阅读说明：本技术 故障自熔断信号灯电源发生器 (Power generator for fault self-fusing signal lamp ) 是由 何通 万泽清 于 2019-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种故障自熔断信号灯电源发生器,包括：交流电滤波防护与整流电路、电路残压消除电路、高效开关电源发生电路、电流限流检测电路、熔断驱动电路；交流电滤波防护与整流电路用于过滤输入交流电中的干扰信号与浪涌信号,然后整流得到高压直流电源VAC、VSS；电路残压消除电路用于消除电网中的低压残压电压；高效开关电源发生电路的输入是高压直流电源VAC、VSS,输出低压直流电压V+、V-,以及低压直流供电电压V5+；电流限流检测电路用于检测负载的电流大小,当负载电流超过正常范围最大值或低于正常范围最小值时,产生一个负载故障信号COF,并向熔断驱动电路发送；该电源发生器成本低,使用方便,安全可靠。(The invention provides a power supply generator of a fault self-fusing signal lamp, which comprises: the circuit comprises an alternating current filtering protection and rectification circuit, a circuit residual voltage elimination circuit, a high-efficiency switching power supply generation circuit, a current limiting detection circuit and a fusing drive circuit; the alternating current filtering protection and rectification circuit is used for filtering interference signals and surge signals in input alternating current and then rectifying the interference signals and the surge signals to obtain high-voltage direct current power supplies VAC and VSS; the circuit residual voltage elimination circuit is used for eliminating low-voltage residual voltage in a power grid; the input of the high-efficiency switching power supply generating circuit is high-voltage direct-current power supplies VAC and VSS, and low-voltage direct-current voltages V +, V-and low-voltage direct-current power supply voltage V5+ are output; the current limiting detection circuit is used for detecting the current of a load, generating a load fault signal COF when the current of the load exceeds the maximum value of a normal range or is lower than the minimum value of the normal range, and sending the load fault signal COF to the fusing drive circuit; the power generator has the advantages of low cost, convenient use, safety and reliability.)

故障自熔断信号灯电源发生器

技术领域

本发明涉及一种智能交通的信号灯，是用在道路交叉口指示车辆通行的一种信号灯，该信号灯具有多种型号分别指示不同的道路信号，指示车辆或则行人通行和等待的信号灯，这些信号灯虽然型号不同但是内部电源发生器可以是相同的。

背景技术

随着国内城镇化的长足发展，城镇里面的居住人员越来越多，国民经济也越来越好，人们的车辆保有率也就越来越高，这些都使得城市道路交通越来越拥挤，为了解决道路交通问题每个城市都在发展智能交通。现阶段智能交通最有效的控制手段就是道路交通信号机和信号系统，而交通信号机也需要交通信号来配合才能完成道路交通流的放行。随着城市的扩大，道路交通也越来越大，路口数量也急剧増多，对信号灯的需求也是急剧扩大，国内也出现了很多专业生产信号灯信号机的厂家，所以国内在信号灯这方面的竞争也是愈发激励，对信号灯的外观，质量要求也逐渐提高，同时在电源适配这块的要求也越来越高。为了提高产品在市场的竞争力，各个公司在电源设计也是加大了投入以及提高技术难度。

发明内容

本发明的目的是为了提高信号灯电源设计的安全可靠性，提供一种故障自熔断信号灯电源发生器，该电源发生器成本低，使用方便，安全可靠。本发明采用的技术方案是：

一种故障自熔断信号灯电源发生器，包括：交流电滤波防护与整流电路、电路残压消除电路、高效开关电源发生电路、电流限流检测电路、熔断驱动电路；

所述交流电滤波防护与整流电路用于过滤输入交流电中的干扰信号与浪涌信号，然后整流得到高压直流电源VAC、VSS；

所述电路残压消除电路用于消除电网中的低压残压电压，为高效开关电源发生电路提供干净的高压直流电源VAC、VSS；

所述高效开关电源发生电路的输入是高压直流电源VAC、VSS，输出低压直流电压V+、V-，以及低压直流供电电压V5+；

所述电流限流检测电路用于检测负载的电流大小，当负载电流超过正常范围最大值或低于正常范围最小值时，产生一个负载故障信号COF，并向熔断驱动电路发送；

所述熔断驱动电路在接收到负载故障信号COF后，驱动其内部设置的继电器动作，使得继电器常开触点闭合，以使得交流电滤波防护与整流电路中的保险丝熔断。

进一步地，交流电滤波防护与整流电路包括：保险丝F1、电感L1、L2、压敏电阻MV1、MV2、电容C1、C3、C5、C6、C7、C9、整流二极管D2、D3、D4、D5、共模电感GM1以及接插件J1；接插件J1用于接输入交流电；

保险丝F1一端接接插件J1一端，另一端接电容C1一端、电感L1一端和压敏电阻MV1一端；电容C1另一端接接插件J1另一端、压敏电阻MV1另一端和电感L2一端；压敏电阻MV1的一端为节点ACL，另一端为节点CAN；电感L1另一端接电容C3一端和共模电感GM1第四端，电感L2另一端接电容C3另一端和共模电感GM1第一端；共模电感GM1第三端接电容C5一端、电容C6一端、压敏电阻MV2一端和整流二极管D2阴极、整流二极管D4阳极；电容C6另一端接大地；电容C5另一端接电容C7一端、压敏电阻MV2另一端和整流二极管D3阴极、整流二极管D5阳极；电容C7另一端接大地；整流二极管D4和D5的阴极相接，并连接电容C9一端，得到高压直流电源VAC；整流二极管D2和D3的阳极相接，并连接电容C9另一端，得到高压直流电源VSS。

进一步地，电路残压消除电路包括二极管D6、D7，NPN三极管Q3、Q4，电阻R8、R9、R10、R11，齐纳二极管Z1，电容C10、C11；

二极管D6的阳极接高压直流电源VAC，并连接电阻R10一端和R11一端；二极管D6的阴极通过电阻R8接齐纳二极管Z1的阴极，齐纳二极管Z1的阳极接电容C10的正极、电阻R9一端和三极管Q3基极；电容C10负极、电阻R9另一端和三极管Q3发射极接高压直流电源VSS；电阻R10另一端接三极管Q3集电极、电容C11正极、二极管D7阴极和三极管Q4基极；电容C11负极、二极管D7阳极和三极管Q4发射极接高压直流电源VSS；电阻R11另一端接三极管Q4发射极。

进一步地，高效开关电源发生电路包括：电源芯片U1,变压器T2,二极管D8、D9、D10,瞬态抑制二极管TVS1,齐纳二极管Z2、Z3，电容C12、C13、C17、C18、C19、C20、C21，电阻R12、R19、R21、R23、R26、R27、R28，光耦OP1；

高压直流电源VAC接接电容C12一端、电阻R12一端、电容C18一端、电阻R23一端和变压器T2初级绕组一端；电容C12另一端接高压直流电源VSS；电阻R12另一端接电容C13一端、二极管D8阴极和电源芯片U1的电源端；电容C13另一端和电源芯片U1的接地端接高压直流电源VSS；二极管D8阳极接变压器T2辅助绕组一端，变压器T2辅助绕组另一端通过电阻R19接电源芯片U1的电流感应端；电容C18另一端和电阻R23另一端接二极管D9阴极；二极管D9阳极接变压器T2初级绕组另一端和电源芯片U1的驱动端；电源芯片U1的反馈端接电阻R21一端和电容C21一端，电阻R21另一端接光耦OP1输出端集电极；电容C21另一端和光耦OP1输出端发射极接高压直流电源VSS；电源芯片U1的软启动端通过电容C17接高压直流电源VSS；

变压器T2次级绕组一端接二极管D10阳极，二极管D10阴极接电容C19正极、瞬态抑制二极管TVS1阴极、电阻R26一端和电阻R27一端，并输出低压直流电压V+；变压器T2次级绕组另一端接电容C19负极、瞬态抑制二极管TVS1阳极，电阻R28一端，并接电源地；电阻R28另一端输出低压直流电压V-；

电阻R26另一端接齐纳二极管Z2阴极，齐纳二极管Z2阳极接光耦OP1输入端阳极，光耦OP1输入端阴极接电源地；

电阻R27另一端接齐纳二极管Z3阴极、电容C20正极，并输出低压直流供电电压V5+；齐纳二极管Z3阳极和电容C20负极接电源地。

进一步地，低压直流电压V-与电源地之间连接有一个电阻R28；

电流限流检测电路包括电压比较器U2A、U2B，或门U3A,电阻R13、R14、R15、R16、R17、R20、R22、R24、R25，电容C14、C15、C16、C22；

低压直流电压V-接电阻R13一端，电阻R13另一端接电容C14和C16一端，以及电压比较器U2A同相输入端、U2B反相输入端；电容C14和C16另一端接电源地；电阻R14一端接低压直流供电电压V5+，另一端接电阻R15一端、电容C22一端和电压比较器U2A反相输入端；电阻R15另一端和电容C22另一端接电源地；电阻R16一端接低压直流供电电压V5+，另一端接电阻R17一端、电容C15一端和电压比较器U2B同相输入端；电阻R17另一端和电容C15另一端接电源地；

电压比较器U2A输出端接电阻R20一端，电阻R20另一端接或门U3A一个输入端，并通过电阻R24接电源地；电压比较器U2B输出端接电阻R22一端，电阻R22另一端接或门U3A另一个输入端，并通过电阻R25接电源地；或门U3A的输出端输出负载故障信号COF。

进一步地，熔断驱动电路包括电源监控器T1,NPN三极管Q1、Q2，继电器K1，二极管D1，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，电容C2、C4、C8；

输出低压直流电压V+接电阻R1一端、电阻R2一端和R6一端；电阻R1另一端接电容C2一端和电源监控器T1电源输入端，电容C2另一端和电源监控器T1的接地端接电源地；电源监控器T1输出端接电阻R2另一端、电阻R3一端和电容C4一端；电容C4另一端接电源地，电阻R3另一端接三极管Q1基极，电阻R6另一端接三极管Q1集电极；三极管Q1发射极接二极管D1阴极和继电器K1线圈一端；二极管D1阳极和继电器K1线圈另一端接三极管Q2集电极；三极管Q2基极接电阻R5一端和电容C8一端；电阻R5另一端接电阻R4一端和负载故障信号COF；电阻R4另一端、电容C8另一端和三极管Q2发射极接电源地；继电器K1常开触点两端接交流电滤波防护与整流电路中节点ACL、CAN。

本发明的优点在于：限流电路设置灵活，驱动输出功率大能满足几乎所有型号的信号灯需求，电路全硬件都采用工业级器件，运行稳定可靠，环境适应范围宽。电路器件选型通用成本低，易于维护。产品的多种功能能满足现场使用的多种缺陷，本产品实现原理构思巧妙，而且灵活完全满足现场需要。电路具有多重滤波电路和防护电路，能满足多种复杂的电磁环境。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的交流电滤波防护与整流电路原理图。

图3为本发明的电路残压消除电路原理图。

图4为本发明的高效开关电源发生电路原理图。

图5为本发明的电流限流检测电路原理图。

图6为本发明的熔断驱动电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例提出一种故障自熔断信号灯电源发生器，如图1所示，包括：交流电滤波防护与整流电路、电路残压消除电路、高效开关电源发生电路、电流限流检测电路、熔断驱动电路；

所述交流电滤波防护与整流电路用于过滤输入交流电中的干扰信号与浪涌信号，然后整流得到高压直流电源VAC、VSS；为后续电路提供一个安全可靠的电源；

所述电路残压消除电路用于消除电网中的低压残压电压，为高效开关电源发生电路提供干净的高压直流电源VAC、VSS；

所述高效开关电源发生电路的输入是高压直流电源VAC、VSS，通过电压转换后，输出低压直流电压V+、V-，以及低压直流供电电压V5+；其中，低压直流电压V-与电源地之间连接有一个电阻R28；

所述电流限流检测电路用于检测负载的电流大小，当负载电流超过正常范围最大值或低于正常范围最小值时，产生一个负载故障信号COF，并向熔断驱动电路发送；

所述熔断驱动电路在接收到负载故障信号COF后，驱动其内部设置的继电器动作，使得继电器常开触点闭合，以使得交流电滤波防护与整流电路中的保险丝熔断。

交流电滤波防护与整流电路可以为电路残压消除电路和高效开关电源发生电路提供一个干净安全的输入电源，消除电网中因为雷击，静电，或则其它一些高压设备带入电网中的高压干扰以及浪涌干扰，然后将输入交流电整流后输出高压直流电源VAC、VSS；

如图2所示，交流电滤波防护与整流电路包括：保险丝F1、电感L1、L2、压敏电阻MV1、MV2、电容C1、C3、C5、C6、C7、C9、整流二极管D2、D3、D4、D5、共模电感GM1以及接插件J1；接插件J1用于接输入交流电；

保险丝F1一端接接插件J1一端，另一端接电容C1一端、电感L1一端和压敏电阻MV1一端；电容C1另一端接接插件J1另一端、压敏电阻MV1另一端和电感L2一端；压敏电阻MV1的一端为节点ACL，另一端为节点CAN；电感L1另一端接电容C3一端和共模电感GM1第四端，电感L2另一端接电容C3另一端和共模电感GM1第一端；共模电感GM1第三端接电容C5一端、电容C6一端、压敏电阻MV2一端和整流二极管D2阴极、整流二极管D4阳极；电容C6另一端接大地；电容C5另一端接电容C7一端、压敏电阻MV2另一端和整流二极管D3阴极、整流二极管D5阳极；电容C7另一端接大地；整流二极管D4和D5的阴极相接，并连接电容C9一端，得到高压直流电源VAC；整流二极管D2和D3的阳极相接，并连接电容C9另一端，得到高压直流电源VSS。

电路残压消除电路的设计目的：因为在复杂的电网中因为各种开关器件本身的寄生电容等带来的低压残压电压，这种不稳定的电压可能造成后续电路的不确定性，电路残压消除电路就是要消除90V以内的低压残压信号，它放在交流电滤波防护与整流电路和高效开关电源发生电路之间，以进一步消除干扰电源为高效开关电源发生电路提供干净的高压直流电源；

如图3所示，电路残压消除电路包括二极管D6、D7，NPN三极管Q3、Q4，电阻R8、R9、R10、R11，齐纳二极管Z1，电容C10、C11；

二极管D6的阳极接高压直流电源VAC，并连接电阻R10一端和R11一端；二极管D6的阴极通过电阻R8接齐纳二极管Z1的阴极，齐纳二极管Z1的阳极接电容C10的正极、电阻R9一端和三极管Q3基极；电容C10负极、电阻R9另一端和三极管Q3发射极接高压直流电源VSS；电阻R10另一端接三极管Q3集电极、电容C11正极、二极管D7阴极和三极管Q4基极；电容C11负极、二极管D7阳极和三极管Q4发射极接高压直流电源VSS；电阻R11另一端接三极管Q4发射极。

高效开关电源发生电路把输入的高压直流电源VAC、VSS转换成低压直流电压V+、V-，以及低压直流供电电压V5+；其中低压直流电压V+、V-为12v，输出功率不低于25W，可以满足国内几乎所有信号灯的需求；低压直流供电电压V5+的电压为5v，可以为后续的电流限流检测电路和熔断驱动电路提供工作电源；

如图4所示，高效开关电源发生电路包括：电源芯片U1(型号ICE2A0565),变压器T2,二极管D8、D9、D10,瞬态抑制二极管TVS1,齐纳二极管Z2、Z3，电容C12、C13、C17、C18、C19、C20、C21，电阻R12、R19、R21、R23、R26、R27、R28，光耦OP1；

高压直流电源VAC接接电容C12一端、电阻R12一端、电容C18一端、电阻R23一端和变压器T2初级绕组一端；电容C12另一端接高压直流电源VSS；电阻R12另一端接电容C13一端、二极管D8阴极和电源芯片U1的电源端；电容C13另一端和电源芯片U1的接地端接高压直流电源VSS；二极管D8阳极接变压器T2辅助绕组一端，变压器T2辅助绕组另一端通过电阻R19接电源芯片U1的电流感应端；电容C18另一端和电阻R23另一端接二极管D9阴极；二极管D9阳极接变压器T2初级绕组另一端和电源芯片U1的驱动端（4脚、5脚）；电源芯片U1的反馈端接电阻R21一端和电容C21一端，电阻R21另一端接光耦OP1输出端集电极；电容C21另一端和光耦OP1输出端发射极接高压直流电源VSS；电源芯片U1的软启动端通过电容C17接高压直流电源VSS；

变压器T2次级绕组一端接二极管D10阳极，二极管D10阴极接电容C19正极、瞬态抑制二极管TVS1阴极、电阻R26一端和电阻R27一端，并输出低压直流电压V+；变压器T2次级绕组另一端接电容C19负极、瞬态抑制二极管TVS1阳极，电阻R28一端，并接电源地；电阻R28另一端输出低压直流电压V-；

电阻R26另一端接齐纳二极管Z2阴极，齐纳二极管Z2阳极接光耦OP1输入端阳极，光耦OP1输入端阴极接电源地；

电阻R27另一端接齐纳二极管Z3阴极、电容C20正极，并输出低压直流供电电压V5+；齐纳二极管Z3阳极和电容C20负极接电源地。

电流限流检测电路用于检测负载的电流大小，当负载电流超过正常范围最大值或低于正常范围最小值时，产生一个负载故障信号COF，并向熔断驱动电路发送；负载（信号灯）接在低压直流电压V+、V-之间，由于图4中存在电阻R28，因此只要检测电阻R28右端的电压V-的大小，就可以反应出负载电流的大小；负载电流超过正常范围最大值说明信号灯电流超过限定视为短路，负载电流低于正常范围最小值说明信号灯电流偏小视为开路；如果达到这两个故障条件之一本电路都将输出一个负载故障信号COF；

如图5所示，电流限流检测电路包括电压比较器U2A、U2B，或门U3A,电阻R13、R14、R15、R16、R17、R20、R22、R24、R25，电容C14、C15、C16、C22；

低压直流电压V-接电阻R13一端，电阻R13另一端接电容C14和C16一端，以及电压比较器U2A同相输入端、U2B反相输入端；电容C14和C16另一端接电源地；电阻R14一端接低压直流供电电压V5+，另一端接电阻R15一端、电容C22一端和电压比较器U2A反相输入端；电阻R15另一端和电容C22另一端接电源地；电阻R16一端接低压直流供电电压V5+，另一端接电阻R17一端、电容C15一端和电压比较器U2B同相输入端；电阻R17另一端和电容C15另一端接电源地；

电压比较器U2A输出端接电阻R20一端，电阻R20另一端接或门U3A一个输入端，并通过电阻R24接电源地；电压比较器U2B输出端接电阻R22一端，电阻R22另一端接或门U3A另一个输入端，并通过电阻R25接电源地；或门U3A的输出端输出负载故障信号COF；

所述熔断驱动电路在接收到负载故障信号COF后，驱动其内部设置的继电器动作，使得继电器常开触点闭合，该继电器的常开触点与交流电滤波防护与整流电路中的节点ACL、ACN并联，以使得交流电滤波防护与整流电路中的保险丝F1熔断；保险丝F1熔断后信号灯就会脱离交流电网，不会给电网带来干扰或不安全因数，提高设备的安全性；

如图6所示，熔断驱动电路包括电源监控器T1（型号CAT803SN308）,NPN三极管Q1、Q2，继电器K1，二极管D1，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，电容C2、C4、C8；

输出低压直流电压V+接电阻R1一端、电阻R2一端和R6一端；电阻R1另一端接电容C2一端和电源监控器T1电源输入端，电容C2另一端和电源监控器T1的接地端接电源地；电源监控器T1输出端接电阻R2另一端、电阻R3一端和电容C4一端；电容C4另一端接电源地，电阻R3另一端接三极管Q1基极，电阻R6另一端接三极管Q1集电极；三极管Q1发射极接二极管D1阴极和继电器K1线圈一端；二极管D1阳极和继电器K1线圈另一端接三极管Q2集电极；三极管Q2基极接电阻R5一端和电容C8一端；电阻R5另一端接电阻R4一端和负载故障信号COF；电阻R4另一端、电容C8另一端和三极管Q2发射极接电源地；继电器K1常开触点两端接交流电滤波防护与整流电路中节点ACL、CAN。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。