用於列車散熱風機組的監控器的製作方法

2023-10-10 20:15:09 3

專利名稱：用於列車散熱風機組的監控器的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及用於高低速列車車載電網、蓄電池等設備散熱的監控器。
背景技術：
現有技術中，安裝在整車全封閉列車車體下部的車載電網、蓄電池等設備 是列車高速運行發熱量較大的發熱源設備。如果這些熱量不能排出車體外，長 時間下來必然會引起車體內溫度的升高，從而使運行錯誤的出現機率大大增加， 造成系統的不穩定。依靠傳統的"熱源發散，局部聚積"的散熱方法不能從根 本上解決散熱問題，而要真正解決問題，必須同時做好兩方面工作，第一要 把熱量從熱源處排車體外的空間，必須利用散熱風機給車體下部的發熱源設備 提供散熱，避免熱量在車體的局部聚積，以保證設備的穩定運行；第二散熱 風機在正常工作時，送出一個診斷信號給相關設備的診斷系統。而監控器是整 個風機組件的核心，若沒有風機監控器提供電源的自動切換和輸出診斷信號， 整個風機組件就不能進行轉速報警、停轉報警和溫控感應調節，車載計算機不 能及時了解風機運行情況。 一旦風機發生故障造成局部熱量聚集，熱空氣上升， 造成系統的不穩定，會發生不可預料的後果。

發明內容
本發明目的是針對上述現有技術高低速磁懸浮車輛的散熱風機存在的不足 之處，提供一種可根據風機正常工作電壓範圍對風機雙電源實現無中斷自動切 換，在切換過程中不會造成風機供電的中斷和波動，以解決現有技術不了解風
3機運行情況，風機停轉發生故障造成列車電網系統不穩定問題的一種用於列車 散熱風機組的監控器。
本發明解決其技術問題所採用的技術解決方案是，一種用於列車散熱風機組 的監控器，包括，控制盒和置於控制盒內的控制電路板，其電路板上設有供電 迴路和將風機輸出狀態信號處理後引入微處理器的風機信號處理電路，其特徵 在於，控制電路板上設有用微處理器完成數據處理和邏輯運算的邏輯處理電路， 其輸出端連接有雙電源供電邏輯切換電路和診斷信號處理電路，邏輯處理電路 輸入端還連接有提供診斷信號輸出脈衝時間基準的晶振時基電路、兩路供電電 源電壓採樣電路和用霍爾器件測量風機工作電流的工作電流採樣電路。 本發明具有如下有益效果。
本發明可根據風機正常工作電壓範圍對風機雙電源實現無中斷自動切換， 在切換過程中不會造成風機供電的中斷和波動。在風機正常運轉時，向車載電 網控制系統輸出一個風機狀態診斷信號，當其中一路電源故障時，"電源自動切 換單元"自動將另一路電源切換到當前供電電源。從而解決現有技術不了解風 機運行情況，風機停轉發生故障造成列車電網系統不穩定的問題，保證了風機 低噪音、耐運轉、長壽命工作的可靠運行。它能對兩路供電電源電壓進行測量， 並與基準電壓比較，比較結果經邏輯運算單元處理後，由邏輯運算單元的輸出 信號來驅動輸出電源切換電路，以切換到較為安全的供電電源。能測量風機電 流大小並對電流採樣值和風機輸出信號進行邏輯運算處理，在此基礎上能較為 準確地判斷風機當前處於怎樣的狀態，並由診斷信號驅動輸出電路輸出診斷信 號。電流採樣採用高品質霍爾器件，即便在霍爾器件損壞的情況下，也不影響 風機運行的電流環路。
智能化程度高，通過對風機信號和電流採樣值的運算和邏輯處理，能準確判斷風機故障類型。如車載電網控制系統需要，可以輸出對應不同故障的診斷
信號——如不同頻率的脈衝信號或不同的電平信號。
相對於向德國列車整車製造商進口風機及其監控器，具有價格較低及交貨
周期較短的優勢。


圖l是現有技術風機組與本發明的裝配示意圖。
圖2是本發明監控器電路原理框圖。 圖3是本發明監控器電路示意圖。
具體實施例方式
圖1描述了安裝在列車安裝支架上的風機組件和與本發明連接的裝配關係。 通常列車的一組風機安裝在一個安裝支架上， 一組有三個或兩個風機，每個風 機配置一個監控控制盒。其內設有判斷風機電流大小如圖3所示的對採樣值和 風機信號進行運算和邏輯運算的邏輯處理電路2。監控控制盒內設置的控制電路 板上設有供各電路工作的供電迴路，將風機輸出狀態信號處理後引入於輯處理 電路2微處理器的風機信號處理電路6。用AVR微處理器完成數據處理和邏輯運 算的邏輯處理電路2的輸出端連接有雙電源供電邏輯切換電路7和診斷信號驅 動處理電路8。所述雙電源供電邏輯切換電路包括通過DC/DC電源模塊輸出電壓 的監控器工作電源1和風機供電切換電路7。邏輯處理電路2的輸入端還連接有 提供診斷信號輸出脈衝時間基準的晶振時基電路3，兩路供電電源電壓採樣電路 4，霍爾器件為主構成的風機工作電流採樣電路5。監控器按車載電網診斷系統 的電氣要求輸出風機狀態診斷信號，對風機工作電流採樣值和風機信號進行運 算和邏輯處理，確定是否輸出診斷信號，並按兩路供電電源電壓採樣運算結果 接通相應的供電迴路，由車載診斷系統監控風機運行狀態。在圖2中，設置在控制電路板上的監控器電路由八個相對獨立的具有完整 功能的電路構成。其中風機信號處理電路、提供診斷信號輸出脈衝時間基準的
晶振時基電路、兩路供電電源電壓採樣電路和用霍爾器件測量風機x作電流的
工作電流採樣電路電連接於邏輯處理電路的AVR微處理器輸入端。通過DC/DC 電源模塊輸出監控器工作電源，提供+12￥0(:用於診斷信號驅動輸出電路(車載 診斷系統使用12VDC)，提供+5VDC給各電路作為工作電源，輸出電源切換電路 和診斷信號驅動輸出電路連接於AVR微處理器的輸出端。電源切換電路根據邏 輯運算單元的輸出信號切換到相應的供電迴路。風機信號處理電路將風機本身 輸出的風機狀態信號(風機輸出信號與轉速有關)處理後引入邏輯處理電路， 結合風機工作電流的釆樣值可對風機當前狀態作出判斷，確定是否輸出診斷信 號——當判斷風機正常工作時，輸出驅動電路輸出一個診斷信號，否則不輸出 診斷信號。進行邏輯運算時，供電電壓波動範圍根據風機正常工作電壓範圍確 定，釆樣電路參數也據此來進行調整。對供電電壓採樣的目的是確定切換到哪 一路電源作為供電電源。
在圖3中，工作電源1主要由兩個DC/DC電源模塊Ul、 U2構成，他們分 別輸出+5V和+ 12V工作電源。電容C1、 C2、 C3…的主要作用是濾波。
邏輯處理電路2使用AVR微處理器作為邏輯處理電路核心。完成數據處理 和邏輯運算，並輸出指令信號去驅動輸出電源切換電路7和診斷信號驅動輸出 電路8 。
晶振時基電路3由跨接於兩並聯電容C的3. 8腿z晶振器構成。該時基電路 連接於邏輯處理電路的2AVR微處理器的輸出端。它提供診斷信號輸出脈衝的時 間基準。
供電電壓採樣電路4由混聯電阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 C、組成，連接 於邏輯處理電路的2AVR微處理器的輸入端。通過分壓對供電電壓進行比例採樣， 採樣值輸入到AVR微處理器與微處理器內的基準電壓進行比較，計算出供電電壓數值。進行邏輯運算時，供電電壓波動範圍根據風機正常工作電壓範圍確定， 採樣電路參數也據此來進行調整。對供電電壓釆樣的目的是確定切換到哪一路
電源作為供電電源。VCC1和VCC2在電壓規定波動範圍內時，默認VCC1供 電。當只有一路供電電源在電壓規定波動範圍內時，則輸出該路電源作為供電 電源；當兩路電源均高於電壓規定波動範圍時，延時切斷兩路供電電源；當兩
路電源均低於電壓規定波動範圍時，以較高電壓的電源作為供電電源。能否正
常工作依靠工作電流採樣來判斷；當一路電源高於電壓規定波動範圍，而另-路電源低於電壓規定波動範圍時，以低於電壓規定波動範圍的電源作為工作電 源。能否正常工作依靠工作電流採樣來判斷。電源切換電路根據邏輯運算單元 的輸出信號切換到相應的供電迴路。風機自身的輸出信號是基於風機轉速的電 平信號，風機工作電流主要也與風機轉速有關，其次與風道及機械卡阻有關。 因此，對風機輸出信號和工作電流釆樣信號進行綜合判斷，可知道風機工作是 否正常，從而確定是否輸出風機診斷信號。當其中一路電源故障時，電源自動 切換電路自動將另一路電源切換到當前供電電源。在切換過程中不會造成風機 供電的中斷和波動。
工作電流採樣電路5採用連接於AVR微處理器輸入端的霍爾器件測量風機 工作電流，並由AVR微處理器計算出實際的工作電流。結合風機信號的狀態， 就可較準確地判斷風機當前的工作狀態；採用霍爾器件的優點是測量迴路與風 機運行電流環路是隔離的，測量迴路是獨立的，即便霍爾器件損壞也不會影響 風機的正常運行。較傳統的串聯分壓方式具有更高的可靠性。
列車散熱風機選用德國EBM風機，其自身帶有一個狀態信號，這個狀態信
號與風機轉速有關。當風機正常工作，轉速高於一定值時風機輸出狀態信號。 通過連接於AVR微處理器輸入端的風機信號處理電路6將此信號處理後引入AVR 微處理器，供邏輯運算使用。如果選用的風機沒有狀態信號輸出，則只通過風 機工作電流來判斷風機狀態。連接於AVR微處理器輸出端的工作電源切換電路7由兩個做驅動的電晶體 和兩個做電源輸出的場效應管組成。對應兩路電源，AVR微處理器有兩個指令信 號輸出。根據AVR微處理器邏輯運算結果，某一路電源輸出指令發出並驅動功 率場效應管導通，風機供電電源輸出。在電源切換瞬間，由於場效應管的特性， 未導通場效應管輸出端的電壓從切換點時的電壓開始下降。由於切換時場效應 管和輸出端二極體導通時間很短，切換時風機工作電壓較平穩，經試驗觀察風 機輸出信號沒有中斷。
連接於微處理器輸入端的診斷信號驅動輸出電路8，經微處理器邏輯運算， 如果風機運行正常，則輸出一個指令信號給診斷信號驅動電路8，輸出診斷信號。
權利要求
1.一種用於列車散熱風機組的監控器，包括，控制盒和置於控制盒內的控制電路板，其上設有供電迴路和將風機輸出狀態信號處理後引入微處理器的風機信號處理電路，其特徵在於，控制電路板上設有用微處理器完成數據處理和邏輯運算的邏輯處理電路，其輸出端電連接有雙電源供電邏輯切換電路和診斷信號處理電路，邏輯處理電路的輸入端還電連接有提供診斷信號輸出脈衝時間基準的晶振時基電路、選擇切換電源路的供電電壓採樣電路和用霍爾器件測量風機工作電流的工作電流採樣電路。
2.按權利要求1所述的用於列車散熱風機組的監控器，其特徵在於，所述 雙電源供電邏輯切換電路，包括通過DC/DC電源模塊輸出電壓的工作電源(1) 和輸出電源切換電路(7)。
3. 按權利要求2所述的用於列車散熱風機組的監控器，其特徵在於，所述 的兩路供電工作電源，由並聯的兩個二極體串聯在同一線路的DC/DC電源模塊 和並聯於電源模塊線路之間的電容組成。
4. 按權利要求2所述的用於列車散熱風機組的監控器，其特徵在於，所述 的邏輯處理電路含有AVR微處理器。
5. 按權利要求1所述的用於列車散熱風機組的監控器，其特徵在於，電連 接於AVR微處理器輸出端的工作電源切換電路(7)由兩個並聯的電晶體並聯接 電阻串聯場效應管組成。
全文摘要
本發明公開的一種用於列車散熱風機組的監控器，在控制電路板上設有用AVR微處理器完成數據處理和邏輯運算的邏輯處理電路，其輸出端連接有雙電源供電邏輯切換電路和診斷信號處理電路，邏輯處理電路的輸入端還連接有提供診斷信號輸出脈衝時間基準的晶振時基電路、兩路供電電源電壓採樣電路和用霍爾器件測量風機工作電流的工作電流採樣電路。本發明可根據風機正常工作電壓對風機雙電源實現無中斷自動切換，在切換過程中不會造成風機供電的中斷和波動。從而解決現有技術不了解風機運行情況，風機停轉發生故障造成列車系統不穩定的問題，保證了風機低噪音、耐運轉、長壽命工作的可靠運行。
文檔編號H05K7/20GK101562352SQ200710048950
公開日2009年10月21日 申請日期2007年4月23日 優先權日2007年4月23日
發明者炎 陳, 陳啟章, 陳大鵬 申請人:四川中自科技有限公司