和晶闸管开关组进行电压补偿的铁路信号交流电源稳压装置采用仅有一位有效的、不同的触发选通控制值，由二极管触发选通矩阵实现了对晶闸管开关组中晶闸管不同通断组合状态的选通控制，且保证了晶闸管开关组中同侧晶闸管不同时导通，即实现了晶闸管的互锁控制。在此同时，还对因为模数转换编码单元发生故障，或者是译码选通单元出现逻辑错误，导致触发选通控制值无效时，停止发出触发脉冲且断开自耦变压器的输入侧供电电压进行晶闸管开关组的保护，有效地加强了所述铁路信号交流电源稳压装置针对工作过程异常的保护力度；在晶闸管开关组处于保护状态时，如果触发选通控制值恢复有效，则能够自动停止晶闸管开关组的保护状态并使其重新处于补偿工作状态；未采用单片机、PLC等的程序方式控制晶闸管的通、断切换，避免了程序飞跑、死机等问题造成的稳压装置故障。上述功能使所述铁路信号交流电源稳压装置的工作更加稳定、可靠。

附图说明

图1为铁路信号交流电源稳压装置的系统组成框图；

图2为自耦补偿式主电路实施例1；

图3为自耦补偿式主电路实施例2；

图4为模数转换编码单元实施例1；

图5为模数转换编码单元实施例2；

图6为译码选通单元实施例；

图7为延时保护单元实施例框图；

图8为延时检测模块中针对触发选通控制值信号Y10的延时检测电路实施例1；

图9为延时检测模块中针对触发选通控制值信号Y10的延时检测电路实施例2；

图10为延时检测模块中针对触发选通控制值信号Y10的延时检测电路实施例3；

图11为不触发区控制信号产生模块实施例；

图12为延时保护单元中部分相关波形示意图；

图13为触发单元中触发双向晶闸管SR1的触发电路实施例；

图14为触发选通控制单元实施例1；

图15为触发选通控制单元实施例2；

图16为触发选通控制单元实施例3；

图17为检错判别单元实施例；

图18为保护驱动单元实施例。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1为铁路信号交流电源稳压装置的系统组成框图，模数转换编码单元对交流电源电压进行电压采样，经模数转换后输出电压等级编码值P1；译码选通单元对电压等级编码值P1进行译码，输出触发选通控制值P2；延时保护单元输入触发选通控制值P2，输出延迟后的触发选通控制值P3和不触发区控制信号P4；触发选通控制单元输入延迟后的触发选通控制值P3，输出触发控制信号P5；触发单元根据输入的触发控制信号P5，发出触发信号P6至自耦补偿式主电路，控制晶闸管开关组中双向晶闸管的通断；检错判别单元输入延迟后的触发选通控制值P3，输出触发选通控制值判别信号P7；保护驱动单元输入不触发区控制信号P4和触发选通控制值判别信号P7，依据触发选通控制值判别信号P7是否有效来启动/停止对晶闸管开关组的保护，同时依据触发选通控制值判别信号P7是否有效和不触发区控制信号P4是否有效来控制触发单元的供电电源。

图2为自耦补偿式主电路实施例1，包括补偿变压器TB1和自耦变压器TB2，6个双向晶闸管SR1-SR6共同组成晶闸管开关组，熔断器FU1和继电器常开开关KA-1、继电器常闭开关KA-2组成继电器保护电路。

图2中，补偿变压器TB1的补偿线圈串联在相线上，相线输入端为LA1，输出端为LA2。TB1励磁线圈上的电压由晶闸管开关组控制。自耦变压器TB2有3个输出抽头C1、C2、C3，双向晶闸管SR1、SR3、SR5的一端并联后连接至TB1励磁线圈的一端，SR1、SR3、SR5的另外一端分别连接至抽头C1、C2、C3；双向晶闸管SR2、SR4、SR6的一端并联后连接至TB1励磁线圈的另外一端，SR2、SR4、SR6的另外一端则分别连接至抽头C1、C2、C3。设自耦变压器TB2抽头C1、C2间的输出电压U12与C2、C3间的输出电压U23不同，且电压U23是电压U12的2倍；则晶闸管开关组最多有正向U12、正向U23、正向U12+U23、反向U12、反向U23、反向U12+U23共6种励磁线圈电压补偿状态，外加一种输入电压在正常范围之内时的0电压补偿状态，相线输入端LA1输入的交流电源电压能够最多被分成7个电压区间进行补偿控制。图2中，N为零线，G11、G12至G61、G62分别为双向晶闸管SR1至SR6的触发信号输入端。图2中，双向晶闸管SR1、SR3、SR5组成同侧晶闸管，双向晶闸管SR2、SR4、SR6组成另一同侧晶闸管；为避免短路，同侧晶闸管中不能同时有2个及2个以上的晶闸管同时导通；例如，SR1、SR3不能同时导通，SR4、SR6不能同时导通，等等。

图3为自耦补偿式主电路实施例2，包括补偿变压器TB1和自耦变压器TB2，8个双向晶闸管SR1-SR8共同组成晶闸管开关组，熔断器FU1和继电器常开开关KA-1、继电器常闭开关KA-2组成继电器保护电路。

图3中，补偿变压器TB1的补偿线圈串联在相线上，相线输入端为LA1，输出端为LA2。TB1励磁线圈上的电压由晶闸管开关组控制。自耦变压器TB2有4个输出抽头C1、C2、C3、C4，双向晶闸管SR1、SR3、SR5、SR7的一端并联后连接至TB1励磁线圈的一端，SR1、SR3、SR5、SR7的另外一端分别连接至抽头C1、C2、C3、C4；双向晶闸管SR2、SR4、SR6、SR8的一端并联后连接至TB1励磁线圈的另外一端，SR2、SR4、SR6、SR8的另外一端则分别连接至抽头C1、C2、C3、C4。设自耦变压器TB2抽头C1、C2间的输出电压U12，C2、C3间的输出电压U23，C3、C4间的输出电压U34各不不同，且电压U23是电压U12的3倍，电压U34是电压U12的2倍；则晶闸管开关组包括正向U12、正向U23、正向U34、正向U12+U23、正向U23+U34、正向U12+U23+U34、反向U12、反向U23、反向U34、反向U12+U23、反向U23+U34、反向U12+U23+U34共12种励磁线圈电压补偿状态，外加一种输入电压在正常范围之内时的0电压补偿状态，相线输入端LA1输入的交流电源电压能够被分成最多13个电压区间进行补偿控制。图3中，N为零线，G11、G12至G81、G82分别为双向晶闸管SR1至SR8的触发信号输入端。图3中，双向晶闸管SR1、SR3、SR5、SR7组成同侧晶闸管，双向晶闸管SR2、SR4、SR6、SR8组成另一同侧晶闸管；为避免短路，同侧晶闸管中不能同时有2个及2个以上的晶闸管同时导通；例如，SR1、SR7不能同时导通，SR4、SR8不能同时导通，等等。

图2、图3中的每个双向晶闸管均可以用2个反向并联的单向晶闸管替代。图2、图3中，继电器常开开关和继电器常闭开关组成继电器保护开关。

将交流电源电压波动区间范围的电压分成M个电压等级区间，模数转换编码单元对交流电源电压进行电压采样，将交流电源电压波动区间范围的电压，经模数转换后输出二进制构成的电压等级编码值。

图4为模数转换编码单元实施例1。图4中，FD1为真有效值检测器件LTC1966，LTC1966与变压器TV1、电容CV1、电容CV2、电阻RV1、电阻RV2构成有效值检测电路，对从相线LA1和零线N输入的交流电源电压有效值进行测量，得到交流电源电压采样值U1。LTC1966的UIN1、UIN2为交流电压差分输入端，USS为可以接地的负电源输入端，UDD为正电源输入端，GND为地端，EN为低电平有效的使能控制输入端，UOUT为电压输出端，COM为输出电压返回端。

图4中，FD2为双积分型A/D转换器ICL7109，用于将交流电源电压波动区间范围的电压区分为电压等级区间并转换为二进制构成的电压等级编码值输出。图4中，ICL7109的运行/保持端RUN、低字节使能端LBEN、测试端TEST接高电平，片选端CE/LOAD、模式端MODE、高字节使能端HBEN、振荡器选择端OSC SEL接低电平，其工作在持续(即自动重复)转换方式及高字节直接输出模式；晶振XT1连接至ICL7109的振荡器输入端OSC IN和振荡器输出端OSC OUT；积分电容C11、积分电阻R11、自动调零电容C12的一端连结组成积分电路，另外一端分别连接至ICL7109的积分电容端INT、缓冲器输出端BUF、自动调零电容端AZ；ICL7109的差分输入高端IN HOL输入交流电源电压采样值U1，差分输入低端IN LO连接至基准电压输出端REF OUT；电阻RF1、电阻RF2对基准电压分压，在电阻RF2上得到参考电压Uref，Uref输入至参考电压正输入端REF IN+和参考电压负输入端REF IN-；参考电容C13连接至参考电容正输入端REF CAP+和参考电容负输入端REF CAP-；ICL7109的V+为正电源端，连接至电源+VCC；ICL7109的V-为负电源端，连接至电源-VCC；ICL7109的GND为数字地端，COMMON为模拟地端，均连接至公共地GND。

设输入的交流电源电压波动范围为220V±10％，要求采用自耦补偿式主电路实施例1将其稳定在220V±2％的范围内输出，交流电源电压波动区间范围是242V至198V，此时采用图4的模数转换编码单元实施例1，可以将输入在242V至198V之间的电压分为区间电压大小为6.4V的7个电压等级区间，其中的3个电压等级区间的电压高于要求的输出电压范围，需要进行降压补偿；3个电压等级区间的电压低于要求的输出电压范围，需要进行升压补偿；1个电压等级区间在要求的输出电压范围之内，进行0电压补偿，即不补偿。6.4V的电压区间不大于220V±1.5％，满足输出控制在220V±2％之内的要求。采用图2自耦补偿式主电路实施例1进行补偿，则自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U12做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为6.4V；仅用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为12.8V；同时使用输出电压U12、U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为19.2V。图4中，ICL7109对从差分输入高端IN HOL和差分输入低端IN LO之间的差分电压进行A/D转换；6.4V的7个电压等级区间对应的交流电源电压波动区间为242.4V至197.6V，覆盖了实际波动的范围；差分输入低端IN LO输入的、从基准电压输出端REF OUT输出的基准电压Ucp应该与交流电源电压波动区间范围的低限理论值197.6V对应；因此，确定变压器TV1的变比和电阻RV1、电阻RV2的分压比，应该在交流电源电压为低限理论值197.6V时，使交流电源电压采样值U1等于基准电压输出端REF OUT输出的基准电压Ucp。图4中，模数转换编码单元输出的电压等级编码值P1由从ICL7109最高4位B12、B11、B10、B9输出的数据L4、L3、L2、L1组成；L4、L3、L2、L1与电压从低到高7个电压等级区间一一对应的7个电压等级编码值分别是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110，通过调节参考电压Uref的大小来实现。调节参考电压Uref大小的方法一是：交流电源电压在最高2个电压等级区间的分界电压236V处上下波动时，整定(即调节)电阻RF1、电阻RF2的分压比，使L4、L3、L2、L1的数值在0110和0101之间波动；调节参考电压Uref大小的方法二是：设Ux为交流电源电压在197.6V至242.4V的理论范围波动时，从差分输入高端IN HOL和差分输入低端IN LO输入的电压变化范围，有

Ux的变化范围对应B12、B11、B10、B9的7个最小编码值；设对应B12、B11、B10、B9的10个BCD编码值的输入变化满量程输入电压范围是Um，有

ICL7109的参考电压为满量程输入电压的1/2，有

因此，此时只需要调整电阻RF1、电阻RF2的分压比，使Uref等于式(1)的计算值即可。

设输入的交流电源电压波动范围为220V+10％至220V-20％，要求采用自耦补偿式主电路实施例2将其稳定在220V±2％的范围内输出，交流电源电压波动区间范围是242V至176V，此时采用图4的模数转换编码单元实施例1，可以将输入在242V至176V之间的电压分为区间电压大小为7V的10个电压等级区间，其中的3个电压等级区间的电压高于要求的输出电压范围，需要进行降压补偿；6个电压等级区间的电压低于要求的输出电压范围，需要进行升压补偿；1个电压等级区间在要求的输出电压范围之内，进行0电压补偿，即不补偿。7V的电压区间为220V±1.6％，满足输出控制在220V±2％之内的要求。采用图3自耦补偿式主电路实施例2进行补偿，则自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U12做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为7V；仅用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为21V；仅用输出电压U34做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为14V；同时使用输出电压U12、U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为28V；等等。此时，7V的10个电压等级区间对应的交流电源电压波动区间为244.5V至174.5V，覆盖了实际波动的范围；差分输入低端IN LO输入的、从基准电压输出端REF OUT输出的基准电压Ucp应该与交流电源电压波动区间范围的低限理论值174.5V对应；因此，确定变压器TV1的变比和电阻RV1、电阻RV2的分压比，应该在交流电源电压为低限理论值174.5V时，使交流电源电压采样值U1等于基准电压输出端REF OUT输出的基准电压Ucp。图4中，模数转换编码单元输出的电压等级编码值P1由从ICL7109最高4位B12、B11、B10、B9输出的数据L4、L3、L2、L1组成，L4、L3、L2、L1与电压从低到高10个电压等级区间一一对应的10个电压等级编码值分别是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，通过调节参考电压Uref的大小来实现。调节参考电压Uref大小的方法一是：交流电源电压在最高的两个电压等级区间分界处(即交流电源电压的235.4V)上下波动时，整定(即调节)电阻RF1、电阻RF2的分压比，使L4、L3、L2、L1的数值在1000和1001之间波动；调节参考电压Uref大小的方法二是：设Uy为交流电源电压在174.5V至244.5V的理论范围波动时，从差分输入高端IN HOL和差分输入低端IN LO输入的电压变化范围，此时有

Uy的变化范围对应B12、B11、B10、B9输出BCD码的10个编码值，为满量程输入，有

因此，此时只需要调整电阻RF1、电阻RF2的分压比，使Uref等于式(2)的计算值即可。

图4中，LTC1966、ICL7109的其他外围元件参数可以通过阅读相应的器件数据手册进行确定。交流电源电压采样值U1还可以采用其他检测电路来实现，ICL7109也可以采用其他器件，例如，采用双积分A/D转换器MAX139、MAX140、ICL7107等替换ICL7109，MAX139、MAX140、ICL7107等输出的二进制编码为7段代码，其作用与ICL7109输出的BCD码相同。

图5为模数转换编码单元实施例2，从相线LA1和零线N输入的交流电源电压经变压器TV2降压后，由二极管DV1-DV4组成的整流桥整流，再经电容CV3滤波和电阻RV3、电阻RV4分压，得到与输入的交流电源电压有效值成正比例关系的交流电源电压采样值U2；电阻RV5和稳压管WV1组成低限阈值电压电路，稳压管WV1上电压为与交流电源电压波动区间范围的低限值对应的低限阈值电压U2cp。交流电源电压采样值U2也可以送至图4中ICL7109的差分输入高端IN HOL，由ICL7109转换为二进制构成的电压等级编码值输出。

图5中，FD3为双积分型A/D转换器MC14433，用于将交流电源电压波动区间范围的电压区分为电压等级区间并转换为二进制构成的电压等级编码值输出。图5中，MC14433的转换结束输出端EOC连接至转换结果输出控制端DU，使其工作在自动重复转换状态；积分电阻R14和积分电容C14连接至MC14433的外接积分元件端R1、R1/C1、C1；振荡电阻R15连接至MC14433的时钟外接元件端CP0、CP1；补偿电容C15连接至MC14433的外接补偿电容端C01、C02；电阻RF3、电阻RF4对电源+VCC进行分压，在电阻RF4上得到参考电压Uref1，Uref1输入至参考电压输入端VREF；VDD为MC14433的正电源端，连接至电源+VCC；VSS为数字地端，VAG为模拟地端，均连接至公共地。

图5中，FD4为4路D锁存器CD4042，CD4042的4位数据输入端D0-D3连接至MC14433的4位数据输出端Q0-Q3；CD4042的触发时钟输入端CP连接至MC14433的百位选通信号输出端DS2；CD4042的时钟极性控制端POL接高电平，正电源端VDD连接至电源+VCC，数字地端VSS连接至公共地。CD4042将MC14433每次转换结束后分时输出的百位BCD数据进行锁存，模数转换编码单元输出的电压等级编码值P1由从CD4042输出端Q3、Q2、Q1、Q0输出的数据L4、L3、L2、L1组成。CD4042可以用其他锁存器来代替。

设输入的交流电源电压波动范围为220V±10％，要求采用自耦补偿式主电路实施例1将其稳定在220V±2％的范围内输出，交流电源电压波动区间范围是242V至198V，此时采用图5的模数转换编码单元实施例2，可以将输入在242V至198V之间的电压分为区间电压大小为6.4V的7个电压等级区间，其中的3个电压等级区间的电压高于要求的输出电压范围，需要进行降压补偿；3个电压等级区间的电压低于要求的输出电压范围，需要进行升压补偿；1个电压等级区间在要求的输出电压范围之内，进行0电压补偿，即不补偿。

图5中，MC14433的被测电压输入端VX连接至交流电源电压采样值U2的输出端，而低限阈值电压U2cp被连接至公共地GND，因此，MC14433是对交流电源电压采样值U2与低限阈值电压U2cp之间的电压差值进行转换；6.4V的7个电压等级区间对应的交流电源电压波动区间为242.4V至197.6V，低限阈值电压U2cp与交流电源电压波动区间范围的低限理论值197.6V对应；因此，变压器TV2的变比和电阻RV3、电阻RV4的分压比，应该在交流电源电压为低限理论值197.6V时，使交流电源电压采样值U2等于低限阈值电压U2cp。图5中，模数转换编码单元输出的电压等级编码值P1由从MC14433百位输出的数据L4、L3、L2、L1组成；由于要求将输入在242.4V至197.6V之间的电压分为区间电压大小为6.4V的7个电压等级区间，L4、L3、L2、L1与电压从低到高7个电压等级区间一一对应的7个电压等级编码值分别是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110，通过调节输入至MC14433的参考电压U2ref大小来实现。调节参考电压U2ref大小的方法一是：交流电源电压在最高2个电压等级区间的分界电压236V处上下波动时，令参考电压从最大值开始减小，调节电阻RF3、电阻RF4的分压比，使L4、L3、L2、L1的数值在0110和0101之间波动；调节参考电压U2ref大小的方法二是：设此时Ux为交流电源电压在197.6V至242.4V的理论范围波动时的电压变化范围，有

由于MC14433的测量输出为3位半BCD数据，对应满量程输入，千位加上百位共有20个BCD编码值，Ux的变化范围对应其中的7个最小编码值；设对应20个BCD编码值的输入变化满量程输入电压范围是Uz，有

MC14433的参考电压等于满量程输入电压，有

因此，此时只需要调整电阻RF3、电阻RF4的分压比，使U2ref等于式(3)的计算值即可。

设输入的交流电源电压波动范围为220V+10％至220V-20％，要求采用自耦补偿式主电路实施例2将其稳定在220V±2％的范围内输出，交流电源电压波动区间范围是242V至176V，此时采用图5的模数转换编码单元实施例2，可以将输入在242V至176V之间的电压分为区间电压大小为7V的10个电压等级区间，其中的3个电压等级区间的电压高于要求的输出电压范围，需要进行降压补偿；6个电压等级区间的电压低于要求的输出电压范围，需要进行升压补偿；1个电压等级区间在要求的输出电压范围之内，进行0电压补偿，即不补偿。7V的10个电压等级区间对应的交流电源电压波动区间为244.5V至174.5V，低限阈值电压U2cp与交流电源电压波动区间范围的低限值理论值174.5V对应；因此，变压器TV2的变比和电阻RV3、电阻RV4的分压比，应该在交流电源电压为低限理论值174.5V时，使交流电源电压采样值U2等于低限阈值电压U2cp。图5中，模数转换编码单元输出的电压等级编码值P1由从MC14433百位输出的数据L4、L3、L2、L1组成，L4、L3、L2、L1与电源电压从低到高10个电压等级区间一一对应的10个电压等级编码值分别是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，通过调节参考电压U2ref的大小来实现。调节参考电压U2ref大小的方法一是：交流电源电压在最高的两个电压等级区间分界处(即交流电源电压的235.4V)上下波动时，令参考电压从最大值开始减小，调节电阻RF3、电阻RF4的分压比，使L4、L3、L2、L1的数值在1000和1001之间波动；调节参考电压U2ref大小的方法二是：设此时Uy为交流电源电压在174.5V至244.5V的理论范围波动时的电压变化范围，有

Uy的变化范围对应MC14433千位加上百位共有20个BCD编码值中的10个最小编码值；设此时对应20个BCD编码值的输入变化满量程输入电压范围是Uz，有

MC14433的参考电压等于满量程输入电压，有

因此，此时只需要调整电阻RF3、电阻RF4的分压比，使U2ref等于式(4)的计算值即可。

图5中，MC14433的其他外围元件参数可以通过阅读相应的器件数据手册进行确定。交流电源电压采样值U2还可以采用其他检测电路来实现，例如，采用各种真有效值检测芯片来实现。交流电源电压采样值U2与相应的低限阈值电压之间的差值也可以采用其他方法得到，例如，用模拟电压减法器电路，将交流电源电压采样值U2减去相应的低限阈值电压值。

上述各实施例中，当采用自耦补偿式主电路实施例1进行电压补偿，利用图4的模数转换编码单元实施例1或者是图5的模数转换编码单元实施例2，将输入在242V至198V之间的电压分为区间电压大小为6.4V的7个电压等级区间时，由L4、L3、L2、L1组成的电压等级编码值中，L4恒等于0，因此，此时实际的电压等级编码值也可以认为是由3位，即L3、L2、L1组成，L3、L2、L1与电压从低到高7个电压等级区间一一对应的7个电压等级编码值分别是000、001、010、011、100、101、110。

译码选通单元对输入的、与M个电压等级区间一一对应的电压等级编码值进行译码，输出M位二进制数构成的触发选通控制值；当交流电源电压处于M个电压等级区间中的一个时，M位触发选通控制值中对应的一位有效，其他位无效。M位触发选通控制值的有效位为高电平，即二进制1；无效位为低电平，即二进制0；或者是，M位触发选通控制值的有效位为低电平，即二进制0；无效位为高电平，即二进制1。

图6为译码选通单元实施例，其中，图6(a)为针对电压等级编码值为3位、对应有7个电压等级编码值的译码选通单元实施例1，图6(b)为针对电压等级编码值为4位、对应有10个电压等级编码值的译码选通单元实施例2。表1为与图6(a)对应的逻辑真值表；图6(a)中，FD5为ROM存储器，ROM存储器的地址输入端为译码选通单元的信号输入端，3位电压等级编码值L1-L3依次连接至ROM存储器的地址输入端A0-A2；ROM存储器的数据输出端为译码选通单元的信号输出端，其7位数据输出D0-D6分别为7位触发选通控制值，7个输出信号Y11-Y17组成触发选通控制值P2。

表1

表1中，输出的7位触发选通控制值为高电平有效，ROM存储器FD5的存储单元内容按照表1写入。图6(a)中，输入的信号L3-L1分别为与7个电压等级区间一一对应的000、001、010、011、100、101、110电压等级编码值时，输出的7位触发选通控制值中，分别使其中的Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17为高电平；当输入的信号L3-L1不是000、001、010、011、100、101、110中的一个时，或者说，输入的电压等级编码值无效时，使输出的Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17均为低电平，即输出的触发选通控制值无效。

如果要求输出的7位触发选通控制值为低电平有效，则表1逻辑真值表的输出信号中的1需要改变为0，0需要改变为1；用ROM存储器实现其功能时，存储单元的内容按照表1反相即可。

图6(a)的ROM存储器同样可以用于针对与其他数量电压等级区间一一对应的电压等级编码值进行译码。例如，针对输入为4位电压等级编码值、输出为10位触发选通控制值例子进行译码时，4位电压等级编码值L1-L4依次连接至ROM存储器的地址输入端A0-A3；ROM存储器的数据输出端为译码选通单元的信号输出端，其10位数据输出D0-D9分别为10位触发选通控制值，10个输出信号Y11-Y110组成触发选通控制值P2。扩充表1的内容，使ROM存储器的存储单元依次为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001时，分别使存储单元中的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9位为1，其他位为0；地址为非0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001的存储单元中所有位为0；则输入的信号L4-L1分别为与10个电压等级区间一一对应的0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001电压等级编码值时，输出的10位触发选通控制值中，分别使其中的Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17、Y18、Y19、Y110为高电平；当输入的信号L4-L1不是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001中的一个时，或者说，输入的电压等级编码值无效时，使输出的Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17、Y18、Y19、Y110均为低电平，即输出的触发选通控制值无效。

图6(b)中，FD6为四线—十六线译码器CD4514，CD4514的编码值输入端为译码选通单元的信号输入端，A、B、C、D依次连接至4位电压等级编码值L1-L4；CD4514的译码输出端为译码选通单元的信号输出端，其最低10位译码S0-S9分别为Y11-Y110，Y11-Y110组成触发选通控制值P2。表2为与图6(b)对应的逻辑真值表，其中，CD4514的片选端INH输入为逻辑0(低电平)，锁存控制端ST输入为逻辑1(高电平)，使CD4514正常执行译码任务，表2中未列出；CD4514的S10-S15在该实施例中未用到，表2中未列出。

表2中，输出的10位触发选通控制值为高电平有效。图6(b)中，输入的信号L4-L1分别为与10个电压等级区间一一对应的0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001电压等级编码值时，输出的10位触发选通控制值中，分别使其中的Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17、Y18、Y19、Y110为高电平；当输入的信号L4-L1不是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001中的一个时，或者说，输入的电压等级编码值无效时，使输出的Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17、Y18、Y19、Y110均为低电平，即输出的触发选通控制值无效。

如果要求输出的10位触发选通控制值为低电平有效，可以在图6(b)中CD4514的输出S0-S9后面增加一级反相器来实现。

图6(b)的电路同样可以用于针对与其他数量电压等级区间一一对应的电压等级编码值进行译码。例如，针对输入为3位电压等级编码值、输出为7位触发选通控制值例子进行译码时，CD4514的A、B、C依次连接至3位电压等级编码值L1-L3，D接逻辑0；CD4514的译码输出端为译码选通单元的信号输出端，其最低7位译码S0-S6分别为Y11-Y17，Y11-Y17组成触发选通控制值P2。

表2

译码选通单元中的ROM存储器，或者是译码器，或者是用其他逻辑器件组成的电路，均采用正单电源+VCC供电。

图7为延时保护单元实施例框图，其中，延时检测模块YC1分别对输入的触发选通控制值Y11-Y1M进行信号延迟得到延迟后的触发选通控制值Y21-Y2M，Y21-Y2M组成P3；YC1模块同时分别对触发选通控制值的信号Y11-Y1M进行边沿检测得到边沿检测信号Y31-Y3M；不触发区控制信号产生模块YC2将输入的边沿检测信号Y31-Y3M转换为不触发区控制信号P4输出。图7的实施例框图中，延时检测模块YC1的输入为图6(a)译码选通单元实施例1输出的触发选通控制值时，M等于7；图7的实施例框图中，延时检测模块YC1的输入为图6(b)译码选通单元实施例2输出的触发选通控制值时，M等于10。

图8为延时检测模块针中对触发选通控制值信号Y11的延时检测电路实施例1。电阻RY0、电容CY0、驱动门FY0实现对Y11的信号延迟，得到Y11经延迟后的信号Y21。电阻RY1、电容CY1、二极管DY1、反相器FY1组成针对输入信号Y11的上升沿检测电路，反相器FY1的输出信号YP1中，在Y11上升沿之后输出与之相应的负脉冲形式的单脉冲。电阻RY2、电容CY2、二极管DY2、反相器FY2、FY3组成针对输入信号Y11的下降沿检测电路，反相器FY3的输出信号YP2中，在Y11下降沿之后输出与之相应的负脉冲形式的单脉冲。与非门FY4实现的是负逻辑的或逻辑功能，当输入信号YP1、YP2中有负脉冲产生时，与非门FY4输出的边沿检测信号Y31中产生正脉冲，即当输入信号Y11有变化时，与非门FY4输出一个正脉冲形式的单脉冲。图8中，驱动门FY0、反相器FY1、反相器FY3优选带施密特输入的器件，例如，反相器选择74HC14，CD40106等等；驱动门FY0可由2个带施密特输入的反相器组成。

图9为延时检测模块针中对触发选通控制值信号Y11的延时检测电路实施例2。反相器FY5、电阻RY3、电容CY3对输入信号Y11进行反相和延迟，得到Y11经延迟的反相信号YP0；反相器FY6再将YP0反相，得到Y11经延迟后的信号Y21。与非门FY7输入的信号为Y11和Y11经延迟的反相信号YP0，输出信号YP1中产生与Y11上升沿相应的负脉冲形式的单脉冲；或门FY8输入的信号为Y11和Y11经延迟的反相信号YP0，输出信号YP2中产生与Y11下降沿相应的负脉冲形式的单脉冲。与非门FY9实现的是负逻辑的或逻辑功能，当输入信号YP1、YP2中有负脉冲产生时，与非门FY9输出的边沿检测信号Y31中产生正脉冲，即当输入信号Y11有变化时，与非门FY9输出一个正脉冲形式的单脉冲。图9中，反相器FY6、与非门FY7、或门FY8优选带施密特输入的器件，例如，反相器选择74HC14，CD40106等等；与非门选择74HC132、CD4093等等；或门选择74HC7032，或者是选择2个带施密特输入的反相器和1个与非门来实现或门功能。

图10为延时检测模块针中对触发选通控制值信号Y11的延时检测电路实施例3，其中由电阻RY1、电容CY1、二极管DY1、反相器FY1组成针对输入信号Y11的上升沿检测电路，和由电阻RY2、电容CY2、二极管DY2、反相器FY2、FY3组成针对输入信号Y11的下降沿检测电路，以及利用与非门FY4输出边沿检测信号Y31的电路与图8的实施例1相同。图10中，由反相器FY11、FY12、FY13、FY14实现对Y11的信号延迟，得到Y11经延迟后的信号Y21。

图8、图9、图10的实施例1-3均为针对触发选通控制值中的信号Y11的延时检测电路，针对触发选通控制值中的其他信号Y12-Y1M的延时检测电路，与相应实施例中针对输入信号Y11进行延时检测的电路结构与功能一样。延时检测电路也可以采用满足要求的其他电路来实现其功能。

不触发区控制信号产生模块的功能是，当输入的针对触发选通控制值的边沿检测信号中的任何一个或者多个产生有与边沿相关的单脉冲时，不触发区控制信号中输出一个单脉冲。图11为不触发区控制信号产生模块实施例，由包括有M个输入的或非门FY10实现相应的功能，或非门FY10的输入信号为边沿检测信号Y31-Y3M，输出为不触发区控制信号P4。图11实施例中，不触发区控制信号输出的单脉冲为负脉冲，即不触发区控制信号低电平有效；将或非门FY10换成或门时，不触发区控制信号输出的单脉冲为正脉冲。如果输入的边沿检测信号Y31-Y3M中产生的有与边沿相关的单脉冲为负脉冲，则图11中的或非门FY10应该更改为与非门或者是与门，实现负逻辑下的或逻辑功能。

延时保护单元中的所有门电路均采用单电源+VCC供电。图12为延时保护单元中部分相关波形示意图。从译码选通单元的原理及要求可知，其输出的触发选通控制值发生正常改变时，每次都有2位发生变化。图12中，触发选通控制值中的Y11分别发生一次上升沿改变和下降沿改变，Y21是Y11延迟T1时间后的触发选通控制值；在图8的延时检测电路实施例1中，T1由电阻RY0与电容CY0的乘积大小(即时间常数大小)决定；在图9的延时检测电路实施例2中，T1由电阻RY3与电容CY3的乘积大小决定；在图10的延时检测电路实施例3中，T1由反相器FY11、FY12、FY13、FY14本身的门延迟时间大小决定。图12中，信号YP1中因Y11上升沿产生的负脉冲宽度为T2；在图8的延时检测电路实施例1和图10的延时检测电路实施例3中，T2由电阻RY1与电容CY1的乘积大小决定；在图9的延时检测电路实施例2中，T2由电阻RY3与电容CY3的乘积大小决定。图12中，信号YP2中因Y11下降沿产生的负脉冲宽度为T3；在图8的延时检测电路实施例1和图10的延时检测电路实施例3中，T3由电阻RY2与电容CY2的乘积大小决定；在图9的延时检测电路实施例2中，T3由电阻RY3与电容CY3的乘积大小决定。图12中，边沿检测信号Y31中的2个正脉冲分别与信号YP1中因Y11上升沿产生的负脉冲和信号YP2中因Y11下降沿产生的负脉冲对应。设在图12触发选通控制值中的Y11发生上升沿改变时，触发选通控制值中的Y12发生下降沿改变，此时其对应的边沿检测信号Y32相应产生一个正脉冲；设当Y11发生下降沿改变时，触发选通控制值中的Y12同时发生一次上升沿改变，此时其对应的边沿检测信号Y32中相应产生一个正脉冲；在此期间，Y11、Y12之外的其他触发选通控制值信号没有发生变化，与Y11、Y12之外其他触发选通控制值信号相应的边沿检测信号均为低电平，图12中未画出。依据前述的不触发区控制信号产生模块的或逻辑功能，不触发区控制信号产生模块输出的单脉冲宽度与输入的边沿检测信号中共同产生该单脉冲的输入脉冲中最宽的脉冲宽度相同，这种宽度差异是因不同延时检测电路中决定T2、T3的电阻、电容值的差异所造成。图12中，Y31中的第1个正脉冲比Y32中的第1个正脉冲宽，Y31中的第2个正脉冲比Y32中的第2个正脉冲窄，不触发区控制信号P4中的第1个负脉冲宽度与边沿检测信号Y31中的第1个正脉冲宽度一致，不触发区控制信号P4中的第2个负脉冲宽度与边沿检测信号Y32中的第2个正脉冲宽度一致。

在图8延时保护单元的延时检测电路实施例1中，触发选通控制值发生改变至对应的不触发区控制信号单脉冲前沿的延迟时间为门电路FY1、FY4以及图11中FY10的延迟时间之和，或者是门电路FY3、FY4以及图11中FY10的延迟时间之和；由电阻RY0与电容CY0的乘积大小决定的触发选通控制值的信号延迟时间T1的选择范围是ms数量级，显然，大于触发选通控制值发生改变至对应的不触发区控制信号单脉冲前沿的延迟时间，即触发选通控制值信号延迟改变的时刻晚于触发选通控制值发生改变后输出的单脉冲的前沿时刻。严格来说，T1实际上包括电阻RY0与电容CY0所造成的滞后时间，以及门电路FY0的延迟时间之和。图8实施例1中，在选择参数时，要使T2的值和T3的值均大于T1的值，使触发选通控制值信号延迟改变的时刻满足早于触发选通控制值发生改变后输出的不触发区控制信号单脉冲后沿时刻的要求。

在图9的延时保护单元中延时检测电路实施例2中，触发选通控制值发生改变至对应的不触发区控制信号单脉冲前沿的延迟时间为门电路FY7、FY9以及图11中FY10的延迟时间之和，或者是门电路FY8、FY9以及图11中FY10的延迟时间之和；T1为ms数量级的数值，显然，此时由电阻RY3与电容CY3的乘积大小决定的触发选通控制值的信号延迟时间T1大于触发选通控制值发生改变至对应的不触发区控制信号单脉冲前沿的延迟时间，即触发选通控制值信号延迟改变的时刻晚于触发选通控制值发生改变后输出的单脉冲的前沿时刻。图9的延时检测电路实施例2中，触发选通控制值信号延迟改变的时刻与触发选通控制值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻均受信号YP0改变的影响；触发选通控制值信号延迟改变的时刻为信号YP0改变后再经门电路FY6的延迟；触发选通控制值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻为信号YP0改变后再经门电路FY7、FY9和图11中FY10的延迟时间之和，或者是信号YP0改变后再经门电路FY8、FY9和图11中FY10的延迟时间之和；显然，此时触发选通控制值信号延迟改变的时刻比触发选通控制值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻少经过2个门电路的延迟时间，满足触发选通控制值信号延迟改变的时刻需早于触发选通控制值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻的要求。

图13为触发单元中触发图2自耦补偿式主电路实施例1，或者是触发图3自耦补偿式主电路实施例2中双向晶闸管SR1的触发电路实施例，由交流触发光耦UG1、电阻RG1、电阻RG2组成，触发控制信号P51低电平有效。交流触发光耦UG1可以选择MOC3022、MOC3023、MOC3052、MOC3053等移相型双向晶闸管输出光电耦合器。电源+VCCK为受保护驱动单元控制的受控电源。触发图2自耦补偿式主电路实施例1中双向晶闸管SR2-SR6，或者是触发图3自耦补偿式主电路实施例2中双向晶闸管SR2-SR8的触发电路与触发双向晶闸管SR1的电路结构一样。图13的交流触发光耦UG1从G11、G12输出的触发脉冲，和触发单元中其他交流触发光耦输出的触发脉冲共同组成触发信号P6。

图14为触发选通控制单元的实施例1，针对图2自耦补偿式主电路实施例1进行补偿控制，交流电源电压波动范围为220V±10％，要求将其稳定在220V±2％的范围内输出。图14中，触发选通控制单元输入的触发选通控制值Y21-Y27高电平有效，14个二极管D11-D72、触发选通控制列线Y21-Y27、触发驱动行线VK1-VK6组成二极管触发选通矩阵，电阻RS1-RS6、三极管VS1-VS6组成触发控制信号P51-P56的驱动电路，此时由P51-P56组成触发控制信号P5。

表3为触发选通控制单元实施例1的触发选通控制功能表，列出了7位的触发选通控制值中的7个有效位，即7个有效的触发选通控制值所对应的晶闸管开关组中双向晶闸管的通断组合状态。7个有效的触发选通控制值与电压等级区间1-7对应，触发选通控制单元依据触发选通控制值控制自耦补偿式主电路实施例1中双向晶闸管的通断状态进行相应的电压补偿；表3中，1代表相应的双向晶闸管需处于导通状态，0代表相应的双向晶闸管处于关断状态。

表3

图14中的二极管触发选通矩阵按照表3要求的功能连接，受触发选通控制值Y21-Y27的控制；即在每根触发选通控制列线与其有效时对应通断组合状态需要导通双向晶闸管的触发驱动行线之间均设置二极管进行连接，当某根触发选通控制列线有效时，由二极管使需要导通双向晶闸管的触发驱动行线信号有效。例如，输入电压为最低的电压等级1、即Y21有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D11、D12导通，触发驱动行线VK1、VK6为高电平分别控制三极管VS1、VS6导通使P51、P56有效去开通双向晶闸管SR1、SR6，触发选通矩阵中的其他二极管截止，控制关断其他双向晶闸管，采用输出电压U12+U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级2、即Y22有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D21、D22导通，触发驱动行线VK3、VK6为高电平分别控制三极管VS3、VS6导通使P53、P56有效去开通双向晶闸管SR3、SR6，触发选通矩阵中的其他二极管截止，控制关断其他双向晶闸管，仅采用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级4、即Y24有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D41、D42导通，触发驱动行线VK5、VK6为高电平分别控制三极管VS5、VS6导通使P55、P56有效去开通双向晶闸管SR5、SR6，触发选通矩阵中的其他二极管截止，控制关断其他双向晶闸管，实现0电压补偿，即TB1的励磁线圈电压为0；输入电压为电压等级5、即Y25有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D51、D52导通，触发驱动行线VK2、VK3为高电平分别控制三极管VS2、VS3导通使P52、P53有效去开通双向晶闸管SR2、SR3，触发选通矩阵中的其他二极管截止，控制关断其他双向晶闸管，仅采用反向输出电压U12做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；等等。

图15为触发选通控制单元的实施例2，同样针对图2自耦补偿式主电路实施例1进行补偿控制，交流电源电压波动范围为220V±10％，要求将其稳定在220V±2％的范围内输出。图15中，触发选通控制单元输入的触发选通控制值Y21-Y27低电平有效，14个二极管D11-D72、触发选通控制列线Y21-Y27、触发驱动行线P51-P56组成二极管触发选通矩阵，由触发选通矩阵直接输出低电平有效的触发控制信号P51-P56。本实施例2中没有触发控制信号P51-P56的驱动电路。

图15中的二极管触发选通矩阵按照表3要求的功能连接，受触发选通控制值Y21-Y27的控制；例如，输入电压为最低的电压等级1、即Y21有效为低电平时，触发选通矩阵中的二极管D11、D12导通，分别使P51、P56变成有效的低电平去开通双向晶闸管SR1、SR6，触发选通矩阵中的其他二极管截止，控制关断其他双向晶闸管，采用输出电压U12+U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级2、即Y22有效为低电平时，触发选通矩阵中的二极管D21、D22导通，分别使P53、P56变成有效的低电平去开通双向晶闸管SR3、SR6，触发选通矩阵中的其他二极管截止，控制关断其他双向晶闸管，仅采用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级4、即Y24有效为低电平时，触发选通矩阵中的二极管D41、D42导通，分别使P55、P56变成有效的低电平去开通双向晶闸管SR5、SR6，触发选通矩阵中的其他二极管截止，控制关断其他双向晶闸管，实现0电压补偿；输入电压为电压等级7、即Y27有效为低电平时，触发选通矩阵中的二极管D71、D72导通，分别使P52、P55变成有效的低电平去开通双向晶闸管SR2、SR5，触发选通矩阵中的其他二极管截止，控制关断其他双向晶闸管，采用反向输出电压U12+U23做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；等等。

图15中，触发选通控制值Y21-Y27中的低电平需要直接驱动2个交流触发光耦的输入端发光二极管发光；交流触发光耦选择MOC3022、MOC3052等时，需要20mA的驱动电流；交流触发光耦选择MOC3023、MOC3053等时，需要10mA的驱动电流。

图16为触发选通控制单元的实施例3，针对图3自耦补偿式主电路实施例2进行补偿控制，交流电源电压波动范围为220V+10％至220V-20％，要求将其稳定在220V±2％的范围内输出。图16中，触发选通控制单元输入的触发选通控制值Y21-Y210高电平有效，20个二极管D01-D92、触发选通控制列线Y21-Y210、触发驱动行线VK1-VK8组成二极管触发选通矩阵，电阻RS1-RS8、三极管VS1-VS8组成触发控制信号P51-P58的驱动电路，此时由P51-P58组成触发控制信号P5。

表4为触发选通控制单元实施例3的触发选通控制功能表，列出了10位的触发选通控制值中的10个有效位，即10个有效的触发选通控制值所对应的晶闸管开关组中双向晶闸管的通断组合状态。10个有效的触发选通控制值与电压等级1-10对应，触发选通控制单元依据触发选通控制值控制自耦补偿式主电路实施例2中双向晶闸管的通断状态进行相应的电压补偿；表4中，1代表相应的双向晶闸管需处于导通状态，0代表相应的双向晶闸管需处于关断状态。

表4

图16中的二极管触发选通矩阵按照表4要求的功能连接，受触发选通控制值Y21-Y210的控制；例如，输入电压为电压等级7、即Y27有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D71、D72导通，触发驱动行线VK7、VK8为高电平分别控制三极管VS7、VS8导通使P57、P58有效去开通双向晶闸管SR7、SR8，触发选通矩阵中的其他二极管截止，关断其他双向晶闸管，实现0电压补偿，即TB1的励磁线圈电压为0；输入电压为电压等级8、即Y28有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D81、D82通，触发驱动行线VK2、VK3为高电平分别控制三极管VS2、VS3导通使P52、P53有效去开通双向晶闸管SR2、SR3，触发选通矩阵中的其他二极管截止，关断其他双向晶闸管，仅采用反向输出电压U12做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；输入电压为电压等级9、即Y29有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D91、D92导通，触发驱动行线VK6、VK7为高电平分别控制三极管VS6、VS7导通使P56、P57有效去开通双向晶闸管SR6、SR7，触发选通矩阵中的其他二极管截止，关断其他双向晶闸管，仅采用反向输出电压U34做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；输入电压为电压等级10、即Y210有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D01、D02导通，触发驱动行线VK4、VK5为高电平分别控制三极管VS4、VS5导通使P54、P55有效去开通双向晶闸管SR4、SR5，触发选通矩阵中的其他二极管截止，关断其他双向晶闸管，仅采用反向输出电压U23做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；输入电压为电压等级6、即Y26有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D61、D62导通，触发驱动行线VK1、VK4为高电平分别控制三极管VS1、VS4导通使P51、P54有效去开通双向晶闸管SR1、SR4，触发选通矩阵中的其他二极管截止，关断其他双向晶闸管，仅采用输出电压U12做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级4、即Y24有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D41、D42导通，触发驱动行线VK3、VK6为高电平分别控制三极管VS3、VS6导通使P53、P56有效去开通双向晶闸管SR3、SR6，触发选通矩阵中的其他二极管截止，关断其他双向晶闸管，仅采用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级3、即Y23有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D31、D32导通，触发驱动行线VK1、VK6为高电平分别控制三极管VS1、VS6导通使P51、P56有效去开通双向晶闸管SR1、SR6，触发选通矩阵中的其他二极管截止，关断其他双向晶闸管，采用输出电压U12+U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级1、即Y21有效为高电平时，触发选通矩阵中的二极管D11、D12导通，触发驱动行线VK1、VK8为高电平分别控制三极管VS1、VS8导通使P51、P58有效去开通双向晶闸管SR1、R8，触发选通矩阵中的其他二极管截止，关断其他双向晶闸管，采用输出电压U12+U23+U34做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；等等。

当表4中的触发选通控制值Y21-Y210低电平有效时，同样可以按照图15触发选通控制单元实施例2的方法，由20个二极管D01-D92、触发选通控制列线Y21-Y210、触发控制行线P51-P58组成触发选通矩阵，由触发选通矩阵直接输出低电平有效的触发控制信号P51-P58。此时，触发选通控制值Y21-Y210中的低电平也需要直接驱动2个交流触发光耦的输入端发光二极管发光；交流触发光耦选择MOC3022、MOC3052等时，需要20mA的驱动电流；交流触发光耦选择MOC3023、MOC3053等时，需要10mA的驱动电流。

图17为检错判别单元实施例，针对触发选通控制值P3，即高电平有效的10位触发选通控制值Y21-Y210进行判别，输出的触发选通控制值判别信号P7高电平有效，低电平无效；即输出P7为1，表示触发选通控制值有效；输出P7为0，表示触发选通控制值无效。图17中，全加器FJ1-FJ8组成10位触发选通控制值Y21-Y210中“1”的个数统计值电路；其中，n2、n1为Y21-Y23中“1”的个数统计值，m2、m1为Y24-Y26中“1”的个数统计值，j3、j2、j1为Y21-Y27中“1”的个数统计值，q4、q3、q2、q1为Y21-Y210中“1”的个数统计值。与门FY20对Y21-Y210中“1”的个数统计值q4、q3、q2、q1进行判别，只有当q4、q3、q2、q1分别为0、0、0、1时，输出的触发选通控制值判别信号P7有效，即P7为1，表示10位触发选通控制值Y21-Y210中只有1个“1”，即只有其中的一位输出为高电平，触发选通控制值有效；当输出的触发选通控制值判别信号P7无效，即P7为0时，则表示10位触发选通控制值Y21-Y210中不是有1个“1”，表明触发选通控制值无效。如果需要针对低电平有效的10位触发选通控制值Y21-Y210进行判别，只需要在输入的10位触发选通控制值Y21-Y210后面增加一级反相器，此时输出的q4、q3、q2、q1为10位触发选通控制值Y21-Y210中“0”的个数统计值；同样地，只有当q4、q3、q2、q1分别为0、0、0、1时，令触发选通控制值判别信号P7有效，即P7为1，表示10位触发选通控制值Y21-Y210中只有1个“0”，即只有其中的一位输出为低电平，触发选通控制值有效；当输出P7为0无效时，则表示10位触发选通控制值Y21-Y210中不是有1个“0”，表明触发选通控制值无效。

如果将图17中的与门FY20改成与非门，则触发选通控制值判别信号低电平有效，高电平无效；即输出P7为1，表示触发选通控制值无效；输出P7为0，表示触发选通控制值有效。

当触发选通控制值P3为7位，需要针对高电平有效的7位触发选通控制值Y21-Y27进行判别时，方法一是将图17中的Y28-Y210全部接0，用上述判断q4、q3、q2、q1是否为0、0、0、1对触发选通控制值是否有效进行判别。方法二是去掉图17中全加器FJ5-FJ8，用Y21-Y27中“1”的个数统计值j3、j2、j1是否为0、0、1对触发选通控制值是否有效进行判别；只有当j3、j2、j1分别为0、0、1时，表示7位触发选通控制值Y21-Y27中只有1个“1”，即只有其中的一位输出为高电平，触发选通控制值有效，令输出P7为1，否则，表示7位触发选通控制值Y21-Y27中不是有1个“1”，表明触发选通控制值无效，令输出P7为0。图17中的全加器、与非门等逻辑器件均采用单电源+VCC供电。

检错判别单元的功能是当判断出触发选通控制值的M位中有且只有一位有效时，令输出的触发选通控制值判别信号P7有效，否则令输出的触发选通控制值判别信号P7无效；即触发选通控制值的M位中不只有一位有效时，或者是没有一位有效时，令输出的触发选通控制值判别信号P7无效。该逻辑功能还可以用其他方式来实现，例如，用ROM存储器实现，或者是与、或、非逻辑门来组合实现。

图18为保护驱动单元实施例，设输入的触发选通控制值判别信号P7高电平有效，即P7为1表示触发选通控制值有效；P7低电平无效，即P7为0表示触发选通控制值无效。设输入的不触发区控制信号P4低电平有效，即当P4等于0时，表明交流电源电压存在波动，使电压等级编码值发生变化，进而使触发选通控制值产生了变化，需要进行晶闸管开关组中双向晶闸管通断状态的切换，改变补偿方式；在切换过程中，为避免因为双向晶闸管延迟关断的因素使同侧晶闸管中同时有2个或2个以上的晶闸管同时导通，造成电源短路，在不触发区控制信号有效期间，即实施例的P4等于0时，关断晶闸管开关组中所有双向晶闸管。

图18中，三极管VT、继电器线圈KA、续流二极管VD、电阻RK1组成保护控制电路，三极管VK1、三极管VK2、电阻RK2、电阻RK3、与门FY21组成触发单元受控电源控制电路，与门FY21采用单电源+VCC供电。+VCC2为继电器线圈的供电电源和触发单元中受控电源+VCCK的源电源。当输入的触发选通控制值判别信号P7为低电平，即触发选通控制值无效时，与门FY21输出低电平，三极管VK1、VK2截止，受控电源+VCCK失电，触发单元没有供电电源，不工作，即不发出触发双向晶闸管的触发脉冲；P7为低电平同时控制三极管VT截止，继电器线圈KA失电，使图2自耦补偿式主电路实施例1，或者是使图3自耦补偿式主电路实施例2中的继电器常开开关KA-1断开，即控制断开自耦变压器的输入侧供电电压，使自耦变压器所有抽头之间的电压为0，实现对晶闸管开关组的保护；继电器常闭开关KA-2闭合，使施加在TB1励磁线圈上的电压为0。当模数转换编码单元、译码选通单元等出现故障导致触发选通控制值无效时，无论输入的不触发区控制信号P4是否有效，保护驱动单元都切断触发单元的供电电源，停止发出所有双向晶闸管的触发脉冲，同时控制断开自耦变压器的输入侧供电电压，实现对晶闸管开关组的保护。当输入的触发选通控制值判别信号P7为高电平，即触发选通控制值有效时，控制三极管VT导通，继电器线圈KA得电，使图2自耦补偿式主电路实施例1，或者是使图3自耦补偿式主电路实施例2中的继电器常开开关KA-1闭合，继电器常闭开关KA-2断开，电路处于补偿工作状态。当触发选通控制值有效，即P7为1，且不触发区控制信号有效，即P4等于0时，与门FY21输出低电平，三极管VK1、VK2截止，受控电源+VCCK失电，触发单元不工作，即不发出触发双向晶闸管的触发脉冲，关断晶闸管开关组中所有双向晶闸管，表明此时交流电源电压存在波动，使触发选通控制值产生了变化，需要进行晶闸管电子开关的切换，改变补偿方式。当触发选通控制值有效，即P7为1，且不触发区控制信号无效，即P4等于1时，与门FY21输出高电平，三极管VK1、VK2均导通，受控电源+VCCK得电，触发单元正常工作，由触发选通控制单元依据有效的、与某个电压等级区间对应的触发选通控制值选择相应的触发控制信号有效，使触发单元发出触发脉冲，控制晶闸管开关组中双向晶闸管的通断状态，主电路处于与该电压等级区间相应的补偿工作状态。

当检错判别单元判断输入的触发选通控制值无效，保护驱动单元发出保护控制信号至主电路，使晶闸管开关组处于保护状态时，铁路信号交流电源稳压装置不对输入电压进行补偿，稳压装置输出的电压即为输入的交流电源电压。在晶闸管开关组处于保护状态时，如果检错判别单元判断输入的触发选通控制值恢复为有效信号，则保护驱动单元自动停止晶闸管开关组的保护状态，晶闸管开关组重新处于补偿工作状态。

从以上的实施例及其工作过程可知，输入为有效的触发选通控制值时，触发选通控制单元保证了自耦补偿式主电路晶闸管开关组中同侧晶闸管不同时导通，实现了晶闸管互锁控制；当因为模数转换编码单元发生故障，或者是译码选通单元出现逻辑错误，导致触发选通控制值无效时，保护驱动单元在迅速切断触发单元的供电电源、避免双向晶闸管错误导通造成短路的基础上，同时断开自耦变压器的输入侧供电电压，使晶闸管开关组处于保护状态。在晶闸管开关组处于保护状态时，如果检错判别单元判断铁路信号交流电源稳压装置重新进入正常的逻辑控制状态，即检错判别单元判断输入的触发选通控制值恢复为有效信号时，则保护驱动单元能够自动停止晶闸管开关组的保护状态并使其重新处于补偿工作状态。上述功能有效地加强了铁路信号交流电源稳压装置针对工作过程异常的保护力度，使所述铁路信号交流电源稳压装置的工作更加可靠。

除说明书所述的技术特征外，铁路信号交流电源稳压装置的其他技术均为本领域技术人员所掌握的常规技术。

Claims (5)

1.一种铁路信号交流电源稳压装置，其特征在于：

包括自耦补偿式主电路、模数转换编码单元、译码选通单元、延时保护单元、触发选通控制单元、触发单元、检错判别单元、保护驱动单元；

自耦补偿式主电路包括补偿变压器、自耦变压器、晶闸管开关组和继电器保护开关；

模数转换编码单元对交流电源电压进行电压采样，输出电压等级编码值；译码选通单元对电压等级编码值进行译码，输出触发选通控制值；延时保护单元输入触发选通控制值，输出延迟后的触发选通控制值和不触发区控制信号；触发选通控制单元输入延迟后的触发选通控制值，输出触发控制信号；触发单元根据输入的触发控制信号，控制晶闸管开关组中晶闸管的通断；检错判别单元输入触发选通控制值，输出触发选通控制值判别信号；保护驱动单元依据触发选通控制值判别信号是否有效来停止/启动对晶闸管开关组的保护，同时依据触发选通控制值判别信号是否有效和不触发区控制信号是否有效来对触发单元的供电电源进行控制；

触发选通控制值为M位二进制值；检错判别单元令输出的触发选通控制值判别信号是否有效的依据是，触发选通控制值的M位二进制值中，有且只有一位有效时，触发选通控制值有效，则令输出的触发选通控制值判别信号有效；否则，令输出的触发选通控制值判别信号无效；所述M为大于等于2的整数；

将交流电源电压波动区间范围的电压分成M个电压等级区间，M个电压等级区间与M个触发选通控制值之间一一对应；

每个电压等级区间对应一个电压补偿状态，不同的电压补偿状态由晶闸管开关组中晶闸管不同的通断组合状态控制；触发选通控制单元依据触发选通控制值，由二极管触发选通矩阵选择并使相应的触发控制信号有效，控制晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态；

保护驱动单元依据触发选通控制值判别信号是否有效来停止/启动对晶闸管开关组的保护的具体方法是，当触发选通控制值判别信号无效时，控制断开自耦变压器的输入侧供电电压来使晶闸管开关组处于保护状态下；

控制不触发区控制信号在触发选通控制值发生改变后输出一个单脉冲；不触发区控制信号在输出单脉冲期间有效，在非输出单脉冲期间无效。

2.根据权利要求1所述的铁路信号交流电源稳压装置，其特征在于：晶闸管开关组中共有N个晶闸管；二极管触发选通矩阵包括M根触发选通控制列线、N根触发驱动行线和多个二极管；M根触发选通控制列线与M位触发选通控制值一一对应，一个触发选通控制值对应使一根触发选通控制列线信号有效；N根触发驱动行线与N个晶闸管一一对应，一根触发驱动行线信号有效对应使一个晶闸管的触发控制信号有效；

每根触发选通控制列线信号有效时，对应一个晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态，且该通断组合状态中需要导通晶闸管相对应的触发驱动行线的触发驱动行线信号有效，在该触发选通控制列线与触发驱动行线信号有效的触发驱动行线之间均设置二极管进行连接，当某根触发选通控制列线信号有效时，由二极管使需要控制晶闸管导通的触发驱动行线信号有效。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的铁路信号交流电源稳压装置，其特征在于：延时保护单元中，延迟的触发选通控制值信号改变时刻晚于触发选通控制值发生改变后不触发区控制信号中单脉冲的前沿时刻，且早于触发选通控制值发生改变后不触发区控制信号中单脉冲的后沿时刻。

4.根据权利要求3中任一项所述的铁路信号交流电源稳压装置，其特征在于：晶闸管开关组处于保护状态下，输入的触发选通控制值判别信号恢复为有效时，保护驱动单元自动停止晶闸管开关组的保护状态。

5.根据权利要求3中任一项所述的铁路信号交流电源稳压装置，其特征在于：保护驱动单元依据触发选通控制值判别信号是否有效和不触发区控制信号是否有效来对触发单元的供电电源进行控制的具体方法是，只有当触发选通控制值判别信号有效且不触发区控制信号无效时，控制接通触发单元的供电电源，否则切断触发单元的供电电源。

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