CN104583074B - 具有晶体管和熔断器的用于切断电力供应的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合于切断电气设备的电力供应的电路，所述电路接收作为输入的至少两个离散电气信号，其值决定电气设备的电力供应，如果电气设备需要电力供应，则离散电气信号具有高态：所述电路包括电压源；第一切断单元连接到电气设备和电压源之间，第一切断单元具有根据离散电气信号的打开状态或闭合状态；第二切断单元连接到电气设备和第一切断单元的交叉点以及接地线，如果离散电气信号处于相同状态，则第二切断单元具有与第一切断单元互补的状态，所述第一切断单元和所述第二切断单元控制成在离散电气信号之间存在差异的情况下产生短路。

Description

具有晶体管和熔断器的用于切断电力供应的电路
技术领域
本发明涉及用于控制系统或装备的安全领域，尤其是电子系统或装备，更具体而言是飞行器上的机载电子系统或装备。
背景技术
一旦确认了条件，电气系统就能够得到控制。
已知的方案是将电力系统的电源连接到配置成测试指示条件为真的离散信号的电路。
例如，在飞行器的情况下，一些电气装备应当在飞行时被切断，比如，在航空电子数据采集、处理和通信系统的情况下，无线传输无线电模块必须被切断以便避免干扰飞行器运行。
通过连接到开关的与逻辑门，可以在必要时简单关闭无线电模块的电源。
然而，这样的方案在需要特别高的安全水平时并不令人满意。例如，需要向表现出巨大风险(也就是说，可能导致人丧命)的电气装备提供的可靠性水平大约在10–9每飞行小时。
发明内容
提出本发明以克服这些缺陷中的至少一个。
为了该目的，本发明提供了一种适合于切断电气设备的电力供应的电路，所述电路接收作为输入的至少两个离散电气信号，其值决定电气设备的电力供应，如果电气设备有电力供应，则离散电气信号表现出高态，
-所述电路包括电压源；
-第一切断单元连接到电气设备和电压源之间，所述第一切断单元具有取决于离散电气信号的打开状态或闭合状态；
-第二切断单元连接到电气设备和第一切断单元之间的交叉点以及接地线，如果离散电气信号处于相同状态，则第二切断单元具有与第一切断单元互补的状态，第二切断单元包括并联布置的至少两个开关，所述并联电路连接到电源，两个开关的每一个的状态都是离散电气信号的函数，在离散电气信号处于相同状态时，开关处于相同状态，所述第一切断单元和所述第二切断单元控制成在离散电气信号之间存在差异的情况下产生短路，所述第二切断单元的至少两个开关具有彼此相异的状态，以便产生所述短路。
本发明是通过单独采用或采用任何技术上可能的组合的以下特征而得以有利地完成：
-所述第二切断单元包括并联布置的至少两个开关，该并联布置连接到电源，两个开关的每一个的状态都是离散电气信号的函数，所述第二切断单元包括与离散电气信号一样多的开关；
-所述并联连接的开关具有取决于电控制信号的打开状态或闭合状态，如果所述电控制信号具有“高”态，则所述开关处于打开状态，如果所述电控制信号具有“低”态，则所述开关处于闭合状态；
-所述第一切断单元包括第一开关，所述第一开关具有取决于基于离散电气信号的电控制信号的打开状态或闭合状态，如果所述电控制信号具有“低”态，则所述第一开关处于打开状态，如果所述电控制信号具有“高”态，则所述第一开关处于闭合状态；
-所述第一开关通过‘或’逻辑类型的离散信号的逻辑功能来控制；
-所述第一切断单元包括第二开关，所述第二开关具有取决于基于离散电气信号的电控制信号的打开状态或闭合状态，如果所述电控制信号具有“低”态，则所述第二开关处于打开状态，如果所述电控制信号具有“高”态，则所述第二开关处于闭合状态，所述第二开关适合于在所述离散电气信号处于低态的情况下将电源的电压源隔离；
-第二开关通过‘与’逻辑类型的离散信号的逻辑功能来控制；
-其包括至少一个熔断器，以便在短路的情况下隔离所述电路的元件的电压源；
-其包括测试单元，以便检测至少一个电路组件的故障，并且选择性地控制所述第一切断单元和所述第二切断单元来产生短路；
-所述测试单元适合于实施如下步骤：隔离所述电路的电气装备；控制所述第二切断单元，从而使得所述第二切断单元处于闭合状态；测量在所述第一切断单元和所述第二切断单元之间的电压，以便确认所述第二切断单元适合于产生短路；
-所述测试单元适合于实施如下步骤：控制所述第一切断单元，以便使得所述第一切断单元处于闭合状态；测量在第二切断单元的端子处的电压，电压等于由电压源供应的电压则指示所述第一切断单元正在工作；控制所述第一切断单元，以便使得所述第一切断单元处于打开状态；测量在第二切断单元的端子处的电压，零电压指示所述第一切断单元正在工作；
-所述测试单元通过可编程逻辑组件或通过微控制器来实施，所述微控制器能够合并模拟电压测量的方式，以便提高电路监控水平。
并且本发明还涉及一种航空电子数据采集、处理和通信系统，其包括无线电模块，所述无线电模块连接到根据本发明的电路。
本发明的电路包括多个组件，电路的安全水平大约为10–9。此外，通过使用根据它们的状态而可以相互作用的多级，确保系统对于可能影响组件的故障是稳健的，同时使得能够仅在电气装备应当供应电力的情况下对其供电。
因此，我们得到了能够在如果发生组件故障时自毁的电路。
达到的可靠性水平为，不需要预防性地监控电路的良好运行，这是因为冗余性的水平使得在三十年或更长的时间上可能发生导致不想要的电气装备的电源设置的完全故障在统计学意义上不可能的。
附图说明
本发明的其它特征、目的和优点将从下面的描述中显现出来，其纯粹是说明性的并且非限制性的，并且应当参照所附附图来理解，在所附附图中：
-图1示出了根据本发明的实施方案的航空电子数据采集、处理和通信系统；
-图2示出了根据本发明的第一实施方案的电路的方案图；
-图3示出了根据本发明的第二实施方案的电路的方案图；
-图4示出了根据本发明的一个实施方案的电路的方案图；
在所有这些附图中，相似的元件共享相同的附图标记。
具体实施方式
关于图1，航空电子数据采集、处理和通信系统包括：
-指示飞行器的状态的离散电气信号x1、x2的采集单元(未示出)；
-无线电模块2，其适合于将系统的航空电子数据向远程站传递；
-无线电模块2的电压源+Vpp，以及
-无线电模块2的电源电路1，其在飞行器处于飞行时使得能够切断无线电模块的电力。
飞行器的状态例如为处于飞行、在地面上等。当飞行器在地面上时，指示飞行器已经着陆的离散电气信号例如为：指示飞行器的重量存在于轮子上的信号，或者指示飞行器的门被打开的信号。
电源电路可以通过由离散电气信号的逻辑功能控制的开关进行建模(参见图1)。
对于逻辑功能，我们指与一个或更多个变量相关的一系列操作。已知的逻辑功能为：与、或、异或等。
关于图2，电路1接收作为输入的至少两个离散电气信号，优选三个离散电气信号x1、x2，并且包括电压源+Vpp。离散电气信号的值决定无线电模块2的电力。在这种情况下，在图2和图3的实施方案中，离散电气信号必须都等于1，从而使无线电模块2被供应电力。
当然，人们可以考虑接收更多数量的离散电气信号的电路。
电路在正常工作的情况下使得能够根据离散电气信号的值给电气装备2的电源供应电力。
在下文中，我们考虑了离散电气信号的逻辑值；具体地，我们所考虑的是，离散电气信号具有高态，也就是说如果其反映可以对电气装备供应电力所依据的条件(例如，如果飞行器已经着陆)，则为逻辑值‘1’，离散电气信号具有低态，也就是说如果其反映不应对电气装备供应电力的条件，则为逻辑值‘0’。
关于图2和图3，所考虑的是，如果电气装备2必须供应电力，则离散电气信号需要三者都为高态。
正如下面将描述的，如果单个组件被用于测试离散信号的值，则该组件具有无法忽略的故障的可能性，使得在电气装备不应有电力供应时供应电力。
为了克服这个问题，电路具有多个相互作用的级。在每一级中，我们能够防止具有与离散信号不一致状态的组件故障。
这降低了在电气装备不应电力供应时而供应电力的可能性。
实际上，电路故障的可能性应为大约10–9，而电子组件具有大约10–6的故障可能性。
电路逻辑1包括+Vpp电压源，如果所有离散信号都指示电气装备应进行电力供应，则+Vpp电压源为电气装备供应电力。例如，飞行器已经着陆，离散信号x1、x2都等于‘1’，如果不是这样情况，则等于‘0’。
第一切断单元Uc1连接到+Vpp电压源，并且在离散电气信号指示不应对电气装备供应电力的情况下具有打开状态，在离散电气信号指示应对电气装备供应电力的情况下具有闭合状态。
第二切断单元Uc2连接到电气装备2和第一切断单元Uc1之间的交叉点以及接地线。如果离散电气信号x1、x2具有相同的状态，则第二切断单元Uc2具有与第一切断单元Uc1互补的状态。第二切断单元Uc2连接到接地线。
然而，一旦离散信号x1、x2具有相异的状态，则第一切断单元和第二切断单元被控制为产生短路。
具体而言，第一切断单元Uc1在离散电气信号相异的情况下处于闭合状态时，并且第二切断单元Uc2将产生短路。
有利地，第一切断单元Uc1包括第一开关Q1，第一开关Q1根据基于离散电气信号的电控制信号而具有打开或闭合状态。如果电控制信号具有“低”态，则第一开关Q1处于打开状态，如果电控制信号具有“高”态，则第一开关Q1处于闭合状态。
第一开关Q1通过‘或’逻辑类型的离散信号的特殊逻辑功能来控制。
而且，第二切断单元Uc2包括并联布置的至少两个开关Q2L、Q2R，该并联布置连接到电源，两个开关的每一个的状态都是离散电气信号x1、x2的函数。我们注意到，第二切断单元Uc2包括与离散电气信号x1、x2一样多的开关。
每个开关Q2L、Q2R都分别通过输入的离散电气信号控制。因此，与图2至图4相关，离散电气信号x1控制开关Q2L，并且离散电气信号x2控制开关Q2R。
此外，在离散电气信号x1、x2处于相同状态时，开关Q2L、Q2R处于相同状态，并且第一切断单元和第二切断单元都控制成在离散电气信号x1、x2之间存在差异的情况下产生短路，第二切断单元的至少两个开关具有彼此相关的相异状态从而产生短路，第一切断单元Uc1处于闭合状态以使来自电压源的电压通过。
在互补的方式中(参见图3)，第一切断单元Uc1进一步包括第二开关Q4，第二开关Q4由“与”逻辑类型的离散电气信号的逻辑功能控制。
最后，电路也包括熔断器FUSE，以便在短路的情况下将+Vpp电压源与逻辑电路1的元件隔离。在短路的情况下，+Vpp熔断器开始融化以便保护电路。
因此，在图2的实施方案中，我们例如具有：
-如果x1＝x2＝‘0’：则开关Q1打开，开关Q2R、Q2L两者都闭合。不存在短路，电气装备没有电力供应。
-如果x1＝x2＝‘1’：则开关Q1闭合，开关Q2R、Q2L两者都打开。对电气装备进行电力供应。
-如果x1＝‘0’并且x2＝‘1’，或者x1＝‘1’并且x2＝‘0’：则离散电气信号之间存在差异，开关Q1闭合，并且开关Q2L或者开关Q2R闭合。因此存在短路。
此外，在开关Q1故障的情形中，即，在开关Q1应当打开时(考虑到离散电气信号x1、x2)其可以闭合，第二切断单元将导致短路，电气装备将没有电力供应。
因此，由于第二切断单元Uc2使得能够监控电源电路，因此如果第一切断单元Uc1包括第二开关Q4，则也是同样的情况。
而且，由于不可能电路的所有组件都同时具有故障，因此电路防止产生电路各种元件的控制的逻辑组件故障。
在图3的实施方案中，我们例如具有：
-如果x1＝x2＝‘0’：则开关Q4打开，开关Q1打开，两个开关Q2R、Q2L闭合。不存在短路，电气装备没有电力供应。
-如果x1＝x2＝‘1’：则开关Q4闭合，开关Q1闭合，两个开关Q2R和Q2L两者都打开。对电气装备进行电力供应。
-如果x1＝‘0’并且x2＝‘1’，或者x1＝‘1’并且x2＝‘0’：则离散电气信号之间存在差异，开关Q4闭合，开关Q1闭合，并且开关Q2L或者开关Q2R中的一个或另一个闭合。因此存在短路。
在互补的方式中，电路包括测试单元TEST，测试单元TEST使得能够验证电路引起短路的能力。该检查能够安排成在电气装备2没有电力供应时周期性地运行。
具体而言，测试单元TEST能够检测电路的至少一个组件的故障，并且选择性地控制第一切断单元和第二切断单元以产生短路。
关于第二切断单元Uc2，测试单元特别适合于实施如下步骤：
-隔离电路的电气装备；
-控制第二切断单元Uc2，使得第二切断单元Uc2处于闭合状态；
-测量第一切断单元和第二切断单元之间的电压，以便验证第二切断单元适合于产生短路，零电压指示第二切断单元正在工作。
关于第一切断单元Uc1，测试单元特别地适合于实施如下步骤：
-控制第一切断单元Uc1，使得第一切断单元Uc1处于闭合状态；
-测量在第二切断单元Uc2的端子处的电压，电压等于由+Vpp电压源供应的电压则指示第一切断单元正在工作；
-控制第一切断单元Uc1，使得第一切断单元Uc1处于打开状态；
-测量在第二切断单元Uc2的端子处的电压，零电压指示第一切断单元正在工作。
最后，关于两个切断单元中的一个或另一个，如果在测试结尾检测到故障，则我们接下来监控短路。
根据一个实施方案，测试单元TEST可以使用可编程逻辑组件(电子可编程逻辑器件，(EPLD))，或通过使用能够将测量模拟电压的方法集成以提高电路监控水平的微控制器来进行实施。关于图4，示出了根据特殊实施方案的电路。
为了产生开关Q2L和Q2R的控制，电路1包括五个逻辑单元G3、G1L、G1R、G2R和G2L。
逻辑单元G1L和G2L与开关Q2L相关联，逻辑单元G1R和G2R与开关Q2R相关联，逻辑单元G3共用于开关Q2R和Q2L。
单元G2R、G3、G2L为三态(具有三种状态的逻辑门)。
逻辑单元G4为与逻辑门。
当然，我们可以考虑其他方式来产生电路的控制。
在该实施方案中，开关Q1和Q4是当控制为逻辑‘0’时处于闭合状态的CMOS晶体管。
开关Q2L和Q2R是当控制为逻辑‘1’时处于闭合状态的CMOS晶体管。

Claims (13)

1.一种适合于切断电气装备(2)的电力供应的电路，所述电路接收作为输入的至少两个离散电气信号(x1、x2)，所述至少两个离散电气信号(x1、x2)的值决定电气装备(2)的电力供应，如果电气装备有电力供应，则离散电气信号具有高态(‘1’)，
-所述电路包括电压源(+Vpp)；
-第一切断单元(Uc1)连接到电气装备(2)和电压源(+Vpp)之间，所述第一切断单元(Uc1)接收两个离散电气信号(x1、x2)的结合作为输入，所述第一切断单元(Uc1)具有基于两个离散电气信号(x1、x2)的所述结合的打开状态或闭合状态，；
-第二切断单元(Uc2)连接到电气装备和第一切断单元(Uc1)的交叉点以及接地线，所述第二切断单元(Uc2)接收所述两个离散电气信号(x1、x2)作为输入，并且如果离散电气信号(x1、x2)处于相同状态，则：
在所述第一切断单元具有打开状态时，所述第二切断单元(Uc2)具有闭合状态，
在所述第一切断单元具有闭合状态时，所述第二切断单元(Uc2)具有打开状态；
第二切断单元(Uc2)包括并联布置的至少两个开关(Q2L、Q2R)，所述至少两个开关的每一个的状态都取决于离散电气信号(x1、x2)，在离散电气信号(x1、x2)处于相同状态时，开关处于相同状态，所述第一切断单元和所述第二切断单元控制成在离散电气信号之间存在差异的情况下产生所述电压源(+Vpp)与所述接地线之间的短路，所述第二切断单元的至少两个开关具有彼此相异的状态，以便产生所述短路，以及在所述第一切断单元(Uc1)故障的情况下，所述第二切断单元导致所述短路，在该故障的情况下，所述第一切断单元应当打开但却闭合。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二切断单元(Uc2)包括与离散电气信号一样多的开关。
3.根据权利要求2所述的电路，其中并联布置的开关具有取决于电控制信号的打开或闭合状态，如果所述电控制信号具有“高”态，则所述开关处于打开状态，如果所述电控制信号具有“低”态，则所述开关处于闭合状态。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电路，其中所述第一切断单元包括第一开关(Q1)，所述第一开关(Q1)具有取决于基于离散电气信号的电控制信号的打开或闭合状态，如果所述电控制信号具有“低”态，则所述第一开关处于打开状态，如果所述电控制信号具有“高”态，则所述第一开关处于闭合状态。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述第一开关通过‘或’逻辑类型的离散电气信号的逻辑功能进行控制。
6.根据权利要求4所述的电路，其中所述第一切断单元(Uc1)包括串联连接在所述电压源(+Vpp)与所述第一开关(Q1)之间的第二开关(Q4)，所述第二开关具有取决于基于离散电气信号的电控制信号的打开或闭合状态，如果所述电控制信号具有“低”态，则所述第二开关处于打开状态，如果所述电控制信号具有“高”态，则所述第二开关处于闭合状态，所述第二开关(Q4)适合于在所述离散电气信号处于低电平状态的情况下将所述电压源(+Vpp)和电力供应隔离。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述第二开关(Q4)通过‘与’逻辑类型的离散电气信号的逻辑功能进行控制。
8.根据权利要求4所述的电路，包括至少一个熔断器(FUSE)，以便在短路的情况下隔离所述电路的元件的电压源(+Vpp)。
9.根据权利要求4所述的电路，包括测试单元(TEST)，以便检测所述电路的至少一个组件的故障，并且选择性地控制所述第一切断单元和所述第二切断单元来产生短路。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述测试单元适合于实施如下步骤：
-隔离所述电路的电气装备；
-控制所述第二切断单元(Uc2)，从而使得所述第二切断单元(Uc2)处于闭合状态；
-测量在所述第一切断单元和所述第二切断单元之间的电压，以便验证所述第二切断单元适合于产生短路。
11.根据权利要求9所述的电路，其中所述测试单元(TEST)适合于实施如下步骤：
-控制所述第一切断单元(Uc1)，以便使得所述第一切断单元(Uc1)处于闭合状态；
-测量在所述第二切断单元(Uc2)的端子处的电压，电压等于由电压源(+Vpp)供应的电压则指示所述第一切断单元正在工作；
-控制所述第一切断单元(Uc1)，以便使所述第一切断单元(Uc1)处于打开状态；
-测量在第二切断单元(Uc2)的端子处的电压，零电压指示所述第一切断单元正在工作。
12.根据权利要求9所述的电路，其中所述测试单元(TEST)使用可编程逻辑组件或使用微控制器来实施，所述微控制器能够合并模拟电压测量的方式，以便提高电路监控水平。
13.一种航空电子数据采集、处理和通信系统，其包括无线电模块(2)，所述无线电模块(2)连接到根据前述权利要求中的任一项所述的电路。
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