CN106130537A - 一种1oo2d功能安全数字量输出电路 - Google Patents

一种1oo2d功能安全数字量输出电路 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种1OO2D功能安全数字量输出电路，其体积小、成本低、冗余性好、可用性强，非常适合中小规模功能安全控制系统方案。这种数字量通道输出电路，其包括输出电路模块和通道诊断电路模块；输出电路模块包括两路一致的输出电路；通道诊断电路模块包括两路一致的通道回读诊断电路、两路一致的通道输出低电平电压判断诊断电路和一路连线诊断电路。

Description

一种1OO2D功能安全数字量输出电路
技术领域
本发明属于数字电子的技术领域，尤其涉及一种数字量通道输出电路，其尤其适用于1OO2D功能安全数字量通道输出电路。
背景技术
目前针对功能安全数字量通道输出电路的设计结合IEC61508要求需要如下：
1、通道故障时输出状态导向安全状态。
2、输出状态比较或表决。
3、诊断通道正常闭合和断开能力。
4、输出短路、断路和过载诊断。
5、输出线缆采用屏蔽线缆。
现在市面上功能安全数字量通道输出电路多为2OO3架构，产品虽然可以满足功能安全要求，但2OO3(三取二这种逻辑关系)的架构成本高，体积大，在一些对成本约束较高、安装空间比较小的应用场合不适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种1OO2D功能安全数字量输出输出电路，其体积小、成本低、冗余性好、可用性强，非常适合中小规模功能安全控制系统方案。
解决上述问题的技术方案是：这种1OO2D功能安全数字量输出电路，其包括输出电路模块和通道诊断电路模块；
输出电路模块包括两路一致的输出电路；
通道诊断电路模块包括两路一致的通道回读诊断电路、两路一致的通道输出低电平电压判断诊断电路和一路连线诊断电路。
本发明为1OO2D功能安全数字量通道输出电路，可实时诊断电路故障，输出通路短路、断路和过载，实时将通道状况上传处理器，1OO2D的架构设计，满足功能安全要求，降低产品成本，特别适用于对功能安全有要求，成本约束较高，安装空间较小的场合。
附图说明
图1是根据本发明的功能安全数字量输出电路的电路方框图。
图2为根据本发明的功能安全数字量输出电路的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，这种1OO2D(1oo2就是只要有两重冗余信号中只要有一个触发信号被激活就能执行预置的安全相关功能，比如停车之类的动作。)功能安全数字量输出电路，其包括输出电路模块和通道诊断电路模块；
输出电路模块包括两路一致的输出电路(A1)和(A2)；
通道诊断电路模块包括两路一致的通道回读诊断电路(A3)和(A4)、两路一致的通道输出低电平电压判断诊断电路(A5)和(A6)和一路连线诊断电路(A7)。
本发明为1OO2D功能安全数字量通道输出电路，可实时诊断电路故障，输出通路短路、断路和过载，实时将通过状况上传处理器，1OO2D的架构设计，满足功能安全要求，降低产品成本，特别适用于对功能安全有要求，成本约束较高，安装空间较小的场合。
另外，如图2所示，所述输出电路包括第一MOSFET芯片(Q1)，第三晶体三极管(Q3)，第三电阻(R3)，第十七电阻(R17)，第二十二电阻(R22)和第二十五电阻(R25)；第三电阻(R3)，第十七电阻(R17)，第二十二电阻(R22)，第二十五电阻(R25)和第三晶体三极管(Q3)组成三极管开关电路，三极管开关电路和第一MOSFET芯片(Q1)组成MOSFET开关电路；第三电阻(R3)和第十七电阻(R17)串联后连接端接第一MOSFET芯片(Q1)的栅极，第三电阻(R3)的另一端接电源，第十七电阻(R17)的另一端接第三晶体三极管(Q3)集电极；第二十二电阻(R22)的一端接处理器控制信号，另一端接第三晶体三极管(Q3)基极；第二十五电阻(R25)并联在第三晶体三极管(Q3)基极和地之间，对接入第三晶体三极管(Q3)基极的信号分压，消除处理器输出低电平高于Q3基极门槛电压的故障；第一MOSFET芯片(Q1)源极接电源，漏极接通道诊断电路模块，发射极接地。
另外，如图2所示，所述通道回读诊断电路读取输出通道的实时状态：输出为高电平或低电平，并将此状态上传处理器，包括第一光耦芯片(U1)，第四电阻(R4)和第十五电阻(R15)；第一光耦芯片(U1)为双通道光耦芯片，其第一管脚、第二管脚、第七管脚和第八管脚为第一通道，用于通道回读电路，第一管脚接第四电阻(R4)一端，第八管脚为输出，接处理器输入，由第十五电阻(R15)上拉到电源，第二管脚、第七管脚分别接相互隔离的地；第四电阻(R4)另一端接通道输出网络。
另外，如图2所示，所述通道输出低电平电压判断诊断电路判断输出电路输出低电平时电压值是否在2V以下，包括：第一光耦芯片(U1)，第三电压比较器(U3)，第六电压基准(U6)，第一电容(C1)，第七电阻(R7)，第九电阻(R9)，第十三电阻(R13)，第十九电阻(R19)和第二十三电阻(R23)；第一光耦芯片(U1)的第三管脚、第四管脚、第五管脚和第六管脚为第二通道，用于通道输出低电平电压判断电路，第一光耦芯片(U1)的第三管脚与第三电压比较器(U3)的第四管脚连接，并由第九电阻(R9)上拉到电源，第一光耦芯片(U1)的第六管脚为输出，接处理器输入，由第十九电阻(R19)上拉到电源，第四管脚、第五管脚分别接相互隔离的地；第三电压比较器(U3)为单端通用电压比较器，第三电压比较器(U3)的第一管脚为负输入端，接第六电压基准(U6)的第一管脚，并通过第十三电阻(R13)连接到电源；第三电压比较器(U3)的第三管脚为正输入端，接经过第七电阻(R7)和第二十三电阻(R23)串联连接端；第三电压比较器(U3)的第二管脚接地，第五管脚接电源；第六电压基准(U6)为电压基准，第六电压基准(U6)的第一管脚接第三电压比较器(U3)的第一管脚，第二管脚接地，第三管脚悬空；第十三电阻(R13)为电压基准限流电阻，一端接电源，另一端接第六电压基准(U6)的第一管脚；第七电阻(R7)和第二十三电阻(R23)为分压电阻，串联后并联在输出网络和地之间，第七电阻(R7)一端接通道输出网络，第二十三电阻(R23)一端接地，第七电阻(R7)和第二十三电阻(R23)连接端接第三电压比较器(U3)的第三管脚3；第一电容(C1)为第三电压比较器(U3)电源去耦电容。
另外，如图2所示，所述连线诊断电路包括第五电流监视芯片(U5)，第三电容(C3)和第四电容(C4)，第一电阻(R1)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)和第二十七电阻(R27)；第五电流监视芯片(U5)为电流监视芯片，第五电流监视芯片(U5)的第三管脚为输入正端，通过第十一电阻(R11)连接后接第一电阻(R1)电流输入端，第五电流监视芯片(U5)的第四管脚为输入负端，通过第十二电阻(R12)连接后接第一电阻(R1)电流输出端；第五电流监视芯片(U5)的第二管脚接地；第五电流监视芯片(U5)的第五管脚接电源；第五电流监视芯片(U5)的第一管脚为输出端，由第二十七电阻(R27)和第四电容(C4)并联后下拉到地，接ADC芯片输入通道；第三电容(C3)为第五电流监视芯片(U5)电源去耦电容；第一电阻(R1)串联在通道输出网络中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。本领域的普通技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种1OO2D功能安全数字量输出电路，其特征在于：其包括输出电路模块和通道诊断电路模块；
输出电路模块包括两路一致的输出电路；
通道诊断电路模块包括两路一致的通道回读诊断电路、两路一致的通道输出低电平电压判断诊断电路和一路连线诊断电路。
2.根据权利要求1所述的1OO2D功能安全数字量输出电路，其特征在于：所述输出电路模块包括第一MOSFET芯片(Q1)，第三晶体三极管(Q3)，第三电阻(R3)，第十七电阻(R17)，第二十二电阻(R22)和第二十五电阻(R25)；第三电阻(R3)，第十七电阻(R17)，第二十二电阻(R22)，第二十五电阻(R25)和第三晶体三极管(Q3)组成三极管开关电路，三极管开关电路和第一MOSFET芯片(Q1)组成MOSFET开关电路；第三电阻(R3)和第十七电阻(R17)串联后连接端接第一MOSFET芯片(Q1)的栅极，第三电阻(R3)的另一端接电源，第十七电阻(R17)的另一端接第三晶体三极管(Q3)集电极；第二十二电阻(R22)的一端接处理器控制信号，另一端接第三晶体三极管(Q3)基极；第二十五电阻(R25)并联在第三晶体三极管(Q3)基极和地之间，对接入第三晶体三极管(Q3)基极的信号分压；第一MOSFET芯片(Q1)源极接电源，漏极接通道诊断电路模块，发射极接地。
3.根据权利要求2所述的1OO2D功能安全数字量输出电路，其特征在于：所述通道回读诊断电路读取输出通道的实时状态：输出为高电平或低电平，并将此状态上传处理器，包括第一光耦芯片(U1)，第四电阻(R4)和第十五电阻(R15)；第一光耦芯片(U1)为双通道光耦芯片，其第一管脚、第二管脚、第七管脚和第八管脚为第一通道，用于通道回读电路，第一管脚接第四电阻(R4)一端，第八管脚为输出，接处理器输入，由第十五电阻(R15)上拉到电源，第二管脚、第七管脚分别接相互隔离的地；第四电阻(R4)另一端接通道输出网络。
4.根据权利要求3所述的1OO2D功能安全数字量输出电路，其特征在于：所述通道输出低电平电压判断诊断电路判断输出电路输出低电平时电压值是否在2V以下，包括：第一光耦芯片(U1)，第三电压比较器(U3)，第六电压基准(U6)，第一电容(C1)，第七电阻(R7)，第九电阻(R9)，第十三电阻(R13)，第十九电阻(R19)和第二十三电阻(R23)；第一光耦芯片(U1)的第三管脚、第四管脚、第五管脚和第六管脚为第二通道，用于通道输出低电平电压判断电路，第一光耦芯片(U1)的第三管脚与第三电压比较器(U3)的第四管脚连接，并由第九电阻(R9)上拉到电源，第一光耦芯片(U1)的第六管脚为输出，接处理器输入，由第十九电阻(R19)上拉到电源，第四管脚、第五管脚分别接相互隔离的地；第三电压比较器(U3)为单端通用电压比较器，第三电压比较器(U3)的第一管脚为负输入端，接第六电压基准(U6)的第一管脚，并通过第十三电阻(R13)连接到电源；第三电压比较器(U3)的第三管脚为正输入端，接经过第七电阻(R7)和第二十三电阻(R23)串联连接端；第三电压比较器(U3)的第二管脚接地，第五管脚接电源；第六电压基准(U6)为电压基准，第六电压基准(U6)的第一管脚接第三电压比较器(U3)的第一管脚，第二管脚接地，第三管脚悬空；第十三电阻(R13)为电压基准限流电阻，一端接电源，另一端接第六电压基准(U6)的第一管脚；第七电阻(R7)和第二十三电阻(R23)为分压电阻，串联后并联在输出网络和地之间，第七电阻(R7)一端接通道输出网络，第二十三电阻(R23)一端接地，第七电阻(R7)和第二十三电阻(R23)连接端接第三电压比较器(U3)的第三管脚3；第一电容(C1)为第三电压比较器(U3)电源去耦电容。
5.根据权利要求4所述的1OO2D功能安全数字量输出电路，其特征在于：所述连线诊断电路包括第五电流监视芯片(U5)，第三电容(C3)和第四电容(C4)，第一电阻(R1)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)和第二十七电阻(R27)；第五电流监视芯片(U5)为电流监视芯片，第五电流监视芯片(U5)的第三管脚为输入正端，通过第十一电阻(R11)连接后接第一电阻(R1)电流输入端，第五电流监视芯片(U5)的第四管脚为输入负端，通过第十二电阻(R12)连接后接第一电阻(R1)电流输出端；第五电流监视芯片(U5)的第二管脚接地；第五电流监视芯片(U5)的第五管脚接电源；第五电流监视芯片(U5)的第一管脚为输出端，由第二十七电阻(R27)和第四电容(C4)并联后下拉到地，接ADC芯片输入通道；第三电容(C3)为第五电流监视芯片(U5)电源去耦电容；第一电阻(R1)串联在通道输出网络中。
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