一种直流电压转换模块的制作方法

1.本发明涉及铁路系统设备供电设备技术领域，特别是涉及一种直流电压转换模块。

背景技术：

2.随着电力电子技术的高速发展，铁路车辆设备内的用电设备不断增加，用电设备的使用，都离不开可靠的电源。
3.由于铁路车辆设备内部供电的电压较高(大多为dc 74v)，而很多用电设备的工作电压为dc 24v，低于铁路车辆设备内部供电电压，因此，现有铁路车辆设备内部供电的电压，无法满足这些用电设备的供电需求。
4.因此，目前迫切需要开发出一种技术，能够解决上述技术问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种直流电压转换模块。
6.为此，本发明提供了一种直流电压转换模块，包括熔断器f1～f3、开关s1、二极管d1～d2、电感l1、压敏电阻rp1～rp3、电容c1～c3、发光二极管led1～led2以及电源模块v1；
7.外部直流电压正极输入端vin1+，与熔断器f1的一端相接；
8.熔断器f1的另一端，与开关s1的动臂x的一端相接；
9.外部直流电压负极输入端vin1-，与开关s1的动臂y的一端相接；
10.开关s1的定触点a，分别与二极管d1的阴极和电感l1的一端相接；
11.二极管d1的阳极与电感l1的另一端汇流相交于结点a；
12.结点a分别与压敏电阻rp1的一端、压敏电阻rp2的一端和二极管d2的阳极相接；
13.二极管d2的阴极，分别接电容c1的一端、电容c2的一端和电源模块v1的第1管脚；
14.开关s1的定触点b，分别与压敏电阻rp2的另一端、压敏电阻rp3的一端、电容c1的另一端、电容c2的另一端和电源模块v1的第4管脚相接；
15.电源模块v1的第9管脚，分别与电容c3的一端和熔断器f2的一端相接；
16.熔断器f2的另一端，与直流电压正极输出端vout2+相接；
17.电源模块v1的第5管脚，分别与电容c3的另一端和熔断器f3的一端相接；
18.熔断器f3的另一端，与直流电压负极输出端vout2-相接。
19.优选地，还包括输入显示电路；
20.输入显示电路，包括发光二极管led1与电阻r1；
21.发光二极管led1的阳极，与二极管d2的阴极相接；
22.发光二极管led1的阴极，与电阻r1的一端相接；
23.电阻r1的另一端，与开关s1的定触点b相接。
24.优选地，还包括输出显示电路；
25.输出显示电路，包括发光二极管led2与电阻r6；
26.发光二极管led2的阳极，与电源模块v1的第9管脚相接；
27.发光二极管led2的阴极，与电阻r6的一端相接；
28.电阻r6的另一端，与电源模块v1的第5管脚相接。
29.优选地，还包括电阻r2～r5；
30.电源模块v1的第9管脚，与电阻r2的一端相接；
31.电源模块v1的第5管脚，与电阻r5的一端相接；
32.电阻r2的另一端，分别接电源模块v1的第8管脚和电阻r3的一端；
33.电阻r3的另一端，分别接电源模块v1的第7管脚和电阻r4的一端；
34.电阻r4的另一端，分别接电源模块v1的第6管脚和电阻r5的另一端。
35.优选地，外部直流电压负极输入端vin1-接电源地线gnd1；
36.直流电压负极输出端vout2-接电源地线gnd2；
37.压敏电阻rp1的另一端和压敏电阻rp3的另一端接大地地线egnd。
38.优选地，电源模块v1的第2管脚和第3管脚空置。
39.优选地，熔断器f1、f2和f3，均为5a/250v的熔断器。
40.优选地，所述直流电压转换模块包括模块壳体；
41.模块壳体的左侧，设置有开关s1、熔断器f1安装座、熔断器f2安装座、熔断器f3安装座和外壳接地点；
42.模块壳体的右侧，设置有直流电压输出端子和外部直流电压输入端子；
43.模块壳体的前侧，设置有多个相互平行的电源外壳散热片。
44.由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种直流电压转换模块，其结构设计科学，具备输入过压保护、输入过流保护、输出限流保护和输出短路保护等功能，能够将外部输入的较高直流电压(例如72～110v范围内的直流电压)，稳定转换为较低的直流电压(24v直流电压)后输出，从而能够为包括铁路车辆设备内部用电设备在内的直流电压用电设备进行可靠供电，保障这些用电设备的正常使用，具有重大的实践意义。
附图说明
45.图1为本发明提供的一种直流电压转换模块的原理图；
46.图2为本发明提供的一种直流电压转换模块的一种实施例的壳体外观正面示意图；
47.图3为本发明提供的一种直流电压转换模块的一种实施例的壳体外观左视图；
48.图4为本发明提供的一种直流电压转换模块的一种实施例的壳体外观右视图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明的实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
53.参见图1至图4，本发明提供了一种直流电压转换模块，能够为铁路机车上的用电设备提供稳定的直流24v电压，包括熔断器f1(保险丝)～f3、开关s1、二极管d1～d2、电感l1、压敏电阻rp1～rp3、电容c1～c3、发光二极管led1～led2以及电源模块v1；
54.外部直流电压正极输入端vin1+，与熔断器f1(保险丝)的一端相接；
55.熔断器f1的另一端，与开关s1的动臂(即操作臂)x的一端相接；
56.外部直流电压负极输入端vin1-，与开关s1的动臂y的一端相接；
57.开关s1的定触点a，分别与二极管d1的阴极和电感l1的一端相接；
58.需要说明的是，对于本发明，通过设置电感l1和二极管d1，可以在通电的瞬间，起到缓冲放电的作用。
59.二极管d1的阳极与电感l1的另一端汇流相交于结点a；
60.结点a分别与压敏电阻rp1的一端、压敏电阻rp2的一端和二极管d2的阳极相接；
61.二极管d2的阴极，分别接电容c1的一端、电容c2的一端和电源模块v1的第1管脚(即管脚vin+)；
62.开关s1的定触点b，分别与压敏电阻rp2的另一端、压敏电阻rp3的一端、电容c1的另一端、电容c2的另一端和电源模块v1的第4管脚(即管脚vin-)相接；
63.电源模块v1的第9管脚(即管脚+vout)，分别与电容c3的一端和熔断器f2的一端相接；
64.熔断器f2的另一端，与直流电压正极输出端vout2+相接；
65.电源模块v1的第5管脚(即管脚-vout)，分别与电容c3的另一端和熔断器f3的一端相接；
66.熔断器f3的另一端，与直流电压负极输出端vout2-相接；
67.在本发明中，具体实现上，外部直流电压正极输入端vin1+和外部直流电压负极输入端vin1-，可以是72v～110v的外部直流电源的正极输出端和负极输出端，优选为74v的外部直流电源的正极输出端和负极输出端。
68.在本发明中，具体实现上，本发明的直流电压转换模块，还包括输入显示电路；
69.输入显示电路，包括发光二极管led1与电阻r1；
70.发光二极管led1的阳极，与二极管d2的阴极相接；
71.发光二极管led1的阴极，与电阻r1的一端相接；
72.电阻r1的另一端，与开关s1的定触点b相接。
73.需要说明的是，在本发明中，发光二极管led1与电阻r1组成输入显示电路，用于在有外部电压输入时，点亮发光二极管led1。
74.在本发明中，具体实现上，本发明的直流电压转换模块，还包括输出显示电路；
75.输出显示电路，包括发光二极管led2与电阻r6；
76.发光二极管led2的阳极，与电源模块v1的第9管脚(即管脚+vout)相接；
77.发光二极管led2的阴极，与电阻r6的一端相接；
78.电阻r6的另一端，与电源模块v1的第5管脚(即管脚-vout)相接。
79.需要说明的是，在本发明中，发光二极管led2与电阻r6组成输出显示电路，用于在电源模块v1正常输出电压时，点亮发光二极管led2。
80.在本发明中，具体实现上，本发明的直流电压转换模块，还包括电阻r2～r5；
81.电源模块v1的第9管脚(即管脚+vout)，与电阻r2的一端相接；
82.电源模块v1的第5管脚(即管脚-vout)，与电阻r5的一端相接；
83.电阻r2的另一端，分别接电源模块v1的第8管脚(即管脚+sense)和电阻r3的一端；
84.电阻r3的另一端，分别接电源模块v1的第7管脚(即管脚trim)和电阻r4的一端；
85.电阻r4的另一端，分别接电源模块v1的第6管脚(即管脚-sense)和电阻r5的另一端。
86.需要说明的是，r2、r3、r4、r5电阻为上调电阻(即上拉电阻)，可保证电源模块v1输出功率的稳定。
87.在本发明中，具体实现上，外部直流电压负极输入端vin1-接地(具体是接电源地线gnd1)；
88.直流电压负极输出端vout2-接地(具体是接电源地线gnd2)。
89.在本发明中，具体实现上，开关s1，可以是现有的断路器开关，或者是现有的双刀单掷钮子开关(具体是拨杆式的钮子开关)。
90.在本发明中，具体实现上，压敏电阻rp1的另一端和压敏电阻rp3的另一端接地(具体是接大地地线egnd)。
91.在本发明中，具体实现上，电源模块v1的第2管脚(pc管脚)和第3管脚(pr管脚)空置。
92.在本发明中，具体实现上，压敏电阻rp1～rp3，具体可以采用现有型号为tvr20221的压敏电阻，压敏电压是220v，用于提供输入过压保护功能；
93.在本发明中，具体实现上，二极管d2，是防反灌(即防倒灌)的二极管，起到防止电流倒灌的作用。
94.在本发明中，具体实现上，电容c1和c2，主要发挥滤波和续流作用，当输入电压瞬时波动较大时，可以起到吸收和放电作用。具体实现上，电容c1和c2，均是型号为250v/2200uf的电解电容，发挥稳压续流的作用。
95.在本发明中，具体实现上，电容c3，具体可以采用型号为50v/1000uf的电解电容。
96.在本发明中，具体实现上，发光二极管led1和led2，均可以采用直径为3mm的绿发光管。
97.在本发明中，具体实现上，电阻r1和r6，分别为发光二极管led1和led2的亮度调节电阻，在发光二极管工作电流范围内可以适当调节，用于改变发光的亮度。
98.在本发明中，具体实现上，电阻r2～r4，均为输出电压修正反馈电阻，阻值为零，主要作用为限流及防干扰。
99.在本发明中，具体实现上，熔断器f1、f2和f3，均为5a/250v的熔断器。
100.需要说明的是，在本发明中，外部直流电压正极输入端vin1+与熔断器f1(保险丝)相接，熔断器f1(保险丝)作为输入电流的过载保护元器件。熔断器f2和f3为输出过流保护元件。
101.在本发明中，具体实现上，电源模块v1，是现有技术成熟的电源模块，具体可以采用型号为v72b24t250的电源模块，该电源模块v1的输入电压范围为dc 72v～110v，额定功率为250w，输出电压为dc 24v，工作温度-40℃～+100℃，同时，电源模块v1内部集成输出短路保护和输出过压保护等功能。
102.具体实现上，电源模块v1的输入端由dc 74v的直流电源输入，其中，dc 74v+(正极端)输入电源模块v1的第1管脚(vin+),dc 74v-(负极端)输入电源模块v1的第4管脚(vin-)；
103.电源模块v1的第9管脚输出dc 24v+(即作为vout2+),电源模块v1的第5管脚输出dc 24v-(即作为vout2-)。此时，r2、r3、r4、r5电阻为上调电阻(即上拉电阻)，可保证电源模块v1输出功率的稳定。
104.具体实现上，电源模块v1具体可以采用怀格(vicor)公司生产的型号为v72b24t250的电源模块，该电源模块的输入电压范围可以为43～110vac，工作温度范围为-40℃～100℃，该电源模块具备输出短路、过流、过压保护功能，输出电压dc
±
24v，最大工作电流10a。
105.具体实现上，对于电源模块v1，其上具有直流输入管脚vin1+(即第1管脚)及直流输入管脚vin1-(即第4管脚)、正极电压输出管脚vout+(即第9管脚)、负极电压输出管脚vout-(即第5管脚)，第7管脚是修正(trim)管脚，第8管脚是sense+(正极电压检测)管脚，第6管脚是sense-(负极电压检测)管脚；
106.其中，修正(trim)管脚与sense+(正极电压检测)管脚配合电阻(例如电阻r2和r3)，用于为直流电压正极输出端vout2+的输出电压起到修正的作用；修正(trim)管脚与sense-(负极电压检测)管脚配合电阻(例如电阻r4和r5)，用于为直流电压负极输出端vout2-的输出电压起到修正的作用。源模块v1的第2管脚(pc管脚)和第3管脚(pr管脚)空置，可作为外部远程控制作用，本发明中未使用。
107.具体实现上，直流电压正极输出端vout2+、直流电压负极输出端vout2-，用于与外部的用电设备相连接，例如是铁路机车上的用电设备，具体可以是stp-th型无线调车机车上的信号和监控系统车载主机。该车载主机，作为整个stp-th型无线调车机车的车载系统的核心，所有的作业信息均汇总到车载主机进行计算、处理。
108.在本发明中，具体实现上，电源模块v1输出dc 24v，该输出经输出滤波电容c3，并且由发光二极管led2与电阻r6形成的输出显示电路进行显示，当电源模块v1正常输出电压时，发光二极管led2点亮，表示输出正常。
109.基于以上技术方案可知，本发明的直流电压转换模块，是一个输出稳定、可控的直流电压转换模块。
110.在本发明中，具体实现上，可以采用dc 74v作为输入电源，通过采用模块化电路，
具备输入过压保护、输入过流保护、输出限流保护(即过流保护)和输出短路保护等功能。
111.需要说明的是，对于本发明提供的直流电压转换模块，其具有的输入过压保护功能，通过利用压敏电阻rp1～rp3来实现；其具有的输入过流保护功能，通过利用熔断器f1来实现；其具有的输出限流保护(即过流保护)功能，通过利用电源模块v1自带的限流保护功能来实现；其具有的输出短路保护功能，通过输出熔断器f2和f3来实现。
112.参见图1，本发明的直流电压转换模块基于图1所示的电路设计，dc 74v的外部直流电源经过保险后，输入电源模块v1的输入端，然后经电源模块v1整流后，输出电压dc 24v。
113.需要说明的是，本发明的直流电压转换模块，兼具功率大、耐高温等特点，同时具备重量较轻、散热好等优点。
114.经过检验，本发明的电源模块输出电压为dc 24v，最大工作电流10a，功率接近250w，而模块壳体的体积可以控制到仅为170mm x140 mm x80mm，重量约为2kg，本发明的模块外壳采用铸铝外壳，模块外壳上直接设置电源外壳散热片。
115.需要说明的是，本发明的直流电压转换模块，主要用途是为机车受电设备提供稳定的直流24v，该直流电压转换模块具有多种保护功能，可满足不同应用场合的要求，不限于铁路车辆领域，其他要求输入电压是dc 72～110v范围，输出电压是dc 24v的场合均可使用。
116.需要说明的是，本发明的直流电压转换模块，模块壳体可以采用箱盒结构，预留安装孔位，安装方便。
117.参见图2至图4所示，直流电压转换模块，包括模块壳体1；
118.模块壳体1的左侧，设置有开关(s1)2、熔断器f1安装座3、熔断器f2安装座4、熔断器f3安装座5和外壳接地点6；
119.模块壳体1的右侧，设置有直流电压输出端子7和外部直流电压输入端子8；
120.模块壳体1的前侧，设置有多个相互平行的电源外壳散热片9。
121.在本发明中，开关(s1)2，是拨杆式的钮子开关，用于控制输入电源的通断(即开关)。
122.在本发明中，熔断器f1安装座3，用于安装熔断器f1；
123.熔断器f2安装座4和熔断器f3安装座5，分别用于安装熔断器f2和熔断器f3。
124.在本发明中，外壳接地点6，用于让外壳(即模块壳体1)接地(例如通过接地导线)；
125.需要说明的是，直流电压输出端子7，其具体包括dc24v的输出端子vout2+和vout2-，用于与外部用电设备的输入端相连接；
126.外部直流电压输入端子8，其具体包括dc74v的输入端子vin1+和vin1-，用于与外部直流电压电源的输入端相连接。
127.需要说明的是，电源模块v1位于铸铝材质的模块壳体1里面，通过电源外壳散热片9的设计，便于散热；
128.综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种直流电压转换模块，其结构设计科学，具备输入过压保护、输入过流保护、输出限流保护和输出短路保护等功能，能够将外部输入的较高直流电压(例如72～110v范围内的直流电压)，稳定转换为较低的直流电压(24v直流电压)后输出，从而能够为包括铁路车辆设备内部用电设备在内的直流电压用电
设备进行可靠供电，保障这些用电设备的正常使用，具有重大的实践意义。
129.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种直流电压转换模块，其特征在于，包括熔断器f1～f3、开关s1、二极管d1～d2、电感l1、压敏电阻rp1～rp3、电容c1～c3、发光二极管led1～led2以及电源模块v1；外部直流电压正极输入端vin1+，与熔断器f1的一端相接；熔断器f1的另一端，与开关s1的动臂x的一端相接；外部直流电压负极输入端vin1-，与开关s1的动臂y的一端相接；开关s1的定触点a，分别与二极管d1的阴极和电感l1的一端相接；二极管d1的阳极与电感l1的另一端汇流相交于结点a；结点a分别与压敏电阻rp1的一端、压敏电阻rp2的一端和二极管d2的阳极相接；二极管d2的阴极，分别接电容c1的一端、电容c2的一端和电源模块v1的第1管脚；开关s1的定触点b，分别与压敏电阻rp2的另一端、压敏电阻rp3的一端、电容c1的另一端、电容c2的另一端和电源模块v1的第4管脚相接；电源模块v1的第9管脚，分别与电容c3的一端和熔断器f2的一端相接；熔断器f2的另一端，与直流电压正极输出端vout2+相接；电源模块v1的第5管脚，分别与电容c3的另一端和熔断器f3的一端相接；熔断器f3的另一端，与直流电压负极输出端vout2-相接。2.如权利要求1所述的直流电压转换模块，其特征在于，还包括输入显示电路；输入显示电路，包括发光二极管led1与电阻r1；发光二极管led1的阳极，与二极管d2的阴极相接；发光二极管led1的阴极，与电阻r1的一端相接；电阻r1的另一端，与开关s1的定触点b相接。3.如权利要求1所述的直流电压转换模块，其特征在于，还包括输出显示电路；输出显示电路，包括发光二极管led2与电阻r6；发光二极管led2的阳极，与电源模块v1的第9管脚相接；发光二极管led2的阴极，与电阻r6的一端相接；电阻r6的另一端，与电源模块v1的第5管脚相接。4.如权利要求1所述的直流电压转换模块，其特征在于，还包括电阻r2～r5；电源模块v1的第9管脚，与电阻r2的一端相接；电源模块v1的第5管脚，与电阻r5的一端相接；电阻r2的另一端，分别接电源模块v1的第8管脚和电阻r3的一端；电阻r3的另一端，分别接电源模块v1的第7管脚和电阻r4的一端；电阻r4的另一端，分别接电源模块v1的第6管脚和电阻r5的另一端。5.如权利要求1至4中任一项所述的直流电压转换模块，其特征在于，外部直流电压负极输入端vin1-接电源地线gnd1；直流电压负极输出端vout2-接电源地线gnd2；压敏电阻rp1的另一端和压敏电阻rp3的另一端接大地地线egnd。6.如权利要求1至4中任一项所述的直流电压转换模块，其特征在于，电源模块v1的第2管脚和第3管脚空置。7.如权利要求1至4中任一项所述的直流电压转换模块，其特征在于，熔断器f1、f2和f3，均为5a/250v的熔断器。
8.如权利要求1至4中任一项所述的直流电压转换模块，其特征在于，所述直流电压转换模块包括模块壳体；模块壳体的左侧，设置有开关s1、熔断器f1安装座、熔断器f2安装座、熔断器f3安装座和外壳接地点；模块壳体的右侧，设置有直流电压输出端子和外部直流电压输入端子；模块壳体的前侧，设置有多个相互平行的电源外壳散热片。

技术总结

本发明公开了一种直流电压转换模块，外部直流电压正极输入端Vin1+通过熔断器F1和开关S1相接；外部直流电压负极输入端Vin1-与S1相接；S1的定触点a分别与二极管D1和电感L1相接；D1与L1另一端汇流相交后与压敏电阻RP1、RP2和D2相接；D2分别接电容C1、C2和电源模块V1；S1的定触点b分别与RP2、RP3、C1、C2和V1相接；V1分别与C3和F2一端相接；F2另一端与直流电压正极输出端Vout2+相接；V1分别与C3和F3相接；F3与直流电压负极输出端Vout2-相接；本发明具备多种保护功能，能够将外部输入的较高直流电压，稳定转换为较低直流电压后输出，实现可靠供电。实现可靠供电。实现可靠供电。

技术研发人员：

栾凤仁 徐成丽 陈新 鞠宏伟

受保护的技术使用者：

天津铁路信号有限责任公司

技术研发日：

2022.08.23

技术公布日：

2022/12/8