直流道岔表示系統的電源隔離和信號隔離解決方案

    背景介紹：道岔表示系統是檢測轉轍機轉向以及動作電流的裝置，是信號集中監測系統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中的應用。

圖1.直流道岔表示系統框圖

    方案推薦：

    1.電源解決方案

    根據《信號集中監測系統采集技術方案和施工工藝要求》的規定：

    1）.直流道岔表示系統的采集器外殼和封裝應采用鐵道部指定的鐵路信號專用繼電器外殼和底座，符合標準GB/T 7417-2001；每個采集器采集4組直流轉轍機道岔表示電壓，每組直流轉轍機通過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的強電流，輸入回路高低端之間的保險絲斷開，對外呈現斷路狀態；高壓部分與低壓部分走線區域嚴格區分，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雷、機車過軌等，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隔離非穩壓正負雙路/單路輸出DC-DC 模塊電源系列產品，來解決直流道岔表示系統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；

    ● 隔離電壓3000VDC，滿足鐵標對道岔采集系統的要求；

    ● 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面積以及靈活應用； 

    ● 國際標準引腳方式 ；

圖2.F_T-W2示意圖

    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，此信號轉化部分可采用模塊電源F1212T-W2產品滿足設計要求；

    對于道岔表示系統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，即總共才4組F1212T-W2工作，選擇DC-DC 3W產品符合設計要求，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產品可滿足設計要求；

    2.通訊解決方案

    傳統的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的采集盒應用具有局限性，故推薦使用金升陽RS485隔離收發模塊。該模塊是集成收發芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源于一體的接口隔離收發模塊，可完全取代傳統的光耦隔離方案。

圖3.TDXXXD485H示意圖

    ● 磁耦隔離技術替代傳統光耦隔離技術，可靠性更高；

    ● 模塊化封裝，可減小PCB占板面積，更符合采集器的應用；

    ● 隔離電壓2500VDC，滿足鐵標對通訊隔離的要求；

    ● 工作溫度范圍: -40℃～+85℃，滿足室外惡劣環境工作條件；

    ● 內部管腳集成防靜電模塊 減小PCB面積以及靈活應用；

    3. EMC電路解決方案

    1）道岔表示電壓輸入端EMC電路防護

    根據《信號集中監測系統采集技術方案和施工工藝要求》，道岔表示電壓輸入端EMC防護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；另一方面可保護信號轉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

    因采集器的總線電源已經是處于二次電源，一次電源側對浪涌與群脈沖的防護已經做的很好了，一般只需要在總線電源的輸入端并聯一個大約47uF-100uF的電解電容和一個SMBJ的TVS管即可滿足設計要求；

    3）485通訊部分的EMC電路防護

    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如下表：

    應用此推薦電路，信號端口的EMS端口的能力可達到：

    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 ：

    1.運基信號【2010】709號文 鐵路信號集中監測系統技術條件

    2.TB 10301-2009 鐵路工程基本作業施工安全技術規程

    3. GB/T 7417-2001—AX系列繼電器 

    4. http://www.mornsun.cn/application/AppScheClass.aspx

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