CN209184235U - 一种根据指令硬件实现多级输出限流电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种根据指令硬件实现多级输出限流电路。本实用新型是光耦隔离转换电路连接译码器电路，译码器电路连接目标电流基准电压设置电路，目标电流基准电压设置电路连接电压比较/调节电路。本实用新型克服了车载安全计算机通过车载控制分配器传递多组硬线控制命令所带来的周期时间长，系统制动响应慢，车辆所需的制动距离远，影响制动效果和降低安全性等缺陷。本实用新型使用光耦隔离电路，传递给译码器芯片，将制动系统输出线路中的电流转换为感应电流信号，与目标电流基准电压比较，输出逻辑电平，调节后级驱动芯片的脉宽，执行周期时间短，系统制动响应快，实现限流，可通过调整器件参数适应不同的电路。

Description

一种根据指令硬件实现多级输出限流电路

技术领域

本实用新型涉及电源输出限流控制领域，尤其涉及一种根据指令硬件实现多级输出限流电路。

背景技术

磁悬浮列车相对于传统轮轨高速列车具有良好的乘坐舒适性、安全性、高速、高效以及无噪声污染等优点，成为世界发达国家在高速交通领域的研究热点之一，并且发展成为一种全新的高速交通系统，也是未来高速铁路的一个发展方向。由于磁悬浮列车的运行速度快，它的安全制动问题和普通列车相比就显得更为复杂而且重要。高速磁悬浮列车的超高运行速度对其制动提出了较高的要求，当高速磁浮交通系统在运营时遇到故障，列车的牵引力应立即被切断，磁悬浮列车应立即紧急制动。磁悬浮车辆的涡流制动控制器，主要作用是根据车辆指令要求，提供磁极负载不同等级的制动电流。故磁悬浮车辆在高速运行时仅依靠涡流制动系统实现列车的安全准确停靠，因此涡流制动的紧急制动控制技术是一项非常重要的技术，是一个值得仔细研究的技术问题。

磁悬浮列车车载涡流制动系统的组成包括向涡流制动装置提供制动命令的列车运行控制系统(即OCS的部分功能)、列车车载计算机控制系统、列车车载检测诊断系统、向涡流制动装置提供电源的列车供电系统(包括直线感应发电机和蓄电池后备电源)、涡流制动控制系统、涡流制动可控励磁电源、制动磁极、连接支撑机构以及磨耗板、导向轨(在涡流制动技术中称为感应板，安装在轨道梁的侧面)等组成。

在本实用新型发明之前，目前的磁悬浮车辆的涡流制动控制器输出不同制动电流的方法主要是采用车载安全计算机通过车载控制分配器传递多组硬线控制命令到每节车所有的涡流制动器，涡流制动器内部采用单片机等嵌入式系统处理指令，生成电压基准，励磁电源的输出电流根据涡流制动控制系统的输出指令来调整，通过控制励磁电源的输出电流就可以控制和调整涡流制动装置所产生的制动力。但是指令从信号输入，电路转换，嵌入式系统软件处理，再到最后执行，其周期时间长，系统制动响应慢，车辆所需的制动距离远，影响制动效果和降低了安全性，这在磁悬浮车辆运行中是非常致命的。

目前国内对轨道式涡流制动技术的研究仅处于初步研究试验阶段，磁悬浮列车涡流制动技术及试验系统更是少有研究成果公布。涡流制动系统的关键技术一旦突破，将为磁悬浮列车的可靠运行提供安全保证。作为可靠安全运行控制技术之一的车辆涡流制动技术不仅适用于磁悬浮列车，同时也适用于其它高速轨道交通系统，因此对该技术的研究具有重要的工程应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于克服上述缺陷，设计一种根据指令硬件实现多级输出限流电路。

本实用新型的技术方案是：

一种根据指令硬件实现多级输出限流电路，其主要技术特征在于：光耦隔离转换电路连接译码器电路，译码器电路连接目标电流基准电压设置电路，目标电流基准电压设置电路连接电压比较/调节电路。

所述光耦隔离转换电路将信号sig1经电阻R1连接到稳压管Z1阴极，一路经稳压管Z1阴极到达阳极，接到Vin-，另一路经电阻R2连接光耦P1原边的一只引脚，从光耦P1的另一只引脚流出后连接到Vin-；电容C1并联在稳压管Z1 两端，光耦P1输出的一只引脚与电源VCC连接，另一只引脚连接于电阻R3的一端，该引脚电平即为sig1信号经光耦隔离转换后的输出信号IN0，电阻R3的另一端与GND连接；同样地，指令信号sig2、指令信号sig3、使能信号ctrl经光耦隔离转换后的输出信号分别为IN1、IN2、EN。

所述译码器电路中设置有译码器芯片，译码器电路将光耦隔离转换电路的输出信号IN0经限流电阻R4连接到译码器芯片的输入端口A0；输出信号IN1经限流电阻R5连接到译码器芯片的输入端口A1；信号IN2经限流电阻R7连接到译码器芯片的输入端口A2；信号EN直接连接到译码器芯片的输入端口E1；译码器芯片的输出端Y0经电阻R6连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q1的基极；译码器芯片的输出端Y1经电阻R8连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q2的基极；译码器芯片的输出端Y2经电阻R11连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q3的基极；译码器芯片的输出端Y3经电阻R12连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q4的基极；译码器芯片的输出端Y4经电阻 R14连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q5的基极；译码器芯片的输出端Y5经电阻R16连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q6的基极；译码器芯片的输出端Y6经电阻R17连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管 Q7的基极；译码器芯片的输出端Y7经电阻R15连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q8的基极。

所述目标电流基准电压设置电路分别将三极管Q1的集电极和电阻R33一端连接、三极管Q2的集电极和电阻R34一端连接、三极管Q3的集电极和电阻R35 一端连接、三极管Q4的集电极和电阻R36一端连接、三极管Q5的集电极和电阻 R37一端连接、三极管Q6的集电极和电阻R38一端连接、三极管Q7的集电极和电阻R39一端连接、三极管Q8和电阻R40一端连接，将电阻R33的另一端、电阻R34的另一端、电阻R35的另一端、电阻R36的另一端、电阻R37的另一端、电阻R38的另一端、电阻R39的另一端、电阻R40的另一端与电阻R32的一端、电容C10的一端、电阻R29的一端连接在一起，将电阻R32的另一端、电容C10 的另一端连接到GND，电阻R29的另一端接电源VCC，电阻R29和电阻R32的中间点n，连接到电压比较/调节电路中的电阻R31一端，电阻R31另一端连接到运放U2A的3脚。

所述电压比较/调节电路将信号Iout连接到电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接到GND，滤波电容C8并联在电阻R41上，信号Iout经过电阻R30连接到运放U2A的2脚；电容C6和电阻R24串联之后与电容C7并联在运放U2A的1 脚和2脚之间，电源VCC经电阻R25、电阻R28、二极管D1连接到运放U2A的1 脚，电阻R28两端与光耦P5的两个输入端连接，信号COMP经光耦P5输出引脚接GND和信号COMP经电阻R26接至15V+。

本实用新型的优点和效果在于使用光耦隔离电路，将车辆的多组硬线控制信号，转换为电平信号组合，传递给译码器芯片，译码器芯片根据信号组合，将对应的输出引脚置为高电平，即将对应的三极管开通，相应的电阻被接入电路并联分压，形成目标电流基准电压。使用电流传感器，将制动系统输出线路中的电流转换为感应电流信号，与目标电流基准电压比较，输出逻辑电平，调节后级驱动芯片的脉宽。

本实用新型的优点和效果还在于无需使用单片机、DSP等嵌入式系统，通过简便的硬件电路即可实现根据指令调节输出限流值的功能；执行周期时间短，系统制动响应快；既可精确的测量线路中的电流，与目标电流值进行比较，调制后级驱动脉宽，实现限流；又可通过调整器件参数适应不同的电路。

附图说明

图1——本实用新型电路原理示意图。

图中标号对应的名称如下：

光耦隔离转换电路1，译码器电路2，目标电流基准电压设置电路3，电压比较/调节电路4。

具体实施方式

如图1所示：

本实用新型主要包括光耦隔离转换电路1、译码器电路2、目标电流基准电压设置电路3、电压比较/调节电路4。其中光耦隔离转换电路1与译码器电路2 连接；译码器电路2与目标电流基准电压设置电路3连接；目标电流基准电压设置电路3与电压比较/调节电路4连接。

光耦隔离转换电路1是将信号sig1经电阻R1连接到稳压管Z1阴极，然后一路经稳压管Z1阴极到达阳极，接到Vin-；另一路经稳压管Z1的阴极连接于电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接到光耦P1原边的一只引脚，然后从光耦 P1的另一只引脚流出后连接到Vin-；光耦隔离转换电路还将电容C1并联在稳压管Z1两端，光耦P1输出的一只引脚与电源VCC连接，另一只引脚连接于电阻 R3的一端，该引脚电平即为sig1信号经光耦隔离转换后的输出信号为IN0，电阻R3的另一端与GND连接。指令信号sig2，指令信号sig3，使能信号ctrl的电路连接方式与指令信号sig1的电路连接方式相同。sig2信号经光耦隔离转换后的输出信号为IN1；sig3信号经光耦隔离转换后的输出信号为IN2；使能信号 ctrl经光耦隔离转换后的输出信号为EN。

译码器电路2是将光耦隔离转换电路的输出信号IN0经限流电阻R4连接到译码器芯片的输入端口A0；信号IN1经限流电阻R5连接到译码器芯片的输入端口A1；信号IN2经限流电阻R7连接到译码器芯片的输入端口A2；信号EN直接连接到译码器芯片的输入端口E1。译码器芯片的输出端Y0经电阻R6连接到目标电流基准电压设置电路3的三极管Q1的基极；译码器芯片的输出端Y1经电阻 R8连接到三极管Q2的基极；译码器芯片的输出端Y2经电阻R11连接到三极管 Q3的基极；译码器芯片的输出端Y3经电阻R12连接到三极管Q4的基极；译码器芯片的输出端Y4经电阻R14连接到三极管Q5的基极；译码器芯片的输出端 Y5经电阻R16连接到三极管Q6的基极；译码器芯片的输出端Y6经电阻R17连接到三极管Q7的基极；译码器芯片的输出端Y7经电阻R15连接到三极管Q8的基极。I1-I7分别为电路连接网络标号。

目标电流基准电压设置电路3是将三极管Q1的集电极和电阻R33的一端连接、三极管Q2的集电极和电阻R34的一端连接、三极管Q3的集电极和电阻R35 的一端连接、三极管Q4的集电极和电阻R36的一端连接、三极管Q5的集电极和电阻R37的一端连接、三极管Q6的集电极和电阻R38的一端连接、三极管Q7 的集电极和电阻R39的一端连接、三极管Q8和电阻R40的一端连接，将电阻R33 的另一端、电阻R34的另一端、电阻R35的另一端、电阻R36的另一端、电阻 R37的另一端、电阻R38的另一端、电阻R39的另一端、电阻R40的另一端与电阻R32的一端、电容C10的一端、电阻R29的一端连接在一起，将电阻R32的另一端、电容C10的另一端连接到GND，电阻R29的另一端接电源VCC。电阻R29 和电阻R32的中间点n，连接到电阻R31一端，电阻R31另一端连接到运放U2A 的3脚。

电压比较/调节电路4是将信号Iout(从电流霍尔传感器接入的电流信号) 连接于电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接到GND，滤波电容C8并联在电阻R41上。信号Iout经过电阻R30连接到运放U2A的2脚。电容C6和电阻R24 串联之后与电容C7并联在运放U2A的1脚和2脚之间，电源VCC经电阻R25，电阻R28经二极管D1接到运放U2A的1脚，电阻R28两端与光耦P5的两个输入端连接，COMP信号经光耦P5输出引脚接GND和经电阻R26接至15V+。

本实用新型的应用过程简要说明如下：

车辆多组硬线控制信号，经过光耦隔离转换电路1，转换为电平信号组合，传递给译码器电路2中的译码器芯片，开启Y0-Y7中的1只输出引脚，以导通连接的三极管，将与三极管串联的电阻接入电路，经分压后使运放芯片得到目标电流基准电压。使用电流传感器，将制动输出线路中的电流转换为感应电流信号，经电阻转换成电压信号再与目标电流基准电压比较，输出逻辑电平，调节后级驱动芯片的脉宽。本发明可以适用于处理多组硬线指令，而3组输入的硬线指令，在所需元器件数量，电路复杂度上更为适中，下面将以3组输入为例。

本例中，信号sig1，sig2，sig3为车辆3组硬线给过来的制动指令，信号 ctrl为译码器电路2的使能信号。信号sig1经电阻R1连接到稳压管Z1阴极，然后分成两路：一路经稳压管Z1阴极到达阳极，接到Vin-，构成限制信号电压幅值的电路；另一路经电阻R2连接到光耦P1原边一只引脚，从另一只引脚流出后连接到Vin-，构成光耦信号输入电路。电容C1并联在稳压管Z1两端，用于对信号sig1滤波。光耦P1输出一只引脚上接至电源VCC，另一只引脚经电阻R3 接到GND，该引脚电平即为sig1信号经光耦隔离转换的输出信号IN0，信号IN0 再经限流电阻R4连接至译码器芯片的输入端口A0。

当sig1为0V时，经电阻R1，R2到光耦P1的电流微小，不足以使光耦P1 导通，输出信号IN0经电阻R3接到GND，电平为低(L)。当sig1为高电压时，经电阻R1，R2到光耦P1的驱使光耦P1导通，输出信号IN0经光耦P1导通的引脚接到VCC，电平为高(H)。

指令信号sig2，sig3，控制信号ctrl的光耦隔离转换处理与sig1相同。

使能信号ctrl为0V时，经光耦转换后到达译码器芯片U1的使能信号E1 为低电平L，U1的使能信号E2接GND即低电平L，U1的使能信号E3接VCC即高电平H，译码器U1允许工作，如表1所示。硬线指令信号sig1，sig2，sig3高低电平共8种状态组合，转换为译码器U1的输入信号组合A0，A1，A2，开启Y0-Y7 中对应输出端口：

表1 译码器输入输出逻辑

以端口Y4为例，Y4经限流电阻R14连接至三极管Q5，三极管Q5的集电极连接到电阻R37，发射极连接到GND。三极管Q1-Q8全部关闭时，n点参考电压为：

车辆发送制动命令，例如sig1，sig2，sig3分别为0V，0V，24V，转换成译码器U1 输入信号IN0，IN1，IN2分别为L，L，H，结合表1可知Y4输出高电平，经电阻R14 后开通三极管Q5，R37经Q5接地。由于三极管导通压降很小，忽略不计，电路等效为R37和R32并联，并联阻值：

n点参考电压变为：

U1芯片端口Y0-Y7的开启原理与Y4的相同。通过配置R33-R40不同的阻值，即可得到8组不同的n点参考电压，C10为滤波电容。车辆硬线指令sig1，sig2，sig3 的各种组合，便可由此转换为n点不同的参考电压值。

信号Iout是从电流霍尔传感器接入的电流信号，经过R41转换为电压信号，与n点参考电压比较。C8为滤波电容。当Iout电压高于n点参考电压，运放U2A 的1脚输出低电平，电源VCC经电阻R25，R28经二极管D1接到低电平，电源VCC 被电阻R25，电阻R28串联分压使光耦P5导通，信号COMP经光耦P5输出引脚接 GND，低电平使后级驱动控制器压缩脉宽，使涡流制动器输出电压降低，从而减小输出电流。当Iout电压低于n点参考电压，运放U2A的1脚输出高电平，电源VCC经电阻R25，电阻R28，二极管D1不能接通，电阻R28两端电位基本相同，光耦P5不导通，信号COMP经电阻R26上接至15V₊，高电平使后级驱动控制器放开脉宽，涡流制动器输出电压升高，从而提高输出电流。通过上述方式，动态调节输出电流，将其限制在要求范围内。不同的硬线指令组合，得到不同的n点参考电压，实现不同电流等级的电路调节作用。运放U2A的1、2脚间并联的电阻 R24，电容C6，电容C7用于调节电流环路响应速度，电容C9是运放U2A的供电滤波电容。

在本实施例中，光耦P1，P2，P3，P4的型号是EL817C，光耦P5采用的是EL817B；译码器U1采用的型号是74HC238D；三极管Q1-Q8采用的BC846BW；运放U2A采用的是LM258DR。

Claims (5)

1.一种根据指令硬件实现多级输出限流电路，其特征在于：光耦隔离转换电路连接译码器电路，译码器电路连接目标电流基准电压设置电路，目标电流基准电压设置电路连接电压比较/调节电路。

2.根据权利要求1所述的一种根据指令硬件实现多级输出限流电路，其特征在于：所述光耦隔离转换电路将信号sig1经电阻R1连接到稳压管Z1阴极，一路经稳压管Z1阴极到达阳极，接到Vin-，另一路经电阻R2连接光耦P1原边的一只引脚，从光耦P1的另一只引脚流出后连接到Vin-；电容C1并联在稳压管Z1两端，光耦P1输出的一只引脚与电源VCC连接，另一只引脚连接于电阻R3的一端，该另一只引脚电平即为sig1信号经光耦隔离转换后的输出信号IN0，电阻R3的另一端与GND连接；同样地，指令信号sig2、指令信号sig3、使能信号ctrl经光耦隔离转换后的输出信号分别为IN1、IN2、EN。

3.根据权利要求1所述的一种根据指令硬件实现多级输出限流电路，其特征在于：所述译码器电路中设置有译码器芯片，译码器电路将光耦隔离转换电路的输出信号IN0经限流电阻R4连接到译码器芯片的输入端口A0；输出信号IN1经限流电阻R5连接到译码器芯片的输入端口A1；信号IN2经限流电阻R7连接到译码器芯片的输入端口A2；信号EN直接连接到译码器芯片的输入端口E1；译码器芯片的输出端Y0经电阻R6连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q1的基极；译码器芯片的输出端Y1经电阻R8连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q2的基极；译码器芯片的输出端Y2经电阻R11连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q3的基极；译码器芯片的输出端Y3经电阻R12连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q4的基极；译码器芯片的输出端Y4经电阻R14连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q5的基极；译码器芯片的输出端Y5经电阻R16连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q6的基极；译码器芯片的输出端Y6经电阻R17连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q7的基极；译码器芯片的输出端Y7经电阻R15连接到目标电流基准电压设置电路中的三极管Q8的基极。

4.根据权利要求1所述的一种根据指令硬件实现多级输出限流电路，其特征在于：所述目标电流基准电压设置电路分别将三极管Q1的集电极和电阻R33一端连接、三极管Q2的集电极和电阻R34一端连接、三极管Q3的集电极和电阻R35一端连接、三极管Q4的集电极和电阻R36一端连接、三极管Q5的集电极和电阻R37一端连接、三极管Q6的集电极和电阻R38一端连接、三极管Q7的集电极和电阻R39一端连接、三极管Q8和电阻R40一端连接，将电阻R33的另一端、电阻R34的另一端、电阻R35的另一端、电阻R36的另一端、电阻R37的另一端、电阻R38的另一端、电阻R39的另一端、电阻R40的另一端与电阻R32的一端、电容C10的一端、电阻R29的一端连接在一起，将电阻R32的另一端、电容C10的另一端连接到GND，电阻R29的另一端接电源VCC，电阻R29和电阻R32的中间点n，连接到电压比较/调节电路中的电阻R31一端，电阻R31另一端连接到运放U2A的3脚。

5.根据权利要求1所述的一种根据指令硬件实现多级输出限流电路，其特征在于：所述电压比较/调节电路将信号lout连接到电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接到GND，滤波电容C8并联在电阻R41上，信号lout经过电阻R30连接到运放U2A的2脚；电容C6和电阻R24串联之后与电容C7并联在运放U2A的1脚和2脚之间，电源VCC经电阻R25、电阻R28、二极管D1连接到运放U2A的1脚，电阻R28两端与光耦P5的两个输入端连接，信号COMP经光耦P5输出引脚接GND和信号COMP经电阻R26接至15V₊。