直流道岔表示系統(tǒng)的電源隔離和信號隔離解決方案
背景介紹:道岔表示系統(tǒng)是檢測轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)向以及動作電流的裝置,是信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分之一,是鐵路安全運行的保證。本文將分享電源隔離和信號隔離解決方案在直流道岔表示系統(tǒng)中的應(yīng)用。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/249712.htm
圖1.直流道岔表示系統(tǒng)框圖
方案推薦:
1. 電源解決方案
根據(jù)《信號集中監(jiān)測系統(tǒng)采集技術(shù)方案和施工工藝要求》的規(guī)定:
1).直流道岔表示系統(tǒng)的采集器外殼和封裝應(yīng)采用鐵道部指定的鐵路信號專用繼電器外殼和底座,符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7417-2001;每個采集器采集4組直流轉(zhuǎn)轍機(jī)道岔表示電壓,每組直流轉(zhuǎn)轍機(jī)通過2組表示電壓表示,分別表示定位采集信號和反位采集信號;
2).每組道岔采樣線之間隔一個端子,耐壓為AC4000V以上;不同組道岔的輸入線之間焊盤之間間隔大于6mm,如果不滿足安全間隙,需要開寬度大于1mm的隔離槽;
3). 其端子之間、輸入輸出之間、輸入與電源之間的耐壓都高于DC2500V。端子之間對于超出AC3000V且電流大于200mA的強(qiáng)電流,輸入回路高低端之間的保險絲斷開,對外呈現(xiàn)斷路狀態(tài);高壓部分與低壓部分走線區(qū)域嚴(yán)格區(qū)分,表示電壓輸入部分的走線間隔大于6mm。
對于采集器中的直流電壓表示部分的隔離電源必須具有以下特性:
1) 小體積封裝,減小占板體積要求,留出更大空間用于輸入端隔離電路,保證焊盤之間的安全距離,提高產(chǎn)品整體安全性;
2) 高耐壓特性,滿足2500V隔離特性要求,可以防止因遭到類似高壓沖擊如感應(yīng)雷、機(jī)車過軌等,而串入后級的測量電路中,提高模塊耐高壓的能力;
3) 低功耗,高效率要求,8組電源一起工作,可顯著減小產(chǎn)品的溫升,并且可以減小總線電源的功率要求;
針對此特性要求,金升陽推出E_T-W2 & F_T-W2 0.25W,定電壓輸入,3000VDC隔離非穩(wěn)壓正負(fù)雙路/單路輸出DC-DC 模塊電源系列產(chǎn)品,來解決直流道岔表示系統(tǒng)的電壓采集中的電源選型的難題;
此電源系列具有以下特性:
● 體積小 15.24mm*7.5mm*6.5mm;
● SMD 封裝 更適合自動貼片生產(chǎn);
● 隔離電壓3000VDC,滿足鐵標(biāo)對道岔采集系統(tǒng)的要求;
● 工作溫度范圍: -40℃~+85℃,滿足室外惡劣工作條件;
● 無需外加元件 減小PCB面積以及靈活應(yīng)用; 圖2.F_T-W2示意圖
● 國際標(biāo)準(zhǔn)引腳方式 ;
一般道岔表示采集器的總線輸入電壓為12V,道岔表示電壓一般為0-5V或者0-10V,此信號轉(zhuǎn)化部分可采用模塊電源F1212T-W2產(chǎn)品滿足設(shè)計要求;
對于道岔表示系統(tǒng)采集盒的總線輸入電源,因每個道岔只可能工作在定位或者反位其中一種工作狀態(tài),即總共才4組F1212T-W2工作,選擇DC-DC 3W產(chǎn)品符合設(shè)計要求,同樣此總線輸入電源,必須具有小體積封裝要求,留下足夠的空間給輸入端隔離電路;金升陽WRF_S-3WR2產(chǎn)品可滿足設(shè)計要求;
2. 通訊解決方案
傳統(tǒng)的RS485通訊解決方案采用光耦隔離和DCDC隔離自搭方案,因占板面積大,對于直流道岔表示系統(tǒng)的采集盒應(yīng)用具有局限性,故推薦使用金升陽RS485隔離收發(fā)模塊。該模塊是集成收發(fā)芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源于一體的接口隔離收發(fā)模塊,可完全取代傳統(tǒng)的光耦隔離方案。 圖3.TDXXXD485H示意圖
● 磁耦隔離技術(shù)替代傳統(tǒng)光耦隔離技術(shù),可靠性更高;
● 模塊化封裝,可減小PCB占板面積,更符合采集器的應(yīng)用;
● 隔離電壓2500VDC,滿足鐵標(biāo)對通訊隔離的要求;
● 工作溫度范圍: -40℃~+85℃,滿足室外惡劣環(huán)境工作條件;
● 內(nèi)部管腳集成防靜電模塊 減小PCB面積以及靈活應(yīng)用;
3. EMC電路解決方案
1)道岔表示電壓輸入端EMC電路防護(hù)
根據(jù)《信號集中監(jiān)測系統(tǒng)采集技術(shù)方案和施工工藝要求》,道岔表示電壓輸入端EMC防護(hù)電路在每組道岔表示輸入與輸出部分,必須跨接一個2W的金屬膜高耐壓的電阻,用于防止類高壓部分串入后級電路,此高壓電阻可顯著減小此高壓;在信號轉(zhuǎn)換部分,串入TVS管是很有必要的,一方面可以防止DCDC電源的輸出端因高壓輸入部分損壞;另一方面可保護(hù)信號轉(zhuǎn)換部分因瞬間高壓串入的異常工作。
2)采集器的總線電源的EMC電路防護(hù)
因采集器的總線電源已經(jīng)是處于二次電源,一次電源側(cè)對浪涌與群脈沖的防護(hù)已經(jīng)做的很好了,一般只需要在總線電源的輸入端并聯(lián)一個大約47uF-100uF的電解電容和一個SMBJ的TVS管即可滿足設(shè)計要求;
3)485通訊部分的EMC電路防護(hù)
485模塊的EMC推薦電路如下:
圖4.485模塊推薦電路
具體推薦的元器件參數(shù)如下表:
項目傳導(dǎo)騷擾浪涌、脈沖群
元器件LC1、C2TVS3TVS1、TVS2GDTR1、R2
參數(shù)10μH1uF 50VSMBJ6.5CASMBJ12CAB3D090L-C繞線電阻10Ω/2W
應(yīng)用此推薦電路,信號端口的EMS端口的能力可達(dá)到:
1).靜電放電IEC/EN61000-4-2 Contact ±4KV
2) .脈沖群抗擾度IEC/EN61000-4-4 信號端口 ±1KV
3).浪涌抗擾度IEC/EN61000-4-5 信號端口 ±4KV/±6KV
參考文獻(xiàn) :
1.運基信號【2010】709號文 鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件
2.TB 10301-2009 鐵路工程基本作業(yè)施工安全技術(shù)規(guī)程
3. GB/T 7417-2001—AX系列繼電器 掃一掃關(guān)注金升陽微信
4. http://www.mornsun.cn/application/AppScheClass.aspx
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光耦相關(guān)文章:光耦原理
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