用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路的製作方法
2024-03-11 07:04:15
專利名稱：用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路的製作方法
用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路技術領域
本申請涉及交通控制設備的漏電保護電路，屬於電子技術領域。
背景技術：
目前，在我國道路交通信號控制機(下稱信號機)的漏電檢測及危險排除方面上基 本是簡單的採用進線漏電保護器。
道路交通信號機是控制交通秩序的一種電子設備，該設備需要根據實際交通道路 的情況現場安裝，都是室外使用，該設備的正常、安全的運行，是保障城市交通順暢的基礎。 一旦道路交通信號機出現漏電事件，就會導致道路交通信號機的工作故障，即不能夠正常 引導車輛的行駛，這必然會影響城市道路交通，導致交通擁堵、甚至引發交通事故。
現有的道路交通信號機的漏電檢測及危險排除方面上基本是簡單的採用進線漏 電保護器。但是，在安裝道路交通信號機的現場施工方面出現的安裝問題及線材老化出現 的絕緣強度降低的問題，也會引發漏電情況的發生，進而導致信號機在現場不能正常的工 作。面對這種尷尬的局面，目前在現場的處理方法基本上是採用大漏電流的漏電保護器或 乾脆將其越過。
經分析，如果信號機每路都有很小的漏電(比如5mA)，當有10路輸出時，總漏電電 流已經達到了 50mA。而我國的漏電保護電流是30mA，故我們一般選用的漏電保護器會跳閘 保護。如果採用大漏電電流漏電保護器，能夠使上述情況的信號機正常工作，但是，由於工 作在漏電流比較大的情況下，致使信號機不符合國家對電氣設備的安全要求、對人體的保 護功能降低，並且也不能夠從根本上滿足多路輸出漏電總和的需要，還導致了電資源的浪 費。發明內容
為了解決現有道路交通信號機沒有有效的漏電保護裝置的問題，本發明設計了一 種用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路。
本發明所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路包括零序互感 器，漏電流採集電路、信號整形電路、控制電路、單穩態觸發電路和驅動電路，所述括零序互 感器用於待檢測的信號燈的供電迴路的漏電流信號，並將採集到的漏電流信號發送給漏電 流採集電路，漏電流採集電路發送信號給信號整形電路，信號整形電路輸出整形後的信號 給單穩態觸發電路，控制電路發送啟動信號同時給單穩態觸發電路和驅動電路，該單穩態 觸發電路輸出漏電保護啟動信號給驅動電路，驅動電路內設置有內置開關，用於控制待檢 測的信號燈的供電迴路的通或斷，該驅動電路還輸出所述內置開關的開關狀態給控制電 路。
所述信號整形電路與單穩態觸發電路之間採用光電耦合器實現信號隔離傳輸。
所述漏電流採集電路對輸入的信號進行處理後獲得頻率為50HZ的梯形波信號， 並將改梯形波信號發送給信號整形電路。
所述信號整形電路將輸入的梯形波信號整理成矩形波信號輸出給單穩態觸發電 路。
所述單穩態觸發電路採用集成電路74HC123實現，該集成電路74HC123的第2腳 接收整形電路輸出的信號，集成電路74HC123的第3腳接收控制電路發送的啟動信號，集成 電路74HC123的第4腳輸出漏電保護啟動信號給驅動電路。
所述的驅動電路包括兩個二極體、多個電阻、NPN三極體、第一光電耦合器、雙向晶 閘管、多個電容、整流橋、二極體組和第二光電耦合器，其中一個二極體的陰極接收控制電 路發送的啟動信號，該二極體的陽極連接NPN三極體的基極；另一個二極體的陰極接收單 穩態觸發電路發送的漏電保護啟動信號，該二極體的陽極連接NPN三極體的基極；該NPN三 極管的基極還通過電阻Rl連接數字供電電源5V，該NPN三極體的發射極連接數字供電電源 地，該NPN三極體的集電極連接第一光電稱合器的發光二極體的陰極,該第一光電稱合器 的發光二極體的陽極通過電阻R2連接數字供電電源5V ;該第一光電耦合器光敏開關管的 一端通過電阻與雙向晶閘管的一端連接，；該第一光電I禹合器光敏開關管的另一端與雙向 晶閘管的控制端連接，，該雙向晶閘管的一端作為該驅動電路的內置開關的一端，該雙向晶 閘管的控制端和另一端之間連接有電阻R，該雙向晶閘管的另一端連接整流橋的一個交流 信號輸入端，該整流橋的另一個交流信號輸入端作為該驅動電路的內置開關的另一端，該 整流橋的兩個直流信號輸出端並聯有電容C2和二極體組，第二光電耦合器的發光二極體 與電阻R串聯連接後並聯在整流橋的兩個直流信號輸出端，第二光電耦合器的光敏三極體 的集電極連接控制電路的供電電源VCC，第二光電耦合器的光敏三極體的發射極輸出該驅 動電路的開關狀態給控制電路。
本發明突破了現有漏電保護方式的固有思路，提出了一種全新的驅動線路漏電保 護的概念，即每路驅動輸出的線路均有漏電保護電路，該種漏電保護電路的優點在於能夠 在每個驅動迴路均有微弱的漏電電流的情況下，不會導致整機停止工作；還能夠在某一路 驅動線路出現漏電進入漏電保護狀態時，其它驅動線路仍能夠處於正常工作狀態，避免了 由於一個燈的損壞而影響整個信號燈的正常工作。
圖1是本發明所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路的結構 示意圖。圖2是具體實施方式
三所述的漏電流採集電路2的結構示意圖。圖3是具體實施 方式四所述的信號整形電路3的結構示意圖。圖4是具體實施方式
五所述的單穩態觸發電 路5的結構示意圖。圖5是具體實施方式
六所述的驅動電路6的結構示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一、參見圖1說明本實施方式。本實施方式所述的用於道路交通信 號控制機的驅動線路漏電保護電路包括零序互感器1，漏電流採集電路2、信號整形電路3、 控制電路4、單穩態觸發電路5和驅動電路6，所述括零序互感器I用於待檢測的信號燈的 供電迴路的漏電流信號，並將採集到的漏電流信號發送給漏電流採集電路2，漏電流採集電 路2發送信號給信號整形電路3，信號整形電路3輸出整形後的信號給單穩態觸發電路5， 控制電路4發送啟動信號同時給單穩態觸發電路5和驅動電路6，該單穩態觸發電路5輸出漏電保護啟動信號給驅動電路6，驅動電路6內設置有內置開關，用於控制待檢測的信號燈 的供電迴路的通或斷，該驅動電路6還輸出所述內置開關的開關狀態給控制電路4。
本實施方式中，通過零序互感器I檢測一個信號燈的供電迴路的漏電流情況，並 根據該信號與控制電路4的控制信號同時控制單穩態觸發電路5，進而通過驅動電路控制 被檢測的信號燈供電迴路的通或斷，當檢測到該供電迴路的漏電流超過標準時，停止該信 號燈的供電。在實際使用時，每組信號等的每個信號燈配備一套本實施方式所述的驅動線 路漏電保護電路，實現單獨檢測、單獨控制，完全避免了現有的漏點保護電路中，當一組信 號燈的某一個燈發生漏電時，整組信號燈停止工作的情況，進而最大限度的保證了整組信 號燈能夠發揮其指揮交通的功能。也能夠完全避免整組信號燈在漏電流很大的情況下持續 工作，進而導致威脅人身安全的問題，也能夠有效的解決電能。
具體實施方式
二、本實施與具體實施方式
一所述的用於道路交通信號控制機的驅 動線路漏電保護電路的區別在於，信號整形電路3與單穩態觸發電路5之間採用光電耦合 器U6實現信號隔離傳輸。
具體實施方式
三、本實施方式是對具體實施方式
一或二所述的用於道路交通信號 控制機的驅動線路漏電保護電路中的漏電流採集電路2的具體結構的進一步限定，本實施 方式中，所述漏電流採集電路2對輸入的信號進行處理後獲得頻率為50HZ的梯形波信號， 並將改梯形波信號發送給信號整形電路3。
本實施方式所述的漏電流採集電路2可以採用集成電路M54123實現。具體可採 用參見圖2所示的具體電路該電路包括集成電路U4、電阻R19、R23、R24和四個電容C7、 C8、C9和C10，電阻R19的兩端作為漏電流採集電路2的兩個輸入端與零序互感器I的感應 線圈的兩端連接，並且該電阻R19的一端連接集成電路U4的第I腳連接，該電阻R19的另 一端與電阻R23的一端連接，該電阻R23的另一端連接集成電路U4的第2腳；電容C7並聯 在集成電路U4的兩個供電電源端VS和GND，集成電路U4的第6腳和第7腳之間連接電容 C8，集成電路U4的第7腳與供電電源地12VGND之間串聯電容C9，集成電路U4的第4腳和 第5腳之間串聯連接電阻R24，集成電路U4的第4腳與供電電源地12VGND之間連接電容 C10，集成電路U4的第4腳輸出的信號發送給信號整形電路3。在實際使用過程中，將驅動 某一個信號燈7的驅動線路的零線N-1N和火線L-OUT穿過本實施方式所述的零序互感器 1，該零序互感器I感應獲得該驅動線路的漏電流信號，並將所述漏電流信號發送給集成電 路U4進行處理。
上述具體電路中，還可以在電阻R19的兩端並聯多個電阻，所述每個電阻串聯一 個開關，實現對電阻R19的阻值的改變，進而改變漏電流採集電路2對信號的靈敏度，進而 改變採集的漏電流的敏感度，即改變本發明的驅動線路漏電保護電路的反應漏電流的大 小。
例如採用三個電阻R20、R21和R22與電阻R19並聯連接，採用三位撥碼開關作為 三個開關與三個電阻串聯，在實際應用時，通過撥動三位撥碼開關選擇三個電阻中的任意 一個、兩個或三個同時與電阻R19並聯，進而改變採集信號的測量精度，最終實現調整本實 施方式所述的驅動線路漏電保護電路的靈敏度，即動作漏電流的數值。
具體實施方式
四、參見圖3說明本實施方式。本實施方式是對具體實施方式
三所 述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路中的信號整形電路3的具體結構的進一步限定，本實施方式中，所述信號整形電路3將輸入的梯形波信號整理成矩形波信 號輸出給單穩態觸發電路5。
本實施方式所述的信號整形電路3可以採用運算放大器實現，例如參見圖3所 示，採用兩個運算放大器U5A和U5B實現，採用運算放大器U5A實現電壓跟隨器將輸入的信 號進行初步整形，然後通過電阻R27耦合輸出給運算放大器U5B的正相輸入端，該運算放大 器U5B的反相輸入端同時與電阻R26和R28的一端連接，電阻R26的另一端與電源正極12V 連接，電阻R28的另一端與電源地12VGND連接，運算放大器U5A的輸出端輸出矩形波信號 給單穩態觸發電路5。
具體實施方式
五、參見圖4說明本實施方式。本實施方式是對具體實施方式
一所 述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路中的單穩態觸發電路5的具體結 構的進一步限定，本實施方式中，所述單穩態觸發電路5採用集成電路74HC123實現，該集 成電路74HC123的第2腳接收整形電路3輸出的信號，集成電路74HC123的第3腳接收控 制電路4發送的啟動信號，集成電路74HC123的第4腳輸出漏電保護啟動信號給驅動電路 6。
本實施方式中的集成電路74HC123的其它管腳正常連接即可，例如該集成電路 74HC123的第16腳為電源輸入管腳與數字供電電源5V連接，並且該管腳與數字供電電源 的電源地之間串聯有電容C12，該集成電路74HC123的第8腳是電源地管腳與數字供電電 源的電源地連接，該集成電路74HC123的第14腳與15腳之間連接有電容C14，該集成電路 74HC123的第15腳通過電阻R29與數字供電電源5V連接。
在實際使用過程中，為了便於調試，還可以增加顯示電路，例如集成電路 74HC123的第13管腳通過電阻R31連接NPN三極體Q4的基極，該NPN三極體Q4的發射極 連接數字供電電源的電源地連接，該NPN三極體Q4的集電極連接發光二極體LEDl的陰極， 該NPN三極體Q4的陽極通過電阻R32連接數字供電電源5V。
具體實施方式
六、參見圖5說明本實施方式。本實施方式是對具體實施方式
一所 述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路中的驅動電路6的具體結構的進 一步限定，本實施方式中，所述的驅動電路6包括兩個二極體D1、D2、多個電阻、NPN三極體 Ql、第一光電耦合器OCl、雙向晶閘管SSRl、多個電容、整流橋D7、二極體組和第二光電耦合 器U1，其中一個二極體Dl的陰極接收控制電路4發送的啟動信號，該二極體Dl的陽極連 接NPN三極體Ql的基極；另一個二極體Dl的陰極接收單穩態觸發電路5發送的漏電保護 啟動信號，該二極體Dl的陽極連接NPN三極體Ql的基極；該NPN三極體Ql的基極還通過 電阻Rl連接數字供電電源5V，該NPN三極體Ql的發射極連接數字供電電源地，該NPN三極 管Ql的集電極連接第一光電耦合器OCl的發光二極體的陰極，該第一光電耦合器OCl的發 光二極體的陽極通過電阻R2連接數字供電電源5V ;該第一光電耦合器OCl光敏開關管的 一端通過電阻與雙向晶閘管SSRl的一端連接，；該第一光電稱合器OCl光敏開關管的另一 端與雙向晶閘管SSRl的控制端連接，，該雙向晶閘管SSRl的一端作為該驅動電路6的內置 開關的一端，該雙向晶閘管SSRl的控制端和另一端之間連接有電阻R4，該雙向晶閘管SSRl 的另一端連接整流橋D7的一個交流信號輸入端，該整流橋D7的另一個交流信號輸入端作 為該驅動電路6的內置開關的另一端，該整流橋D7的兩個直流信號輸出端並聯有電容C2 和二極體組，第二光電耦合器Ul的發光二極體與電阻R14串聯連接後並聯在整流橋D7的兩個直流信號輸出端，第二光電耦合器Ul的光敏三極體的集電極連接控制電路的供電電 源VCC,第二光電稱合器Ul的光敏三極體的發射極輸出該驅動電路6的開關狀態給控制電 路4。
本實施方式所述的驅動線路漏電保護電路在實際使用過程中，驅動電路6的內置 開關串聯在信號燈組中的一個燈的驅動線路中，通過NPN三極體Ql控制該驅動線路的通或 斷，並且，通過第二光電耦合器Ul將該驅動線路的通或斷的狀態發送給控制電路4。
採用本發明所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路與現有交 通信號機配合使用時，交通信號機控制的每個信號燈組中的每個信號燈配合使用一個本發 明的驅動線路漏電保護電路，任意一個信號燈的驅動線路有漏電流發生時，漏電零序互感 器就能檢測到漏電流，並經漏電流採集電路2處理後發送給信號整形電路3，該信號整形電 路3輸出給單穩態觸發電路5，在單穩態觸發電路5在檢測到信號整形電路3發送的信號 的觸發下，單穩態觸發電路5的輸出進入暫態，單穩態觸發電路5輸出的暫態信號和控制電 路4發出的開啟信號共同作用驅動驅動電路6動作，通過該驅動電路6內設的開關關閉驅 動線路，使得對應的信號燈停止工作，當漏電現象消失時，該驅動電路6內設的開關接通， 使得該驅動線路導通，自動恢復正常工作，使得該信號燈繼續工作，無需人工合閘。
權利要求
1.用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路，其特徵在於它包括零序互感器(1)，漏電流採集電路(2)、信號整形電路(3)、控制電路(4)、單穩態觸發電路(5)和驅動電路(6)，所述括零序互感器(I)用於待檢測的信號燈的供電迴路的漏電流信號，並將採集到的漏電流信號發送給漏電流採集電路(2)，漏電流採集電路(2)發送信號給信號整形電路(3)，信號整形電路(3)輸出整形後的信號給單穩態觸發電路(5)，控制電路(4)發送啟動信號同時給單穩態觸發電路(5 )和驅動電路(6 )，該單穩態觸發電路(5 )輸出漏電保護啟動信號給驅動電路(6)，驅動電路(6)內設置有內置開關，用於控制待檢測的信號燈的供電迴路的通或斷，該驅動電路(6)還輸出所述內置開關的開關狀態給控制電路(4)。
2.根據權利要求1所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路，其特徵，信號整形電路(3 )與單穩態觸發電路(5 )之間米用光電稱合器(U6 )實現信號隔離傳輸。
3.根據權利要求1或2所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路，其特徵在於，所述漏電流採集電路(2)對輸入的信號進行處理後獲得頻率為50HZ的梯形波信號，並將改梯形波信號發送給信號整形電路(3)。
4.根據權利要求2所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路中的信號整形電路，其特徵在於，本實施方式所述的漏電流採集電路(2)採用集成電路M54123實現，該漏電流採集電路(2 )包括集成電路(U4 )、電阻R19、R23、R24和四個電容C7、C8、C9和C10,電阻R19的兩端作為漏電流採集電路(2)的兩個輸入端與零序互感器(I)的感應線圈的兩端連接，並且該電阻R19的一端連接集成電路(U4)的第I腳連接，該電阻R19的另一端與電阻R23的一端連接，該電阻R23的另一端連接集成電路(U4)的第2腳；電容C7並聯在集成電路(U4)的兩個供電電源端VS和GND，集成電路(U4)的第6腳和第7腳之間連接電容C8，集成電路(U4)的第7腳與供電電源地12VGND之間串聯電容C9，集成電路(U4)的第4腳和第5腳之間串聯連接電阻R24，集成電路(U4)的第4腳與供電電源地12VGND之間連接電容C10，集成電路(U4)的第4腳輸出的信號發送給信號整形電路(3)。
5.根據權利要求1所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路中的信號整形電路，其特徵在於，所述信號整形電路(3)將輸入的梯形波信號整理成矩形波信號輸出給單穩態觸發電路(5 )。
6.根據權利要求5所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路中的信號整形電路，其特徵在於，所述信號整形電路(3)採用兩個運算放大器(U5A和U5B)實現，其中一個運算放大器(U5A)實現電壓跟隨器將輸入的信號進行初步整形，然後通過電阻R27耦合輸出給另一個運算放大器(U5B)的正相輸入端，該運算放大器(U5B)的反相輸入端同時與電阻R26和R28的一端連接，電阻R26的另一端與電源正極12V連接，電阻R28的另一端與電源地12VGND連接，該運算放大器(U5A)的輸出端輸出矩形波信號給單穩態觸發電路(5)。
7.根據權利要求1所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路，其特徵在於，所述單穩態觸發電路(5)採用集成電路74HC123實現，該集成電路74HC123的第2腳接收整形電路3輸出的信號，集成電路74HC123的第3腳接收控制電路(4)發送的啟動信號，集成電路74HC123的第4腳輸出漏電保護啟動信號給驅動電路(6)。
8.根據權利要求7所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路，其特徵在於，所述單穩態觸發電路(5)還包括顯示電路，集成電路74HC123的第13管腳通過電阻R31連接NPN三極體(Q4)的基極，該NPN三極體(Q4)的發射極連接數字供電電源的電源地連接，該NPN三極體(Q4)的集電極連接發光二極體(LEDI)的陰極，該NPN三極體(Q4)的陽極通過電阻R32連接數字供電電源5V。
9.根據權利要求1所述的用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路，其特徵在於，所述的驅動電路(6)包括兩個二極體(Dl、D2)、多個電阻、NPN三極體(Q1)、第一光電耦合器(0C1 )、雙向晶閘管(SSRl )、多個電容、整流橋(D7)、二極體組和第二光電耦合器(U1)，其中一個二極體(Dl)的陰極接收控制電路(4)發送的啟動信號，該二極體(Dl)的陽極連接NPN三極體(Ql)的基極；另一個二極體(Dl)的陰極接收單穩態觸發電路(5)發送的漏電保護啟動信號，該二極體(Dl)的陽極連接NPN三極體(Ql)的基極；該NPN三極體(Ql)的基極還通過電阻Rl連接數字供電電源5V，該NPN三極體(Ql)的發射極連接數字供電電源地，該NPN三極體(Ql)的集電極連接第一光電耦合器(OCl)的發光二極體的陰極，該第一光電耦合器(OCl)的發光二極體的陽極通過電阻R2連接數字供電電源5V;該第一光電耦合器(0C1)光敏開關管的一端通過電阻與雙向晶閘管(SSRl)的一端連接，；該第一光電稱合器(OCl)光敏開關管的另一端與雙向晶閘管(SSRl)的控制端連接，，該雙向晶閘管(SSRl)的一端作為該驅動電路(6)的內置開關的一端，該雙向晶閘管(SSRl)的控制端和另一端之間連接有電阻R4，該雙向晶閘管(SSRl)的另一端連接整流橋(D7)的一個交流信號輸入端，該整流橋(D7)的另一個交流信號輸入端作為該驅動電路(6)的內置開關的另一端，該整流橋(D7)的兩個直流信號輸出端並聯有電容C2和二極體組,第二光電稱合器(Ul)的發光二極體與電阻R14串聯連接後並聯在整流橋(D7)的兩個直流信號輸出端，第二光電耦合器(Ul)的光敏三極體的集電極連接控制電路的供電電源VCC，第二光電耦合器(Ul)的光敏三極體的發射極輸出該驅動電路(6 )的開關狀態給控制電路(4 )。
全文摘要
用於道路交通信號控制機的驅動線路漏電保護電路，涉及交通控制設備的漏電保護電路。本發明解決了現有道路交通信號機沒有有效的漏電保護裝置的問題。本發明中的零序互感器用於待檢測的信號燈的供電迴路的漏電流信號，並將該漏電流信號發送給漏電流採集電路，漏電流採集電路發送信號給信號整形電路，信號整形電路輸出整形後的信號給單穩態觸發電路，控制電路發送啟動信號同時給單穩態觸發電路和驅動電路，該單穩態觸發電路輸出漏電保護啟動信號給驅動電路，驅動電路內設置有用於控制待檢測的信號燈的供電迴路的通或斷的內置開關。本發明突破了現有漏電保護方式的固有思路，能夠有效避免由於一個燈的損壞而影響整個信號燈的正常工作。
文檔編號H02H3/32GK103001176SQ20121051392
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者姜永強, 王厚強, 許佔勝, 陶銳 申請人:上海新中新獵豹交通科技股份有限公司