点式ATC系统车地通信设备功率放大器的设计

方案。同时，在一些客流较少，对车隔要求不苛刻的城市轨道线路，一般多采用点式ATC系统，因为点式ATC系统稳定性好，并且造价较低。其构成示意如图1所示。

1.2 车地通信设备在点式ATC系统中的作用

车地通信（TWC）设备在点式ATC系统中起着信息传递的作用，TWC设备把车载停稳停准等信息发送给区域控制中心和ATS，同时把区域控制中心发出的信息和ATS发出的信息传递给列车。当列车进站时，TWC设备从同步载频中提取出过交叉点信息，发送给车载ATP和ATO，用于ATO精确停车和ATP站台位置校准[1]。

TWC设备能满足车载ATC设备对信息量和精确停车的要求，TWC设备在整个系统中起着承上启下的作用，是信息的载体，TWC设备传递的信息流程如图2。

2 功率放大器在TWC设备中的作用及目前存在的问题

2.1 功率放大器在TWC设备中的作用

功率放大器是TWC设备中重要的组成部分，它起到将车地通信的模拟信号（一般采用FSK信号）放大，以达到输出要求的作用。有时为使TWC设备处于闭环结构，功率放大器还起到检测输出电压反馈给TWC设备逻辑控制部分的作用。

2.2 目前存在的问题

TWC设备中的功率放大器目前多采用乙类推挽放大电路。功率晶体管工作在线性放大状态，晶体管自身耗散功率大，因而需要为功率管安装有效面积较大的散热器。其缺点是放大电路效率低，设备长期运用时功率器件容易因过热而损坏，同时造成设备环境温度升高及电子器件性能变化[2]。

3 改进的TWC设备功率放大器的设计

针对2.2节提出的目前存在的问题和TWC设备功率放大器发送功率较高（约50W）的技术要求，决定将该功率放大器设计成D类功放。D类功放使功放管工作在开关状态，此时管子仅在饱和导通时消耗功率，而且由于管压降很小，故无论电流大小，管子的瞬时功率都不大，因此管子的平均功耗也就不大，电路的效率必然较高[3]。因此D类功放满足效率高、尺寸小、散热器面积小的设计要求。D类功放采用脉宽调制（PWM）的方式来实现它的高效率[4]。

3.1 改进的功率放大器原理

对于改进的功率放大器设计成由四支MOSFET管组成的桥式推挽D类功率放大电路。采用ZXCD1000控制芯片作为控制电路。功率放大器还设计了相应的保护电路：（1）延时上电电路，以防止上电时瞬间冲击电流损坏MOSFET管。（2）过流保护电路，通过在MO

SFET管的源极采用取压电阻，将电流转换为电压与规定的基准电压进行比较来对功率放大器进行过流报警保护。改进后的功率放大器的原理框图如图3所示。

3.2 改进的功率放大器部分技术参数

改进的功率的放大器的部分技术参数如下：（1）频率响应：15K

至55K；（2）输出功率：在直流48V供电下，负载24欧姆下电压为24V。（3）输出过流报警：大于2安培输出报警。（4）信号失真度：为8%。（5）输出检测电压：为匹配输出电压的1/20。（6）匹配变压器的匝数比：为32比20。

4 结束语

运用桥式推挽的D类功放对点式ATC的车地通信设备功率放大器进行类改进，弥补了现有设备的缺点，提高了电路的效率、减小了电路的尺、减小了散热器的面积等。该功率放大器在多条城轨线路上已经成功运用。

参考文献

[1]张杰.FZL.H型TWC设备工厂系统测试方案研究[J].铁路通信信号工程，2012（8）.

[2]王建国.D类功率放大器在城轨交通ATP系统数字轨道电路中的应用[J].铁路通信信号工程，2004（2）.

[3]华成英，童诗白.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：中国高等教育出版社，2006.

[4]K.Nielsen，Karsten.A review and comparation of pulse width modulation（PWM） methods for analog and digital input switching power amplifiers[Z].Proc.102nd AES convention，Mar 1997.

作者简介：王国锋（1977，10-），男，汉族，甘肃古浪，沈阳铁路信号有限责任公司，工程师，学士，研究方向：地铁列车信号控制系统。

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