一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，包括取样电阻、放大电路以及比较输出电路，所述取样电阻将信号机的电流转换成电压信号，所述放大电路将电压信号放大，所述比较输出电路将放大后的电压信号与参考电压进行比较后输出结果，所述取样电阻包括第一取样电阻和第二取样电阻，所述检测电路还包括实现接入取样电阻选择的选择开关。本发明还提供了适用于信号机的高可靠电流范围检测方法，检测电路工作时，选择开关根据控制信号不断断开、闭合，判断结果输出信号将不断翻转，比较输出电路根据判断结果输出信号是否不断翻转以确定信号机工作电流是否正常。本发明电路拓扑简单，可靠性更高，电流范围检测电路失效后能够被诊断出来。
【专利说明】
一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路及检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及轨道交通的控制技术，尤其涉及信号机控制系统。
【背景技术】
[0002]信号机控制系统是轨道交通信号设备的重要组成部分，在车辆行车、调车作业中有着重要作用。信号机控制系统的可靠性及安全性有较高要求，大部分应用对信号机控制系统的安全完整性等级有SIL4的要求。因此需要检测信号机工作电流，以确定信号机是否正常工作。
[0003]常规的信号机灯丝电流范围检测电路如下:
[0004]常规方案1:如图1所示，信号机的电流通过取样电阻Rl转换成电压信号，再经过运算放大器等电路放大成较大的电压信号，最后通过ADC转换芯片将电压信号转换成相应的电压值，并最后通过光耦等隔离信号转换由MCU对电流信号进行采集、运算、比较，最终输出比较结果。
[0005]常规方案2:如图2所示，信号机的电流通过取样电阻Rl转换成电压信号，再经过运算放大器等电路放大成较大的电压信号，再通过比较器等比较电路对放大后的电压信号进行比较，最后将比较结果通过光耦等隔离电路输出。
[0006]方案一的缺陷为:虽然能够完成电流过小检测，并且能够精确获取回路的实际电流，但是电路复杂，需要MCU对ADC进行采集控制，参与运算，判断速度较慢。另外该方案存在取样电阻Rl失效、放大电路失效等失效无法检测，属于不可检测的危险失效，在信号机控制系统存在实际灯丝故障又无法检测的安全隐患。
[0007]方案二工作原理简单，通过比较器比较回路实际电流跟设定电流的阈值，将比较结果直接通过隔离光耦进行隔离输出；该方案缺点与方案一一样，取样电阻R2失效、放大电路失效任何一个电路发生随机失效，存在不可检测的危险失效，在信号机控制系统存在实际灯丝故障又无法检测的安全隐患。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题就是提供一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，可靠性高，避免安全隐患。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，包括取样电阻、放大电路以及比较输出电路，所述取样电阻将信号机的电流转换成电压信号，所述放大电路将电压信号放大，所述比较输出电路将放大后的电压信号与参考电压进行比较后输出结果，其特征在于:所述取样电阻包括第一取样电阻和第二取样电阻，所述检测电路还包括根据控制信号选择是否闭合以实现接入取样电阻选择的选择开关。
[0010]优选的，Rl:R2〈I1:(12-11 )，R1为第一取样电阻的电阻值，R2为第二取样电阻的电阻值，Il为检测电流下限，12为检测电流上限。
[0011]优选的，该检测电路工作时，选择开关根据控制信号不断断开、闭合，控制信号为高电平时，选择开关闭合，此时第二取样电阻被旁路，取样电阻为Rl;当控制信号为低电平时，选择开关断开，取样电阻为(R1+R2)。
[0012]优选的，所述选择开关采用三极管。
[0013]优选的，所述比较输出电路包括隔离电路。
[0014]优选的，所述比较输出电路还包括比较器，比较器的比较结果通过隔离电路进行隔呙输出。
[0015]优选的，所述比较输出电路还包括ADC转换芯片和微控制单元，通过ADC转换芯片将电压信号转换成相应的电压值，再通过隔离电路转换后由微控制单元对电流信号进行采集、运算、比较，并最终输出比较结果。
[0016]优选的，所述隔离电路采用隔离光耦。
[0017]优选的，所述参考电压为比较阈值或者电压基准。
[0018]本发明还提供了一种适用于信号机的高可靠电流范围检测方法，检测电路工作时，选择开关根据控制信号不断断开、闭合，判断结果输出信号将不断翻转，比较输出电路根据判断结果输出信号是否不断翻转以确定信号机工作电流是否正常;正常状态下，判断结果输出信号是与控制信号同频的脉动信号;若信号机电流异常或电路有故障时，则判断结果输出为常高或者常低的固定信号。
[0019]本发明采用的技术方案，通过选择开关更改电流取样电阻的大小，使得输出比较结果按照预期发生翻转，再通过判断是否有按照预期方式翻转以确定电流是否正常，同时也可以诊断电路的各种故障。而且，电路拓扑简单，可靠性更高，电流范围检测电路失效后能够被诊断出来，因此可靠性更高。
【附图说明】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步描述:
[0021 ]图1是第一种常规电流范围检测电路原理图；
[0022]图2是第二种常规电流范围检测电路原理图；
[0023]图3为本发明的电路原理图；
[0024]图4为本发明具体实施例电路原理图。
【具体实施方式】
[0025]如图3所示，一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，包括取样电阻、放大电路以及比较输出电路，所述取样电阻将信号机的电流转换成电压信号，所述放大电路将电压信号放大，所述比较输出电路将放大后的电压信号与参考电压进行比较后输出结果，所述取样电阻包括第一取样电阻和第二取样电阻，所述检测电路还包括根据控制信号选择是否闭合以实现接入取样电阻选择的选择开关。
[0026]图3中，VCC为信号机供电电压，典型电压值为48V;R1为第一取样电阻的电阻值，R2为第二取样电阻的电阻值，上述取样电阻的阻值远小于信号机内阻，使得取样电阻R1、R2的接入对信号机正常工作没有影响。阻Rl、R2比例与检测电流的下限I1、检测电流上限12相关，关系为:Rl:R2〈I1: (12-11)，Il为检测电流下限，12为检测电流上限。
[0027]该检测电路工作时，选择开关Kl根据控制信号选择是否闭合，控制信号为高时，Kl闭合，此时R2被旁路，此时取样电阻仅为Rl，V1 = I XRl;当控制信号为低时，Kl断开，此时Vl=I X (R1+R2)，公式中I为信号机工作电流，选择开关可以采用三级管或者其他形式的开关。
[0028]放大电路将取样电阻上的电压Vl进行放大，放大后的电压信号V2输入到比较器与参考电压V3进行比较;参考电压V3作为比较阈值的参考电压，在精度要求较高的场合需要使用电压基准。
[0029]所述比较输出电路包括隔离电路和比较器，比较器的比较结果通过隔离电路进行隔离输出。或者所述比较输出电路包括隔离电路、ADC转换芯片和微控制单元，通过ADC转换芯片将电压信号转换成相应的电压值，再通过隔离电路转换后由微控制单元对电流信号进行采集、运算、比较，并最终输出比较结果。
[0030]在使用比较器时，比较器比较信号机电流值转换后的电压信号V2以及参考电压V3，根据V2、V3电压值输出相应的电平信号;典型设计为:V2高于V3，则输出高电平，V3高于V2，则输出低电平;隔离电路典型的采用隔离光耦，根据实际需要输出相应的电平信号。
[0031]当电路正常工作时，判断结果输出信号是与控制信号同频的脉动信号，若信号机电流异常或电路有故障时，则判断结果输出电路为常高或者常低的固定信号。
[0032]为更好说明本发明，举例如下:
[0033]如图4所示，信号机正常工作电流为200mA?250mA，根据公式得出:电阻Rl、R2选择比例为Rl:R2〈200: (250-200) =4:1；
[0034]因此若Rl选择I Ω，则R2需要大于0.25Ω，可选择0.3Ω ;放大电路增益为5，参考电压为1.27V;K1采用三极管Ql实现电路；
[0035]当信号机电流为200mA，控制信号为高电平，则V2电压为:200πιΑΧ1Ω X5 = 1V；V2小于参考电压1.27V，Vout输出高电平；
[0036]控制信号为低电平，则V2电压为:200mA X (I Ω+0.3 Ω ) X 5 = 1.3V； V2大于参考电压1.27V，Vout输出低电平；
[0037]当信号机电流为250mA，控制信号为高电平，则V2电压为:250mAX I Ω X 5 = 1.25V;V2小于参考电压1.27V，Vout输出高电平；
[0038]控制信号为低电平，则V2电压为:250mAX (I Ω +0.3 Ω ) X 5= I.625V;V2大于参考电压1.27V，Vout输出低电平；
[0039]因此信号机电流在正常工作范围时，判断结果输出电路能够输出与控制信号相同频率，相同相位的方波。
[0040]若信号机电流过大，如电流变为300mA，则Vout将始终输出低电平；
[0041 ]若信号机电流过小，如电流变为150mA，则Vout将始终输出高电平；
[0042]可得出信号机电流异常时，Vout的输出将无法根据控制信号变化而变化；
[0043]上述电路的控制开关Q1、取样电阻R1、R2、放大电路、电压基准、比较器、隔离电路等粘连失效将会使判断电路无法输出可以改变的信号，因此电路失效后能够被诊断。
【主权项】
1.一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，包括取样电阻、放大电路以及比较输出电路，所述取样电阻将信号机的电流转换成电压信号，所述放大电路将电压信号放大，所述比较输出电路将放大后的电压信号与参考电压进行比较后输出结果，其特征在于:所述取样电阻包括第一取样电阻和第二取样电阻，所述检测电路还包括根据控制信号选择是否闭合以实现接入取样电阻选择的选择开关。2.根据权利要求1所述的一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，其特征在于:Rl:R2〈I1: (12-11)，R1为第一取样电阻的电阻值，R2为第二取样电阻的电阻值，Il为检测电流下限，12为检测电流上限。3.根据权利要求2所述的一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，其特征在于:该检测电路工作时，选择开关根据控制信号不断断开、闭合，控制信号为高电平时，选择开关闭合，此时第二取样电阻被旁路，取样电阻为Rl;当控制信号为低电平时，选择开关断开，取样电阻为(R1+R2)。4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，其特征在于:所述选择开关采用三极管。5.根据权利要求1所述的一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，其特征在于:所述比较输出电路包括隔离电路。6.根据权利要求5所述的一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，其特征在于:所述比较输出电路还包括比较器，比较器的比较结果通过隔离电路进行隔离输出。7.根据权利要求5所述的一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，其特征在于:所述比较输出电路还包括ADC转换芯片和微控制单元，通过ADC转换芯片将电压信号转换成相应的电压值，再通过隔离电路转换后由微控制单元对电流信号进行采集、运算、比较，并最终输出比较结果。8.根据权利要求5所述的一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，其特征在于:所述隔离电路采用隔离光耦。9.根据权利要求1所述的一种适用于信号机的高可靠电流范围检测电路，其特征在于:所述参考电压为比较阈值或者电压基准。10.—种适用于信号机的高可靠电流范围检测方法，其特征在于:检测电路工作时，选择开关根据控制信号不断断开、闭合，判断结果输出信号将不断翻转，比较输出电路根据判断结果输出信号是否不断翻转以确定信号机工作电流是否正常;正常状态下，判断结果输出信号是与控制信号同频的脉动信号;若信号机电流异常或电路有故障时，则判断结果输出为常高或者常低的固定信号。
【文档编号】G01R31/00GK106093528SQ201610552846
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】徐成闻, 户贯涛, 张颂, 俞敏
【申请人】浙江众合科技股份有限公司