楊　進,楊　城

(1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院通號學院,南京 210035;2.江蘇省軌道交通控制工程技術(shù)研究開發(fā)中心,南京 210035;3.南京地鐵運營有限責任公司通號中心,南京 210002)

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基于反激勵變流器反饋電路的鐵路信號機點燈裝置*

楊進1,2*,楊城3

(1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院通號學院,南京 210035;2.江蘇省軌道交通控制工程技術(shù)研究開發(fā)中心,南京 210035;3.南京地鐵運營有限責任公司通號中心,南京 210002)

摘要:為了解決XDZ-B型信號點燈裝置輸出電壓紋波較大、瞬態(tài)沖擊電流大以及上電瞬間副燈絲閃爍等問題,設(shè)計了一種新型鐵路信號機點燈裝置。采用TOPSwitch反激勵變流器反饋電路和大電流可調(diào)電源芯片LM338組成非對稱高轉(zhuǎn)換效率雙路冗余開關(guān)電源,可實現(xiàn)主副燈絲點燈與斷絲報警功能。同時,改進了繼電器邏輯電路,上電瞬間副燈絲不再閃亮,延長了副燈絲的使用壽命。系統(tǒng)簡單可靠、啟動沖擊電流小、效率高、電壓輸出穩(wěn)定、主副燈絲工作正常。

關(guān)鍵詞:信號機點燈電路;開關(guān)電源;軟啟動;反激勵變流器

近年來XDZ-B型多功能信號點燈裝置已在沈陽、烏魯木齊、成都、濟南等鐵路局和神華運煤專線上大量應(yīng)用[1],目前在南京地鐵正線和車輛段等城市軌道交通行業(yè)也大量使用。該裝置雖然克服了90年代末期的XDZ型抗強雷擊能力差、誤告警的缺點[2]。但是近年來在南京地鐵應(yīng)用幾年來發(fā)生多起由于信號機滅燈導(dǎo)致列車緊急制動事故[3]。嚴重影響了列車運行效率和行車安全。

文獻[3]對南京地鐵正線信號機斷絲誤報警故障進行了深入研究探討,詳細描述了故障現(xiàn)象及故障分析過程,雖然提出了解決方法,但是并沒有真正解決客觀存在的問題。近年來多起由于車輛段的信號機燈絲誤報警故障又引起了多方重視。

1　燈絲斷絲誤報警原因

根據(jù)現(xiàn)場故障統(tǒng)計多數(shù)發(fā)生誤報警的現(xiàn)象是串聯(lián)在信號機點燈電路中的西門子信號機驅(qū)動模塊(DESIMO)熔絲斷絲造成的誤報警。經(jīng)過實驗,測試方法如圖1所示。L線代表相線,N線代表零線。相線和零線上為220 V(50 Hz)交流電。相線串聯(lián)了一個DT9203A數(shù)字萬用表,將開關(guān)撥到電流2 A檔。然后將一個20 MHz模擬示波器接到電流表的兩端,示波器的VOLTS/DIV設(shè)置在0.5 V 檔,TIME/DIV設(shè)置在2 ms檔。萬用表下面的一是DESIMO的繼電器接點。XDZ-B型多功能點燈裝置上連接了主副燈絲。

圖1　測試電路

通過切換DESIMO內(nèi)部繼電器的勵磁狀態(tài)發(fā)現(xiàn)XDZ-B型多功能點燈裝置存在以下幾個問題:上電瞬間副燈絲先閃亮,然后主燈絲才亮;上電瞬間電源交流側(cè)電流達正常工作電流的十倍左右甚至更高,出現(xiàn)沖擊電流的概率較大。部分測試圖片如圖2所示。

圖2　上電瞬間燈絲點燈過程和沖擊電流

文獻[1]中介紹了XDZ-B型多功能點燈裝置的主燈絲繼電器ZJ 采用NT73 － 2C － S10 型繼電器，副燈絲點燈繼電器GJ 采用SLA － 12VDC － SL －A 型繼電器，延時繼電器YJ 采用NT73 － 2C － S10型繼電器，延時時間由RC 振蕩電路確定，延時時間t = － RCln( E － V /E) ，其中V 為延時電路供電電壓，E 為電容分得的電壓，這里可選擇電阻大小為47kΩ，電容為50 μF 鉭電容，延時時間為3 s，也可根據(jù)現(xiàn)場對延時的要求對電阻與電容大小進行修改。為了保證安全，主副燈絲兩端各安裝一個SPD 保護器，用來防雷電。

正常點亮信號燈時，ZJ 吸起，主燈絲點亮，同時斷開副燈絲點燈電路，避免主燈絲上電瞬間副燈絲閃亮問題，經(jīng)過3 s 延時YJ 吸起，然后GJ 吸起，副結(jié)構(gòu)框圖,其采用變壓器分別為主燈絲和副燈絲電源供電。主燈絲采用自耦變壓器,副燈絲采用降壓隔離變壓器。上電瞬間由于變壓器線圈具有較大感抗,且二極管整流堆后的電容處于短路狀態(tài),導(dǎo)致信號燈轉(zhuǎn)換燈位瞬間輸入端存在很大沖擊電流;同時,存在主副燈絲同時點亮的現(xiàn)象,造成輸出端負載劇烈變化而引起交流輸入端電流激增。通過示波器高速掃描可發(fā)現(xiàn)沖擊電流特別大,遠超DESIMO設(shè)備熔絲的工作值。

因此,我們有必要對XDZ-B型多功能點燈裝置進行改進,這樣才能滿足城市軌道交通控制要求。

2　信號機點燈裝置改造方案

2.1主副燈絲電源電路設(shè)計

主副燈絲電源為主燈絲和副燈絲點亮提供12V供電電源,其中,副燈絲電源還為副燈絲延時電路供電。

主燈絲電源采用基于開關(guān)電源芯片TOP224Y[4-6]設(shè)計的反激勵變流器反饋電源電路[7-11],可以為主燈絲點燈提供12 V的額定電壓,為主燈絲點亮提供軟啟動電流,保護主燈絲不受浪涌電流的影響。開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率高,發(fā)熱少、電流穩(wěn)定紋波小的特點也提高了點燈單元的可靠性。副燈絲電源則采用大電流可調(diào)電源芯片LM338,為副燈絲點燈電路提供12 V點燈電源,在主燈絲斷絲的情況下為副燈絲提供2 A的額定工作電流。主副燈絲電源電路如圖3所示。

2.2主副燈絲點燈電路設(shè)計

主燈絲點燈電路可以用來軟啟動點亮信號燈主絲,避免瞬間啟動的浪涌[12-16],副燈絲點燈電路包含點燈電路和延時電路,在主絲斷絲情況下延時點亮副燈絲。另外,該電路在邏輯上避免主燈絲點亮前副燈絲閃亮問題。電路如圖4所示。

圖3　主副燈絲電源電路

圖4　主副燈絲點燈電路

主燈絲繼電器ZJ采用NT73-2C-S10型繼電器,副燈絲點燈繼電器GJ采用SLA-12VDC-SL-A型繼電器,延時繼電器YJ采用NT73-2C-S10型繼電器,延時時間由RC振蕩電路確定,延時時間t=-RCln(E-V/E),其中V為延時電路供電電壓,E為電容分得的電壓,這里可選擇電阻大小為47 kΩ,電容為50 μF鉭電容,延時時間為3 s,也可根據(jù)現(xiàn)場對延時的要求對電阻與電容大小進行修改。為了保證安全,主副燈絲兩端各安裝一個SPD保護器,用來防雷電。

正常點亮信號燈時,ZJ吸起,主燈絲點亮,同時斷開副燈絲點燈電路,避免主燈絲上電瞬間副燈絲閃亮問題,經(jīng)過3 s延時YJ吸起,然后GJ吸起,副燈絲由于GJ的限流電阻的作用,副燈絲電流只有10 mA左右,遠遠低于額定電流,副燈絲不亮。

當主燈絲斷絲,ZJ繼電器不構(gòu)成回路,接點落下,經(jīng)過3 s延時,YJ吸起,副燈絲亮同時GJ落下,副燈絲點燈完成。

2.3主副燈絲斷絲報警電路設(shè)計

改進了文獻[14]中關(guān)于安全型燈絲斷絲報警方案,對主副燈絲斷絲報警電路在主燈絲或者副燈絲斷絲情況下給出斷絲報警提示,其中1DSJ為該信號機燈位的斷絲繼電器,采用NT73-2C-S10型繼電器繼電器,主副燈絲斷絲報警電路如圖5所示。

圖5　主副燈絲斷絲報警電路

當主絲正常點亮,ZJ吸起,GJ落下,1DSJ失電,1DSJ接點落下,計算機采樣不到斷絲,不給出斷絲報警。

當主絲斷絲,ZJ失電落下,此時由于延時電路的作用YJ還未吸起,所以GJ未吸起,1DSJ電路接通,計算機采樣到1DSJ接點吸起,3S后YJ吸起,GJ吸起,1DSJ接點又斷電落下,計算機又采樣不到1DSJ接點吸起,由此計算機可以根據(jù)此邏輯給出主燈絲斷絲報警。

在主燈絲斷絲情況下(ZJ落下),副燈絲工作,如果副燈絲斷絲,GJ落下,1DSJ將持續(xù)得電,計算機將持續(xù)檢測到1DSJ接點持續(xù)吸起,由此計算機可以根據(jù)此邏輯給出副燈絲斷絲報警。

3　結(jié)束語

本文研究了一種利用TOP單片開關(guān)電源芯片設(shè)計高可靠信號機點燈裝置的方法,系統(tǒng)電路簡單可靠,沖擊電流小,效率高,輸出電壓穩(wěn)定,主副燈絲工作安全可靠。使用方法與XDZ-B型多功能點燈裝置一樣,同時,該裝置采用帶劣化指示的SPD保護器,防雷系統(tǒng)更加安全可靠。本裝置也可應(yīng)用在其他高可靠雙路冗余輸出系統(tǒng)中,具有廣闊的應(yīng)用前景。

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楊進(1980-),男,漢族,江蘇南京人,講師,現(xiàn)在南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院及江蘇省軌道交通控制工程中心從事鐵道信號、遠程信息控制方向的教學與研究工作,railyangjin@163.com。

DesignofRailwaySignalLampDriveDeviceBasedonFlybackSwitchingPowerSupply*

YANGJin1,2*,YANGCheng3

(1.Department of Signal and Communication,Nanjing Institute of Railway Technology,Nanjing 210035,China;2.Railway Control Engineering Center of Jiangsu Province,Nanjing 210035,China;3.Nanjing Metro Operation Co.,Ltd.Tong Road,Nanjing 210002,China)

Abstract:To solve these problems of XDZ-B-type signal lamp drive device,such as heavy output voltage ripple,great instantaneous current,auxiliary filament flicker and so on.A new type of railway signal lamp drive device was designed.TOPSwitch flyback switching power supply feedback circuit and big current adjustable regulator LM338 are used to organize two sets of asymmetric high conversion efficiency redundant power supply.The function of alarm burnout for main and auxiliary filament could be achieved.At the same time the relay logic circuit was redesigned to solve the problem of auxiliary filament flicker and extended the useful life of auxiliary filament.The system is simple,reliable with small impulse current,high efficiency,stable output voltage.Main and auxiliary filaments work well in their normal states.

Key words:signal lamp drive circuit;switching power supply;soft start;disincentives converter

doi:EEACC:858010.3969/j.issn.1005-9490.2014.05.032

中圖分類號:TM923.48

文獻標識碼:A

文章編號:1005-9490(2014)05-0949-04

收稿日期:2013-10-09修改日期:2013-10-26

項目來源:江蘇省軌道交通控制工程技術(shù)研究開發(fā)中心開放基金項目(KFJ201206003)