CN104270126A - 一种开关量输出电路、控制方法及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关量输出电路及其控制、监测方法，电路由继电器，半导体开关器件(如场效应管、三极管等)，电压比较器件(如电压比较器、运算放大器等)，电阻，二极管和CPU构成的电路。两个半导体开关器件串联驱动继电器，两者同时开通后继电器线圈励磁、继电器接点动作，两个CPU分别独立控制两个开关器件的通断。在此基础上，电压比较器件，电阻组成输出监测电路；CPU接收监测输出信号并结合CPU对开关器件的控制信号及两CPU间的通讯信息可监测输出电路的工作状态是否正常。该输出电路及其控制、监测方法可在输出电路异常情况下发出报警信号，并可主动检测输出电路状态，充分提高了输出电路的安全性和可靠性。

Description

一种开关量输出电路、控制方法及监测方法

技术领域

本发明涉及电力系统变电站自动化领域，尤其涉及一种开关量输出电路及其控制监测方法。

背景技术

继电保护及安全自动装置中开关量输出的主要控制对象为断路器、隔离刀闸等变电站一次设备，主要作用是完成对断路器、隔离刀闸等一次设备的操作；发出动作、告警等信号接点。

继电保护及安全自动装置可完成对一个或多个一次设备的控制和操作功能，其在电力系统中的作用举足轻重。继电保护和安全自动装置的输出接点是其对一次设备的控制和操作的主要途径。随着电力技术的发展，电力系统用户对继电保护及安全自动装置输出电路的安全性及可靠性的要求越来越高。一方面要求输出电路具备较高安全性，要求输出电路中的单一器件损毁后，输出继电器不能误动作，即具备防误能力；另一方面要求输出回路中的重要驱动器件损毁后，如驱动继电器的场效应管、三极管等，继电保护及安全自动装置可发出异常报警信号，即具备监视功能；其次要求继电保护及安全自动装置可在一定程度上能够自身输出电路的工作状态、即具备检测功能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种具有实用性的带监测功能的安全可靠的开关量输出电路及控制、监测方法。

本发明提供下述解决方案：

一种开关量输出电路，其特征是，包括继电器，半导体开关器件，电压比较器件，电阻，二极管和CPU，两个半导体开关器件的控制端由两个CPU分别独立控制，开关器件的通断端分别串联在继电器线圈两侧并连接电源的正负极组成输出控制电路，两个CPU均输出、两个半导体开关器件均开通后继电器线圈才能励磁；电压比较器件的输入端连接在继电器线圈一端并与电阻构成电压比较电路；在控制电路的基础上，并联在开关器件通断端的电阻与电压比较电路组成监测电路，监测电路的输出连接至CPU端口；结合合理的电路参数，通过监测电平信号的变化情况、两个CPU的控制信号及之间的通讯信息从而判断继电器输出电路是否正常。

另外，本发明还提供一种开关量输出电路的控制方法，其特征是，两个CPU独立判断，分别独立控制电路中的半导体开关器件，在两个CPU均输出、两个半导体开关器件均开通后继电器线圈励磁，仅有一个CPU输出时继电器线圈不能励磁；其控制步骤是在两CPU均有输出控制信号后，与两CPU分别对应的两个半导体开关器件开通，继电器线圈励磁、继电器输出接点动作。

另外，本发明还提供一种开关量输出电路的监测方法，其特征是，两个CPU分别独立输出一路控制信号、其中一个CPU采集一路监测信号；CPU通过采集的监测信号的电平判断继电器输出回路是否存在异常情况；在不使继电器动作的前提下，两个CPU依次仅使一个半导体开关器件开通，另外一个保持关断，在继电器电路正常时，连接至CPU端口的监测信号电平翻转，通过监测电平信号的变化情况及两CPU间的通讯信息从而判断继电器输出电路是否正常。

本发明的有益效果：采用本发明的输出电路安全性极高并具备了监视及主动监测功能，可充分提高继电保护及安全自动装置输出电路的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的输出回路电路原理图。

具体实施方式

本发明所提供的方案为一种开关量输出电路及其控制、监测方法，包含输出电路部分、监测电路部分和控制、监测方法部分。

1)所述的输出电路部分由继电器，半导体开关器件，电压比较器件，电阻，二极管和CPU构成。两CPU分别独立控制两个半导体开关器件的通断，两个半导体开关器件均开通后继电器线圈励磁，输出接点动作。

2)所述的监测电路部分以输出电路部分中的继电器，半导体开关器件为基础，由并联在开关器件通断端的电阻与电压比较电路构成；电压比较电路由输入端连接在继电器线圈一端的电压比较器件及电阻组成。监测电路的输出连接至CPU端口，通过监测电路输出的电平信号，两个CPU的控制信号及两个CPU间的通讯信息可监测输出电路的状态是否正常。

3)所述的控制方法为：两个CPU独立判断、分别独立控制两个半导体开关器件的通断，当两个CPU均输出后，对应的两个开关器件开通，两个开关器件均开通后继电器线圈励磁，输出接点动作；而在仅有一个CPU输出时继电器线圈不能励磁。

4)所述的监测方法为：CPU通过监测电路输出的电平信号结合两个CPU的控制信号及两个CPU间的通讯信息可判断输出电路的状态是否正常。在继电器输出回路状态异常(如继电器线圈断线、半导体开关器件击穿等)时，继电器线圈一端接至电压比较器件输入端的电平信号会明显的变化，监测电路输出至CPU端口的监测电平信号翻转。在不使继电器动作的前提下，两个CPU依次仅使一个半导体开关器件开通(另外一个保持关断)，在继电器电路正常时，连接到CPU端口的监测信号电平会翻转，结合监测电平信号的变化情况及两CPU间的通讯信息可判断继电器输出电路是否正常，如在一个CPU控制信号发出后，反馈的监测信号电平没有翻转，则判断为电路异常。

下面结合图1描述具体实施例：

如图1所示的一种开关量输出电路，CPU1与CPU2相互独立，且CPU1与CPU2之间相互通信。CPU1的IO端口连接P沟道场效应管Q1的门极，CPU2的IO端口连接N沟道场效应管Q2的门极。P沟道场效应管Q1的源极连接电源正端VCC，漏极连接继电器RLY1的线圈正端；N沟道场效应管Q2的漏极连接继电器RLY1的线圈负端；源极连接电源负端GND。电阻R1并联在P沟道场效应管Q1漏源两极之间、电阻R2并联在N沟道场效应管Q2漏源两极之间。电阻R1和电阻R2的阻值均大于10倍继电器RLY1线圈电阻，不影响继电器RLY1的动作和返回。两个CPU分别独立控制两场效应管的通断，两场效应管同时开通后继电器RLY1线圈励磁，其输出接点闭合。

图中U1、U2为开漏输出的电压比较器，继电器RLY1的线圈负端连接至电压比较器U1的反向输入端和电压比较器U2的正向输入端。电阻R3和电阻R4串联后接至电源正端VCC和电源负端GND，两电阻连接点接至电压比较器U1的正向输入端；电阻R5和电阻R6串联后接至电源正端VCC和电源负端GND，两电阻连接点接至电压比较器U2的反向输入端。电压比较器U1、U2输出短接后作为监测信号连接到CPU的IO端口，电阻R7为上拉电阻，其一端连接至电源正端VCC，一端连接至电压比较器U1、U2的输出端。电路参数满足R5/R6<R1/R2<R3/R4。

两个CPU均无输出且电路正常时，由于R5/R6<R1/R2<R3/R4，且R1、R2均远大于继电器RLY1线圈电阻，监测信号为高电平。这种情况下，如出现继电器RLY1线圈断线、P沟道场效应管Q1漏源击穿、N沟道场效应管Q2漏源击穿、CPU1控制Q1的IO端口损坏或CPU2控制Q2的IO端口损坏等异常情况，监测信号会翻转为低电平。CPU2通过监测信号完成对输出电路的监视功能。

电路正常时，通过两CPU间的通信，CPU1控制P沟道场效应管Q1开通、CPU2控制N沟道场效应管Q2关断，如反馈至CPU2的监测信号翻转为低电平，则判断CPU1控制Q1的IO端口及P沟道场效应管Q1功能正常，否则表明这部分电路异常；CPU1控制P沟道场效应管Q1关断、CPU2控制N沟道场效应管Q2开通，如反馈至CPU2的监测信号翻转为低电平，则判断CPU2控制Q2的IO端口及N沟道场效应管Q2功能正常，否则表明这部分电路异常。通过这种方法完成可输出电路的主动检测功能。

图1电路中继电器RLY1并联的二极管D1用于继电器动作返回时对继电器线圈续流，防止高压脉冲并保护场效应管。

Claims (3)

1.一种开关量输出电路，其特征是，包括继电器，半导体开关器件，电压比较器件，电阻，二极管和CPU，两个半导体开关器件的控制端由两个CPU分别独立控制，开关器件的通断端分别串联在继电器线圈两侧并连接电源的正负极组成输出控制电路，两个CPU均输出、两个半导体开关器件均开通后继电器线圈才能励磁；电压比较器件的输入端连接在继电器线圈一端并与电阻构成电压比较电路；在控制电路的基础上，并联在开关器件通断端的电阻与电压比较电路组成监测电路，监测电路的输出连接至CPU端口；结合合理的电路参数，通过监测电平信号的变化情况、两个CPU的控制信号及之间的通讯信息从而判断继电器输出电路是否正常。

2.一种开关量输出电路的控制方法，其特征是，两个CPU独立判断，分别独立控制电路中的半导体开关器件，在两个CPU均输出、两个半导体开关器件均开通后继电器线圈励磁，仅有一个CPU输出时继电器线圈不能励磁；其控制步骤是在两CPU均有输出控制信号后，与两CPU分别对应的两个半导体开关器件开通，继电器线圈励磁、继电器输出接点动作。

3.一种开关量输出电路的监测方法，其特征是，两个CPU分别独立输出一路控制信号、其中一个CPU采集一路监测信号；CPU通过采集的监测信号的电平判断继电器输出回路是否存在异常情况；在不使继电器动作的前提下，两个CPU依次仅使一个半导体开关器件开通，另外一个保持关断，在继电器电路正常时，连接至CPU端口的监测信号电平翻转，通过监测电平信号的变化情况及两CPU间的通讯信息从而判断继电器输出电路是否正常。