1.本技术涉及轨道交通技术领域，具体而言，涉及一种信号灯过流保护电路、电路板和信号灯过流保护装置。
背景技术：2.信号机是轨道交通领域联锁系统中的一种重要室外设备，一个信号机拥有一个或多个信号灯。在发生自然灾害或操作不当时可能发生过流故障。发生过流故障时，如果没有采取一定的保护措施，可能会导致信号机设备或其控制链路上的硬件板卡损坏，从而降低了信号机系统的可靠性，增加维护成本和维护频率。因此本发明提供一种可靠的信号灯过流保护电路和方法，可以有效且及时发挥过流保护功能，降低了因为过流导致信号机设备或控制硬件板卡损坏的概率，延长信号机系统的寿命，降低了维护成本，提供了更好的用户体验。
3.现有已知信号机过流保护方法为：在每一个信号灯驱动回路上加熔丝进行过流保护，这种传统的方案当发生过流故障时，熔丝烧断，从而断开了信号机控制链路中的驱动电源与信号机控制硬件板卡、信号机设备灯之间的回路，使得信号机灭灯，从而使系统导向安全侧，阻止了故障的进一步扩张。但是在信号机部署初期或者后期维护时，现场容易发生过流故障，熔丝烧断会导致板卡需要更换，且坏的板卡还需要返厂维修，增加了一定的维护难度、时间和成本。
技术实现要素：4.本技术的主要目的在于提供一种信号灯过流保护电路、电路板和信号灯过流保护装置，以解决目前的问题。
5.为了实现上述目的，本技术提供了如下技术：
6.本技术第一方面提供一种信号灯过流保护电路，包括：
7.信号灯；
8.用于给所述信号机供电的信号机驱动电源；
9.第一过流保护单元，用于为所述信号机提供一级过流保护；
10.第二过流保护单元，用于为所述信号机提供二级过流保护；
11.用于限流的电阻r2；
12.所述信号机驱动电源的输出端、第一过流保护单元、第二过流保护单元、电阻r2、信号灯和所述信号机驱动电源的输入端，依次串联为闭合回路。
13.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述第一过流保护单元，包括：
14.用于一级过流保护的熔丝f1；
15.所述熔丝f1的输入端连接所述信号机驱动电源的火线相连接、输出端与所述第二过流保护单元的输入端相连接。
16.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述第二过流保护单元，包括：
17.采样电路，用于采集经过所述第一过流保护单元的电流信号转化为电压信号，并将电压信号发送至过压比较电路；
18.过压比较电路，用于以配置的过流阈值对应的电压值作为基准，将接收到的采样电压与基准电压进行比较，当采样电压大于基准电压时，产生过流报警信号并发送至执行电路；
19.执行电路，用于根据过流报警信号控制信号灯开关。
20.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述采样电路，包括：
21.用于采样电流并有强弱电隔离功能的电流互感器ct1；
22.用于将电流信号转化成电压信号的采样电阻r1；
23.所述互感器ct1的次级侧跨接采样电阻r1，所述采样电阻r1将所述互感器ct1感应过来的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号发送至所述过压比较电路。
24.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述执行电路，包括：
25.用于实时采样且滤波过流报警信号，并控制所述继电器s1开关的cpu；
26.用于控制信号灯开关的继电器s1；
27.所述电流互感器ct1的初级侧输入端与所述继电器s1的输出端相连接、输出端与所述电阻r2的输入端相连接；
28.所述继电器s1的输入端与所述第一过流保护单元的输出端相连接；cpu串接在过压比较电路和继电器s1之间。
29.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述第一过流保护单元，包括：
30.用于一级过流保护的熔丝f1；
31.所述继电器s1的输入端与所述熔丝f1的输出端连接、输出端与所述电流互感器ct1的初级侧输入端相连接。
32.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述电阻r2的输入端与所述电流互感器ct1的初级侧输出端相连接、输出端与所述信号灯的输入端相连接。
33.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述信号灯的输入端与所述电阻r2的输出端相连接、输出端与所述信号机驱动电源的零线相连接。
34.本技术第二方面提供一种电路板，所述电路板上配置有第一方面所述的信号灯过流保护电路。
35.本技术第三方面提供一种信号灯过流保护装置，包括：
36.第二方面所述的电路板。
37.与现有技术相比较，本技术能够带来如下技术效果：
38.1、基于本实施例的实施，与现有技术相比，除了有传统的熔丝进行过电流保护外，还增加了过流检测保护单元，构成了两级保护机制。本技术提供了两级过流保护机制，提高了信号机控制系统的可用性和可靠性，降低了后期维护的频率和成本，提高了系统的安全性；
39.2、二级保护过电流阈值较低，反应较快，滤波可控，且为非破坏性保护。当发生过流时，由于限流电阻存在，在短时间内流过信号灯驱动回路的电流为固定值，当过流值在熔丝还能承受的短时间内，二级保护可提早响应断开驱动电源，使得信号灯系统灭灯导向安全侧。由于二级保护是非破坏性保护，当故障排除后，系统可由维护台解锁后恢复，操作简
单，增加了系统的可用性，降低了维护成本，同时提供了良好的用户体验。
附图说明
40.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
41.图1是本发明信号灯过流保护电路的布图设计图。
具体实施方式
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
43.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
44.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
45.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
46.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
47.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
48.实施例1
49.本技术提供了两级过流保护机制，提高了信号机控制系统的可用性和可靠性，降低了后期维护的频率和成本，提高了系统的安全性。
50.本技术第一方面提供一种信号灯过流保护电路，包括：
51.信号灯；为轨道交通领域联锁系统中的室外设施，其具体数量以及同组设置的信号灯的数量、使用原理，可以参见本实施例的描述。
52.用于给所述信号机供电的信号机驱动电源；信号机驱动电源为轨道交通领域联锁系统中的供电设施，本实施例不限制其电源类型。但是优选为交流电源。
53.第一过流保护单元，用于为所述信号机提供一级过流保护；
54.第二过流保护单元，用于为所述信号机提供二级过流保护；
55.用于限流的电阻r2；
56.所述信号机驱动电源的输出端、第一过流保护单元、第二过流保护单元、电阻r2、信号灯和所述信号机驱动电源的输入端，依次串联为闭合回路。
57.本实施例，电流通过第一过流保护单元进行限流保护，第一过流保护单元安全通过，进入第二过流保护单元。
58.第二过流保护单元作为二级过流保护单元，其中二级过流保护单元的过流阈值比第一过流保护单元的电流额定值小，且其对过流响应的速度更快。当发生过流时，二级保护单元可以提早响应断开信号机驱动回路中的继电器用来灭灯使得系统导向安全侧，并将过流故障上传到维护台，维护台可以进行下一步操作。待故障排除，信号机控制板卡可以恢复使用，大大降低了由于过流造成的板卡损坏概率，降低了维护成本与时间。
59.第二过流保护单元主要通过采集电路采集电压，然后将采集电压和设定的电压值进行比较，判断采集电压是否超过设定值，超过则发出告警的电信号至控制器，通过控制器控制继电器的通断。
60.下面将具体提供一种上述二级保护机制的实施电路。如图1所示：
61.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述第一过流保护单元，包括：
62.用于一级过流保护的熔丝f1；
63.所述熔丝f1的输入端连接所述信号机驱动电源的火线相连接、输出端与所述第二过流保护单元的输入端相连接。
64.本实施例，用于一级过流保护的熔丝f1，熔丝熔断的时间和过流的大小成反比，具体熔丝f1的规格选择，由用户进行选择，本实施例不作限制。
65.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述第一过流保护单元，包括：
66.用于一级过流保护的熔丝f1；
67.所述继电器s1的输入端与所述熔丝f1的输出端连接、输出端与所述电流互感器ct1的初级侧输入端相连接。
68.本实施例，熔丝f1一端与信号机驱动电源的火线相连，另一端与继电器s1相连；继电器s1一端与熔丝f1相连，另一端与电流互感器ct1的初级侧相连。
69.所述继电器s1和所述电流互感器ct1的电路设计，具体参见下述实施例的描述。
70.第一过流保护单元为一级过流保护，本实施例采用用于一级过流保护的熔丝f1进行过电路熔断保护。熔丝f1一端与信号机驱动电源的火线相连，另一端与继电器s1相连接。
71.本实施例，当发生过流时，由于限流电阻存在，在短时间内流过信号灯驱动回路的电流为固定值，当过流值在熔丝还能承受的短时间内，二级保护可提早响应断开驱动电源，使得信号灯系统灭灯导向安全侧。
72.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述第二过流保护单元，包括：
73.采样电路，用于采集经过所述第一过流保护单元的电流信号转化为电压信号，并将电压信号发送至过压比较电路；
74.过压比较电路，用于以配置的过流阈值对应的电压值作为基准，将接收到的采样电压与基准电压进行比较，当采样电压大于基准电压时，产生过流报警信号并发送至执行电路；
75.执行电路，用于根据过流报警信号控制信号灯开关。
76.第二过流保护单元为二级过流保护。当电流安全经过第一过流保护单元后，其后通过第二过流保护单元进行过流保护。首先通过第二过流保护单元的采样电路，采集经过所述第一过流保护单元的电流信号并将其转化为电压信号，并将电压信号发送至过压比较电路；过压比较电路将采样得到的电流信号转换的电压值，与交通信号系统提前配置的过流阈值进行比较，超过过流阈值则产生过流报警信号，并将过流报警信号的电信号发送至执行电路进行信号灯电路的通断控制。
77.本实施例，控制器cpu和继电器开关s1作为本技术执行电路的一种优选实施方案。cpu采集过流报警信号、滤波过流报警信号和控制继电器s1关闭，切断电路，实现二级过流保护。
78.二级保护过电流阈值较低，反应较快，滤波可控，且为非破坏性保护。由于二级保护是非破坏性保护，当故障排除后，系统可由维护台解锁后恢复，操作简单，增加了系统的可用性，降低了维护成本，同时提供了良好的用户体验。
79.这样，通过一级和二级的过流保护，实现了信号系统的信号灯过流保护。
80.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述采样电路，包括：
81.用于采样电流并有强弱电隔离功能的电流互感器ct1；
82.用于将电流信号转化成电压信号的采样电阻r1；
83.所述互感器ct1的次级侧跨接采样电阻r1，所述采样电阻r1将所述互感器ct1感应过来的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号发送至所述过压比较电路。
84.电流互感器ct1用于将信号灯驱动回路的电流进行磁隔离后送给采样电路，即信号灯电流由ct1的初级侧耦合到次级侧后供后级电路采样。ct1隔离等级推荐大于等于2000v，缩放比可以根据系统选择；
85.采样电阻r1将ct1耦合过来电流信号转变为电压信号，转换为电压信号后送给后级过压比较电路；
86.控制信号灯通断的继电器开关s1与电流互感器ct1、采样电阻r1、过电压比较电路、cpu构成了完整的信号灯过电流检测二级保护单元。在二级保护单元检测到有效过流信号时，cpu可以发送命令断开s1。
87.如图1所示，采样电路中，采样电阻r1将互感器ct1感应过来的电流信号转换为电压信号，并将电压信号送给过压比较电路。
88.当过压比较电路以系统配置的过流阈值对应的基准电压，与采样电阻r1转换成的采样电压进行比较时，发现采样电压大于基准电压，则产生过流报警信号并发送至cpu；cpu实时采样且滤波过流报警信号，并控制继电器s1的开关断开。
89.过压比较电路的具体补图设计，本实施例不做限制，只要根据上述实施原理，能够用来实现本技术的技术目的和达到上述所述的技术效果，皆可以用于本技术的实施。
90.下面将描述三种不同的过压比较电路的具体实施方案：
91.方案1：过压比较电路可以由三极管搭建成，过压阈值由搭建的硬件决定，为固定值，过压反应时间由所选的分立器件决定，一般为us级。
92.方案2：过压比较电路可以由自带过压比较功能的复合型adc构成，过压阈值可以由cpu配置，过压反应时间由所选的adc芯片决定，一般为几个到几十个us不等。
93.方案3：过压比较电路可以选择σ-δad进行采样和模数转换，再基于cpu编码实现数字滤波器进行数字滤波和信号抽取。由于这种方案的过压反应时间主要由cpu编码实现的数字滤波器决定，所以过压响应时间可控，可以根据系统对电压值抽取得精度的要求不同，配置成几个us到几十us不等。
94.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述执行电路，包括：
95.用于实时采样且滤波过流报警信号，并控制所述继电器s1开关的cpu；
96.用于控制信号灯开关的继电器s1；
97.所述电流互感器ct1的初级侧输入端与所述继电器s1的输出端相连接、输出端与所述电阻r2的输入端相连接；
98.所述继电器s1的输入端与所述第一过流保护单元的输出端相连接；cpu串接在过压比较电路和继电器s1之间。
99.本实施例，执行电路的执行主体主要通过cpu来进行实现，通过cpu实现对继电器开关s1的通断。
100.控制信号灯通断的继电器开关s1与电流互感器ct1、采样电阻r1、过电压比较电路、cpu构成了完整的信号灯过电流检测二级保护单元。在二级保护单元检测到有效过流信号时，cpu可以发送命令断开s1。
101.其中，用于控制的cpu，可以是arm，powerpc，fpga任意一种控制芯片即可。过压比较电路检测到过压信号后，一般可再由cpu做二次滤波，推荐将短于500us(可以根据自己的系统调整)的噪声过滤掉，可以防止噪声引起的过电流误动作，提高系统的健壮性。如果cpu收到的过压信号长于系统配置的时间，则确认为有效过流信号，将发出断开继电器s1的命令，并将过流故障上传到上层维护台。
102.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述电阻r2的输入端与所述电流互感器ct1的初级侧输出端相连接、输出端与所述信号灯的输入端相连接。
103.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述信号灯的输入端与所述电阻r2的输出端相连接、输出端与所述信号机驱动电源的零线相连接。
104.所述继电器s1、电流互感器ct1、采样电阻r1、过电压比较电路、cpu构成了完整的信号灯过电流检测保护电路即为二级过流保护单元，和用于一级过电流保护的熔丝f1，共同完成两级过电流保护功能；
105.所述信号机驱动电源、熔丝f1、继电器s1、电流互感器ct1、限流电阻r2和信号灯共同构成了信号机中一个信号灯的驱动回路。其中，限流电阻r2，可选择耐冲击的能力强的电阻，本实施例不限制其具体规格和型号。
106.本实施例中，在限流电阻的r2的作用下，可以将过流信号限制在10a以下，因此，所选的熔丝f1，继电器s1在几十个ms内可以耐受10a的电流。而二级过流保护单元可以在11ms内断开继电器s1，利用反应快的特点，降低了因为过流造成的器件损坏，提高了整个系统的可靠性和寿命。
107.在一个优选的实施方案中，本实施例，可以根据国内轨道交通信号灯的具体额定电流来设定熔丝f1额定电流和二级保护的过流阈值。根据标准规定，国内轨道交通信号灯的额定电流都在100ma左右，用于一级保护的熔丝f1额定电流可以选择500ma～1a之间，用于二级保护的过流阈值可以配置为300ma左右。
108.熔丝作为一级过流保护单元，过电流检测保护电路作为二级过流保护单元。其中二级过流保护单元的过流阈值比熔丝熔断的电流额定值小，且其对过流响应的速度更快。当发生过流时，二级保护单元可以提早响应断开信号机驱动回路中的继电器用来灭灯使得系统导向安全侧，并将过流故障上传到维护台，维护台可以进行下一步操作。待故障排除，信号机控制板卡可以恢复使用，大大降低了由于过流造成的板卡损坏概率，降低了维护成本与时间。
109.虽然本实施例采用了上述实施电路实现一级和二级过电流的安全保护，但是，一级过流保护还可以采用除了熔丝以外的过流保护元件，二级过流保护的采集电路和过压比较电路等，同样可以采用其他具备同样功能的采集模块或者对比模块进行实施，本实施例不进行限制。
110.实施例2
111.采用实施例1提供的信号灯过流保护电路。
112.本技术第二方面提供一种电路板，所述电路板上配置有第一方面所述的信号灯过流保护电路。
113.电路板，作为电路布图设计的承载载体，可以是pcb板或者其他电子承载板，本实施例不作限制。
114.电路板上刻有或者而设置有实施例1所述的信号灯过流保护电路。优选将本实施例的电路板用于轨道交通系统的信号系统的控制使用。
115.实施例3
116.本技术第三方面提供一种信号灯过流保护装置，包括：
117.第二方面所述的电路板。
118.采用上述原理，本帅帅提供一种信号灯过流保护装置，该装置采用了上述具备实施例1的功能的电路板。
119.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
技术特征：1.一种信号灯过流保护电路，其特征在于，包括：信号灯；用于给所述信号机供电的信号机驱动电源；第一过流保护单元，用于为所述信号机提供一级过流保护；第二过流保护单元，用于为所述信号机提供二级过流保护；用于限流的电阻r2；所述信号机驱动电源的输出端、第一过流保护单元、第二过流保护单元、电阻r2、信号灯和所述信号机驱动电源的输入端，依次串联为闭合回路。2.如权利要求1所述的信号灯过流保护电路，其特征在于，所述第一过流保护单元，包括：用于一级过流保护的熔丝f1；所述熔丝f1的输入端连接所述信号机驱动电源的火线相连接、输出端与所述第二过流保护单元的输入端相连接。3.如权利要求1所述的信号灯过流保护电路，其特征在于，所述第二过流保护单元，包括：采样电路，用于采集经过所述第一过流保护单元的电流信号转化为电压信号，并将电压信号发送至过压比较电路；过压比较电路，用于以配置的过流阈值对应的电压值作为基准，将接收到的采样电压与基准电压进行比较，当采样电压大于基准电压时，产生过流报警信号并发送至执行电路；执行电路，用于根据过流报警信号控制信号灯开关。4.如权利要求3所述的信号灯过流保护电路，其特征在于，所述采样电路，包括：用于采样电流并有强弱电隔离功能的电流互感器ct1；用于将电流信号转化成电压信号的采样电阻r1；所述互感器ct1的次级侧跨接采样电阻r1，所述采样电阻r1将所述互感器ct1感应过来的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号发送至所述过压比较电路。5.如权利要求4所述的信号灯过流保护电路，其特征在于，所述执行电路，包括：用于实时采样且滤波过流报警信号，并控制所述继电器s1开关的cpu；用于控制信号灯开关的继电器s1；所述电流互感器ct1的初级侧输入端与所述继电器s1的输出端相连接、输出端与所述电阻r2的输入端相连接；所述继电器s1的输入端与所述第一过流保护单元的输出端相连接；cpu串接在过压比较电路和继电器s1之间。6.如权利要求5所述的信号灯过流保护电路，其特征在于，所述第一过流保护单元，包括：用于一级过流保护的熔丝f1；所述继电器s1的输入端与所述熔丝f1的输出端连接、输出端与所述电流互感器ct1的初级侧输入端相连接。7.如权利要求4所述的信号灯过流保护电路，其特征在于，所述电阻r2的输入端与所述电流互感器ct1的初级侧输出端相连接、输出端与所述信号灯的输入端相连接。
8.如权利要求1所述的信号灯过流保护电路，其特征在于，所述信号灯的输入端与所述电阻r2的输出端相连接、输出端与所述信号机驱动电源的零线相连接。9.一种电路板，其特征在于，所述电路板上配置有权利要求1-8中任一项所述的信号灯过流保护电路。10.一种信号灯过流保护装置，其特征在于，包括：权利要求9所述的电路板。
技术总结本申请公开了一种信号灯过流保护电路、电路板和信号灯过流保护装置，基于本实施例的实施，本申请提供了两级过流保护机制，提高了信号机控制系统的可用性和可靠性，降低了后期维护的频率和成本，提高了系统的安全性；二级保护过电流阈值较低，反应较快，滤波可控，且为非破坏性保护。当发生过流时，由于限流电阻存在，在短时间内流过信号灯驱动回路的电流为固定值，当过流值在熔丝还能承受的短时间内，二级保护可提早响应断开驱动电源，使得信号灯系统灭灯导向安全侧。由于二级保护是非破坏性保护，当故障排除后，系统可由维护台解锁后恢复，操作简单，增加了系统的可用性，降低了维护成本，同时提供了良好的用户体验。同时提供了良好的用户体验。同时提供了良好的用户体验。
技术研发人员：蒋婷 吴磊 李常辉 李东庆 豆东东 汪龙才
受保护的技术使用者：上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/1
