CN106716834A - 用于以高完整性对电气设备进行控制的电路 - Google Patents

用于以高完整性对电气设备进行控制的电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于电气设备(2)的控制电路(1)，所述控制电路(1)接收离散电控制信号(CMD)作为输入，所述控制电路(1)包括：电压(±V)源(11)，配置为根据负电压或正电压对电路供电；常闭开关(12)，在不存在离散电控制信号(CMD)时闭合，并配置为根据电控制信号(CMD)使所述电气设备与所述电压源隔离，所述开关被连接在所述电压源与所述电气设备(2)之间，所述开关(12)对用于单一电压方向的离散电控制信号(CMD)敏感。

Description

用于以高完整性对电气设备进行控制的电路
技术领域
本发明涉及电子领域，并且更具体地涉及对集成到电气设施中的电气设备进行控制的领域。
背景技术
受控于所谓“常开(normally open)”开关的电气设备是公知的。在该情况下，常开开关被连接在该电气设备的电压源与该电气设备之间。因此，通过控制该常开开关，可以控制对该电气设备供电。
为了改善对电气设备的控制，该电气设备可受控于所谓“常闭(normallyclosed)”开关。在该情况下，常闭开关被连接在该电气设备的电压源与该电气设备之间。因此，在不工作的状态下，当缺少断开电气设备供电的命令时，常闭开关控制对该电气设备供电。
然而，这些解决方案就安全等级而言无法满足要求，因而当前的实现方式无法令人满意。
发明内容
本发明的目的在于在自然情况下，即在缺少控制的情况下通过“常闭”开关改善对电气设备的控制。
为此，本发明提出了一种对电气设备进行控制的电路，所述控制电路接收离散电控制信号作为输入，所述控制电路包括：电压源，配置为根据负电压或正电压对电路供电；常闭开关，在不存在离散电控制信号(CMD)时闭合，并配置为根据电控制信号使所述电气设备与所述电压源隔离，所述开关被连接在所述电压源与所述电气设备之间，所述开关对单一电压方向的离散电控制信号敏感。
本发明通过单独采用的下述特征或这些特征的技术上可行的组合而被有利地完成：
-所述常闭开关包括NPN型的第一晶体管和NPN型的第二晶体管，所述第一晶体管受控于所述离散电控制信号，所述第一晶体管的集电极被连接到所述第二晶体管的基极，所述第一晶体管的发射极被连接到所述第二晶体管的发射极，这些发射极被连接到所述设备；
-所述常闭开关包括连接到所述第一晶体管的基极处的第一电阻器，所述第一电阻器可以将电控制信号施加至所述第一晶体管的基极；
-所述常闭开关包括第二电阻器，所述第二电阻器被连接在所述第二晶体管的基极与所述第二晶体管的集电极之间；
-所述第二晶体管为达林顿晶体管；
-所述电路包括用于对所述电压源提供的电压的方向进行控制的装置，所述装置优选地以并联方式安装在所述电压源上，该极化器被配置为使所述电压源提供的电压极化。
本发明还涉及一种用于关闭飞行器的燃料回路的电气装置，通过根据本发明所述的供电电路对所述电气装置进行供电。
本发明具有多个优点。
该装置并不笨重且在安全等级方面是可靠的。该装置可抵抗环境约束，尤其是热约束，并且其响应时间短。最后，该装置的实施并不复杂。
附图说明
本发明的其它特征、目标和优点通过下文中的说明揭示，所述说明是纯说明性和非限制性的并且必须参照附图阅读，附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的用于电气安全设备的控制电路；
-图2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的用于电气设备的控制电路的示例性实施例。
在整个附图中，类似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的用于电气设备2的控制电路1。
该控制电路接收离散电控制信号CMD作为输入。应当理解的是，该离散电控制信号CMD是逻辑‘1’信号或逻辑‘0’信号。应当理解的是，离散电控制信号CMD＝‘0’等同于不存在命令。
在本文中，电气设备2指的是包括两个稳定状态的双稳态伺服电机。实际上，应当理解的是，一旦改变对电气设备2的控制，电气设备2就改变状态。还应当理解的是，该电气设备在不再加电时仍维持其所在的位置。
图1中的控制电路包括电压源11，该电压源被配置为沿正向或负向提供具有绝对值为|V|的幅度的电压。因此，电压源11提供值等于±V的电源电压。
该电压源11对电气设备2进行控制。实际上，根据电压的方向的不同，流经该电气设备的电流为正或为负。
该控制电路还包括用于对该电压源传递的电压的方向进行控制的装置13，该装置13使得能够对源于电压源11的电压±V的方向进行控制。用于对该电压源传递的电压的方向进行控制的装置13优选地以并联方式安装在该电压源上。
该控制电路还包括常闭开关12，该常闭开关被配置为使电气设备2与该电压源隔离。常闭开关12被连接在电压源11与电气设备2之间。
应当理解的是，常闭开关12具有允许电流流过的“闭合”状态以及禁止电流流过的“断开”状态。此外，该常闭开关使得在不存在离散电控制信号时处于闭合状态。因此，该闭合状态为该常闭开关的“自然”状态。
在特定条件下，控制电路1可以使电气设备2与电压源隔离，因而可以使电气设备2处于在先状态，即该电气设备被供电时所处的状态。
特别地，开关12对用于单方向电压的离散电控制信号CMD敏感。
因此，常闭开关12处于“闭合”状态，而与用于单方向电压的离散电控制信号CMD(CMD＝‘0’或CMD＝‘1’)无关。
在此应当理解的是，开关12对用于值等于+V的正电源电压的电控制信号CMD敏感。这使得可以在对电子设备的控制上具有强完整性。
考虑到该操作，常闭开关12为：
-当电源电压为负，等于-V时，常闭开关“闭合”，而与离散电控制信号CMD的值无关(‘0’或‘1’)；
-当电源电压为正，等于+V时，常闭开关“断开”，且离散电控制信号CMD处于状态‘1’；
-当电源电压为正，等于+V时，常闭开关“闭合”，且离散电控制信号CMD处于状态‘0’。
因此，可以操作常闭开关12，该操作在电源电压等于-V(负偏压)时被禁止。
以下对这样的控制电路的可行应用进行描述。
应当理解的是，电气设备2为伺服电机，该伺服电机依赖于自身的位置根据飞行器的状态打开或关闭该飞行器的引擎的燃料回路。
伺服电机类的电气设备2例如为双稳态电切断阀(ESV)，其可以控制向飞行器的引擎中添加燃料的开始和结束。
特别地，为了控制开始，需要第一方向上的电压，为了控制结束，需要与第一方向相反的第二方向上的电压。
飞行器的状态例如为：
-启动引擎：ESV打开，燃料被输送至燃料回路，
-引擎已启动：ESV打开，燃料被输送至燃料回路，
-引擎处于减速或正常模式：ESV打开，燃料被输送至燃料回路，
-默认(default)：ESV闭合，没有燃料被输送至燃料回路。
应当理解的是，电控制信号CMD表征该飞行器的引擎的速度。因此，开始启动CMD＝‘0’，引擎已启动CMD＝‘1’，空闲模式CMD＝‘1’，默认CMD＝‘0’。
上述操作使得，当需要在特定的引擎速度条件下并由此依赖于飞行器的状态来供给飞行器的燃料回路时，电控制信号CMD＝‘0’缺失，该电气设备应关闭燃料回路。
因此，可以执行以下操作：
-启动模式：电压为负，电源电压等于‘-V’，该离散电控制信号等于CMD＝‘0’。
所述常闭开关被闭合，向所述电气设备提供与燃料回路的电源对应的负电压(以及由此产生的负电流)。
可启动所述引擎。
-引擎已启动模式：电压为负，电源电压等于‘-V’，该离散电控制信号等于CMD＝‘1’。
所述常闭开关被闭合，向所述电气设备提供与燃料回路的电源对应的负电压(以及由此产生的负电流)。
所述引擎被启动并被提供有燃料。
-减速或正常模式：电压为正(用于对电压的方向进行控制的装置改变该电压的方向)，电源电压等于‘+V’，该离散电控制信号等于CMD＝‘1’。
所述常闭开关被断开，不再对该电气设备供电，该电气设备不再改变状态。
所述引擎被启动并被提供有燃料。
-默认模式：电压为正，电源电压等于‘+V’，该离散电控制信号等于CMD＝‘0’，随后速度信息缺失。
所述常闭开关闭合，对该电气设备提供正电压，该电气设备改变状态。
不再向该引擎提供燃料，从而关闭该燃料回路。
图2示出了如上所述的控制电路的一个可能的实施例。
电压源通过装置13在一个方向上提供电源电压，该装置13用于对电压源所提供的电压的方向进行控制。
常闭开关包括NPN型的第一晶体管T1和NPN型的第二晶体管T2，第一晶体管T1受控于离散电控制信号CMD，第一晶体管T1的集电极连接到第二晶体管T2的基极。
此外，第一晶体管T1的发射极连接到第二晶体管T2的发射极，这些发射极被连接到设备2。
当然，可以使用PNP型的第一晶体管和第二晶体管。在该情况下，这些晶体管的安装被反转(未示出)。
因此，这样的安装使得，对控制电路的控制不在按照惯例相对于地进行参照。因此，在本发明中，提供一种电路，对该电路的控制是浮置的且以发射极而不是地作为参照，从而一方面可以在使用开关的过程中简化线路，并因而在另一方面使多个开关串联，以使得能够实现不同的逻辑功能并在出现故障的情况下获得更高的安全等级。
由于可以串联安装多个控制电路以增加安全性，因此这也是有利的。实际上，在该情况下，故障的控制电路可用串联的另一控制电路进行补偿。
该电路还包括连接在电气设备2与电压源11之间的二极管D，二极管D以与电压源11相同的方向进行偏置。
此外，该电路包括连接到第一晶体管T1的基极处的第一电阻器R1，第一电阻器R1可以将电控制信号CMD施加至第一晶体管T1的基极。
此外，第二电阻器R2被连接在第二晶体管T2的基极与第二晶体管T2的集电极之间。
有利地，第二晶体管T2为达林顿类晶体管。这有利于限制第二晶体管的基极的偏置电流，以使得能够增大第二电阻器R2并由此降低开关在其“断开”状态下的漏电流。
该电路的操作与参照图1所描述的操作相同。考虑到与之前示例相同的示例，具有以下模式：
-启动模式：
仅二极管D有效且允许电流流过(从底部流至顶部)。因此，这些晶体管被安装为与电压的方向相反且没有电流流过。
-引擎已启动模式
仅二极管D有效且允许电流流过(从底部流至顶部)。因此，这些晶体管被安装为与电压的方向相反且没有电流流过，并且这与电控制信号CMD的值无关。
-减速或正常模式
二极管D现与电压的方向相反，因而该二极管被阻断。电控制信号CMD等于CMD＝‘1’(假设不存在引擎故障)，第一电阻器R1中的电流可以控制第一晶体管T1处于“导通”模式，这将使提供的电流绕过第二电阻器R2以切断第二晶体管T2。
-默认模式
二极管D现与电压的方向相反，因而该二极管被阻断。电控制信号CMD等于CMD＝‘0’，因此第一电阻器R1中不存在电流，这使第一晶体管T1断开。因此，第二电阻器R2提供的电流流入第二晶体管T2的基极，这可以使第二晶体管T2闭合并由此使电流保留在负载中。

Claims (8)

1.一种电气设备(2)的控制电路(1)，所述控制电路(1)接收离散电控制信号(CMD)作为输入，
所述控制电路(1)包括：
电压(±V)源(11)，配置为根据负电压或正电压对电路供电；
常闭开关(12)，在不存在离散电控制信号(CMD)时闭合，并配置为根据电控制信号(CMD)使所述电气设备与所述电压源隔离，所述开关被连接在所述电压源与所述电气设备(2)之间，所述开关(12)对用于单一电压方向的离散电控制信号(CMD)敏感。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述常闭开关包括NPN型的第一晶体管(T1)和NPN型的第二晶体管(T2)，所述第一晶体管(T1)受控于所述离散电控制信号(CMD)，所述第一晶体管(T1)的集电极被连接到所述第二晶体管(T2)的基极，所述第一晶体管(T1)的发射极被连接到所述第二晶体管(T2)的发射极，这些发射极被连接到所述设备(2)或相同类型的另一电路。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其中，所述常闭开关包括连接到所述第一晶体管(T1)的基极处的第一电阻器(R1)，所述第一电阻器(R1)将电控制信号(CMD)施加至所述第一晶体管(T1)的基极。
4.根据权利要求2或3所述的控制电路，其中，所述常闭开关包括第二电阻器(R2)，所述第二电阻器被连接在所述第二晶体管(T2)的基极与所述第二晶体管(T2)的集电极之间。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的供电电路，其中，所述第二晶体管(T2)为达林顿晶体管。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的供电电路，包括：用于对所述电压源提供的电压的方向进行控制的装置(13)。
7.根据权利要求6所述的供电电路，其中，所述用于对所述电压源提供的电压的方向进行控制的装置(13)以并联方式安装在所述电压源上。
8.一种用于关闭飞行器的燃料回路的电气装置，所述电气装置由根据权利要求1至7中任一项所述的供电电路供电。
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