CN105302025B - 安全输出模块 - Google Patents

安全输出模块 Download PDF

Info

Publication number
CN105302025B
CN105302025B CN201510782607.4A CN201510782607A CN105302025B CN 105302025 B CN105302025 B CN 105302025B CN 201510782607 A CN201510782607 A CN 201510782607A CN 105302025 B CN105302025 B CN 105302025B
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistance
output
triode
circuit
tunnel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510782607.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105302025A (zh
Inventor
周飞
张亮
国勇
周永斌
耿炜廷
纪璐
郭艳肖
赵丽丽
蔡卫娜
许良
吴尽
辛春娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GUAN XINTONG SIGNAL TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
GUAN XINTONG SIGNAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GUAN XINTONG SIGNAL TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical GUAN XINTONG SIGNAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201510782607.4A priority Critical patent/CN105302025B/zh
Publication of CN105302025A publication Critical patent/CN105302025A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105302025B publication Critical patent/CN105302025B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G05B19/0425—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25314—Modular structure, modules

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种安全输出模块，涉及二取二平台硬件表决部分的设备或装置技术领域。包括前级预处理电路、中间级表决电路和末级输出及回检电路，所述前级预处理电路的输入端接状态方波信号，所述前级预处理电路的输出端输出互相独立的直流电源后与中间级表决电路的输入端连接，中间级表决电路的输出端输出脉冲信号后与末级输出及回检电路的输入端连接，末级输出及回检电路的反馈输出端与中间级表决电路的反馈输入端连接，所述末级输出及回检电路的输出端设有三个，分别为电压回读输出端、电流回读输出端和电压输出端。所述模块用于安全平台的硬件表决部分，具有输出稳定、准确、安全性高的特点。

Description

安全输出模块
技术领域
本发明涉及二取二平台硬件表决部分的设备或装置技术领域，尤其涉及一种安全输出模块。
背景技术
安全平台是各个工业领域重要的平台之一，包括二乘二取二、三取二和二取二平台等系统，而安全输出模块装置则可作为各大安全平台的核心表决部件和输出部件。作为第三方裁决装置，安全输出模块通过纯硬件电路的思路实现平台系统的安全功能，即通过安全输出模块装置的“故障——安全”原则保障安全系统能满足“故障——安全”原则。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种安全输出模块，用于安全平台的硬件表决部分，具有输出稳定、准确、安全性高的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种安全输出模块，其特征在于：包括前级预处理电路、中间级表决电路和末级输出及回检电路，所述前级预处理电路的输入端接状态方波信号，所述前级预处理电路的输出端输出互相独立的直流电源后与中间级表决电路的输入端连接，中间级表决电路的输出端输出脉冲信号后与末级输出及回检电路的输入端连接，末级输出及回检电路的反馈输出端与中间级表决电路的反馈输入端连接，所述末级输出及回检电路的输出端设有三个，分别为电压回读输出端、电流回读输出端和电压输出端。
进一步的技术方案在于：所述前级预处理电路的输入端分别接具有特定频率和幅值的两路方波信号，输出三路相互独立的直流电源。
进一步的技术方案在于：所述中间级表决电路通过前级预处理电路提供的相互独立的直流电源激发振荡，输出占空比一定、频率和幅值满足要求的脉冲信号，所述脉冲信号是在前级预处理电路输入的动态方波均成立且通过前级预处理电路输出正常的直流电源的情况下才振荡输出方波。
进一步的技术方案在于：所述中间级表决电路通过独立的供电端口进行供电。
进一步的技术方案在于：所述末级输出及回检电路，通过中间级表决电路输出满足要求的脉冲信号激发振荡传输能量，并反馈实时控制保证输出电压，形成稳定的直流电源输出。
进一步的技术方案在于：所述前级预处理电路包括两个子前级预处理电路，其中第一子前级预处理电路包括电容1C1A，电容1C1A的一端为所述前级预处理电路的一个输入端，接方波信号，电容1C1A的另一端分为两路，第一路接三极管1Q1A的基极，第二路经电阻1R1A接地；三极管1Q1A的集电极第一路接电源，第二路经电容1C2A接地；三极管1Q1A的发射极第一路经电阻1R2A接地，第二路经电阻1R3A接光耦1K1A输入端的正极，光耦1K1A输入端的负极接地；光耦的一个输出端接电源，另一个输出端分为两路，第一路经电阻1R4A接地，第二路经电阻1R5A接三极管1Q2A的基极；三极管1Q2A的集电极接电源，三极管1Q2A发射极经电阻1R6A后分为两路，其中第一路与MOS管1Q3A的栅极连接，第二路经电阻1R7A接地；MOS管1Q3A的源极接地，MOS管1Q3A的漏极与脉冲变压器1T1A的一个初级输入端连接，脉冲变压器1T1A的另一个初级输入端接电源，脉冲变压器1T1A的一个次级输出端接地，脉冲变压器1T1A的另一个次级输出端经电阻1R8A与二极管1D1A的正极连接，二极管1D1A的负极为所述前级预处理电路的第一个输出端，输出第一路直流电源，反向二极管1D2A和滤波电容1C3A并联在所述子前级预处理电路的输出端上。
进一步的技术方案在于：所述前级预处理电路包括两个子前级预处理电路，其中第二子前级预处理电路包括电容1C1B，电容1C1B的一端为所述前级预处理电路的一个输入端，接方波信号，电容1C1B的另一端分为两路，第一路接三极管1Q1B的基极，第二路经电阻1R1B接地；三极管1Q1B的集电极第一路接电源，第二路经电容1C2B接地；三极管1Q1B的发射极第一路经电阻1R2B接地，第二路经电阻1R3B接光耦1K1B输入端的正极，光耦1K1B输入端的负极接地；光耦的一个输出端接电源，另一个输出端分为两路，第一路经电阻1R4B接地，第二路经电阻1R5B接三极管1Q2B的基极；三极管1Q2B的集电极接电源，三极管1Q2B发射极经电阻1R6B后分为两路，其中第一路与MOS管1Q3B的栅极连接，第二路经电阻1R7B接地；MOS管1Q3B的源极接地，MOS管1Q3B的漏极与脉冲变压器1T1B的一个初级输入端连接，脉冲变压器1T1B的另一个初级输入端接电源，脉冲变压器1T1B设有两个次级线圈，其中第一个次级线圈的一个输出端接地，另一个输出端经电阻1R8B与二极管1D1B的正极连接，二极管1D1B的负极为所述前级预处理电路的第二个输出端，输出第二路直流电源，反向二极管1D2B和滤波电容1C3B并联在第二个输出端上；第二个次级线圈的一个输出端接地，另一个输出端经电阻1R8C与二极管1D1C的正极连接，二极管1D1C的负极为所述前级预处理电路的第三个输出端，输出第三路直流电源，反向二极管1D2C和滤波电容1C3C并联在第三个输出端上。
进一步的技术方案在于：所述中间级表决电路包括电阻2R1A，电阻2R1A的一端和电阻2R2A的一端合并后接前级预处理电路的第一路直流电源输出端，电阻2R1A的另一端接三极管2Q1B的基极，电阻2R2A的另一端分为三路，第一路与电阻2R4的一端连接，第二路与三极管2Q1A的集电极连接，第三路经电容2C1A与三极管2Q1B的基极连接；
电阻2R1B的一端和电阻2R2B的一端合并后接前级预处理电路的第二路直流电源输出端，电阻2R1B的另一端接三极管2Q1B的集电极，电阻2R2B的另一端分为两路，第一路依次经电容2C1B和电阻2R3后接地，第二路与三极管2Q1A的基极连接，三极管2Q1A和三极管2Q1B的发射极接地；
三极管2Q2的集电极接前级预处理电路的第三路直流电源输出端，电阻2R4的另一端经电容2C2分别与三极管2Q2、三极管2Q3的基极连接，三极管2Q2的发射极分为两路，第一路与电阻2R5的一端连接，第二路与三极管2Q3的发射极连接，三极管2Q3的集电极接地；电阻2R5的另一端分为两路，第一路经电阻2R6接地，第二路与MOS管2Q4的栅极连接，MOS管2Q4的源极接地，电阻2R4与电容2C2的结点为所述中间级表决电路的反馈输入端；
电阻2R8的一端接电源，另一端分为三路，第一路与脉冲变压器2T1的一个初级输入端连接，第二路依次经电阻2R7、反向二极管2D1与脉冲变压器2T1的另一个初级输入端连接，第三路经电容2C3接电阻2R7与二极管2D1的结点，MOS管2Q4的栅极接二极管2D1与脉冲变压器2T1的结点，脉冲变压器2T1次级的一端接地，另一端依次经二极管2D7、电阻2R9与二极管2D6的正极连接，二极管2D6的负极为所述中间级表决电路的输出端，电容2E1的一端接地，另一端接二极管2D7与电阻2R9的结点，反向二极管2D5并联在所述中间级表决电路的输出端，所述二极管2D7与电阻2R9的结点为回读检查端口。
进一步的技术方案在于：所述末级输出及回检电路的输入端分为四路，第一路与三极管3Q2的发射极连接，第二路经电阻3R5与三极管3Q6的发射极连接，第三路与三极管3Q3的集电极连接，第四路经电阻3R6分别与三极管3Q3的基极以及三极管3Q4的集电极连接；三极管3Q3的发射极分为两路，第一路与三极管3Q4的基极连接，第二路依次经电阻3R7、电阻3R8与光耦3K2的正极输入端连接，光耦3K2的负极输入端接地，光耦3K2的发射极输出端接地，光耦3K2的集电极输出端分为两路，第一路经电阻3R12接电源，第二路为所述末级输出及回检电路的电压回读输出端，三极管3Q6的集电极经电阻3R9与光耦3K4的正极输入端连接，光耦3K4的负极输入端接地，光耦3K4的发射极输出端接地，光耦3K4的集电极输出端分为两路，第一路经电阻3R13接电源，第二路为所述末级输出及回检电路的电流回读输出端；
三极管3Q6的基极经电阻3R11后分为两路，第一路经电阻3R10接地，第二路经二极管3D2后分为两路，其中第一路经电阻3R4接三极管3Q2的基极，第二路为所述末级输出及回检电路的电压输出端，三极管3Q2的集电极经电阻3R3与光耦3K1输入端的正极连接，光耦3K1输入端的负极接地，光耦3K1的发射极输出端接地，光耦3K1的集电极输出端分为三路，第一路经电阻3R2接电源，第二路接MOS管3Q1的栅极，第三路经电阻3R1后分别与地和MOS管3Q1的源极连接，MOS管3Q1的漏极为所述末级输出及回检电路的反馈输出端。
进一步的技术方案在于：三极管3Q2的集电极与发射极之间设有二极管3D1。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该安全输出模块共分为三级，本级能够正常工作的前提是上一级(或初始状态)正常工作，其输出又是下一级(或最终输出)正常工作的条件，各级之间互锁，满足安全要求；安全输出模块装置各级中任何元器件损坏都将导致输出发生变化，使无法满足下一级所需条件，使故障导向安全。
安全输出模块装置的第一级为前级预处理电路，通过两系处理器系统输出的特定频率和幅值的两路方波信号输出三路互相独立的直流电源，其幅值满足设计要求。
安全输出模块的第二级为为中间级表决电路，通过前级提供的三路相互独立的直流电源激发振荡，输出占空比一定、频率和幅值满足要求的脉冲信号。脉冲信号是在两系处理器系统输入的动态方波均成立且通过前级电路输出正常的直流电源的情况下才振荡输出方波。
安全输出模块的第三级为末级输出及回检电路，通过满足要求的脉冲信号激发振荡传输能量，反馈实时控制保证输出电压，从而形成稳定的直流电源输出，后级电路还具备输出短路保护功能和输出电压、电流回读功能。
附图说明
图1是本发明所述安全输出模块的原理框图；
图2是本发明中前级预处理电路的原理图；
图3是本发明中中间级表决电路的原理图；
图4是本发明中末级输出及回检电路的原理图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明公开了一种安全输出模块，包括前级预处理电路、中间级表决电路和末级输出及回检电路，所述前级预处理电路的输入端接状态方波信号，所述前级预处理电路的输出端输出互相独立的直流电源后与中间级表决电路的输入端连接，中间级表决电路的输出端输出脉冲信号后与末级输出及回检电路的输入端连接，末级输出及回检电路的反馈输出端与中间级表决电路的反馈输入端连接，所述末级输出及回检电路的输出端设有三个，分别为电压回读输出端、电流回读输出端和电压输出端。
该安全输出模块共分为三级，本级能够正常工作的前提是上一级(或初始状态)正常工作，其输出又是下一级(或最终输出)正常工作的条件，各级之间互锁，满足安全要求；安全输出模块装置各级中任何元器件损坏都将导致输出发生变化，使无法满足下一级所需条件，使故障导向安全。
安全输出模块装置的第一级为前级预处理电路，通过两系处理器系统输出的特定频率和幅值的两路方波信号输出三路互相独立的直流电源，其幅值满足设计要求。
如图2所示为前级预处理电路的原理图，具体的，所述前级预处理电路包括两个子前级预处理电路，其中第一子前级预处理电路包括电容1C1A，电容1C1A的一端为所述前级预处理电路的一个输入端，接方波信号，电容1C1A的另一端分为两路，第一路接三极管1Q1A的基极，第二路经电阻1R1A接地；三极管1Q1A的集电极第一路接电源，第二路经电容1C2A接地；三极管1Q1A的发射极第一路经电阻1R2A接地，第二路经电阻1R3A接光耦1K1A输入端的正极，光耦1K1A输入端的负极接地；光耦的一个输出端接电源，另一个输出端分为两路，第一路经电阻1R4A接地，第二路经电阻1R5A接三极管1Q2A的基极；三极管1Q2A的集电极接电源，三极管1Q2A发射极经电阻1R6A后分为两路，其中第一路与MOS管1Q3A的栅极连接，第二路经电阻1R7A接地；MOS管1Q3A的源极接地，MOS管1Q3A的漏极与脉冲变压器1T1A的一个初级输入端连接，脉冲变压器1T1A的另一个初级输入端接电源，脉冲变压器1T1A的一个次级输出端接地，脉冲变压器1T1A的另一个次级输出端经电阻1R8A与二极管1D1A的正极连接，二极管1D1A的负极为所述前级预处理电路的第一个输出端，输出第一路直流电源，反向二极管1D2A和滤波电容1C3A并联在所述子前级预处理电路的输出端上。
所述前级预处理电路包括两个子前级预处理电路，其中第二子前级预处理电路包括电容1C1B，电容1C1B的一端为所述前级预处理电路的一个输入端，接方波信号，电容1C1B的另一端分为两路，第一路接三极管1Q1B的基极，第二路经电阻1R1B接地；三极管1Q1B的集电极第一路接电源，第二路经电容1C2B接地；三极管1Q1B的发射极第一路经电阻1R2B接地，第二路经电阻1R3B接光耦1K1B输入端的正极，光耦1K1B输入端的负极接地；光耦的一个输出端接电源，另一个输出端分为两路，第一路经电阻1R4B接地，第二路经电阻1R5B接三极管1Q2B的基极；三极管1Q2B的集电极接电源，三极管1Q2B发射极经电阻1R6B后分为两路，其中第一路与MOS管1Q3B的栅极连接，第二路经电阻1R7B接地；MOS管1Q3B的源极接地，MOS管1Q3B的漏极与脉冲变压器1T1B的一个初级输入端连接，脉冲变压器1T1B的另一个初级输入端接电源，脉冲变压器1T1B设有两个次级线圈，其中第一个次级线圈的一个输出端接地，另一个输出端经电阻1R8B与二极管1D1B的正极连接，二极管1D1B的负极为所述前级预处理电路的第二个输出端，输出第二路直流电源，反向二极管1D2B和滤波电容1C3B并联在第二个输出端上；第二个次级线圈的一个输出端接地，另一个输出端经电阻1R8C与二极管1D1C的正极连接，二极管1D1C的负极为所述前级预处理电路的第三个输出端，输出第三路直流电源，反向二极管1D2C和滤波电容1C3C并联在第三个输出端上。
电路输入两路独立的100Hz方波信号，方波幅值3.3V。由电容1C1A和电容1C1B分别耦合给三极管1Q1A和1Q1B，通过对电容的充放电使三极管导通截止，光耦1K1A和1K1B也随之导通截止。当光耦导通时，1Q2A和1Q2B也导通，从而驱动MOS管1Q3A和1Q3B导通，脉冲变压器1T1A和1T1B初级线圈构成回路，通过前级对脉冲变压器的不断作用，使次级线圈输出额定的电压。通过二极管1D1A、1D1B和1D1C以及对应的三个电容1C3A、1C3B和1C3C电路整流滤波后获得三路直流电源，电源电压分别为16V、13V和12V。
如果电路输入固定的高电平或固定的低电平，电路将不会产生三路直流电源输出。二极管1D2A、二极管1D2B、二极管1D2C为稳压管，用于消除次级较高的尖峰电压。该部分电路任何一个故障的发生都会导致上述过程不能顺利进行，从而切断开关电源的输出，不会导致继电器错误吸起。
安全输出模块的第二级为为中间级表决电路，通过前级提供的三路相互独立的直流电源激发振荡，输出占空比一定、频率和幅值满足要求的脉冲信号。脉冲信号是在两系处理器系统输入的动态方波均成立且通过前级电路输出正常的直流电源的情况下才振荡输出方波。此外，所述中间级表决电路通过独立的供电端口进行供电。
如图3所示为中间级表决电路的原理图，具体的，所述中间级表决电路包括电阻2R1A，电阻2R1A的一端和电阻2R2A的一端合并后接前级预处理电路的第一路直流电源输出端，电阻2R1A的另一端接三极管2Q1B的基极，电阻2R2A的另一端分为三路，第一路与电阻2R4的一端连接，第二路与三极管2Q1A的集电极连接，第三路经电容2C1A与三极管2Q1B的基极连接；
电阻2R1B的一端和电阻2R2B的一端合并后接前级预处理电路的第二路直流电源输出端，电阻2R1B的另一端接三极管2Q1B的集电极，电阻2R2B的另一端分为两路，第一路依次经电容2C1B和电阻2R3后接地，第二路与三极管2Q1A的基极连接，三极管2Q1A和三极管2Q1B的发射极接地；
三极管2Q2的集电极接前级预处理电路的第三路直流电源输出端，电阻2R4的另一端经电容2C2分别与三极管2Q2、三极管2Q3的基极连接，三极管2Q2的发射极分为两路，第一路与电阻2R5的一端连接，第二路与三极管2Q3的发射极连接，三极管2Q3的集电极接地；电阻2R5的另一端分为两路，第一路经电阻2R6接地，第二路与MOS管2Q4的栅极连接，MOS管2Q4的源极接地，电阻2R4与电容2C2的结点为所述中间级表决电路的反馈输入端；
电阻2R8的一端接电源，另一端分为三路，第一路与脉冲变压器2T1的一个初级输入端连接，第二路依次经电阻2R7、反向二极管2D1与脉冲变压器2T1的另一个初级输入端连接，第三路经电容2C3接电阻2R7与二极管2D1的结点，MOS管2Q4的栅极接二极管2D1与脉冲变压器2T1的结点，脉冲变压器2T1次级的一端接地，另一端依次经二极管2D7、电阻2R9与二极管2D6的正极连接，二极管2D6的负极为所述中间级表决电路的输出端，电容2E1的一端接地，另一端接二极管2D7与电阻2R9的结点，反向二极管2D5并联在所述中间级表决电路的输出端，所述二极管2D7与电阻2R9的结点为回读检查端口。
安全输出模块的中间级表决电路主要包括自激多谐振荡器电路、脉冲变压器输出电路和驱动电路三部分，以实现输出模块装置的核心表决和输出功能。
前级输出三路直流电源后，2Q1A和2Q1B两个三极管不可能同时导通，将有一个会提前导通。现设三极管2Q1A导通优先于三极管2Q1B，这样电阻2R2B为三极管2Q1A基极提供基极电流，其集电极电压下降，下降的电压经过电容2C1A加到三极管2Q1B基极，使三极管2Q1B基极电压下降，其集电极电压上升，上升的电压经过电容2C1B加到三极管2Q1A基极，使三极管2Q1A基极电流更大，形成正反馈。正反馈很快使三极管2Q1A饱和导通、三极管2Q1B截止，自激电路输出低电平此时电容2C1A和电容2C1B两端的电压不能发生突变。但经过一段时间后，因三极管2Q1A饱和导通，构成了对电容2C1A的充电回路，使三极管2Q1B基极电压升高，三极管2Q1B从截止状态转为饱和导通状态，自激振荡电路输出高电平。电容2C1A的充电时间长短决定了三极管2Q1A集电极为低电平的时间长短，即决定了三极管2Q1A振荡电路输出的低电平脉冲宽度。电容2C1A的充电时间长短决定了三极管2Q1B集电极输出低电平的时间的长短，即三极管2Q1B集电极输出低电平脉冲的宽度，电路中电阻2R3为平衡电阻。
上述过程的前提是前级预处理电路能输出正常的第一路电源和第二路电源；而自身任何一个器件故障都会导致上述过程不能顺利完成，从而不会有脉冲波输出导致后级变压器的产生振荡传输能量。
自激振荡电路通过电阻2R4和电容2C2将振荡输出的方波耦合至下一级推挽放大电路以驱动脉冲变压器工作。推挽放大电路电源由前级提供，与第一路和第二路电源独立并作为第三路前级输出电源。同时，电阻2R4和电容2C2之间接收安全输出模块末级电路的反馈，如果电路出现输出侧短路故障导致输出能量过高，反馈信号将电阻2R4和电容2C2通过信号拉低，阻止脉冲信号作用于推挽放大电路，从而关闭模块输出。
当输入信号为正时，三极管2Q2和三极管2Q3的基极电压同时升高，此时输入信号电压给三极管2Q2加正向偏置电压，使三极管2Q2进入导通和放大状态；而对三极管2Q3加的是反向偏置电压，使三极管2Q3处于截止状态。当输入信号为负时，三极管2Q2和三极管2Q3基极电压同时下降，此时输入信号电压给三极管2Q3加正向偏置电压，使三极管2Q3进入导通和放大状态；而对三极管2Q2加的是反向偏置电压，使三极管2Q2处于截止状态。
脉冲变压器2T1次级线圈接二极管2D7和电容2E1，进行半波整流，输出较稳定的直流电。
安全输出模块的第三级为末级输出及回检电路，通过满足要求的脉冲信号激发振荡传输能量，反馈实时控制保证输出电压，从而形成稳定的直流电源输出，后级电路还具备输出短路保护功能和输出电压、电流回读功能。
如图4所示为末级输出及回检电路的原理图，具体的，所述末级输出及回检电路的输入端分为四路，第一路与三极管3Q2的发射极连接，第二路经电阻3R5与三极管3Q6的发射极连接，第三路与三极管3Q3的集电极连接，第四路经电阻3R6分别与三极管3Q3的基极以及三极管3Q4的集电极连接；三极管3Q3的发射极分为两路，第一路与三极管3Q4的基极连接，第二路依次经电阻3R7、电阻3R8与光耦3K2的正极输入端连接，光耦3K2的负极输入端接地，光耦3K2的发射极输出端接地，光耦3K2的集电极输出端分为两路，第一路经电阻3R12接电源，第二路为所述末级输出及回检电路的电压回读输出端，三极管3Q6的集电极经电阻3R9与光耦3K4的正极输入端连接，光耦3K4的负极输入端接地，光耦3K4的发射极输出端接地，光耦3K4的集电极输出端分为两路，第一路经电阻3R13接电源，第二路为所述末级输出及回检电路的电流回读输出端；
三极管3Q6的基极经电阻3R11后分为两路，第一路经电阻3R10接地，第二路经二极管3D2后分为两路，其中第一路经电阻3R4接三极管3Q2的基极，第二路为所述末级输出及回检电路的电压输出端，三极管3Q2的集电极经电阻3R3与光耦3K1输入端的正极连接，光耦3K1输入端的负极接地，光耦3K1的发射极输出端接地，光耦3K1的集电极输出端分为三路，第一路经电阻3R2接电源，第二路接MOS管3Q1的栅极，第三路经电阻3R1后分别与地和MOS管3Q1的源极连接，MOS管3Q1的漏极为所述末级输出及回检电路的反馈输出端，三极管3Q2的集电极与发射极之间设有二极管3D1。
安全输出模块装置的末级输出及回检电路包括末级反馈、输出电压回读和输出电流回读三个部分，该三个部分电路的输入输出均通过光耦隔离。
如果安全输出模块输出电压过高或模块输出端口短路，导致二极管3D1反向击穿或三极管3Q2饱和导通。此时末级反馈电路工作，至3Q1的3管脚从高阻状态转为接地状态，从而输出反馈信号，以致中间级电路不产生输出，保护模块不能损坏。同时，通过反复对中间级电路的反馈控制，可以缩减安全输出模块的功耗。
输出电压回读电路主要由恒流源构成，达到检查输出电压是否正常的目的。其中，调节电阻3R8的阻值可设定电压回读端口的判决门限，即随着电阻3R8的阻值增大，检查输出端口的电压为无效输出的值会越高。
输出模块端口正常且输出模块自身正常时，三极管3Q6处于饱和截止状态，使电流回读端口固定输出高；如果输出端口短路，三极管3Q6饱和导通，使电流回读端口输出低。
该安全输出模块共分为三级，本级能够正常工作的前提是上一级(或初始状态)正常工作，其输出又是下一级(或最终输出)正常工作的条件，各级之间互锁，满足安全要求；安全输出模块装置各级中任何元器件损坏都将导致输出发生变化，使无法满足下一级所需条件，使故障导向安全。

Claims (8)

1.一种安全输出模块，其特征在于：包括前级预处理电路、中间级表决电路和末级输出及回检电路，所述前级预处理电路的输入端接状态方波信号，所述前级预处理电路的输出端输出互相独立的直流电源后与中间级表决电路的输入端连接，中间级表决电路的输出端输出脉冲信号后与末级输出及回检电路的输入端连接，末级输出及回检电路的反馈输出端与中间级表决电路的反馈输入端连接，所述末级输出及回检电路的输出端设有三个，分别为电压回读输出端、电流回读输出端和电压输出端；
所述前级预处理电路的输入端分别接具有特定频率和幅值的两路方波信号，输出三路相互独立的直流电源；
所述前级预处理电路包括两个子前级预处理电路，其中第一子前级预处理电路包括电容1C1A，电容1C1A的一端为所述前级预处理电路的一个输入端，接方波信号，电容1C1A的另一端分为两路，第一路接三极管1Q1A的基极，第二路经电阻1R1A接地；三极管1Q1A的集电极第一路接电源，第二路经电容1C2A接地；三极管1Q1A的发射极第一路经电阻1R2A接地，第二路经电阻1R3A接光耦1K1A输入端的正极，光耦1K1A输入端的负极接地；光耦的一个输出端接电源，另一个输出端分为两路，第一路经电阻1R4A接地，第二路经电阻1R5A接三极管1Q2A的基极；三极管1Q2A的集电极接电源，三极管1Q2A发射极经电阻1R6A后分为两路，其中第一路与MOS管1Q3A的栅极连接，第二路经电阻1R7A接地；MOS管1Q3A的源极接地，MOS管1Q3A的漏极与脉冲变压器1T1A的一个初级输入端连接，脉冲变压器1T1A的另一个初级输入端接电源，脉冲变压器1T1A的一个次级输出端接地，脉冲变压器1T1A的另一个次级输出端经电阻1R8A与二极管1D1A的正极连接，二极管1D1A的负极为所述前级预处理电路的第一个输出端，输出第一路直流电源，反向二极管1D2A和滤波电容1C3A并联在所述子前级预处理电路的输出端上。
2.如权利要求1所述的安全输出模块，其特征在于：所述中间级表决电路通过前级预处理电路提供的相互独立的直流电源激发振荡，输出占空比一定、频率和幅值满足要求的脉冲信号，所述脉冲信号是在前级预处理电路输入的动态方波均成立且通过前级预处理电路输出正常的直流电源的情况下才振荡输出方波。
3.如权利要求2所述的安全输出模块，其特征在于：所述中间级表决电路通过独立的供电端口进行供电。
4.如权利要求2所述的安全输出模块，其特征在于：所述末级输出及回检电路，通过中间级表决电路输出满足要求的脉冲信号激发振荡传输能量，并反馈实时控制保证输出电压，形成稳定的直流电源输出。
5.如权利要求1所述的安全输出模块，其特征在于：所述前级预处理电路包括两个子前级预处理电路，其中第二子前级预处理电路包括电容1C1B，电容1C1B的一端为所述前级预处理电路的一个输入端，接方波信号，电容1C1B的另一端分为两路，第一路接三极管1Q1B的基极，第二路经电阻1R1B接地；三极管1Q1B的集电极第一路接电源，第二路经电容1C2B接地；三极管1Q1B的发射极第一路经电阻1R2B接地，第二路经电阻1R3B接光耦1K1B输入端的正极，光耦1K1B输入端的负极接地；光耦的一个输出端接电源，另一个输出端分为两路，第一路经电阻1R4B接地，第二路经电阻1R5B接三极管1Q2B的基极；三极管1Q2B的集电极接电源，三极管1Q2B发射极经电阻1R6B后分为两路，其中第一路与MOS管1Q3B的栅极连接，第二路经电阻1R7B接地；MOS管1Q3B的源极接地，MOS管1Q3B的漏极与脉冲变压器1T1B的一个初级输入端连接，脉冲变压器1T1B的另一个初级输入端接电源，脉冲变压器1T1B设有两个次级线圈，其中第一个次级线圈的一个输出端接地，另一个输出端经电阻1R8B与二极管1D1B的正极连接，二极管1D1B的负极为所述前级预处理电路的第二个输出端，输出第二路直流电源，反向二极管1D2B和滤波电容1C3B并联在第二个输出端上；第二个次级线圈的一个输出端接地，另一个输出端经电阻1R8C与二极管1D1C的正极连接，二极管1D1C的负极为所述前级预处理电路的第三个输出端，输出第三路直流电源，反向二极管1D2C和滤波电容1C3C并联在第三个输出端上。
6.如权利要求2所述的安全输出模块，其特征在于：所述中间级表决电路包括电阻2R1A，电阻2R1A的一端和电阻2R2A的一端合并后接前级预处理电路的第一路直流电源输出端，电阻2R1A的另一端接三极管2Q1B的基极，电阻2R2A的另一端分为三路，第一路与电阻2R4的一端连接，第二路与三极管2Q1A的集电极连接，第三路经电容2C1A与三极管2Q1B的基极连接；
电阻2R1B的一端和电阻2R2B的一端合并后接前级预处理电路的第二路直流电源输出端，电阻2R1B的另一端接三极管2Q1B的集电极，电阻2R2B的另一端分为两路，第一路依次经电容2C1B和电阻2R3后接地，第二路与三极管2Q1A的基极连接，三极管2Q1A和三极管2Q1B的发射极接地；
三极管2Q2的集电极接前级预处理电路的第三路直流电源输出端，电阻2R4的另一端经电容2C2分别与三极管2Q2、三极管2Q3的基极连接，三极管2Q2的发射极分为两路，第一路与电阻2R5的一端连接，第二路与三极管2Q3的发射极连接，三极管2Q3的集电极接地；电阻2R5的另一端分为两路，第一路经电阻2R6接地，第二路与MOS管2Q4的栅极连接，MOS管2Q4的源极接地，电阻2R4与电容2C2的结点为所述中间级表决电路的反馈输入端；
电阻2R8的一端接电源，另一端分为三路，第一路与脉冲变压器2T1的一个初级输入端连接，第二路依次经电阻2R7、反向二极管2D1与脉冲变压器2T1的另一个初级输入端连接，第三路经电容2C3接电阻2R7与二极管2D1的结点，MOS管2Q4的栅极接二极管2D1与脉冲变压器2T1的结点，脉冲变压器2T1次级的一端接地，另一端依次经二极管2D7、电阻2R9与二极管2D6的正极连接，二极管2D6的负极为所述中间级表决电路的输出端，电容2E1的一端接地，另一端接二极管2D7与电阻2R9的结点，反向二极管2D5并联在所述中间级表决电路的输出端，所述二极管2D7与电阻2R9的结点为回读检查端口。
7.如权利要求4所述的安全输出模块，其特征在于：所述末级输出及回检电路的输入端分为四路，第一路与三极管3Q2的发射极连接，第二路经电阻3R5与三极管3Q6的发射极连接，第三路与三极管3Q3的集电极连接，第四路经电阻3R6分别与三极管3Q3的基极以及三极管3Q4的集电极连接；三极管3Q3的发射极分为两路，第一路与三极管3Q4的基极连接，第二路依次经电阻3R7、电阻3R8与光耦3K2的正极输入端连接，光耦3K2的负极输入端接地，光耦3K2的发射极输出端接地，光耦3K2的集电极输出端分为两路，第一路经电阻3R12接电源，第二路为所述末级输出及回检电路的电压回读输出端，三极管3Q6的集电极经电阻3R9与光耦3K4的正极输入端连接，光耦3K4的负极输入端接地，光耦3K4的发射极输出端接地，光耦3K4的集电极输出端分为两路，第一路经电阻3R13接电源，第二路为所述末级输出及回检电路的电流回读输出端；
三极管3Q6的基极经电阻3R11后分为两路，第一路经电阻3R10接地，第二路经二极管3D2后分为两路，其中第一路经电阻3R4接三极管3Q2的基极，第二路为所述末级输出及回检电路的电压输出端，三极管3Q2的集电极经电阻3R3与光耦3K1输入端的正极连接，光耦3K1输入端的负极接地，光耦3K1的发射极输出端接地，光耦3K1的集电极输出端分为三路，第一路经电阻3R2接电源，第二路接MOS管3Q1的栅极，第三路经电阻3R1后分别与地和MOS管3Q1的源极连接，MOS管3Q1的漏极为所述末级输出及回检电路的反馈输出端。
8.如权利要求7所述的安全输出模块，其特征在于：三极管3Q2的集电极与发射极之间设有二极管3D1。
CN201510782607.4A 2015-11-16 2015-11-16 安全输出模块 Active CN105302025B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510782607.4A CN105302025B (zh) 2015-11-16 2015-11-16 安全输出模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510782607.4A CN105302025B (zh) 2015-11-16 2015-11-16 安全输出模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105302025A CN105302025A (zh) 2016-02-03
CN105302025B true CN105302025B (zh) 2018-02-06

Family

ID=55199418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510782607.4A Active CN105302025B (zh) 2015-11-16 2015-11-16 安全输出模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105302025B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112713760B (zh) * 2020-12-01 2022-03-04 北京无线电测量研究所 一种并联冗余的铁氧体开关驱动器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008098424A1 (fr) * 2007-02-08 2008-08-21 Chihchan Wang Circuit d'alimentation à découpage sans danger à haute efficacité et à faible consommation d'énergie
CN102394117A (zh) * 2011-08-04 2012-03-28 北京广利核系统工程有限公司 一种多功能驱动模块
CN203014679U (zh) * 2012-09-05 2013-06-19 北京和利时系统工程有限公司 一种改进型故障安全dc-dc电源设备
JP2013219921A (ja) * 2012-04-09 2013-10-24 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置
CN205176547U (zh) * 2015-11-16 2016-04-20 固安信通信号技术股份有限公司 安全输出模块
JP2016122936A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 オンキヨー＆パイオニアテクノロジー株式会社 保護装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008098424A1 (fr) * 2007-02-08 2008-08-21 Chihchan Wang Circuit d'alimentation à découpage sans danger à haute efficacité et à faible consommation d'énergie
CN102394117A (zh) * 2011-08-04 2012-03-28 北京广利核系统工程有限公司 一种多功能驱动模块
JP2013219921A (ja) * 2012-04-09 2013-10-24 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置
CN203014679U (zh) * 2012-09-05 2013-06-19 北京和利时系统工程有限公司 一种改进型故障安全dc-dc电源设备
JP2016122936A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 オンキヨー＆パイオニアテクノロジー株式会社 保護装置
CN205176547U (zh) * 2015-11-16 2016-04-20 固安信通信号技术股份有限公司 安全输出模块

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
二乘二取二硬件安全冗余信号控制平台关键部件的安全设计和可靠性研究;韩安平 等;《铁路技术创新》;20150430(第02期);第99-102页 *
数控开关电源的设计与实现;湛鹏飞;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20140515(第05期);I136-21：P56 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105302025A (zh) 2016-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101807805B (zh) 一种充电管理电路及电源适配装置
CN207542990U (zh) 一种基于tl431闭环控制的软启动电路
CN103784099A (zh) 过零检测电路及洗碗机
CN107623440A (zh) 电压转换电路和电源切换电路
CN103219893A (zh) 开关电源控制器以及开关电源电路
CN204928349U (zh) 一种单电池自动化不间断电源装置
CN105302025B (zh) 安全输出模块
CN205176547U (zh) 安全输出模块
CN105676934B (zh) 一种电源电路
CN208156170U (zh) 一种总线电源的主动报警电路
CN203233312U (zh) 一种开关电源控制器以及开关电源装置
CN214798981U (zh) 1800W级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路及装置
CN212231152U (zh) 一种电压自举芯片、弱光采集电路及设备
CN109129577A (zh) 视觉机器人
CN108802630A (zh) 一种总线电源的主动报警电路
CN211880153U (zh) 一种电压自举芯片、弱光采集电路及设备
CN101282084A (zh) 电源电路和采用该电源电路的液晶显示装置
CN207743756U (zh) 电源切换电路
CN206004528U (zh) 一种高倍升压电路
CN106356963B (zh) 软启动电路
CN111699606B (zh) 一种电压自举芯片、弱光采集电路、设备及其控制方法
CN208062771U (zh) 一种过流保护电路
CN208797659U (zh) 一种可在线扩展太阳能电源的供电装置
CN111757578B (zh) 一种紫外灯端口的集成电路
CN208890699U (zh) 一种具有放电功能的电动机控制器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant