CN105278328A - 一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路及控制方法，采用第一回路开关电路、第二回路开关电路、第三回路开关电路、输出端电阻、第一指令源、第二指令源及第三指令源建立起三取二冗余开关控制电路。当任一指令源出现恒高或恒低故障输出，或任一开关三极管出现开路或短路故障，或任一开关驱动电阻出现开路或短路故障时；本发明公开的三取二冗余开关控制电路均能够实现不会影响模拟电路的正确开关信号输出。本发明公开的技术方案能够提高模拟电路开关控制的可靠性及安全性。

Description

一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及模拟电路回路的可靠性冗余设计技术领域，具体涉及一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路及控制方法。

背景技术

模拟电路回路开关的冗余控制设计是模拟电路可靠性设计技术领域的一个重要组成部分，冗余设计的输出方式在近年来在各个领域都得到了大量的研究。

传统的模拟电路回路开关控制方法虽然简单易用，原理示意图如图3所示，但是该控制方法存在固有的单点故障模式，如指令源Vx由于故障原因出现恒高电平输出时，回路开关管Q由于发射极与基极无正向电压差，回路开关管Q恒关断，即模拟电路回路恒断开。另外，回路开关管Q由于故障原因出现发射极与集电极开路故障或短路故障，无论指令源Vx如何变化，模拟电路回路将恒断开（开路故障）或恒导通（短路故障）。因此，传统的模拟电路回路开关控制方法由于其自身固有缺陷的存在，一定程度上降低了模拟电路回路开关的可靠性和安全性。因此如何提高模拟电路回路开关的可靠性和安全性成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路及控制方法，采用第一回路开关电路、第二回路开关电路、第三回路开关电路、输出端电阻、第一指令源、第二指令源及第三指令源建立起三取二冗余开关控制电路。当任一指令源出现恒高或恒低故障输出，或任一开关三极管出现开路或短路故障，或任一开关驱动电阻出现开路或短路故障时；本发明公开的三取二冗余开关控制电路均能够实现不会影响模拟电路的正确开关信号输出。本发明公开的技术方案能够提高模拟电路开关控制的可靠性及安全性。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路，其特点是，该开关控制电路包含：

第一回路开关电路，所述第一回路开关电路的输入端与外部电源的输入端连接；

第二回路开关电路，所述第二回路开关电路的输入端与外部电源的输入端连接；

第三回路开关电路，所述第二回路开关电路的输入端与外部电源的输入端连接；

输出端电阻，所述输出端电阻的一端分别与所述第一回路开关电路的输出端、所述第二回路开关电路的输出端、所述第三回路开关电路的输出端连接，该输出端电阻的另一端接地；

第一指令源，分别与所述第一回路开关电路、所述第二回路开关电路连接；

第二指令源，分别与所述第一回路开关电路、所述第三回路开关电路连接；

第三指令源，分别与所述第二回路开关电路、所述第三回路开关电路连接。

所述第一回路开关电路包含：

第一开关三极管，所述第一开关三极管的发射极与外部电源的输入端连接；

第二开关三极管，所述第二开关三极管的发射极与所述第一开关三极管的集电极连接，该第二开关三极管的集电极与所述输出端电阻连接；

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一开关三极管的基极连接，该第一电阻的另一端与所述第一指令源连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第二开关三极管的基极连接，该第二电阻的另一端与所述第二指令源连接。

所述第二回路开关电路包含：

第三开关三极管，所述第三开关三极管的发射极与外部电源的输入端连接；

第四开关三极管，所述第四开关三极管的发射极与所述第三开关三极管的集电极连接，该第四开关三极管的集电极与所述输出端电阻连接；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第三开关三极管的基极连接，该第三电阻的另一端与所述第一指令源连接；

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第四开关三极管的基极连接，该第四电阻的另一端与所述第三指令源连接。

所述第三回路开关电路包含：

第五开关三极管，所述第五开关三极管的发射极与外部电源的输入端连接；

第六开关三极管，所述第六开关三极管的发射极与所述第五开关三极管的集电极连接，该第六开关三极管的集电极与所述输出端电阻连接；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第五开关三极管的基极连接，该第五电阻的另一端与所述第二指令源连接；

第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第四开关三极管的基极连接，该第六电阻的另一端与所述第三指令源连接。

一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的开关控制方法，其特点是，该开关控制方法包含：

S1，控制第一指令源、第二指令源及第三指令源中任意两个指令源同时设置为低电平信号输出，另外一个指令源设置为高电平信号输出；

S2，当任意两个指令源同时向对应的回路开关电路输入低电平信号后，对应回路开关电路中对应的开关三极管的发射极与其基极形成正向电压差，使得上述开关三极管处于导通状态；

S3，经所述步骤S2处理后，其中仅有一个回路开关电路处于导通状态。

所述步骤S1包含：

S1A，控制所述第一指令源、所述第二指令源同时为低电平信号输出，所述第三指令源设置为高电平信号输出；跳转至步骤S2；

S1B，控制所述第一指令源、所述第三指令源同时为低电平信号输出，所述第二指令源设置为高电平信号输出；跳转至步骤S2；

S1C，控制所述第二指令源、所述第三指令源同时为低电平信号输出，所述第一指令源设置为高电平信号输出；跳转至步骤S2。

所述步骤S2包含：

S2A，当所述第一指令源、所述第二指令源同时为低电平信号输出，所述第三指令源设置为高电平信号输出时；该第一指令源通过第一电阻连接的第一开关三极管的发射极与其基极有正向电压差，该第二指令源通过第二电阻连接的第二开关三极管的发射极与其基极有正向电压差；跳转至步骤S3；

S2B，当所述第一指令源、所述第三指令源同时为低电平信号输出，所述第二指令源设置为高电平信号输出时；该第一指令源通过第三电阻连接的第三开关三极管的发射极与其基极有正向电压差，该第三指令源通过第四电阻连接的第四开关三极管的发射极与其基极有正向电压差；跳转至步骤S3；

S2C，当所述第二指令源、所述第三指令源同时为低电平信号输出，所述第一指令源设置为高电平信号输出时；该第二指令源通过第五电阻连接的第五开关三极管的发射极与其基极有正向电压差，该第三指令源通过第六电阻连接的第六开关三极管的发射极与其基极有正向电压差；跳转至步骤S3。

所述步骤S3包含：

S3A，当所述第一开关三极管与所述第二开关三极管均处于导通状态时，所述第一回路开关电路处于导通状态，所述第二回路开关电路、第三回路开关电路均处于断开状态，结束；

S3B，当所述第三开关三极管与所述第四开关三极管均处于导通状态时，所述第二回路开关电路处于导通状态，所述第一回路开关电路、第三回路开关电路均处于断开状态，结束；

S3C，当所述第五开关三极管与所述第六开关三极管均处于导通状态时，所述第三回路开关电路处于导通状态，所述第一回路开关电路、第二回路开关电路均处于断开状态。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明公开了一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路及控制方法，采用第一回路开关电路、第二回路开关电路、第三回路开关电路、输出端电阻、第一指令源、第二指令源及第三指令源建立起三取二冗余开关控制电路。当任一指令源出现恒高或恒低故障输出，或任一开关三极管出现开路或短路故障，或任一开关驱动电阻出现开路或短路故障时；本发明公开的三取二冗余开关控制电路均能够实现不会影响模拟电路的正确开关信号输出。本发明公开的技术方案能够提高模拟电路开关控制的可靠性及安全性。本发明公开的用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的开关控制方法具有结构简单、使用器件少、成本低、可靠性高等优点。

附图说明

图1为本发明一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的整体电路图。

图2为本发明一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的开关控制方法的整体流程示意图。

图3为本发明一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的现有技术示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路，该开关控制电路包含：第一回路开关电路I1、第二回路开关电路I2、第三回路开关电路I3、输出端电阻R0、第一指令源V1、第二指令源V2及第三指令源V3。

其中，第一回路开关电路I1的输入端与外部电源U的输入端连接；第二回路开关电路I2的输入端与外部电源U的输入端连接；第三回路开关电路I3的输入端与外部电源U的输入端连接。

输出端电阻R0的一端分别与第一回路开关电路I1的输出端、第二回路开关电路I2的输出端、第三回路开关电路I3的输出端连接，该输出端电阻R0的另一端接地。

第一指令源V1分别与第一回路开关电路I1、第二回路开关电路I2连接；第二指令源V2分别与第一回路开关电路I1、第三回路开关电路I3连接；第三指令源V3分别与第二回路开关电路I2、第三回路开关电路I3连接。

本发明中，外部电源U与模拟电路开关的输入端连接。

如图1所示，第一回路开关电路I1包含：第一开关三极管Q1、第二开关三极管Q2、第一电阻R1及第二电阻R2。

其中，第一开关三极管Q1的发射极与外部电源U的输入端连接；第二开关三极管Q2的发射极与第一开关三极管Q1的集电极连接，该第二开关三极管Q2的集电极与输出端电阻R0连接。

第一电阻R1的一端与第一开关三极管Q1的基极连接，该第一电阻R1的另一端与第一指令源V1连接；第二电阻R2的一端与第二开关三极管Q2的基极连接，该第二电阻R2的另一端与第二指令源V2连接。

如图1所示，第二回路开关电路I2包含：第三开关三极管Q3、第四开关三极管Q4、第三电阻R3、第四电阻R4。

其中，第三开关三极管Q3的发射极与外部电源U的输入端连接；第四开关三极管Q4的发射极与第三开关三极管Q3的集电极连接，该第四开关三极管Q4的集电极与输出端电阻R0连接。

第三电阻R3的一端与第三开关三极管Q3的基极连接，该第三电阻R3的另一端与第一指令源V1连接；第四电阻R4的一端与第四开关三极管Q4的基极连接，该第四电阻R4的另一端与第三指令源V3连接。

如图1所示，第三回路开关电路I3包含：第五开关三极管Q5、第六开关三极管Q6、第五电阻R5及第六电阻R6。

其中，第五开关三极管Q5的发射极与外部电源U的输入端连接；第六开关三极管Q6的发射极与第五开关三极管Q5的集电极连接，该第六开关三极管Q6的集电极与输出端电阻R0连接。

第五电阻R5的一端与第五开关三极管Q5的基极连接，该第五电阻R5的另一端与第二指令源V2连接；第六电阻R6的一端与第四开关三极管Q4的基极连接，该第六电阻R6的另一端与第三指令源V3连接。

本发明中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6均为开关驱动电阻。

如图2所示，一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的开关控制方法，该开关控制方法包含：

S1，控制第一指令源V1、第二指令源V2及第三指令源V3中任意两个指令源同时设置为低电平信号输出，另外一个指令源设置为高电平信号输出。

S2，当任意两个指令源同时向对应的回路开关电路输入低电平信号后，对应回路开关电路中对应的开关三极管的发射极与其基极形成正向电压差，使得上述开关三极管处于导通状态。

S3，经步骤S2处理后，其中仅有一个回路开关电路处于导通状态。

实施例一：

S1A，控制第一指令源V1、第二指令源V2同时为低电平信号输出，第三指令源V3设置为高电平信号输出。

S2A，当第一指令源V1、第二指令源V2同时为低电平信号输出，第三指令源V3设置为高电平信号输出时；该第一指令源V1通过第一电阻R1连接的第一开关三极管Q1的发射极与其基极有正向电压差，该第二指令源V2通过第二电阻R2连接的第二开关三极管Q2的发射极与其基极有正向电压差。

S3A，当第一开关三极管Q1与第二开关三极管Q2均处于导通状态时，第一回路开关电路I1处于导通状态，第二回路开关电路I2、第三回路开关电路I3均处于断开状态，结束。

本实施例中，当第一指令源V1、第二指令源V2同时为低电平信号输出，第三指令源V3设置为高电平信号输出时，使得第一开关三极管Q1与第二开关三极管Q2处于导通状态，第三开关三极管Q3处于导通状态、第四开关三极管Q4处于断开状态、第五开关三极管Q5处于导通状态及第六开关三极管Q6处于断开状态，也即仅有第一回路开关电路I1处于导通状态。也即输出端输出的电流为第一回路开关电路I1输出的电流。

实施例二：

S1B，控制第一指令源V1、第三指令源V3同时为低电平信号输出，第二指令源V2设置为高电平信号输出。

S2B，当第一指令源V1、第三指令源V3同时为低电平信号输出，第二指令源V2设置为高电平信号输出时；该第一指令源V1通过第三电阻R3连接的第三开关三极管Q3的发射极与其基极有正向电压差，该第三指令源V3通过第四电阻R4连接的第四开关三极管Q4的发射极与其基极有正向电压差。

S3B，当第三开关三极管Q3与第四开关三极管Q4均处于导通状态时，第二回路开关电路I2处于导通状态，第一回路开关电路I1、第三回路开关电路I3均处于断开状态，结束。

本实施例中，当第一指令源V1、第三指令源V3同时为低电平信号输出，第二指令源V2设置为高电平信号输出时，使得第三开关三极管Q3与第四开关三极管Q4处于导通状态，第一开关三极管Q1处于导通状态、第二开关三极管Q2处于断开状态、第五开关三极管Q5处于断开状态及第六开关三极管Q6处于导通状态，也即仅有第二回路开关电路I2处于导通状态。也即输出端输出的电流为第二回路开关电路I2输出的电流。

实施例三：

S1C，控制第二指令源V2、第三指令源V3同时为低电平信号输出，第一指令源V1设置为高电平信号输出。

S2C，当第二指令源V2、第三指令源V3同时为低电平信号输出，第一指令源V1设置为高电平信号输出时；该第二指令源V2通过第五电阻R5连接的第五开关三极管Q5的发射极与其基极有正向电压差，该第三指令源V3通过第六电阻R6连接的第六开关三极管Q6的发射极与其基极有正向电压差。

S3C，当第五开关三极管Q5与第六开关三极管Q6均处于导通状态时，第三回路开关电路I3处于导通状态，第一回路开关电路I1、第二回路开关电路I2均处于断开状态。

本实施例中，当第二指令源V2、第三指令源V3同时为低电平信号输出，第一指令源V1设置为高电平信号输出时，使得第五开关三极管Q5与第六开关三极管Q6处于导通状态，第一开关三极管Q1处于断开状态、第二开关三极管Q2处于导通状态、第三开关三极管Q3处于断开状态及第四开关三极管Q4处于导通状态，也即仅有第三回路开关电路I3处于导通状态。也即输出端输出的电流为第三回路开关电路I3输出的电流。

根据以上叙述，本发明公开的一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路及控制方法，可以对模拟电路进行可靠开关。在其中任意一个指令源出现恒高或恒低故障输出或者任意一个开关管出现开路或短路故障或者任意一个开关驱动电阻出现开路或短路故障时，三取二冗余控制方法可以在其中任意单一故障的出现后，均不会影响模拟电路的正确开关输出。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路，其特征在于，该开关控制电路包含：

第一回路开关电路，所述第一回路开关电路的输入端与外部电源的输入端连接；

第二回路开关电路，所述第二回路开关电路的输入端与外部电源的输入端连接；

第三回路开关电路，所述第三回路开关电路的输入端与外部电源的输入端连接；

输出端电阻，所述输出端电阻的一端分别与所述第一回路开关电路的输出端、所述第二回路开关电路的输出端、所述第三回路开关电路的输出端连接，该输出端电阻的另一端接地；

第一指令源，分别与所述第一回路开关电路、所述第二回路开关电路连接；

第二指令源，分别与所述第一回路开关电路、所述第三回路开关电路连接；

第三指令源，分别与所述第二回路开关电路、所述第三回路开关电路连接。

2.如权利要求1所述的用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路，其特征在于，所述第一回路开关电路包含：

第一开关三极管，所述第一开关三极管的发射极与外部电源的输入端连接；

第二开关三极管，所述第二开关三极管的发射极与所述第一开关三极管的集电极连接，该第二开关三极管的集电极与所述输出端电阻连接；

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一开关三极管的基极连接，该第一电阻的另一端与所述第一指令源连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第二开关三极管的基极连接，该第二电阻的另一端与所述第二指令源连接。

3.如权利要求1所述的用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路，其特征在于，所述第二回路开关电路包含：

第三开关三极管，所述第三开关三极管的发射极与外部电源的输入端连接；

第四开关三极管，所述第四开关三极管的发射极与所述第三开关三极管的集电极连接，该第四开关三极管的集电极与所述输出端电阻连接；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第三开关三极管的基极连接，该第三电阻的另一端与所述第一指令源连接；

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第四开关三极管的基极连接，该第四电阻的另一端与所述第三指令源连接。

4.如权利要求1所述的用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路，其特征在于，所述第三回路开关电路包含：

第五开关三极管，所述第五开关三极管的发射极与外部电源的输入端连接；

第六开关三极管，所述第六开关三极管的发射极与所述第五开关三极管的集电极连接，该第六开关三极管的集电极与所述输出端电阻连接；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第五开关三极管的基极连接，该第五电阻的另一端与所述第二指令源连接；

第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第四开关三极管的基极连接，该第六电阻的另一端与所述第三指令源连接。

5.一种用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的开关控制方法，其特征在于，该开关控制方法包含：

S1，控制第一指令源、第二指令源及第三指令源中任意两个指令源同时设置为低电平信号输出，另外一个指令源设置为高电平信号输出；

S2，当任意两个指令源同时向对应的回路开关电路输入低电平信号后，对应回路开关电路中对应的开关三极管的发射极与其基极形成正向电压差，使得上述开关三极管处于导通状态；

S3，经所述步骤S2处理后，其中仅有一个回路开关电路处于导通状态。

6.如权利要求5所述的用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的开关控制方法，其特征在于，所述步骤S1包含：

S1A，控制所述第一指令源、所述第二指令源同时为低电平信号输出，所述第三指令源设置为高电平信号输出；跳转至步骤S2；

S1B，控制所述第一指令源、所述第三指令源同时为低电平信号输出，所述第二指令源设置为高电平信号输出；跳转至步骤S2；

S1C，控制所述第二指令源、所述第三指令源同时为低电平信号输出，所述第一指令源设置为高电平信号输出；跳转至步骤S2。

7.如权利要求6所述的用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的开关控制方法，其特征在于，所述步骤S2包含：

S2A，当所述第一指令源、所述第二指令源同时为低电平信号输出，所述第三指令源设置为高电平信号输出时；该第一指令源通过第一电阻连接的第一开关三极管的发射极与其基极有正向电压差，该第二指令源通过第二电阻连接的第二开关三极管的发射极与其基极有正向电压差；跳转至步骤S3；

S2B，当所述第一指令源、所述第三指令源同时为低电平信号输出，所述第二指令源设置为高电平信号输出时；该第一指令源通过第三电阻连接的第三开关三极管的发射极与其基极有正向电压差，该第三指令源通过第四电阻连接的第四开关三极管的发射极与其基极有正向电压差；跳转至步骤S3；

S2C，当所述第二指令源、所述第三指令源同时为低电平信号输出，所述第一指令源设置为高电平信号输出时；该第二指令源通过第五电阻连接的第五开关三极管的发射极与其基极有正向电压差，该第三指令源通过第六电阻连接的第六开关三极管的发射极与其基极有正向电压差；跳转至步骤S3。

8.如权利要求7所述的用于模拟电路的三取二冗余开关控制电路的开关控制方法，其特征在于，所述步骤S3包含：

S3A，当所述第一开关三极管与所述第二开关三极管均处于导通状态时，所述第一回路开关电路处于导通状态，所述第二回路开关电路、第三回路开关电路均处于断开状态，结束；

S3B，当所述第三开关三极管与所述第四开关三极管均处于导通状态时，所述第二回路开关电路处于导通状态，所述第一回路开关电路、第三回路开关电路均处于断开状态，结束；

S3C，当所述第五开关三极管与所述第六开关三极管均处于导通状态时，所述第三回路开关电路处于导通状态，所述第一回路开关电路、第二回路开关电路均处于断开状态。