CN103297008B - 一种隔离型双断输出的智能驱动板及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离型双断输出的智能驱动板，该驱动板设置有若干条互相独立的驱动信号输出通道连接外部待控制部件，所述驱动信号输出通道设置有隔离变压器，隔离变压器通过双断输出端子连接外部待控制部件；在双断输出端子的路径之间串联有封连单元，所述封连单元在隔离变压器没有输出信号时对双断输出端子路径构成短路连接，在隔离变压器有输出信号时断开该短路连接。本发明的驱动板将动态信号控制与闭环检测控制结合起来，构成驱动信号发生电路，提升了驱动信号发生电路的安全性和可靠性；该驱动板采用双断输出加封连单元的方式对外输出驱动信号，提升了对驱动信号线混线时的有效防护能力。

Description

一种隔离型双断输出的智能驱动板及驱动方法

技术领域

本发明涉及一种隔离型双断输出的智能驱动板，具体涉及驱动信号输出通道采用双断输出结构的驱动板。本发明还涉及一种隔离型双断输出的智能驱动方法。

背景技术

在安全控制领域，如铁路、化工等行业，通常采用驱动板对外部待控制部件如设备开关进行驱动控制，在对驱动板要求高安全性、高可靠性的同时，还要求对误操作以及外部混线时能够有效保证设备开关不被误驱动。

特别在铁路信号领域，如计算机联锁系统的驱动板通过控制继电器实现对现场道岔、轨道、信号灯的控制，其安全等级达到SIL4级。铁路信号的控制经验表明，动态控制是保证故障安全的重要技术，可称之为本征故障安全措施，而快速检测的闭环智能处理称之为反应式措施也是被广泛采用的故障安全技术，而把两者有机结合起来的设计较少，原因之一是对动态信号进行快速智能判断难度较大。

现有的驱动板，其驱动信号输出方式通常采用独立输出信号线和公共回线的结构，称之为单断方式，单断方式的安全性较低，在这种方式中正在输出通道的信号线混线到没有输出通道时会导致没有输出通道的继电器误吸起，将导致严重的安全事故。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种隔离型双断输出的智能驱动板，该驱动板将动态信号控制与闭环检测控制结合起来，构成驱动信号发生电路，提升了驱动信号发生电路的安全性和可靠性；该驱动板采用双断输出加封连单元的方式对外输出驱动信号，提升了对驱动信号线混线时的有效防护能力。

本发明的目的还在于提供一种隔离型双断输出的智能驱动方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种隔离型双断输出的智能驱动板，所述驱动板设置有若干条互相独立的驱动信号输出通道连接外部待控制部件，所述驱动信号输出通道设置有隔离变压器，隔离变压器通过双断输出端子连接外部待控制部件；在双断输出端子的路径之间串联有封连单元，所述封连单元在隔离变压器没有输出信号时对双断输出端子路径构成短路连接，在隔离变压器有输出信号时断开该短路连接。

进一步，所述驱动板设置有第一、第二中央控制器，所述中央控制器通过独立的CAN总线接收控制命令以及上报驱动板工作状态；每个所述驱动信号输出通道均设置有两个串联的电子开关，第一中央控制器通过静态驱动信号控制第一个电子开关，第二中央控制器通过动态驱动信号控制第二个电子开关，在两个电子开关的串联路径上依次串联有各电子开关的信号反馈模块，所述信号反馈模块将电子开关状态反馈至相应的中央控制器，当反馈信号异常时所述中央控制器停止输出对电子开关的驱动信号，所述电子开关、相应的信号反馈模块和相应的中央控制器构成闭环检测控制；所述隔离变压器连接第二个电子开关，仅当两个电子开关的驱动信号有效时第二电子开关才产生驱动信号到隔离变压器。

进一步，所述驱动板外接驱动电源，驱动板内设置有电源安全切断模块，所述电源安全切断模块与两个电子开关串联连接，依次是电源安全切断模块、第一电子开关和第二电子开关，两个中央控制器分别通过相应的脉冲驱动信号共同控制所述电源安全切断模块的闭合和断开；所述中央控制器控制电源安全切断模块的脉冲驱动信号具有180度的相位差。

进一步，所述电源安全切断模块通过逆变电路或继电器构成驱动电源控制电路。

进一步，所述电源安全切断模块在所述中央控制器的脉冲驱动信号停止时的切断响应时间小于50ms。

进一步，当所述反馈信号异常时，所述中央控制器可通过切断所述电源安全切断模块切断本路驱动信号的输出。

进一步，所述中央控制器在所述电子开关的反馈信号异常时切断隔离变压器双断输出的响应时间小于100ms。

进一步，所述中央控制器控制所述电子开关的驱动信号与所述电子开关的反馈信号具有相应的位相关系。

进一步，所述封连单元设置有光电耦合器，光电耦合器设置有三个输出端，两侧的输出端构成连接外部待控制部件的双断输出路径，两侧的输出端之间连接第一三极管，分别连接该三极管的集电极和发射极，光电耦合器的中部输出端连接该三极管的基极；在连接第一三极管集电极的输出端路径上连接第二三极管，第二三极管的集电极连接第一三极管的集电极，光电耦合器的中部输出端同时连接第二三极管的基极。

进一步，所述封连单元对双断输出端子路径构成短路连接时的短路电流大于400mA。

进一步，所述第一电子开关采用光电耦合器和三极管构成控制电路，所述第二电子开关采用光电耦合器和推挽电路构成控制电路。

一种隔离型双断输出的智能驱动方法，所述驱动方法采用隔离型双断输出结构对外部待控制部件输出驱动信号，驱动信号发生电路设置一组静态控制开关和一组动态控制开关，两组差异化的电子开关串联构成双层防护结构，每组电子开关还设置有相应的状态反馈模块及中央控制器，三者构成闭环检测控制；

所述驱动方法对外接的驱动电源采用电源安全切断模块实施控制，两个中央控制器采用相应的动态电源控制脉冲共同控制电源安全切断模块的闭合和断开；

所述隔离型双断输出方式还设置有封连单元进行保护，对于外部待控制部件发生单根驱动信号输出线混线时，隔离型双断输出结构进行防护，对于发生两根驱动信号输出线混线时，封连单元通过对双断输出结构短路连接进行防护。

进一步，所述中央控制器对动态控制开关采用定时中断方法产生动态开关控制信号，在每个动态开关控制信号周期内判断反馈信号波形与控制信号波形的逻辑关系，构成动态脉冲信号实时闭环控制。

进一步，所述中央控制器对静态控制开关采用静态开关控制信号，在每个静态开关控制信号周期内判断反馈信号电平与控制信号电平的逻辑关系，构成静态脉冲信号实时闭环控制。

进一步，当所述反馈信号异常时，所述中央控制器可通过切断相应的开关控制信号切断本路驱动信号的输出。

进一步，所述中央控制器控制电源安全切断模块的动态电源控制脉冲具有180度的相位差。

进一步，所述驱动信号发生电路异常时，所述中央控制器可通过停止输出动态电源控制脉冲使电源安全切断模块切断外接的驱动电源。

本发明的隔离型双断输出的智能驱动板，具有以下优点：

该驱动板的驱动信号发生电路设置有静态、动态两组串联的电子开关构成双层防护结构，每组电子开关还设置有相应的状态反馈模块及中央控制器，三者构成闭环检测控制，当电子开关发生异常不受控制时，中央控制器可通过切断本路通道的动态开关控制信号切断本路输出，从而切断输出驱动信号，有效提高了驱动信号输出电路的安全性和可靠性。

该驱动板对外接驱动电源设置有电源安全切断模块，电源安全切断模块由两个中央控制器通过两组具有特定位相关系的动态电源控制脉冲实施共同控制，当驱动信号的发生电路异常时，中央控制器可通过停止输出动态电源控制脉冲使电源安全切断模块切断外接驱动电源，进一步提高了驱动信号发生电路的安全性和可靠性。

该驱动板的驱动信号输出通道设置有隔离型变压器，构成隔离型双断输出通道，并且设置有封连单元进行保护，对于外部待控制部件发生单根驱动信号输出线混线时，隔离型双断输出通道进行防护，因为单根驱动信号线混线对双断输出通道不起作用；对于发生两根驱动信号输出线混线时，封连单元通过对双断输出路径短路连接进行防护，使接入的驱动信号短路，有效避免了外部待控制部件如继电器的误吸起，提高了驱动板的控制安全性能。

附图说明

图1是本发明智能驱动板的电路原理图；

图2是本发明智能驱动板所采用电子开关KA的电路原理图；

图3是本发明智能驱动板所采用电子开关KB的电路原理图；

图4是本发明智能驱动板所采用封连单元的电路原理图；

图5是本发明智能驱动板所采用电源安全切断模块的电路原理图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、工作流程详细说明如下。

如图1所示为本发明隔离型双断输出的智能驱动板的实施例之一，本发明的智能驱动板设置有16路互相独立的驱动信号输出通道连接外部待控制部件，图1中所示为其中1个驱动信号输出通道的电路结构，16路驱动信号输出通道除了共用CPUA、CPUB和安全电源切断模块之外，其他结构相同。本发明隔离型双断输出的智能驱动方法也可以通过该实施例实现。

在该实施例中，智能驱动板设置有第一、第二中央控制器，如图1所示，分别为CPUA和CPUB，两个中央控制器通过独立的CAN总线连接上位控制单元A、B，接受上层控制命令以及上报驱动板工作状态。

如图1所示，每个中央控制器通过脉冲驱动信号控制一个电子开关的闭合和断开，分别为A路开关KA和B路开关KB，两个电子开关串联连接，在串联路径上依次串联有各电子开关的信号反馈模块，分别为A路回读HDA和B路回读HDB，信号反馈模块将电子开关状态反馈至相应的中央控制器，当电子开关的反馈信号异常时相应的中央控制器停止输出对电子开关的驱动信号，所述电子开关、相应的信号反馈模块和相应的中央控制器三者构成闭环检测控制。

其中，CPUA通过静态驱动信号控制A路开关KA，CPUB通过动态驱动信号控制B路开关KB，设置成差异化的两个电子开关，可以减少驱动信号发生电路的共模故障，避免发生耦合，提高了驱动信号发生电路的安全性；虽然通过静态驱动信号控制的A路开关KA可能出现不受控造成常闭状态，此时驱动信号发生电路仍然能够对外输出驱动信号，当本路通道需要关闭时，通过动态驱动信号控制的B路开关KB可以确保能够断开，所以说本路通道的安全性不会降低。

如图1所示，驱动板外接电源为24V直流电源，驱动板内设置有电源安全切断模块，电源安全切断模块与两个电子开关串联连接，依次是电源安全切断模块、A路开关KA和B路开关KB，两个中央控制器分别通过相应的脉冲驱动信号共同控制所述电源切断模块的闭合和断开；中央控制器控制电源切断模块的脉冲驱动信号具有180度的相位差。

上述电源安全切断模块、A路开关KA和B路开关KB、A路回读HDA和B路回读HDB、以及CPUA和CPUB构成智能驱动板的驱动信号发生电路。

在该实施例中，B路开关KB连接隔离变压器，构成驱动信号输出通道，智能驱动板通过驱动信号输出通道连接外部待控制部件，仅两个电子开关的脉冲驱动信号有效时第二电子开关才产生动态脉冲信号到隔离变压器。

隔离变压器通过双断输出端子连接外部待控制部件；在双断输出端子的路径之间串联有封连单元，封连单元在隔离变压器没有输出信号时对双断输出端子路径构成短路连接，在隔离变压器有输出信号时断开该短路连接。

本发明所采用的隔离变压器，隔离电压大于3000V的脉冲变压器，脉冲变压器采用坡莫合金磁性芯，伏微秒积大于10000V/s。

封连单元的电路原理如图4所示，封连单元设置有光电耦合器，光电耦合器设置有三个输出端，两侧的输出端构成连接外部待控制部件的双断输出路径，两侧的输出端之间连接第一三极管，分别连接该三极管的集电极和发射极，光电耦合器的中部输出端连接该三极管的基极；在连接第一三极管集电极的输出端路径上连接第二三极管，第二三极管的集电极连接第一三极管的集电极，光电耦合器的中部输出端同时连接第二三极管的基极。

在该实施例中，封连单元对双断输出路径构成短路连接时的短路电流大于400mA，即当混线接入的电流小于400mA时（双断输出路径的输出电流通常远小于400mA），封连单元可以有效短路。

电源安全切断模块的电路原理如图5所示，通过继电器构成电源控制电路，具体包括光电耦合器和三极管以及继电器，电源安全切断模块还可以通过逆变电路构成电源控制电路，电流逆变电路较为常见，在此不做详细解释。

在该实施例中，当驱动信号发生电路异常时，中央控制器可通过停止输出动态电源控制脉冲使电源安全切断模块切断外接的驱动电源。电源安全切断模块在中央控制器的脉冲驱动信号停止时的切断反应时间小于50ms。

在该实施例中，中央控制器控制所述电子开关的驱动信号与所述电子开关的反馈信号具有相应的位相关系，相位差可以是零，也可以是一定的度数，如180度。

两个电子开关的电路原理如图2、图3所示，A路开关KA采用光电耦合器和三极管构成控制电路，B路开关KB采用光电耦合器和推挽电路构成控制电路。

中央控制器采用定时中断方法产生针对电子开关的动态开关控制脉冲，在每个动态开关控制脉冲周期内判断反馈信号波形与控制信号波形的逻辑关系，构成动态脉冲信号实时闭环控制。

当电子开关不受控制时，中央控制器可通过切断本路通道的动态开关控制脉冲切断本路输出，从而切断隔离变压器输出驱动信号。

在该实施例中，中央控制器在电子开关的反馈信号异常时切断隔离变压器双断输出的反应时间小于100ms。

本发明的智能驱动板使用时，电子开关产生的脉冲信号输入到隔离变压器，隔离变压器输出隔离的双断信号，可有效防护其他输出通道单根线混线导致负载继电器吸起的故障，同时双断输出通道串联的封连单元在通道不对外输出时将通道短路封连，对其他通道的双线混线故障可有效防护，输出通道对外输出时，封连单元停止封连操作，通道正常对外输出。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离型双断输出的智能驱动板，所述驱动板设置有若干条互相独立的驱动信号输出通道连接外部待控制部件，其特征在于，所述驱动信号输出通道设置有隔离变压器，隔离变压器通过双断输出端子连接外部待控制部件；在双断输出端子的路径之间串联有封连单元，所述封连单元在隔离变压器没有输出信号时对双断输出端子路径构成短路连接，在隔离变压器有输出信号时断开该短路连接。

2.如权利要求1所述的驱动板，其特征在于，所述驱动板设置有第一、第二中央控制器，所述第一、第二中央控制器通过独立的CAN总线接收控制命令以及上报驱动板工作状态；每个所述驱动信号输出通道均设置有两个串联的电子开关，第一中央控制器通过静态驱动信号控制第一个电子开关，第二中央控制器通过动态驱动信号控制第二个电子开关，在两个电子开关的串联路径上依次串联有各电子开关的信号反馈模块，所述信号反馈模块将电子开关状态反馈至相应的中央控制器，当反馈信号异常时所述第一、第二中央控制器停止输出对电子开关的驱动信号，所述电子开关、相应的信号反馈模块和相应的中央控制器构成闭环检测控制；所述隔离变压器连接第二个电子开关，仅当两个电子开关的驱动信号有效时第二电子开关才产生驱动信号到隔离变压器。

3.如权利要求2所述的驱动板，其特征在于，所述驱动板外接驱动电源，驱动板内设置有电源安全切断模块，所述电源安全切断模块与两个电子开关串联连接，依次是电源安全切断模块、第一电子开关和第二电子开关，两个中央控制器分别通过相应的脉冲驱动信号共同控制所述电源安全切断模块的闭合和断开；所述第一、第二中央控制器控制电源安全切断模块的脉冲驱动信号具有180度的相位差。

4.如权利要求3所述的驱动板，其特征在于，所述电源安全切断模块通过逆变电路或继电器构成驱动电源控制电路。

5.如权利要求3所述的驱动板，其特征在于，当所述反馈信号异常时，所述第一、第二中央控制器可通过切断所述电源安全切断模块切断本路驱动信号的输出。

6.如权利要求1所述的驱动板，其特征在于，所述封连单元设置有光电耦合器，光电耦合器设置有三个输出端，两侧的输出端构成连接外部待控制部件的双断输出路径，两侧的输出端之间连接第一三极管，分别连接该三极管的集电极和发射极，光电耦合器的中部输出端连接该三极管的基极；在连接第一三极管集电极的输出端路径上连接第二三极管，第二三极管的集电极连接第一三极管的集电极，光电耦合器的中部输出端同时连接第二三极管的基极。

7.一种隔离型双断输出的智能驱动方法，其特征在于，所述驱动方法采用隔离型双断输出结构对外部待控制部件输出驱动信号，驱动信号发生电路设置一组静态控制开关和一组动态控制开关，两组差异化的电子开关串联构成双层防护结构，每组电子开关还设置有相应的状态反馈模块及中央控制器，每组电子开关、和该组电子开关相应设置的状态反馈模块和中央控制器三者构成闭环检测控制；

所述驱动方法对外接的驱动电源采用电源安全切断模块实施控制，两个中央控制器采用相应的动态电源控制脉冲共同控制电源安全切断模块的闭合和断开；

所述隔离型双断输出方式还设置有封连单元进行保护，对于外部待控制部件发生单根驱动信号输出线混线时，隔离型双断输出结构进行防护，对于发生两根驱动信号输出线混线时，封连单元通过对双断输出结构短路连接进行防护。

8.如权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，与所述动态控制开关相应设置的中央控制器对动态控制开关采用定时中断方法产生动态开关控制信号，在每个动态开关控制信号周期内判断反馈信号波形与控制信号波形的逻辑关系，构成动态脉冲信号实时闭环控制。

9.如权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，与所述静态控制开关相应设置的中央控制器对静态控制开关采用静态开关控制信号，在每个静态开关控制信号周期内判断反馈信号电平与控制信号电平的逻辑关系，构成静态脉冲信号实时闭环控制。

10.如权利要求8或9所述的驱动方法，其特征在于，当所述反馈信号异常时，与所述动态控制开关和静态控制开关相应设置的中央控制器可通过切断相应的开关控制信号切断本路驱动信号的输出。