CN104871385A - 电路异常检测装置 - Google Patents

Abstract

实施方式的电路异常检测装置具有：断开信号生成部，其输出针对基于断开信号使驱动对象的驱动停止的驱动电路的所述断开信号；脉冲生成部，其具有对脉冲信号为OFF状态的时间进行调整的调整单元，所述脉冲生成部用于生成所述脉冲信号；信号合成部，其输出所述断开信号和所述脉冲信号的逻辑与；滤波电路，其将使所述信号合成部的输出信号延迟后的信号作为输出，输入至所述驱动电路；以及监视部，其基于所述滤波电路的输出电压，对是否发生了电路异常进行判定。

Description

电路异常检测装置

技术领域

本发明涉及一种电路异常检测装置，其对传递电源断开信号的电路的异常进行检测。

背景技术

近年，伴随电动机等电气设备的广泛普及，由电气设备的异常动作导致重大事故的可能性不断增大，要求尽可能地减小发生事故的风险。为了将这些风险限制在容许范围内，制定有国际标准。作为有关电气设备的标准而制定有IEC61508，作为电动机等驱动设备的标准而制定有IEC61800―5―2。

作为由IEC61800―5―2规定出的安全功能，具有安全中断扭矩功能(STO)。在安全中断扭矩功能中，在从外部接收到断开指令的情况下，断开电动机的动力。并不限定于电动机，在需要的情况下能够可靠地断开电力，这点在安全上是重要的功能，为了实现上述功能，需要定期地对在传递断开信号的电路中不存在断路、短路等异常进行诊断。

专利文献1：日本特开2011－182535号公报

发明内容

为了可靠地实施电源的断开，定期地对在电路中不存在断路、短路等异常进行诊断。作为该诊断的方法，能够想到下述方法，即，暂时性地输入脉冲状的断开信号(测试脉冲)，反馈并确认是否可靠地对该信号进行了传递，但在该方法中，会导致电动机的动力被实际地断开。

另外，在专利文献1中，通过利用延迟电路使断开信号发生延迟，从而避免了由测试脉冲引起的电源断开。然而，存在下述问题，即，由于将延迟电路前的信号反馈而进行了观测，因此诊断范围受限。具体地说，无法对延迟电路的故障进行检测。

另一方面，对于测试脉冲的OFF时间，在过长的情况下有可能超过延迟电路的延迟时间，在过短的情况下反馈信号的观测变难，因此适当地设定测试脉冲的OFF时间是很重要的。特别是，在利用RC滤波器构成延迟电路的情况下，根据信号所流过的电流值，延迟时间发生变化。即，根据与延迟信号连接的负载，延迟时间发生变化。在负载发生变动的情况下、或未知的情况下，无法预先决定出测试脉冲的OFF时间。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种电路异常检测装置，该电路异常检测装置能够在无需使电动机的动作停止的状态下，通过利用测试脉冲，在包含上述延迟电路在内的较大范围内对断开电路的异常进行检测，并且，即使在负载发生变动的情况下、或未知的情况下，也能够进行诊断。

为了解决上述的课题，实现目的，本发明的特征在于，具有：断开信号生成部，其输出针对基于断开信号使驱动对象的驱动停止的驱动电路的所述断开信号；脉冲生成部，其具有对脉冲信号为OFF状态的时间进行调整的调整单元，所述脉冲生成部用于生成所述脉冲信号；信号合成部，其输出所述断开信号和所述脉冲信号的逻辑与；滤波电路，其将使所述信号合成部的输出信号延迟后的信号作为输出，输入至所述驱动电路；以及监视部，其基于所述滤波电路的输出电压，对是否发生了电路异常进行判定。

发明的效果

根据本发明所涉及的电路异常检测装置，能够在包含滤波电路在内的较大范围内对电源断开电路的异常进行检测，而不会使电动机的动作停止。另外，具有下述效果，即，即使在与断开信号连接的负载发生变动的情况下、或未知的情况下，也能够进行电路诊断。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的电路异常检测装置以及电动机驱动装置的结构图。

图2是用于对本发明的实施方式1所涉及的电路异常检测装置以及电动机驱动装置中的各信号的动作进行说明的时序图。

图3是用于对本发明的实施方式1所涉及的电路异常检测装置的动作进行说明的流程图。

图4是用于对本发明的实施方式中的脉冲输出方式A的动作进行说明的流程图。

图5是用于对本发明的实施方式中的脉冲输出方式B的动作进行说明的流程图。

图6是用于对本发明的实施方式中的脉冲输出方式C的动作进行说明的流程图。

图7是用于对本发明的实施方式中的脉冲输出方式C的动作进行说明的时序图。

图8是本发明的实施方式2所涉及的电路异常检测装置以及电动机驱动装置的结构图。

图9是用于对本发明的实施方式2所涉及的电路异常检测装置以及电动机驱动装置中的各信号的动作进行说明的时序图。

图10是用于对本发明的实施方式2所涉及的监视方式A的动作进行说明的流程图。

图11是用于对本发明的实施方式2所涉及的监视方式B的动作进行说明的流程图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明所涉及的电路异常检测装置的实施方式进行详细的说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1所涉及的电路异常检测装置以及电动机驱动装置的结构图。电路异常检测装置具有运算装置1以及滤波电路2。电动机驱动装置是负载3。图2是时序图，示出了本实施方式所涉及的电路异常检测装置以及电动机驱动装置中的各信号的动作。图1的运算装置1例如是微型计算机，具有断开信号生成部21、脉冲生成部22、监视部23以及信号合成部24。在本实施方式中，断开信号生成部21、脉冲生成部22、监视部23、信号合成部24，作为实现在1台微型计算机上的程序而构成，但也可以分别构成在不同的微型计算机上，也可以由电路构成。

断开信号生成部21根据来自外部的输入(未图示)而输出断开信号11。在电动机驱动装置的运转过程中，断开信号11为ON，在断开电动机驱动装置的电气设备的电力的情况下，将断开信号11设为OFF。

脉冲生成部22输出作为测试脉冲的脉冲信号12。脉冲信号12如图2所示，是通常为ON，且定期地以脉冲状成为OFF的信号。OFF脉冲时间t1可以是固定的，也可以是可变的。关于OFF脉冲时间t1的决定方法在后文中叙述。

信号合成部24获取断开信号11和脉冲信号12的逻辑与，输出滤波前信号13。滤波前信号13如图2所示，是在断开信号11为ON的情况下，定期地叠加脉冲，在断开信号11为OFF的情况下，直接成为OFF的信号。

滤波电路2使滤波前信号13延迟，输出滤波后信号14。滤波电路2通常是由RC构成的低通滤波器，但只要是具有使信号延迟的特性的滤波器，也可以是其他的电路。滤波后信号14与负载3连接。在滤波后信号14变为OFF的情况下，断开负载3。滤波后信号14在脉冲输出的过程中存在一定量的电压降Vdrp。滤波后信号14从负载3反馈，作为滤波后反馈信号16输入至监视部23。

对负载3进行更详细的说明。在本实施方式中，作为负载3的例子，示出了电动机驱动装置。控制装置31输出6个PWM信号。6个PWM信号输入至电桥电路32(电动机驱动电路)，电桥电路32将PWM信号变换为交流电压，该交流电压用于对作为驱动对象的电动机33进行驱动。电桥电路32构成为在滤波后信号14为OFF的情况下不进行动作，从电动机33中消除动力。关于控制装置31输出PWM信号的方法、以及基于该PWM信号对电动机进行驱动的方法，使用现有技术。

负载3只要具有将滤波后信号14输入，并直接作为滤波后反馈信号16进行输出的功能，不论何种方式均可。另外，也可以是在负载3中包含有滤波电路2的形式，即，滤波电路2是电动机驱动装置的一部分。

对监视部23以及脉冲生成部22的动作进行说明。监视部23对滤波后反馈信号16正常这一情况进行确认。图3用于对本实施方式所涉及的电路异常检测装置的动作进行说明，是运算装置1的监视部23以及脉冲生成部22的处理的流程图。运算装置1以恒定周期实施图3所示的流程。首先，运算装置1进行断开信号11的读入(步骤S101)。在断开信号11为OFF的情况下(在步骤S102中为“Yes”的情况下)，结束处理。在断开信号11为ON的情况下(在步骤S102中为“No”的情况下)，从脉冲生成部22输出OFF脉冲(步骤S103)，并且监视部23定期地进行滤波后反馈信号16的读入(步骤S104)，并记录该值。关于从脉冲生成部22输出OFF脉冲的方法(步骤S103)，在后文中详细叙述。

在来自脉冲生成部22的OFF脉冲的输出(步骤S103)完成后，对由监视部23进行了读入的滤波后反馈信号16的值进行判定，如果观测到电压的下降(电压降)(在步骤S105中为“Yes”的情况下)，则为正常，因此运算装置1直接完成处理。如果没有观测到电压的下降(在步骤S105中为“No”的情况下)，则运算装置1视作发生了电路异常，输出异常(步骤S106)。

下面，对脉冲生成部22向脉冲信号12输出OFF脉冲的处理(步骤S103)进行解说。如上所述，通过监视部23对在由脉冲生成部22进行的OFF脉冲的输出中产生的滤波后反馈信号16的电压降的量Vdrp进行观测，因此，如何决定OFF脉冲的宽度t1是很重要的。脉冲生成部22向脉冲信号12输出OFF脉冲的处理(步骤S103)使用后述的脉冲输出方式A、脉冲输出方式B、脉冲输出方式C中的哪一种均可，也可以使用其他的输出方式。

脉冲输出方式A是一种预先决定OFF脉冲的宽度t1的方式。图4表示脉冲输出方式A的处理的流程图。如果开始处理，则向脉冲信号12输出OFF(步骤S201)。然后，在一定时间t1的期间以OFF的状态待机(步骤S202)。待机时间t1根据滤波电路2和负载3的特性预先适当地进行设定。如果经过了待机时间t1，则向脉冲信号12输出ON(步骤S203)。

脉冲输出方式B是一种根据负载3的状况对OFF脉冲宽度进行调整的方式。图5表示脉冲输出方式B的处理的流程图。如果开始处理，则从负载3(电动机驱动装置)中读入当前的负载状况(步骤S301)。在本实施方式中，根据控制装置31输出的PWM信号的状况决定滤波后信号14所流过的电流量，因此从控制装置31向运算装置1通知负载状况(控制装置31输出的PWM信号的状况)。此外，虽然没有图示出从控制装置31向运算装置1通知负载状况的通信线路，但在使用脉冲输出方式B的情况下，需要从控制装置31向运算装置1通知负载状况的通信线路。

然后，基于已读入的负载状况，运算装置1计算OFF时间(步骤S302)。在本实施方式的电桥电路32中，控制装置31输出的6个PWM信号的OFF时间越长，滤波后信号14所流过的电流量越多，因此，滤波后信号14的电压降的量Vdrp越大。因此，缩短OFF脉冲宽度。相反地，在控制装置31输出的6个PWM信号的OFF时间较短的情况下，增长OFF脉冲时间。然后，向脉冲信号12输出OFF(步骤S303)，以之前计算出的OFF时间进行待机(步骤S304)。然后，向脉冲信号12输出ON(步骤S305)。

脉冲输出方式C是一种通过参照滤波后反馈信号16而对脉冲信号12进行反馈控制的方式。图6表示脉冲输出方式C的处理的流程图。图7表示脉冲输出方式C的各信号的动作。如果开始处理，则向脉冲信号12输出OFF(步骤S401)。于是，滤波后反馈信号16的电压开始下降(图7中的A)。然后，读入滤波后反馈信号16(步骤S402)。在已读入的滤波后反馈信号16的电压为大于或等于Vtgt的情况下(在步骤S403中为“Yes”的情况下)，再次读入滤波后反馈信号16(步骤S402)。在已读入的滤波后反馈信号16的电压并非大于或等于Vtgt的情况下(在步骤S403中为“No”的情况下)，即，滤波后反馈信号16的电压下降至小于Vtgt的情况下，向脉冲信号12输出ON(步骤S404)(图7中的B)。

实施方式2.

图8是本发明的实施方式2所涉及的电路异常检测装置以及电动机驱动装置的结构图。与实施方式1相同地，电路异常检测装置具有运算装置1以及滤波电路2。电动机驱动装置是负载3。另外，也可以是在负载3中包含有滤波电路2的形式，即，滤波电路2是电动机驱动装置的一部分。图9是时序图，示出了本发明的实施方式所涉及的电路异常检测装置以及电动机驱动装置中的各信号的动作。运算装置1具有断开信号生成部21、脉冲生成部22、监视部23以及信号合成部24。负载3(电动机驱动装置)具有控制装置31、电桥电路32以及电动机33。与实施方式1的不同点在于，将从信号合成部24输出的滤波前信号13作为滤波前反馈信号15输入至监视部23。

即，与实施方式1的不同点在于，本实施方式中的监视部23对作为信号合成部24的输出信号的滤波前反馈信号15进行了观测。关于监视部23对滤波前反馈信号15进行观测的方式，使用后述的监视方式A和监视方式B中的哪一种均可。

监视方式A是一种将滤波前反馈信号15与微型计算机的通用输入端口连接而进行监视的方式。在该方式中，在微型计算机的处理的定时(timing)，能够对滤波前反馈信号15为ON或OFF进行读取。图10表示监视方式A的处理的流程图。运算装置1以恒定周期实施图10所示的流程。首先，运算装置1进行断开信号11的读入(步骤S501)。在断开信号11为OFF的情况下(在步骤S502中为“Yes”的情况下)，结束处理。在断开信号11为ON的情况下(在步骤S502中为“No”的情况下)，从脉冲生成部22输出OFF脉冲(步骤S503)，并且监视部23定期地进行滤波前反馈信号15的读入(步骤S504)，并记录该值。关于从脉冲生成部22输出OFF脉冲的方法(步骤S503)，是与实施方式1相同的，可以使用脉冲输出方式A、脉冲输出方式B、脉冲输出方式C或其他的方式。

在来自脉冲生成部22的OFF脉冲的输出(步骤S503)完成后，对由监视部23进行了读入的滤波前反馈信号15的值进行判定，如果观测到OFF(在步骤S505中为“Yes”的情况下)，则为正常，因此运算装置1直接完成处理。如果没有观测到OFF(在步骤S505中为“No”的情况下)，则运算装置1视作发生了电路异常，输出异常(步骤S506)。

监视方式B是一种将滤波前反馈信号15与微型计算机的时钟计数器连接而进行监视的方法。时钟计数器例如存在于监视部23之中。在该方式中，通过对滤波前反馈信号15的下降沿、或上升沿进行计数，从而能够对一定时间内的OFF脉冲的数量进行计数。图11表示监视方式B的处理的流程图。运算装置1以恒定周期实施图11所示的流程。

首先，运算装置1进行断开信号11的读入(步骤S601)。在断开信号11为OFF的情况下(在步骤S602中为“Yes”的情况下)，结束处理。在断开信号11为ON的情况下(在S602中为“No”的情况下)，将时钟计数器清零(步骤S603)。随后，从脉冲生成部22输出OFF脉冲(步骤S604)。关于从脉冲生成部22输出OFF脉冲的方法(步骤S604)，与实施方式1相同，可以使用脉冲输出方式A、脉冲输出方式B、脉冲输出方式C或其他的方式。同时，对OFF脉冲输出次数进行计数，对其次数是否达到规定次数进行判定(步骤S605)，在未达到的情况下(步骤S605为“No”的情况下)，从脉冲生成部22再次输出OFF脉冲(步骤S604)。

在步骤S605中，在OFF脉冲输出次数达到规定次数的情况下(步骤S605为“Yes”的情况下)，监视部23从时钟计数器读入检测出的OFF脉冲数(步骤S606)。如果检测出的OFF脉冲数和已输出的OFF脉冲数一致(在步骤S607中为“Yes”的情况下)，则为正常，因此运算装置1直接完成处理。在不一致的情况下(在步骤S607中为“No”的情况下)，运算装置1视作发生了电路异常，输出异常(步骤S608)。

在利用监视方式A的情况下，运算装置1必须针对一次OFF脉冲的输出，实施几次以上的滤波前反馈信号15的读入处理(步骤S504)。与此相对，在利用监视方式B的情况下，只要针对规定次数的OFF脉冲输出(步骤S604、S605)，进行一次监视处理(步骤S607)即可，能够将运算装置1的运算资源抑制得较少。反过来说，如果是相同的运算资源，则能够处理更多的OFF脉冲，因此，能够进行更高频率的电路诊断。即，能够将从电路中发生异常至发现该异常为止的时间抑制得较短。

如以上说明所述，本实施方式所涉及的电路异常检测装置具有：断开信号生成部，其输出断开信号；脉冲生成部，其输出测试脉冲；信号合成部，其将断开信号和测试脉冲叠加；滤波电路，其使信号合成部的输出信号延迟；电气设备，其根据滤波电路的输出信号进行导通/断开；以及监视部，其将滤波电路的输出信号反馈而进行监视。监视部对反馈信号因测试脉冲而发生了变化这一情况进行诊断。另外，脉冲生成部能够动态地使测试脉冲的脉冲OFF时间变化。

即，实施方式的电路异常检测装置为了避免由于测试脉冲导致电源断开，设置由RC滤波器等构成的滤波电路，通过滤波电路使测试脉冲延迟而向电动机控制电路等电气设备输入。通过将输入至电气设备的信号反馈而进行观测，从而能够实现在包含滤波电路在内的更大范围内的诊断。另外，对应于作为电力断开信号的输出目标而连接的负载的变动，自动地使测试脉冲的OFF时间进行变动。

由此，能够在更大的范围内且高频率地对在电力断开电路中不存在异常这一情况进行诊断，而不会使电气设备停止。另外，即使在与电力断开电路连接的负载发生变动的情况下、或未知的情况下，也能够进行诊断。

并且，本发明并不限定于上述实施方式，在实施阶段中，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种各样的变形。另外，在上述实施方式中包含有各种阶段的发明，通过公开的多个结构要件中的适当的组合，可以提取出各种各样的发明。例如，即使从实施方式所示的全部结构要件中删除几个结构要件，也能够解决发明内容一栏中所记述的课题，或得到发明效果一栏中所记述的效果，在该情况下，可以作为发明而提取出将上述结构要件删除后的结构。并且，也可以将不同的实施方式中的结构要素适当地进行组合。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的电路异常检测装置适用于对传递电源断开信号的电路的异常进行检测，特别是，适用于对驱动电动机的电桥电路等电动机驱动电路的异常进行检测。

标号的说明

1运算装置，2滤波电路，3负载，11断开信号，12脉冲信号，13滤波前信号，14滤波后信号，15滤波前反馈信号，16滤波后反馈信号，21断开信号生成部，22脉冲生成部，23监视部，24信号合成部，31控制装置，32电桥电路，33电动机。

Claims (5)

1.一种电路异常检测装置，其特征在于，具有：

断开信号生成部，其输出针对基于断开信号使驱动对象的驱动停止的驱动电路的所述断开信号；

脉冲生成部，其具有对脉冲信号为OFF状态的时间进行调整的调整单元，所述脉冲生成部用于生成所述脉冲信号；

信号合成部，其输出所述断开信号和所述脉冲信号的逻辑与；

滤波电路，其将使所述信号合成部的输出信号延迟后的信号作为输出，输入至所述驱动电路；以及

监视部，其基于所述滤波电路的输出电压，对是否发生了电路异常进行判定。

2.一种电路异常检测装置，其特征在于，具有：

断开信号生成部，其输出针对基于断开信号使驱动对象的驱动停止的驱动电路的所述断开信号；

脉冲生成部，其具有对脉冲信号为OFF状态的时间进行调整的调整单元，所述脉冲生成部用于生成所述脉冲信号；

信号合成部，其输出所述断开信号和所述脉冲信号的逻辑与；

滤波电路，其将使所述信号合成部的输出信号延迟后的信号作为输出，输入至所述驱动电路；以及

监视部，其基于所述信号合成部的输出信号，对是否发生了电路异常进行判定。

3.根据权利要求2所述的电路异常检测装置，其特征在于，

所述监视部具有计数器，该计数器对所述信号合成部的输出信号的脉冲的下降沿或上升沿进行计数，该监视部基于所述计数器的值，对是否发生了电路异常进行判定。

4.根据权利要求1、2或3所述的电路异常检测装置，其特征在于，

所述调整单元基于输入至所述驱动电路的PWM信号，对所述脉冲信号为OFF状态的时间进行调整。

5.根据权利要求1、2或3所述的电路异常检测装置，其特征在于，

所述调整单元基于所述滤波电路的输出电压，对所述脉冲信号为OFF状态的时间进行调整。