用于列车的安全电源以及具有其的列车的制作方法

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种用于列车的安全电源以及一种具有其的列车。

背景技术：

轨道交通信号系统大多是通过继电器的通断来控制的，继电器一般由24v电源来驱动。相关技术中，为满足轨道交通故障安全原则，通常利用两路固定频率固定占空比脉冲例如低频脉冲和高频脉冲来控制dc-dc电源模块输出，实现逻辑与功能，保障信号输出安全。

但是，相关技术存在的问题是，当有低频脉冲存在时，电源模块在高频脉冲输入时开始输出电压，在输出电压上升过程中，因为输出电容的存在，输出会有比较大的瞬间短路电流，折回到输入端会有比较大的冲击电流，而轨道交通信号系统会通过多路dc-dc电源模块并联来控制多个继电器，如此多路dc-dc电源模块并联共用一个供电电源，并联后总的冲击电流会非常大，dc-dc电源模块启动瞬间会对供电电源产生足够大的负载作用，供电电源可能会出现电压瞬间拉低现象，造成供电异常。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于列车的安全电源，能够减小启动时的冲击电流，保证供电稳定。

本发明的第二个目的在于提出一种列车。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种用于列车的安全电源，包括：反激电源电路，所述反激电源电路包括第一隔离单元、放大驱动单元、第一开关管、第一变压器和第一整流滤波单元，所述放大驱动单元通过所述第一隔离单元接收第一控制信号，并对所述第一控制信号进行放大处理以生成第一驱动信号，以及根据所述第一驱动信号驱动所述第一开关管导通或关断，以使所述第一变压器的原边接收的直流电源的能量耦合到所述第一变压器的副边，所述第一整流滤波单元用于对所述第一变压器的副边输出的电流进行整流滤波以输出第一直流电；驱动电路，所述驱动电路包括第二隔离单元、第二变压器和电容充放电单元，所述第二隔离单元在所述第一直流电的供电下将接收到的第二控制信号传输到所述第二变压器，所述第二变压器在所述第二控制信号的驱动下将所述直流电源的能量从原边耦合到副边，所述电容充放电单元根据耦合到所述第二变压器的副边的能量进行充放电以生成削减后的驱动信号；正激电源电路，所述正激电源电路包括第二开关管、第三变压器和第二整流滤波单元，所述第二开关管在所述削减后的驱动信号的驱动下导通或关断，以减小所述安全电源的启动冲击电流，所述第三变压器根据所述第二开关管的导通或关断将原边接收的直流电源的能量耦合到副边，所述第二整流滤波单元用于对所述第三变压器的副边输出的电流进行整流滤波以输出第二直流电。

根据本发明实施例的用于列车的安全电源，通过放大驱动单元对第一控制信号进行放大处理以生成第一驱动信号，并根据第一驱动信号驱动第一开关管导通或关断，以使第一变压器的原边接收的直流电源的能量耦合到第一变压器的副边，第一整流滤波单元对第一变压器的副边输出的电流进行整流滤波以输出第一直流电，第二隔离单元在第一直流电的供电下将接收到的第二控制信号传输到第二变压器，第二变压器在第二控制信号的驱动下将直流电源的能量从原边耦合到副边，电容充放电单元根据耦合到第二变压器的副边的能量进行充放电以生成削减后的驱动信号，第二开关管在削减后的驱动信号的驱动下导通或关断，以减小安全电源的启动冲击电流，第三变压器根据第二开关管的导通或关断将原边接收到的直流电源的能量耦合到副边，第二整流滤波单元用于对第三变压器的副边输出的电流进行整流滤波以输出第二直流电。由此，本发明实施例的用于列车的安全电源能够通过电容充放电单元控制第二开关管的导通时间，从而控制安全电源的能量输出，有效减小启动时的冲击电流，保证供电的稳定性，提高了电路工作可靠性，而且，无需减小输出电容，从而可保证输出电压纹波足够小、单脉冲输出电压足够小，单脉冲抗干扰能力更强。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的一种列车，包括所述的用于列车的安全电源。

根据本发明实施例提出的列车，通过用于列车的安全电源，能够有效减小启动时的冲击电流，保证供电的稳定性，提高了电路工作可靠性，而且，无需减小输出电容，从而可保证输出电压纹波足够小、单脉冲输出电压足够小，单脉冲抗干扰能力更强。

附图说明

图1为根据本发明实施例的用于列车的安全电源的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的用于列车的安全电源的方框示意图；

图3为根据本发明一个实施例的用于列车的安全电源的电路原理图；

图4为根据本发明另一个实施例的用于列车的安全电源的电路原理图；以及

图5为根据本发明实施例的列车的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例的用于列车的安全电源和具有其的列车。

图1为根据本发明实施例的用于列车的安全电源的方框示意图。如图1所示，本发明实施例的用于列车的安全电源包括：反激电源电路10、驱动电路20和正激电源电路30。

其中，反激电源电路10包括第一隔离单元u1、放大驱动单元11、第一开关管q1、第一变压器t1和第一整流滤波单元12，放大驱动单元11通过第一隔离单元u1接收第一控制信号，并对第一控制信号进行放大处理以生成第一驱动信号，以及根据第一驱动信号驱动第一开关管q1导通或关断，以使第一变压器t1的原边接收的直流电源vcc的能量耦合到第一变压器t1的副边，第一整流滤波单元12用于对第一变压器t1的副边输出的电流进行整流滤波以输出第一直流电。

根据本发明的一个实施例，第一控制信号可为低频脉冲信号，其中，低频脉冲信号的占空比为50％，第一隔离单元u1可为光耦合器，第一开关管可为mos(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,mosfet，金属-氧化物半导体场效应晶体管)管，直流电源vcc用于对安全电源供电，直流电源vcc可为+24v。

也就是说，第一隔离单元u1的输出端与放大驱动单元11的输入端相连，放大驱动单元11的输出端与第一开关管q1的控制端相连，第一开关管q1的第一端与第一变压器t1的原边的一端相连，第一开关管q1的第二端与直流电源vcc的负极端vcc-相连，第一变压器t1的原边的另一端与直流电源vcc的正极端vcc+相连，第一变压器t1的副边与第一整流滤波单元12相连。具体地，第一隔离单元u1可接收第一控制信号，第一控制信号通过第一隔离单元u1隔离后输入至放大驱动单元11，放大驱动单元11对第一控制信号进行放大处理并生成第一驱动信号，其中，第一驱动信号的宽度固定且远小于第一控制信号的脉冲周期，第一驱动信号的频率与第一控制信号相同，放大驱动单元11输出的第一驱动信号驱动第一开关管q1的导通或关断，通过驱动第一开关管q1的导通或关断使得直流电源vcc的能量从第一变压器t1的原边传导到副边，第一变压器t1的副边输出的电流经第一整流滤波单元12整流滤波后输出第一直流电。

驱动电路20包括第二隔离单元u2、第二变压器t2和电容充放电单元21，第二隔离单元u2在第一直流电的供电下将接收到的第二控制信号传输到第二变压器t2，第二变压器t2在第二控制信号的驱动下将直流电源vcc的能量从原边耦合到副边，电容充放电单元21根据耦合到第二变压器t2的副边的能量进行充放电以生成削减后的驱动信号。

根据本发明的一个实施例，第二控制信号可为高频脉冲信号，第二隔离单元u2也可为光耦合器。

也就是说，反激电源电路10的输出端与驱动电路20的供电端(即第二隔离单元u2的电源输入端)相连，以对第二隔离单元u2供电，即言，反激电源电路10输出的第一直流电可以供给驱动电路20。第二隔离单元u2的输入端接收第二控制信号，第二隔离单元u2的输出端与第二变压器t2的原边相连，第二变压器t2的副边与电容充放电单元21相连。

具体地，第一直流电供给第二隔离单元u2，第二隔离单元u2还接收第二控制信号，第二控制信号通过第二隔离单元u2隔离后传输到第二变压器t2的原边，第二变压器t2根据第二控制信号将直流电源vcc的能量从原边耦合到副边，电容充放电单元21根据第二变压器t2的副边的能量进行充放电以生成削减后的驱动信号。

正激电源电路30包括第二开关管q2、第三变压器t3和第二整流滤波单元31，第二开关管q2在削减后的驱动信号的驱动下导通或关断，以减小安全电源的启动冲击电流，第三变压器t3根据第二开关管q2的导通或关断将原边接收的直流电源vcc的能量耦合到副边，第二整流滤波单元31用于对第三变压器t3的副边输出的电流进行整流滤波以输出第二直流电。

根据本发明的一个实施例，第二开关管q2可为mos管。

也就是说，驱动电路20的信号输出端与正激电源电路30的信号输入端(即第二开关管q2的控制端)相连，第二开关管q2的第一端与第三变压器t3的原边相连，第二开关管q2的第二端与直流电源vcc的负极端vcc-相连，第三变压器t3的副边与第二整流滤波单元31相连。具体地，第二开关管q2在驱动电路20生成的削减后的驱动信号的驱动下导通或关断，第三变压器t3根据第二开关管q2的导通或关断将原边接收到的直流电源vcc的能量耦合到副边，第二整流滤波单元31将第三变压器t3的副边输出的电流整流滤波后输出第二直流电，即安全电源的输出电压，从而能够减小安全电源的启动冲击电流。

具体而言，反激电源电路10在第一控制信号的驱动下生成第一直流电，以使第一直流电向驱动电路20供电，驱动电路20在第二控制信号的驱动下生成削减后的驱动信号，正激电源电路30在削减后的驱动信号驱动下输出第二直流电。

进一步地，根据本发明的另一个实施例，如图2所示，用于列车的安全电源还可包括第三开关管q3，第三开关管q3在第二控制信号的控制下导通或关断，以使第二变压器t2将直流电源vcc的能量从原边耦合到副边。

也就是说，第二隔离单元u2与第二变压器t2之间还可连接第三开关管q3，第三开关管q3的控制端与第二隔离单元u2的输出端相连，具体地，第二控制信号经过第二隔离单元u2隔离之后输入至第三开关管q3的控制端，以控制第三开关管q3的导通或关断，第三开关管q3的导通或关断使得第二变压器t2将原边接收到的直流电源vcc的能量耦合到副边，从而使反激电源电路10输出的第一直流电只需给驱动电路20供电，无需为第二变压器t2提供从原边传导至副边的能量。

由此，根据本发明的实施例可通过调节电容充放电单元21的参数来控制第二开关管q2的导通时间，控制安全电源输出能量，从而达到控制启动冲击电流的目的。

下面结合图3-4对本发明实施例的安全电源的电路结构及工作原理进行详细描述。

根据本发明的一个实施例，如图3和图4所示，放大驱动单元11包括：第一电阻r1、第一电容c1、第一三极管q4，第二电阻r2和第二电容c2。

其中，第一电阻r1的一端与直流电源vcc的正极端vcc+相连，第一电容c1的一端与第一电阻r1的另一端相连且具有第一节点j1，第一电容c1的另一端与直流电源vcc的负极端vcc-相连，第一节点j1与第一隔离单元u1的输出端相连；第一三极管q4的基极与第一节点j1相连，第一三极管q4的集电极与直流电源vcc的正极端vcc+相连；第二电阻r2的一端与第一三极管q4的发射极相连，第二电阻r2的另一端与直流电源vcc的负极端vcc-相连；第二电容c2的一端与第一三极管q4的发射极相连，第二电容c2的另一端与第一开关管q1的控制端相连。

根据本发明的一个实施例，如图3和图4所示，第一整流滤波单元12包括：第三电阻r3、第一二极管d1、第一稳压管zd1、第三电容c3和第四电容c4。

其中，第三电阻r3的一端与第一变压器t1的副边的一端相连；第一二极管d1的阳极与第三电阻r3的另一端相连，第一稳压管zd1的阳极与第一变压器t1的副边的另一端相连后连接到直流电源vcc的负极端vcc-，第一稳压管zd1的阴极与第一二极管d1的阴极相连，第三电容c3与第一稳压管zd1并联，第四电容c4与第三电容c3并联。

具体而言，直流电源vcc进行供电，第一控制信号通过第一隔离单元u1隔离之后传输至放大驱动单元11，当第一控制信号为低电平时，第一隔离单元u1不工作，此时，第一三极管q4导通放大，第二电阻r2的两端电压与直流电源vcc的电压例如+24v大致相等，直流电源vcc开始通过第一三极管q4对第二电容c2和第一开关管q1的输入电容充电，当第一开关管q1的输入电容的电压达到第一开关管q1的开启电压时，第一开关管q1导通，第一开关管q1导通后第一变压器t1的原边与第一开关管q1形成回路，第一变压器t1的原边存储能量，第一变压器t1的副边产生上负下正的电动势，第一二极管d1不能导通，反激电源电路10的输出电压由第三电容c3和第四电容c4提供，第一稳压管zd1稳定电压并形成第一直流电供给驱动电路20的第二隔离单元u2，从而反激电源电路10能够在第一控制信号为低电平时向驱动电路20提供第一直流电。

当第一控制信号为高电平时，第一隔离单元u1工作，即第一隔离单元u1内的三极管导通，此时，第一三极管q4关断，第二电容c2开始放电，第一开关管q1的栅源电压低于第一开关管q1的开启电压时第一开关管q1关断，第一变压器t1的原边与第一开关管q1断路，第一变压器t1的副边产生上正下负的感生电动势，此时，第一二极管d1导通，第一变压器t1副边向驱动电路20提供第一直流电，并向第三电容c3和第四电容c4充电，以使在第一控制信号为低电平时第三电容c3和第四电容c4能够向驱动电路20供电，第一稳压管zd1稳压并防止反激电源电路10输出电压过高损坏第二隔离单元u2。

根据本发明的一个实施例，如图3和图4所示，电容充放电单元21可包括：第五电容c5、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6和第二稳压管zd2。

其中，第五电容c5的一端与第二变压器t2的副边的一端相连，第二变压器t2的副边的另一端接地；第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6串联连接后与第五电容c5并联，第四电阻r4与第五电阻r5之间具有第二节点j2，第五电阻r5与第六电阻r6之间具有第三节点j3；第二稳压管zd2的阴极与第二节点j2相连后与第二开关管q2的控制端相连，第二稳压管zd2的阳极与第三节点j3相连。

进一步地，结合图3的实施例，驱动电路20还可包括第七电阻r7，第七电阻r7的一端与第二隔离单元u2的输出端相连，第七电阻r7的另一端与第二变压器t2的原边的一端相连，第二变压器t2的原边的另一端接地。

具体而言，反激电源电路10输出的第一直流电给驱动电路20供电，第二隔离单元u2接收第二控制信号，并根据第二控制信号将第一直流电的能量通过第七电阻r7传输至第二变压器t2的原边。当第二控制信号为高电平时，第二控制信号驱动第二变压器t2的原边向副边传输能量，第二变压器t2的副边产生上负下正的电动势，此时，第五电容c5、第四电阻r4和第二稳压管zd2形成回路给第五电容c5充电；当第二控制信号为低电平时，第二变压器t2受第二控制信号控制停止向副边传输能量，第五电容c5与第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6形成放电回路，此时，第五电阻r5上产生一定的压降(随着第五电容c5的放电压降逐渐减小)，以驱动第二开关管q2导通，进而第三变压器t3根据第二开关管q2的导通或关断将原边接收的直流电源vcc的能量耦合到副边，第三变压器t3输出的电流再通过第二整流滤波单元31进行整流滤波后输出第二直流电。

需要说明的是，在图3的实施例中，第二控制信号通过第二隔离单元u2直接驱动第二变压器t2时，需调整反激电源电路10的输出稳压至直流电源vcc的电压，例如+24v，从而保障驱动电路20传输至正激电源电路30的直流电源的能量。其中，可通过调整第一变压器t1的匝比、第一稳压管zd1的参数等调整反激电源电路10的输出电压。

结合图4的实施例，驱动电路20还可包括第三开关管q3，驱动电路20的第二隔离单元u2的输出端可通过第八电阻r8与第三开关管q3的控制端相连，第三开关管q3的第一端与第二变压器t2的原边的另一端相连，第三开关管q3的第二端接地，第二变压器t2的原边的一端与直流电源vcc的正极端vcc+相连。其中，第三开关管q3可为nmos管。

具体而言，第二控制信号通过第二隔离单元u2隔离之后驱动第三开关管q3的导通或关断。当第三开关管q3导通时，第二变压器t2的原边开始向副边传输能量，第二变压器t2的副边产生上负下正的电动势，此时，第五电容c5、第四电阻r4和第二稳压管zd2形成回路给第五电容c5充电；当第三开关管q3关断时，第二变压器t2停止向副边传输能量，第五电容c5与第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6形成放电回路，此时，第五电阻r5上产生一定的压降，以驱动第二开关管q2导通，第三变压器t3在第二开关管q2导通时将原边接收的直流电源vcc的能量耦合到副边，第三变压器t3输出的电流再通过第二整流滤波单元31进行整流滤波后输出第二直流电。

其中，第二变压器t2可为1:1隔离变压器，用于使驱动波形反相。

由此，根据上述实施例，第五电阻r5通过第五电容c5放电产生的压降来驱动第二开关管q2导通，第五电阻r5的压降随着第五电容c5放电而减小，具体压降宽度取决于第五电容c5的放电时间，从而达到驱动信号削波的目的，减小输出能量，进而达到减小启动冲击电流的目的。而且还能够在不减小输出电容的情况下，可保证输出电压纹波足够小、单脉冲输出电压足够小。

根据本发明的一个实施例，如图3和图4所示，第二整流滤波单元31包括：第二二极管d2、第六电容c6和第七电容c7。

其中，第二二极管d2的阳极与第三变压器t3的副边的一端相连，第六电容c6的一端与第二二极管d2的阴极相连，第六电容c6的另一端与第三变压器t3的副边的另一端相连；第七电容c7与第六电容c6并联。

具体而言，当第二开关管q2的驱动信号为高电平时，第二开关管q2导通，第三变压器t3的原边导通，副边产生上正下负的感生电动势，当第二开关管q2的驱动信号为低电平时第二开关管q2关断，第三变压器t3的原边断开，副边无输出，这样第三变压器t3在第二开关管q2的开关作用下副边会输出脉动直流电压，此脉冲直流电压经过第二二极管d2整流、第六电容c6和第七电容c7滤波之后形成稳定的直流源。

根据本发明的一个实施例，正激电源电路30还包括短路保护单元32，短路保护单元32连接在第二整流滤单元31的输出端，以对用于列车的安全电源进行短路保护。

需要说明的是，如图3和图4所示，短路保护单元32可包括第九电阻r9、第八电容c8、第三稳压管zd3和保险丝f1。其中，第九电阻r9和第八电容c8均与第七电容c7并联，保险丝f1的一端与第二二极管d2的阴极相连，保险丝f1的另一端与第三稳压管zd3的阴极相连，第三稳压管zd3的阳极与第三变压器t3的副边的另一端相连。

综上所述，根据本发明实施例的用于列车的安全电源，通过放大驱动单元对第一控制信号进行放大处理以生成第一驱动信号，并根据第一驱动信号驱动第一开关管导通或关断，以使第一变压器的原边接收的直流电源的能量耦合到第一变压器的副边，第一整流滤波单元对第一变压器的副边输出的电流进行整流滤波以输出第一直流电，第二隔离单元在第一直流电的供电下将接收到的第二控制信号传输到第二变压器，第二变压器在第二控制信号的驱动下将直流电源的能量从原边耦合到副边，电容充放电单元根据耦合到第二变压器的副边的能量进行充放电以生成削减后的驱动信号，第二开关管在削减后的驱动信号的驱动下导通或关断，以减小安全电源的启动冲击电流，第三变压器根据第二开关管的导通或关断将原边接收到的直流电源的能量耦合到副边，第二整流滤波单元用于对第三变压器的副边输出的电流进行整流滤波以输出第二直流电。由此，本发明实施例的用于列车的安全电源能够通过电容充放电单元控制第二开关管的导通时间，从而控制安全电源的能量输出，有效减小启动时的冲击电流，保证供电的稳定性，提高了电路工作可靠性，而且，无需减小输出电容，从而可保证输出电压纹波足够小、单脉冲输出电压足够小，单脉冲抗干扰能力更强。

本发明实施例还提出了一种列车。

图5为根据本发明实施例的列车的方框示意图。如图5所示，列车200包括上述的用于列车的安全电源100。

根据本发明实施例提出的列车，通过用于列车的安全电源，能够有效减小启动时的冲击电流，保证供电的稳定性，提高了电路工作可靠性，而且，无需减小输出电容，从而可保证输出电压纹波足够小，单脉冲输出电压足够小，单脉冲抗干扰能力更强。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。