CN200990509Y - 雷电防护电路单元及其交通信号灯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种雷电防护电路单元，在输入端口到输出端口之间设置了多个放电通道，此外反应快的放电通道可以被设置在反应慢的放电通道前，耐压高的放电通道可以被设置在耐压低的放电通道前。所述的多个放电通道可以选自：由自恢复保险管与陶瓷气体放电管组成的放电通道、由电感和压敏电阻组成的对地放电通道、由一个突波吸收器构成的放电通道、由两个突波吸收器构成的对地放电通道、由瞬态抑制二极管构成的对地放电通道、由电感和瞬态抑制二极管组成的对地放电通道、由电感、自恢复保险管和陶瓷气体放电管组成的放电通道，或者选自这些放电通道的组合。本实用新型还公开了一种包括上述雷电防护电路单元的交通信号灯装置。

Description

雷电防护电路单元及其交通信号灯装置

一、技术领域

本实用新型涉及一种防雷电冲击的信号控制电路及其应用。

二、已有技术

交通信号灯产品，特别是铁路等轨道交通信号灯产品是安全性要求极高的特殊应用产品，直接关系运行车辆的安全和人身安全。信号灯是列车通行与否的标志，在正常的使用条件下不能出现不安全或不可靠的显示状况。雷电是自然界的一种现象，是铁路沿线的信号灯无法避免的。如果没有有效的防雷电设计，信号灯在发生雷电时，可能发生两种异常的状态显示，一种是当灭灯时信号灯出现亮闪，另一种是在亮灯时信号灯出现灭闪。这两种情况都可能导致司机判断错误，影响行车安全。针对这种情况，铁路信号灯需要采用雷电防护设计，即采用雷电防护电路单元，将感应的雷电高电压和/或高电流隔离，不使信号灯出现亮闪或灭闪的现象。

现有铁路发光二极管(LED)信号灯采用单一的陶瓷放电管和压敏电阻进行雷电防护。这类装置是在输入和输出端口之间用陶瓷放电管和压敏电阻构成一个通道，如出现雷电时该回路将把强电压电流信号在输出端口之前过滤掉。例如，《铁道通信信号》2004年第4期中所刊登的《铁路LED信号机》文章中介绍了一种铁路LED信号机及其防雷特点。在该LED信号机中设有雷电防护装置，采用了上述的陶瓷气体放电管和压敏电阻构成一个放电通道。为了检查该防雷元件，采用一个插入式防雷盒结构，以方便对防雷元件进行测量和更换。这样的雷电防护电路单元在雷电状态下对设备具有一定的保护作用，在防雷元件完好的情况下，感应雷电干扰不会损坏内部元件。

这类雷电防护电路单元不足之处在于，虽然防雷方案能够使信号设备不损坏，但有时信号灯在雷电状态下，亮灯的信号灯会出现灭灯的现象(亮闪)，或者灭灯的信号灯会出现闪亮的现象(灭闪)，而这两种现象都可能使司机产生错觉，影响行车安全。同时，若防雷元件已经损坏而又没有及时给予更换，雷电感应就会进一步损坏其后的信号设备，使其发生故障。

三、实用新型方案

因此，本实用新型的一个目的在于提供一种雷电防护电路单元，它可以有效地去除亮闪和灭闪现象。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种雷电防护电路单元，具有输入端口和输出端口，所述输入端口连接于控制信号端，所述输出端口连接于用电设备，其特征在于，在所述的输入端口到输出端口之间并联设置多个放电通道。

本实用新型的发明人认识到，雷电信号是一种高电压和/或高电流冲击信号；不同的雷电信号，其瞬态的电压、电流值以及波型相差很大。在研究了通常的雷电信号后，发明人提出一种将雷电信号从交通控制信号中过滤掉的方案，即构造一个多级放电通道，使具有不同电压和/或电流的雷电信号通过所述的多级放电通道有序地被过滤掉。

通常的情况是，在所述的输入端口到输出端口之间设置了多个放电通道，它们共同完成雷电信号的过滤工作。

所述的雷电防护电路单元的输入端口到输出端口之间允许该雷电防护电路单元所服务的装置的信号(例如控制信号)在无雷电时正常通过；而当发生雷电的冲击信号时，该雷电防护电路单元会在输出端口之前将雷电冲击信号用放电的形式放掉，而只让正常的信号通过该单元。进一步地，由于雷电信号的波形、强度是不规律的，而每实用新型装置中每个放电通道一旦设置好，其耐压性是有限的。为有效地保护这些放电通道，避免其为过大的雷电信号所击穿，可以按照一定的顺序排列这些放电通道。

因此，根据本实用新型上述雷电防护电路单元的一个进一步的方面，其中反应快的放电通道被设置在反应慢的放电通道前，即反应快的放电通道离反应慢的放电通道与信号的输入端更为接近。这种设置方式使浪涌信号在雷电防护电路单元中的衰减在时间上较为有序，在各放电通道中的分布也较为合理，浪涌信号随时间被逐步分解。

相应地，根据本实用新型上述雷电防护电路单元的另一个进一步的方面，其中耐压高的放电通道被设置在耐压低的放电通道前，即耐压高的放电通道离耐压低的放电通道与信号的输入端更为接近。这种设置方式使浪涌信号在雷电防护电路单元中的衰减在空间方面较为有序，浪涌信号在各放电通道中被逐级分解。

进一步说，可以将所述的多个放电通道进行适当的排列，将反应快的放电通道被设置在反应慢的放电通道前，同时使耐压高的放电通道被设置在耐压低的放电通道前。技术人员可以对不同的放电通道中元件的参数进行常规的选择和调整，来根据本实用新型的总体构思，实现这种结构。

根据本实用新型的以上方案，可以将耐压高的放电通道被设置在耐压低的放电通道前，和/或将反应快的放电通道被设置在反应慢的放电通道前。不过，技术人员知道，有时装置关于上述这两类性能的要求可能是矛盾的，即在实际中放电通道A的耐压性比放电通道B的耐压性要高，但同时放电通道A的反应时间较放电通道B要慢。在这两个要求不能满足的情况下，所发生的情况将是，同时有两个或两个以上的放电通道起作用。本领域技术人员可以根据本实用新型的教导来灵活地配置各个放电通道的组成元件，使整个装置能够较好地满足当地实际的气象条件。

根据本实用新型雷电防护电路单元的又一个进一步的方面，所述的放电通道选自下面类型的放电通道中的至少一种：

1)由自恢复保险管与陶瓷气体放电管组成的放电通道，

2)由电感和压敏电阻组成的对地放电通道，

3)由一个突波吸收器构成的放电通道，

4)由两个突波吸收器构成的对地放电通道，

5)由瞬态抑制二极管构成的对地放电通道，

6)由电感和瞬态抑制二极管组成的对地放电通道，

7)由电感、自恢复保险管和陶瓷气体放电管组成的放电通道。

根据本实用新型雷电防护电路单元的又一个进一步的方面，所述的多个放电通道依次为下列放电通道：

1)由自恢复保险管与陶瓷气体放电管组成的放电通道，

2)由电感和压敏电阻组成的对地放电通道，

3)由一个突波吸收器构成的放电通道，

4)由两个突波吸收器构成的对地放电通道，

5)由瞬态抑制二极管构成的对地放电通道，

6)由电感和瞬态抑制二极管组成的对地放电通道，

7)由电感、自恢复保险管和陶瓷气体放电管组成的放电通道。

本领域技术人员可以根据上述本实用新型的技术方案，通过选取一定数量的有关元件，对器件的参数进行调整，使所述的雷电防护电路单元在时间上和空间上具有较好的消除浪涌信号的性能。

根据本实用新型雷电防护电路单元的又一个方面，在一个雷电防护电路单元可以采用两个以上的、同一类型的放电通道。例如，在一个雷电防护电路单元中可以采用多个参数不同的同一类放电通道，例如采用多个电感和压敏电阻所组成的放电通道，和/或采用多个突波吸收器所组成的放电通道，和/或多个瞬态抑制二极管所组成的放电通道等等，以取得更好的效果。本实用新型中所称的“多个”表示“两个”及“两个以上”的情况。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供了一种交通信号灯装置，带有如上所述的雷电防护电路单元。

进一步地，本实用新型的交通信号灯装置与一个轨道交通信号控制装置相连。这种装置特别适用于作为轨道交通信号灯装置。所述的轨道交通信号控制装置包括但不限于轨道交通中央控制装置，它可以用程控和/或人工控制的形式，向例如轨道两侧的轨道交通信号灯装置发出控制指令，使所述的轨道交通信号灯发出适合当时情况的、具有规定颜色(或亮度等)的光，使各轨道运输设备处于有序的工作状态。

在本发明的雷电防护电路单元中，自恢复保险管起过电流防护作用。正常情况下，呈低阻状态，保证电路正常工作。在大电流的冲击下，自热使其阻抗增大，把电流限制到足够小，起到过电流保护作用。

陶瓷气体放电管是防雷开关元件，高阻抗器件不会影响正常工作。在雷击等过电压浪涌情况下，气体放电管会切换到低阻抗状态，并将能量从被保护的器件转移。

压敏电阻的作用是当过电流时，使该通道导通接地。

突波吸收器是一种强效放电管，能够经受一定波形的雷电冲击。在两个输出端间并接一个突波吸收器消除两个输出线间的冲击信号。在两个输出端间串接两个突波吸收器并使该两个突波吸收器间接地，可以在线地间消除冲击信号。

瞬态抑制二极管的作用是当两极受到反向瞬态高能量冲击时，使两极的电压钳位于一个预定值。

过电压保护器件的作用是一种低电容瞬态浪涌吸收器，三端双向对称过电压保护器件，具有精确导通，快速相应，浪涌吸收能力强，可靠性高的特点。

电感的作用是使瞬态冲击信号发生滞后。

根据本实用新型的又一个方面，本实用新型还提供了交通信号灯，特别是轨道交通信号灯装置，其输入信号来自上述雷电防护电路单元的输出端。所述的交通信号灯装置特别适用于对信号可靠性要求较高的轨道交通信号灯。在正常的、无雷电的情况下，所述的雷电防护电路单元允许交通控制信号通过，并输出到其后的交通信号灯上。在有雷电的情况下，雷电冲击信号将伴随交通控制信号一同进入雷电防护电路单元的输入端，所述的雷电防护电路单元过滤掉雷电冲击信号，而只让正常的信号(例如控制信号)通过。

本实用新型中所称的轨道交通信号灯既包括铁路、地铁、轻轨、有轨电车等轨道交通所使用的信号灯，也包括市内、公路交通所采用的信号灯。

本实用新型的雷电保护电路单元有效地消除了输出信号中的雷电成份，采用了该雷电保护电路单元的信号灯消除了亮闪或灭闪现象。

四、附图说明

图1示出了本实用新型的一种防雷电单元的电路示意图。

五、具体实施方式

根据本实用新型，本实用新型的雷电防护电路单元及其带有所述雷电防护电路单元的信号灯装置中的多个放电通道可以选自：由自恢复保险管与陶瓷气体放电管组成的放电通道、由电感和压敏电阻组成的对地放电通道、由一个突波吸收器构成的放电通道、由两个突波吸收器构成的对地放电通道、由瞬态抑制二极管构成的对地放电通道、由电感和瞬态抑制二极管组成的对地放电通道、由电感、自恢复保险管和陶瓷气体放电管组成的放电通道中的一种，或者选自这些放电通道的组合。

图1示出了本实用新型的一种优选的防雷电单元的电路。该电路采用了多级防护的概念，其设计使得反应快的放电通道被设置在反应慢的放电通道前，同时使耐压高的放电通道被设置在耐压低的放电通道前。

在该电路中，F1为一个自恢复保险管，其参数为K30-500，正常的动作电流为5A，可以耐受的极限电流为40A。超过动作电流值时，该元件会在瞬间降低阻抗，限制电流到足够小。该元件可耐受约160次雷电冲击。

陶瓷气体放电管IC1的参数为3RM230L-8，起过电压防护作用。直流击穿电压230V，冲击击穿电压700V。反应速度较慢，一般为0.1-0.2us。达到防护电压值时，元件导通接地。压敏电阻MY1和MY2的参数为390KD20，耐压值为39V，其反应时间快于IC1，一般为1ns，但其耐压值低于陶瓷气体放电管。当过电压时，元件导通接地。

突波吸收器YP1、YP2和YP3为YP-201，玻璃强效放电管，可以经受一定波形的雷电冲击。在8/20us波形，10KV冲击条件下，浪涌电流大于500A。浪涌寿命测试，10KV，100A 8/20us波形冲击次数大于200次。

瞬态抑制二极管TVS1和TVS2的参数为1.5KE47CA，当两极受到峰值不大于1500W的反向瞬态高能量冲击时，使两极的电压钳位于44.7V至49.4V之间。其反应速度快，一般为1ns-5ns。过电压保护器IC2的型号为LT3021，为一种低电容瞬态浪涌吸收器，三端双向对称过电压保护器件。转折电压最大为38V，维持电流最小为30mA。

各个电感的作用是使允许直流部分的信号通过，而使瞬态的冲击信号发生滞后。将上述参数的雷电防护元件的输出端与一个信号灯的信号输入端相连，就组成了一个本实用新型的信号灯装置。对该多级防护雷电防护装置进行了检验。检验条件是，产品在亮灯和灭灯的工作状态下，进行纵向和横向试验，分别在正负极性进行波形4/300μS、幅值10kV、间隔1分钟、连续5次的冲击。结果是，元器件无损坏，亮灯状态下不出现灭闪，灭灯状态下不出现亮闪。

因此，本实用新型的雷电防护元件连同信号灯具有良好的防雷电冲击效果。

Claims (7)

1，一种雷电防护电路单元，具有输入端口和输出端口，所述输入端口连接于控制信号端，所述输出端口连接于用电设备，其特征在于，在所述雷电防护电路单元内的输入端口到输出端口之间并联设置多个放电通道。

2，如权利要求1所述的雷电防护电路单元，其特征在于，反应快的放电通道被设置在反应慢的放电通道前。

3，如权利要求1所述的雷电防护电路单元，其特征在于，耐压高的放电通道被设置在耐压低的放电通道前。

4，如权利要求1所述的雷电防护电路单元，其特征在于，所述的多个放电通道被设置得使反应快的放电通道被设置在反应慢的放电通道前，同时使耐压高的放电通道被设置在耐压低的放电通道前。

5，如权利要求1至4中任一权利要求所述的雷电防护电路单元，其特征在于，所述的放电通道选自下列放电通道中的至少一种：

1)由自恢复保险管与陶瓷气体放电管组成的放电通道，

2)由电感和压敏电阻组成的对地放电通道，

3)由一个突波吸收器构成的放电通道，

4)由两个突波吸收器构成的对地放电通道，

5)由瞬态抑制二极管构成的对地放电通道，

6)由电感和瞬态抑制二极管组成的对地放电通道，

7)由电感、自恢复保险管和陶瓷气体放电管组成的放电通道。

6，如权利要求1至4中任一权利要求所述的雷电防护电路单元，其特征在于，所述的多个放电通道依次为下列放电通道：

1)由自恢复保险管与陶瓷气体放电管组成的放电通道，

2)由电感和压敏电阻组成的对地放电通道，

3)由一个突波吸收器构成的放电通道，

4)由两个突波吸收器构成的对地放电通道，

5)由瞬态抑制二极管构成的对地放电通道，

6)由电感和瞬态抑制二极管组成的对地放电通道，

7)由电感、自恢复保险管和陶瓷气体放电管组成的放电通道。

7，一种交通信号灯装置，其特征在于包括如权利要求1至6中任一权利要求中所述的雷电防护电路单元，该雷电防护电路单元的输出端与所述交通信号灯装置的输入端相连接，并且该雷电防护电路单元的输入端与一个轨道交通信号控制装置相连。