CN102797575A

CN102797575A - 矿用燃油喷射电控装置内的信号隔离板

Info

Publication number: CN102797575A
Application number: CN2012103089677A
Authority: CN
Inventors: 汪伦; 汪世伦; 高洪浩; 刘小勇; 胡湘林
Original assignee: JIANGXI ZHIFANG NC POWER CO Ltd
Current assignee: JIANGXI ZHIFANG NC POWER CO Ltd
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明公开了一种用于矿井柴油机燃油喷射电控装置内的信号隔离板，由安全接口、电源转换模块、信号限能模块和信号隔离模块组成，发动机传感器本安信号输入到隔离安全接口1，经隔离和限能处理后，通过安全接口2输入到电控单元（ECU），经ECU计算分析输出的控制信号通过安全接口2，经隔离限能处理后，通过安全接口1控制发动机的执行器。电源转换模块将蓄电池的电压转换成隔离板上各种元器件、ECU和发动机传感器所需的额定电压，提供安全稳定的供电。本发明的使用将使得矿井柴油机设备工作得更安全、稳定，大大降低由燃油喷射电控装置引起的意外事故发生的可能性。

Description

矿用燃油喷射电控装置内的信号隔离板

技术领域

本发明涉及一种矿井柴油机燃油喷射电控装置内的一块电路板，特别是涉及用于矿用燃油喷射电控装置的本安信号和非本安信号的隔离作用。

背景技术

在我国的矿用防爆柴油发动机领域，柴油发动机都是采用机械式燃油喷射控制系统，电子控制燃油喷射的柴油机的使用目前还处于空白阶段。在电子控制的发动机燃油喷射系统中，其核心是电控单元ECU，它能够准确、安全地处理外界传递过来的本安信号并进行处理分析、最后发出本安信号的指令，但是发动机上传感器传来的信号不能被直接送到ECU中去，因为ECU本身是构成一个非本安电路，而发动机上传感器输出的信号是本安信号，这些信号如果直接作用到ECU上就会存在很多不稳定的因素，在电路中由于信号不稳定因素可能会使电路产生电弧或热效应，它们会对控制电路的安全乃至整个矿井环境的安全构成威胁，所以我们应当保证ECU输入和输出信号是匹配、安全和稳定的。对于使用在极其复杂的矿井环境下且用于柴油发动机燃油喷上电控装置上的信号隔离板，因为它首先要考虑的是本安信号与非本安信号的隔离，此外，还能够为本安型的外围器件提供本安型电源，保证输入ECU中的信号稳定、安全。所以目前对用于矿用燃油喷射电控装置内的信号隔离板的设计研制就显得十分有必要了。

发明内容

本发明的目的在于：鉴于国内对矿井燃油喷射电控装置内信号隔离板的开发空白，实现对本质安全信号和非本质安全信号的隔离处理及为本质安全型外围器件提供本质安全型电源。

为此，本发明是采用以下技术方案来实现的：由第一安全接口、第二安全接口、电源转换模块、信号限能模块和信号隔离模块组成；发动机传感器本安信号输入到隔离安全接口，经隔离和限能处理后，通过安全接口输入到电控单元，经电控单元计算分析输出的控制信号通过安全接口，经隔离限能处理后，通过安全接口控制发动机的执行器,电源转换模块将蓄电池的电压转换成隔离板上各种元器件、电控单元和发动机传感器所需的额定电压，提供安全稳定的供电。

本发明所述发动机传感器和执行器本安信号通过线束与第一安全接口相连接，电控单元信号通过线束与第二安全接口相连接。

本发明所述发动机传感器的温度和压力传感器信号进行滤波后与熔断器串接到一起，进行限能隔离处理后输入到电控单元内,电控单元发出的控制执行器信号进行滤波后与熔断器串接到一起，进行限能隔离处理后控制发动机的执行器,当信号的电压或电流过大时，电路会因为熔断器烧断而保护外部信号。

本发明所述发动机传感器的开关信号和转速信号进行光电耦合实现信号隔离，输送到电控单元内。

本发明可实现对本质安全信号和非本质安全信号的隔离处理，为本质安全型外围器件提供本质安全型电源。

附图说明

下面再结合附图说明来描述本发明的有关细节。

图1为本发明的结构模块图；

图2本发明的电源转换电路原理图；

图3本发明的信号限能处理电路原理图；

图4本发明的信号隔离电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明由第一安全接口1、第二安全接口2、电源转换模块3、信号限能模块4和信号隔离模块5组成。发动机传感器和执行器本安信号通过线束与第一安全接口1相连接，ECU信号通过线束与第二安全接口2相连接。

发动机传感器本安信号输入到第一安全接口1，经隔离和限能处理后，通过第二安全接口2输入到电控单元ECU，经电控单元ECU计算分析输出的控制信号通过第二安全接口2，经信号限能模块4隔离限能处理后，通过第一安全接口1控制发动机的执行器。

电源转换模块3将蓄电池24V转换成12V直流电源，再将12V的直流电源分别转换成10V和5V的直流电源，为隔离板上各种元器件、ECU和发动机传感器所需的额定电压，提供安全稳定的供电。

图2中是图1中电源转换模块的原理图，该模块由多个直流电压转换电路组成。

其中U1芯片电路是一个DC/DC电压转换电路，将蓄电池24V电源转换成12V电源，实现产生一组与输入电源电压相隔离的低电压；输入稳压结构由电容C1和稳压管D1组成，输出稳压结构由电容C2组成，由电阻R1和发光二极管LD1组成电源工作指示结构。

U2芯片电路一个三端稳压器构成的降压电路，它将从U1输出的稳态电压12V进一步降压处理成5V，输入稳压结构由电容C3组成，输出稳压结构由电容C4、C5、稳压管D2和磁珠T1、T2组成。

U3芯片电路是一个三端稳压器构成的降压电路，通过电压跟随，产生输出电压5VO-1,其供电电压是U1芯片电路的输出12V，电压跟踪源5V1由U2芯片电路产生，输出稳压结构由电容C6、C7、稳压管D3和磁珠T3、T4组成。

U5芯片电路是一个三端稳压器构成的降压电路，通过电压跟随，产生输出电压5V-0, 其供电电压是U1芯片电路的输出12V，电压跟踪源由12V电压经分压电阻R2、R3分压得到10V，输出稳压结构由电容C10、C11、稳压管D5和磁珠T7组成。

各个电路之间时相互隔离的，这样可以增强通讯的抗干扰能力。其中由U1代表的WRB2412D DC/DC电压转换芯片在电路中主要是实现产生一组与输入电源电压相隔离的低电压，即将蓄电池24V电源转换成12V电源，芯片本身具有宽电压输入、隔离稳压单输出的特点；图2中的U2是一个三端稳压器，它将从U1输出的稳态电压进一步降压处理，并最终通过电解电容和稳压管进行调节输出；图2中U3是电源转换电路，电路主要通过TLE4250低压差电压跟踪调节芯片来得到稳定的油门踏板传感器和压力传感器供电电源，TLE4250低压差电压跟踪调节芯片就是被设计用来为发动机环境中的传感器供电的，电路中采用的是12V的电压输入，输出电压是不断通过与接口1的调整电压对比然后驱动内部的PNP型三极管来控制的，而整个控制回路的稳定性则是由输出端电容的大小、载荷电流及芯片温度等决定的；图2中的U5相当于在TLE4250-2芯片的输入端串接一个分压电阻，最终相同控制方式来得到一个稳定的输出10V电压，为霍尔式的曲轴和凸轮轴传感器提供工作电源。图2中C1至C11的电容主要对电路进行滤波，D1至D5的稳压管主要进行电压的钳位保护，T1至T4、T7磁珠进行电路滤波，LD1发光二极管用作电路正常工作的指示灯。

图3所示的是信号限能处理电路的原理图，信号限能模块由一个以上的信号限能处理电路构成。信号限能处理电路由熔断器FA1及滤波电容CA1构成，滤波电容CA1跨接于熔断器FA1信号输入端及地间，熔断器FA1另一端作为信号输出端。信号限能处理电路是直接将外部传感器的模拟量信号经电容CA1进行滤波，并与熔断器串联起来形成输出端。当外部信号电流过大时，超出熔断器所能承受的最大电流值时，熔断器FA1被烧断，信号传输截止。

图4所描述的信号隔离模块由多个信号隔离电路组成，该电路由光耦芯片UD2、第一光耦隔离电阻RD5、第二光耦隔离电阻RD6及第一光耦滤波电容CD4、第二光耦滤波电容CD5、第三光耦滤波电容CD6、第一隔离部电阻RD5、第二隔离部电阻RD7、第三隔离部电阻RD8。

芯片本身结构设计能够达到信号隔离要求，如输入输出端空气间隙、温度、电流和电压补偿功能。在信号隔离电路中，芯片的阴极接口2、3分别与转速信号或开关信号连接，并由第一光耦滤波电容CD4、第二光耦滤波电容CD5进行滤波，它们的阳极接口1、4则是串连一个第一光耦隔离电阻RD5、第二光耦隔离电阻RD6后与5V电源相连接；信号输出端输出信号经第二隔离部电阻RD7、第三隔离部电阻RD8与5V正电源连接，第三光耦滤波电容CD6对该5V电源滤波，因此整个电路就可以保证转速信号和开关控制信号受到较小的干扰。

发动机的温度、压力、开关、转速信号，通过线束与隔离板的安全接口1相连接。这些信号经隔离和限能处理后，经安全接口2通过线束与ECU相连接，分别输入到ECU的信号处理模块，经ECU的微处理器模块计算分析，给出最佳的喷油定时和喷油量以及其它执行器的控制信号，控制发动机的运行。

Claims

1.一种用于矿井柴油发动机燃油喷射电控装置内的信号隔离板，其特征在于：由第一安全接口、第二安全接口、电源转换模块、信号限能模块和信号隔离模块组成；

发动机传感器本安信号输入到隔离安全接口，经隔离和限能处理后，通过安全接口输入到电控单元，经电控单元计算分析输出的控制信号通过安全接口，经隔离限能处理后，通过安全接口控制发动机的执行器,电源转换模块将蓄电池的电压转换成隔离板上各种元器件、电控单元和发动机传感器所需的额定电压，提供安全稳定的供电。

2.根据权利要求1中所述的用于矿井柴油发动机燃油喷射电控装置内的信号隔离板，其特征在于：发动机传感器和执行器本安信号通过线束与第一安全接口相连接，电控单元信号通过线束与第二安全接口相连接。

3.根据权利要求1中所述的用于矿井柴油发动机燃油喷射电控装置内的信号隔离板，其特征在于：发动机传感器的温度和压力传感器信号进行滤波后与熔断器串接到一起，进行限能隔离处理后输入到电控单元内,电控单元发出的控制执行器信号进行滤波后与熔断器串接到一起，进行限能隔离处理后控制发动机的执行器,当信号的电压或电流过大时，电路会因为熔断器烧断而保护外部信号。

4.根据权利要求1中所述的用于矿井柴油发动机燃油喷射电控装置内的信号隔离板，其特征在于：发动机传感器的开关信号和转速信号进行光电耦合实现信号隔离，输送到电控单元内。