一种交通信号机的保护电路的制作方法

本发明实施例涉及道路交通信号控制机领域，尤其涉及一种交通信号机的保护电路。

背景技术：

随着城市的快速发展和进步，道路交通流量不断增大，道路交通信号控制机的应用不断增多。道路交通信号控制机，以下简称信号机，作为交流电供电用电器，由于用电环境的复杂性和恶劣性，存在供电过压损坏的情况。一旦过压发生，会造成信号机故障或者直接损坏，轻则影响交通秩序，重则危及人身安全造成财产损失。对信号机保护中多只包含过流保护，漏电保护等保护，没有囊括过压保护功能，无法在过欠压时断开供电保护设备。

目前常见的自恢复式过欠压保护器，无法满足宽压信号机的温度要求和输入电源要求。专门应用于宽电压信号机的宽压自恢复式过欠压保护装置没有囊括进信号机保护领域。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种交通信号机的保护电路，用以解决现有技术中存在宽压信号机无法在过欠压时断开供电设备的问题。

本发明实施例提供了一种交通信号机的保护电路，包括：

继电器、电压采集电路、处理电路、控制电路；

所述继电器的输入端与外部电源连接，所述继电器的输出端与信号机连接，所述继电器用于控制所述外部电源给所述信号机供电；

所述电压采集电路与所述外部电源连接，用于采集所述外部电源的电压值；

所述处理电路与所述电压采集电路连接，用于对所述电压采集电路采集的电压进行处理并确定出处理后的电平值；

所述控制电路的第一输入端与所述处理电路连接，所述控制电路的第二输入端与所述继电器的输出端连接，用于采集所述继电器的开关状态的电平值；所述控制电路的输出端与所述继电器的使能端连接，用于控制所述继电器的开关；所述控制电路根据所述处理电路确定出的处理后的电平值和所述继电器的开关状态的电平值控制所述继电器的开关，以实现控制所述外部电源给所述信号机供电。

可选地，所述控制电路具体用于：

当所述处理电路输出的电平值为高电平，所述采集的所述继电器的开关状态的电平值为低电平时，控制继电器闭合，所述外部电源向所述信号机供电；

当所述处理电路输出的电平值为高电平，所述采集的所述继电器的开关状态的电平值为高电平时，保持所述继电器的闭合状态；

当所述处理电路输出的电平值为低电平，所述采集的所述继电器的开关状态的电平值为高电平时，控制所述继电器断开，停止所述外部电源向所述信号机供电；

当所述处理电路输出的电平值为低电平，所述采集的所述继电器的开关状态的电平值为低电平时，保持所述继电器的断开状态。

可选地，所述控制电路包括：第二逻辑判断模块、第一三极管、第二三极管；

所述第二逻辑判断模块的第一输入端与所述处理电路连接，所述第二逻辑判断模块的第二输入端与所述继电器的输出端连接；

所述第一三极管基极与所述第二逻辑判断模块的第一输出端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述继电器的使能端连接，所述第一三极管在所述第二逻辑判断模块的第一输出端为高电平时导通；

所述第二三极管基极与所述第二逻辑判断模块的第二输出端连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述继电器的使能端连接，所述第二三极管在所述第二逻辑判断模块的第二输出端为高电平时导通。

可选地，所述电压采集电路包括：整流桥、分压模块；

所述整流桥的输入端与所述外部电源连接，所述整流桥的输出端与所述分压模块的输入端连接，用于将所述外部电源的交流电压转化为直流电压；

所述分压模块的输出端与所述处理电路连接，用于将所述直流电压进行分压并输入所述处理电路。

可选地，所述分压模块包括降压电阻、第一分压电阻、第二分压电阻和稳压电容；

自所述分压模块的输入端至所述分压模块的输出端依次串联连接所述降压电阻、所述第一分压电阻和所述第二分压电阻；

所述稳压电容与所述第一分压电阻和所述第二分压电阻并联，所述稳压电容用于稳定所述第一分压电阻和所述第二分压电阻两端的电压。

可选地，所述处理电路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第一逻辑判断模块；

所述第一运算放大器的正极与所述电压采集电路连接，所述第一运算放大器的负极用于输入欠压参考电压，所述第一运算放大器用于对所述采集的电压与所述欠压参考电压进行比较；

所述第二运算放大器的负极与所述电压采集电路连接，所述第二运算放大器的正极用于输入过压参考电压，所述第二运算放大器用于对所述采集的电压与所述过压参考电压进行比较；

所述第一逻辑判断模块的第一输入端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一逻辑判断模块的第二输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第一逻辑判断模块的输出端与所述控制电路的第一输入端连接，所述第一逻辑判断模块依据所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出结果确定出处理后的电平值，并送入所述控制电路。

可选地，所述处理电路具体用于：

确定所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出结果是否都为高电平，若是，则所述第一逻辑判断模块输出高电平，否则所述第一逻辑判断模块输出低电平。

可选地，在所述第一运算放大器的正极和所述电压采集电路之间还设有第一接地二极管、第一接地滤波电容，所述第一接地二极管用于防止输入电压过大损坏所述第一运算放大器，所述第一接地滤波电容用于滤除残余的交流电压；

可选地，在所述第二运算放大器的负极和所述电压采集电路之间还设有第二接地二极管、第二接地滤波电容，所述第二接地二极管用于防止输入电压过大损坏所述第二运算放大器，所述第二接地滤波电容用于滤除残余的交流电压。

可选地，所述处理电路和所述控制电路之间还接入了延时电路，用于将所述处理电路确定的处理后的电平值延长设定时间后输入至所述控制电路。

本发明实施中的交通信号机的保护电路，利用电压采集电路采集外部电源的电压，采集的电压经过处理电路处理后输出到控制电路，控制电路根据处理电路输出的电平值以及继电器开关状态的电平值控制继电器的开关，从而控制外部电源给信号机供电。由于在外部电源和信号机之间加入继电器，并且继电器的开关由控制电路根据外部电源的电压控制，故在外部电源的电压出现过压或欠压时，继电器断开，外部电源停止向信号机供电，外部电源的电压正常时，继电器闭合，外部电源向信号机供电，从而信号机在恶劣供电情况下能自我保护，降低故障和损坏，避免人身伤害和财产损失。本发明实施中，控制电路采用闭环控制方式对继电器的开关进行控制，从而避免继电器长期作用导致继电器损坏，也避免保持性继电器意外断开无法检测造成设备工作异常，造成安全问题和损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种交通信号机的保护电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的控制电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电压采集电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电压采集电路中分压模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的处理电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的处理电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的延时电路的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的电压采集电路及处理电路的电路图；

图9为本发明实施例提供的控制电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，交通信号机的保护电路设置在外部电源和信号机之间，该保护电路可直接添加在传统信号机内，也可以独立于信号机之外。

本发明实施例提供一种交通信号机的保护电路，如图1所示，包括：继电器110、电压采集电路130、处理电路140、控制电路150；

继电器110的输入端1101与外部电源100连接，继电器110的输出端1103与信号机120连接，继电器110用于控制外部电源100给信号机120供电。电压采集电路130与外部电源100连接，用于采集外部电源100的电压值。处理电路140与电压采集电路130连接，用于对电压采集电路130采集的电压进行处理并确定出处理后的电平值。控制电路150的第一输入端1501与处理电路140连接，控制电路150的第二输入端1503与继电器110的输出端1103连接，用于采集继电器110的开关状态的电平值，控制电路150的输出端1502与继电器110的使能端1102连接，用于控制继电器110的开关，控制电路150根据处理电路140确定出的处理后的电平值和继电器110的开关状态的电平值控制继电器110的开关，以实现控制外部电源100给信号机120供电。

在具体应用时，控制电路150在处理电路140输出的电平值为高电平，采集的继电器110的开关状态的电平值为低电平时，控制继电器110闭合，外部电源100向信号机120供电。在处理电路140输出的电平值为高电平，采集的继电器110的开关状态的电平值为高电平时，保持继电器110的闭合状态。在处理电路140输出的电平值为低电平，采集的继电器110的开关状态的电平值为高电平时，控制继电器110断开，停止外部电源100向信号机120供电。以及在处理电路140输出的电平值为低电平，采集的继电器110的开关状态的电平值为低电平时，保持继电器110的断开状态。

本发明实施例中外部电源100的电压范围为85V至469V，可兼容两相电和三相电供电电压范围，宽压信号机120工作电压范围为90V至264V。

本发明实施例中，电压采集电路130采集外部电源100的电压，采集的电压经过处理电路140处理后输出到控制电路150，控制电路150根据处理电路140输出的电平值以及继电器110的开关状态的电平值控制继电器110的开关，从而控制外部电源100给信号机120供电。当电压采集电路130采集的外部电源100的电压过压或欠压时，控制电路150控制继电器110断开，外部电源100停止向信号机供电，当电压采集电路130采集的外部电源100的电压正常时，控制电路150控制继电器110闭合，外部电源100向信号机供电，以使信号机120能在正常的电压范围内工作。

本发明实施例中，控制电路150采用闭环控制方式对继电器110的开关进行控制，控制电路150对继电器110开关状态的电平值进行采集，并根据经处理电路140处理后的外部电源100的电压和继电器110的开关状态的电平值控制继电器110，从而避免继电器长期作用导致继电器损坏，也避免保持性继电器意外断开无法检测造成设备工作异常，造成安全问题和损失。

为了实现上述控制流程，如图2所示，控制电路150包括：第二逻辑判断模块1504、第一三极管1505、第二三极管1506。

其中，第二逻辑判断模块1504的第一输入端15041与处理电路140连接，第二逻辑判断模块1504的第二输入端15042与继电器110的输出端1103连接。第一三极管1505基极与第二逻辑判断模块1504的第一输出端15043连接，第一三极管1505的发射极接地，第一三极管1505的集电极与继电器110的使能端1102连接，第一三极管1505在第二逻辑判断模块1504的第一输出端15043为高电平时导通。第二三极管基极1506与第二逻辑判断模块1504的第二输出端15044连接，第二三极管1506的发射极接地，第二三极管1506的集电极与继电器110的使能端1102连接，第二三极管1506在第二逻辑判断模块1504的第二输出端为高电平时导通。

本发明实施例中，第一三极管1505在第二逻辑判断模块1504的第一输出端15043为高电平时导通，第一三极管1505的集电极上电以使继电器110闭合。第二三极管1506在第二逻辑判断模块1504的第二输出端15044为高电平时导通，第二三极管1506的集电极上电以使继电器110断开。

上述控制电路150在实现控制继电器110的开关的过程中需要使用由电压采集电路130采集的外部电源的电压并通过处理电路140处理之后的电平值，具体的，如图3所示，电压采集电路130包括：整流桥1301、分压模块1302。

其中，整流桥1301的输入端13011与外部电源100连接，整流桥的输出端13012与分压模块1302的输入端13021连接，用于将外部电源100的交流电压转化为直流电压。分压模块1302的输出端13022与处理电路140连接，用于将直流电压进行分压并输入所述处理电路140。

进一步地，为了清楚的描述上述分压模块1302，如图4所示，该分压模块1302包括降压电阻13023、第一分压电阻13024、第二分压电阻13025和稳压电容13026。自分压模块1302的输入端13021至分压模块1302的输出端13022依次串联连接降压电阻13023、第一分压电阻13024和第二分压电阻13025。稳压电容13026与第一分压电阻13024和第二分压电阻13025并联，稳压电容13026用于稳定第一分压电阻13024和第二分压电阻13025两端的电压。

具体实施中，降压电阻、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值根据电路设计确定。降压电阻可以值只有一个电阻，也可以是通过多个电阻逐步降压。第一分压电阻和第二分压电阻将经过降压后的电压进行分压输入处理电路。

相应地，如图5所示，上述处理电路140包括：第一运算放大器1401、第二运算放大器1402、第一逻辑判断模块1403。第一运算放大器1401的正极14011与电压采集电路130连接，第一运算放大器1401的负极14012用于输入欠压参考电压，第一运算放大器1401用于对采集的电压与欠压参考电压进行比较。第二运算放大器1402的负极14021与电压采集电路130连接，第二运算放大器1402的正极14022用于输入过压参考电压，第二运算放大器1402用于对采集的电压与过压参考电压进行比较。

基于上述第一运算放大器1401和第二运算放大器1402，第一逻辑判断模块1403的第一输入端14031与第一运算放大器1401的输出端连接，第一逻辑判断模块的第二输入端14032与第二运算放大器1402的输出端连接，第一逻辑判断模块1403的输出端14033与控制电路150的第一输入端1501连接，第一逻辑判断模块1403依据第一运算放大器1401和第二运算放大器1402的输出结果确定出处理后的电平值，并送入控制电路150。

本发明实施例中，在具体应用时，当第一运算放大器1401的正极14011输入的电压大于欠压参考电压时，第一运算放大器1401输出高电平，当第一运算放大器1401的正极14011输入的电压小于或等于欠压参考电压时，第一运算放大器1401输出低电平。当第二运算放大器1402的负极14021输入的电压小于或等于过压参考电压，第二运算放大器1402输出高电平，当第二运算放大器1402的负极14021输入的电压大于过压参考电压，第二运算放大器1402输出低电平。

基于上述该第一运算放大器1401和第二运算放大器1402的输出结果，处理电路140需要确定第一运算放大器1401和第二运算放大器1402的输出结果是否都为高电平，若是，则通过第一逻辑判断模块1403输出高电平，否则通过第一逻辑判断模块1403输出低电平。

具体实施中，普通的信号机工作电压范围为交流170V至270V，宽电压信号机国标工作电压范围较宽泛，可达交流90V至264V。本发明实施例中的交通信号机的保护电路可通过调节输入的欠压参考电压和过压参考电压来选择过欠压检测范围，从而实现既能对普通信号机进行过欠压保护，也能对宽压信号机进行过欠压保护。另外本发明实施例也可以通过调节分压电阻的阻值选择过欠压检测范围。

进一步地，如图6所示，在第一运算放大器1401的正极14011和电压采集电路130之间还设有第一接地二极管1404、第一接地滤波电容1405，第一接地二极管1404用于防止输入电压过大损坏第一运算放大器1401，第一接地滤波电容1405用于滤除残余的交流电压。在第二运算放大器1402的负极14021和电压采集电路130之间还设有第二接地二极管1406、第二接地滤波电容1407，第二接地二极管1406用于防止输入电压过大损坏第二运算放大器1402，第二接地滤波电容1407用于滤除残余的交流电压。

相应地，如图7所示，处理电路140和控制电路150之间还接入了延时电路160，用于将处理电路140确定的处理后的电平值延长设定时间后输入至控制电路150。具体实施中，当处理电路140输出高电平时，延时电路160延时设定时间后将处理电路140输出的高电平输入控制电路150；当处理电路140输出低电平时，延时电路160即刻将处理电路140输出的低电平输入控制电路150。

为了更清楚地介绍上述交通信号机的保护电路，本发明实施例提供另一种交通信号机的保护电路的示例，如图8所示。

AC_L为火线输入端，AC_N为零线输入端，外部电源经AC_L和AC_N为系统输入交流电压，输入的交流电压经整流桥D1整流后将交流电压转换成直流电压，直流电压经过高精度电阻R5，R7，R8降低电压范围后，利用R9，R10，R11进行分压，其中电容C13用于稳压，电容C21和电容C15用于滤波。通过开关SW1的切换可以选择不同的过欠压检测范围。当开关SW1切换到1端可用于宽压信号机，此时R9，R10和R11的电压之和作为欠压检测电压从运算放大器U7A的正极输入运算放大器U7A，运算放大器U7A的负极输入欠压参考电压VL。当开关SW1切换到3端可用于普通信号机，此时R9和R10的电压之和作为欠压检测电压从运算放大器U7A的正极输入运算放大器U7A，运算放大器U7A的负极输入欠压参考电压VL。欠压参考电压VL在开关SW1切换时也要做出相应的调整。当开关SW1切换到1端或3端时，R9的电压都作为过压检测电压从运算放大器的负极输入运算放大器U7B，运算放大器U7B的正极输入过压参考电压VH，其中V4，V5为保护二极管，用于防止输入电压过大损坏运算放大器U7A和运算放大器U7B。

运算放大器U7A的输出和运算放大器U7B的输出存在以下三种情况：

情况一、运算放大器U7A的正极输入的电压大于或等于负极输入的欠压参考电压VL，运算放大器U7A输出高电平。运算放大器U7B的正极输入过压参考电压VH大于或等于运算放大器U7B的负极输入的电压，运算放大器U7B输出高电平。

情况二、运算放大器U7A的正极输入的电压小于负极输入的欠压参考电压VL，运算放大器U7A输出低电平。运算放大器U7B的正极输入过压参考电压VH大于或等于运算放大器U7B的负极输入的电压，运算放大器U7B输出高电平。

情况三、运算放大器U7A的正极输入的电压大于或等于负极输入的欠压参考电压VL，运算放大器U7A输出高电平。运算放大器U7B的正极输入过压参考电压VH小于运算放大器U7B的负极输入的电压，运算放大器U7B输出低电平。

运算放大器U7A和运算放大器U7B输出的电平经与门U10D判断后输出到延时电路，其中运算放大器U7A和与门U10D之间的接地电容C22用于滤除残余的交流电压。运算放大器U7B和与门U10D之间的接地电容C23用于滤除残余的交流电压。当运算放大器U7A输出高电平和运算放大器U7B输出高电平时，与门U10D输出高电平，即外部电源输入的交流电压在正常电压范围内时与门U10D输出高电平，外部电源输入的交流电压出现过压和欠压时与门U10D输出低电平。

进一步地，如图9所示，U8A、U8B、U8C、U8D、U10A、U10B组成逻辑电路，逻辑电路的输入端包括输出使能端和输出有效端，延时电路输出的电平从输出使能端输入逻辑电路。电压检测电路对继电器K1的输出端AC和AC_LOUT输出的电压进行采集并判断继电器的输出是否有效，将判断的结果从输出有效端输入逻辑电路。U10A输出端通过电阻R31与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过二极管V2与继电器K1连接，三极管Q4的基极与发射极之间连接电阻R33。U10B输出端通过电阻R32与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极通过二极管V3与继电器K1连接，三极管Q5的基极与发射极之间连接电阻R34。

当输出使能端为高电平，输出有效端为低电平时，U10A输出高电平，U10B输出低电平，三极管Q4导通，三极管Q5不导通，继电器K1闭合，继电器K1的输出端AC和AC_LOUT输出交流电压。

当输出使能端为高电平，输出有效端为高电平时，U10A输出低电平，U10B输出低电平，三极管Q4不导通，三极管Q5不导通，继电器K1保持闭合，继电器K1的输出端AC和AC_LOUT输出交流电压。

当输出使能端为低电平，输出有效端为高电平时，则U10A输出低电平，U10B输出高电平，三极管Q4不导通，三极管Q5导通，继电器K1断开，继电器K1的输出端AC和AC_LOUT停止输出交流电压。

当输出使能端为低电平，输出有效端为低电平时，则U10A输出低电平，U10B输出低电平，三极管Q4不导通，三极管Q5不导通，继电器K1保持断开，继电器K1的输出端AC和AC_LOUT停止输出交流电压。

本发明实施中，利用电压采集电路采集外部电源的电压，采集的电压经过处理电路处理后输出到控制电路，控制电路根据处理电路输出的电平值以及继电器开关状态的电平值控制继电器的开关，从而控制外部电源给信号机供电。由于在外部电源和信号机之间加入继电器，并且继电器的开关由控制电路根据外部电源的电压控制，故在外部电源的电压出现过压或欠压时，继电器断开，外部电源停止向信号机供电，外部电源的电压正常时，继电器闭合，外部电源向信号机供电，从而信号机在恶劣供电情况下能自我保护，降低故障和损坏，避免人身伤害和财产损失。本发明实施中，控制电路采用闭环控制方式对继电器的开关进行控制，从而避免继电器长期作用导致继电器损坏，也避免保持性继电器意外断开无法检测造成设备工作异常，造成安全问题和损失。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。