一种雷达踏板雷电防护电路的制作方法

本发明属于驼峰控制系统接口设备技术领域，尤其是涉及一种雷达踏板雷电防护电路。

背景技术：

近年来铁路运输高速发展，驼峰场任务量逐年增加，tw-2驼峰控制系统在铁路现场应用中因雷电原因出现的问题也随之增多，而其中一部分问题是由于室外设备遭受雷击导致的室内设备受损。

由于电子设备普遍存在绝缘强度低，即可过电压和过电流耐受能力差，对电磁干扰敏感等弱点，一旦室外设备受到直接雷击或其附近区域发生雷击，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、通信线等途径侵入建筑物内，威胁室内电子设备的正常工作和安全运行。如果防护不当，这些雷害轻则使驼峰控制系统设备工作失灵，重则使电子设备永久性损坏，严重时还可能造成人员伤亡。因此，研发一种在驼峰场室外踏板和雷达设备与室内驼峰控制系统板卡之间进行雷电防护的雷达踏板接口模块是个亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于雷达踏板设备与室内设备之间的雷达踏板接口模块，提高驼峰控制系统室内设备的安全性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种雷达踏板雷电防护电路，包括两个第一雷电防护电路和两个第二雷电防护电路；

所述第一雷电防护电路包括第一级防护电路、运算放大器、二极管d1和第二级防护电路，所述第一级防护电路与运算放大器的输入端相连，所述运算放大器的输出端与二极管d1的阴极相连，所述二极管d1的阳极与第二级防护电路相连；

所述第二雷电防护电路包括一级防护电路和二级防护电路，所述一级防护电路和二级防护电路相连。

进一步的，所述第一级防护电路包括压敏电阻rp1、压敏电阻rp2、压敏电阻rp3、电容c1、电阻r1、电阻r2和稳压二极管w1，所述压敏电阻rp1、压敏电阻rp2串联后并联在压敏电阻rp3的两端，在所述压敏电阻rp3的两端还并联有电容c1、电阻r2，所述电阻r1与稳压二极管w1串联后并联在电阻r2的两端，所述电阻r1与稳压二极管w1的中点接入运算放大器的反相输入端。

进一步的，所述第二级防护电路包括两个电路结构相同的第一光耦隔离电路，所述第一光耦隔离电路包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入负端分两路，一路通过电阻r4与二极管d1的阳极相连，另一路通过电阻r3接vcc，所述光电耦合器的输入正端接vcc，所述光电耦合器的输出负端与电阻r8的一端相连，电阻r8的另一端与电阻r9相连，电阻r7和发光二极管led1串联后并联在电阻r8、电阻r9的两端。

进一步的，所述一级防护电路包括压敏电阻rp7、压敏电阻rp8、压敏电阻rp9、电阻r25和稳压二极管w3，所述压敏电阻rp7、压敏电阻rp8串联后并联在压敏电阻rp9的两端，所述电阻r25与稳压二极管w3串联后并联在压敏电阻rp9的两端。

进一步的，所述二级防护电路包括两个电路结构相同的第二光耦隔离电路，所述第二光耦隔离电路包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入正端分两路，一路通过电阻r26接入到电阻r25与稳压二极管w3的中点，另一路通过电阻r27与光电耦合器的输入负端相连，所述光电耦合器的输出负端与电阻r31的一端相连，电阻r31的另一端与电阻r32相连，电阻r30和发光二极管led5串联后并联在电阻r31、电阻r32的两端。

进一步的，在两个第一雷电防护电路中，输入信号为踏板信号ⅱ路输入信号和踏板信号ⅰ路输入信号，输出为踏板信号ⅱ路b机输出、踏板信号ⅱ路a机输出、踏板信号ⅰ路b机输出和踏板信号ⅰ路a机输出。

进一步的，在两个第二雷电防护电路中，输入信号为雷达信号ⅱ路输入信号和雷达信号ⅰ路输入信号，输出为雷达信号ⅱ路b机输出、雷达信号ⅱ路a机输出、雷达信号ⅰ路b机输出和雷达信号ⅰ路a机输出。

相对于现有技术，本发明所述的雷达踏板接口模块具有以下优势：通过第一级防护措施(压敏电阻、稳压二极管)和第二级防护措施(光耦隔离电路)进行防护，使得高压大电流无法传输到tw-2驼峰控制系统板卡，即在信号传输过程中采用隔离，保证信号传输的准确性、实时性的前提下实施雷电防护，设计出一个便于操作与观察的测试台，提高了雷达踏板接口模块的测试效率，减小生产成本，消除安全隐患。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的电路图；

图2为本发明的接口示意图；

图3为本发明雷电防护电路原理图；

图4为本发明实物侧面及正面图。

图2中：71、73端子为雷达信号ⅱ路输入端；52、51端子为雷达信号ⅰ路输入端；32、31端子为踏板信号ⅱ路输入端；33、12端子为踏板信号ⅰ路输入端；3、1端子为dc12v电源输入端；4、2端子为dc24v电源输入端；81端子为雷达信号ⅱ路b机输出端；83端子为雷达信号ⅱ路a机输出；62端子为雷达信号ⅰ路b机输出端；61端子为雷达信号ⅰ路a机输出；42端子为踏板信号ⅱ路b机输出端；41端子为踏板信号ⅱ路a机输出；43端子为踏板信号ⅰ路b机输出端；22端子为踏板信号ⅰ路a机输出：所有输出信号负端均为dc12v电源的负端。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、2所示，一种雷达踏板雷电防护电路，包括两个第一雷电防护电路和两个第二雷电防护电路。

所述第一雷电防护电路包括第一级防护电路、运算放大器、二极管d1和第二级防护电路，所述第一级防护电路与运算放大器的输入端相连，所述运算放大器的输出端与二极管d1的阴极相连，所述二极管d1的阳极与第二级防护电路相连。所述第一级防护电路包括压敏电阻rp1、压敏电阻rp2、压敏电阻rp3、电容c1、电阻r1、电阻r2和稳压二极管w1，所述压敏电阻rp1、压敏电阻rp2串联后并联在压敏电阻rp3的两端，在所述压敏电阻rp3的两端还并联有电容c1、电阻r2，所述电阻r1与稳压二极管w1串联后并联在电阻r2的两端，所述电阻r1与稳压二极管w1的中点接入运算放大器的反相输入端。所述第二级防护电路包括两个电路结构相同的第一光耦隔离电路，所述第一光耦隔离电路包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入负端分两路，一路通过电阻r4与二极管d1的阳极相连，另一路通过电阻r3接vcc，所述光电耦合器的输入正端接vcc，所述光电耦合器的输出负端与电阻r8的一端相连，电阻r8的另一端与电阻r9相连，电阻r7和发光二极管led1串联后并联在电阻r8、电阻r9的两端。

所述第二雷电防护电路包括一级防护电路和二级防护电路，所述一级防护电路和二级防护电路相连。所述一级防护电路包括压敏电阻rp7、压敏电阻rp8、压敏电阻rp9、电阻r25和稳压二极管w3，所述压敏电阻rp7、压敏电阻rp8串联后并联在压敏电阻rp9的两端，所述电阻r25与稳压二极管w3串联后并联在压敏电阻rp9的两端。所述二级防护电路包括两个电路结构相同的第二光耦隔离电路，所述第二光耦隔离电路包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入正端分两路，一路通过电阻r26接入到电阻r25与稳压二极管w3的中点，另一路通过电阻r27与光电耦合器的输入负端相连，所述光电耦合器的输出负端与电阻r31的一端相连，电阻r31的另一端与电阻r32相连，电阻r30和发光二极管led5串联后并联在电阻r31、电阻r32的两端。

在两个第一雷电防护电路中，输入信号为踏板信号ⅱ路输入信号和踏板信号ⅰ路输入信号，输出为踏板信号ⅱ路b机输出、踏板信号ⅱ路a机输出、踏板信号ⅰ路b机输出和踏板信号ⅰ路a机输出。在两个第二雷电防护电路中，输入信号为雷达信号ⅱ路输入信号和雷达信号ⅰ路输入信号，输出为雷达信号ⅱ路b机输出、雷达信号ⅱ路a机输出、雷达信号ⅰ路b机输出和雷达信号ⅰ路a机输出。

如图3所示，l1+、l1-分别为雷达信号传输线输出端，同时也为防护电路的输入端，由于雷达输出信号电压不足以导致压敏电阻和稳压二极管动作，所以正常条件下雷达信号输入光耦一次侧，光耦导通，信号传递到光耦二次侧，光耦本身的开关特性及微秒级的导通传输时间保证信号传输的准确性与实时性。

当雷雨天气发生时，直接的雷击或者感应雷可能导致l1+、l1-两端电压急剧升高，第一级防护措施压敏电阻rp1、rp2、rp3动作，进行对高压电流进行泄放，当高压电流过大导致压敏电阻无法完全作用时，电流通过电阻r1，由w1稳压二极管承担部分电流，w1失效后电流进入光耦一次侧，而造成光耦一次侧损坏，高压信号不会传递到二次侧，从而达到保护tw-2驼峰控制系统的目的。

本雷达踏板接口模块采用图3光耦隔离方式完成保护功能，雷达设备输入信号与输出信号占空比相同，频率也相同。当输入电压信号经比较器输出到光耦器件，光耦导通，模块输出高电平信号；当输入电压为零时，光耦关断，模块输出低电平信号，输入与输出电源隔离。

当输入出现超高压信号时，首先经过防雷器件，同时隔离光耦也起保护作用，不会影响到输出端的设备，从而保障了驼峰室内设备安全可靠地运行。

采用图3电路进行试验，雷达设备输出波形完整准确，在保证了信号传输的准确性的同时有效地实现了防雷保护，达到了预期的效果。

运用上述原理的同时，将此通道传输防护电路拓展到踏板设备，解决雷达、踏板信号与tw-2驼峰控制系统之间的雷电防护，使得设备更加集成化与多样化。

本雷达踏板接口模块应用于驼峰控制系统接口设备中，主要用途是在编组站驼峰场室外踏板和雷达设备与室内驼峰控制系统板卡之间进行雷电防护，完成驼峰室内控制系统和室外设备的隔离与雷电防护，从而保障了驼峰控制系统安全可靠地运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。