CN107094011B - 一种本质安全的动态驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种本质安全的动态驱动电路，包括第一动静转换电路、第二动静转换电路、信号振荡电路和能量转换和反馈电路，第一动静转换电路由光电耦合器1U1、三极管1Q1、三极管1Q2和稳压电路1U2组成；第二动静转换电路由光电耦合器2U1、三极管2Q1、三极管2Q2和稳压电路2U2组成。本动态驱动电路，在2路动态脉冲的控制下完成的能量传输，所采用的元件全部为用无源被动元件，任何元件的失效或者任意一路脉冲失效都不会引起驱动输出，因此电路具有更高的安全等级，是一种本质安全电路。

Description

一种本质安全的动态驱动电路
技术领域
本发明涉及铁路信号、城市轨道交通以及对输出控制技术领域，尤其是一种本质安全的动态驱动电路。
背景技术
在铁路信号和城市轨道交通领域，对安全控制的要求非常高，要求被控对象不能有误动作，控制电路本身的任何元件失效都不能生误触发信号。在一般工业应用场合，通常通过CPUIO口控制继电器的动作，当IO口失效后由于其状态的不确定性将导致继电器输出的不确定性。本专利在2路动态脉冲控制下，通过高频振荡完成动静转换，由于电路均采用无源器件构成因此是一种本质安全电路，具有更高的安全可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种本质安全的动态驱动电路，具有更高的安全可靠性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种本质安全的动态驱动电路，包括第一动静转换电路、第二动静转换电路、信号振荡电路和能量转换和反馈电路，第一动静转换电路由光电耦合器1U1、三极管1Q1、三极管1Q2和稳压电路1U2组成；第二动静转换电路由光电耦合器2U1、三极管2Q1、三极管2Q2和稳压电路2U2组成；
光电耦合器1U1的1接口串接电阻1R1接到正5V的电压上，光电耦合器1U1的2接口接到外部驱动脉冲；光电耦合器1U1的3接口串联电阻1R2和电阻1R3接地，以及光电耦合器1U1的3接口串联二极管1D1接到三极管1Q1的栅极，三极管1Q1的源极串联电阻1R6接到正24V电源上；三极管1Q1的漏极串联电容1C1和二极管1D3接到稳压电路1U2的输入端，以及三极管1Q1的漏极接到三极管1Q2的漏极；三极管1Q2的栅极串联电阻1R2接到光电耦合器1U1的3接口；三极管1Q2的源极串联电容1C3接到稳压电路1U2的输出端；
信号振荡电路由三极管1Q7和三极管2Q7以及电阻电容组成；三极管1Q7的集电极串联电容1C7接到三极管2Q7的基级，三极管2Q7的集电极串联电容2C7接到三极管1Q7的基级，电容1C7的两端并接电阻1R10和电阻1R11，电容2C7的两端并接电阻2R11和电阻2R10；三极管2Q7的集电极引入驱动脉冲，三极管2Q7的基级串联电阻R4输出驱动脉冲；
能量转换和反馈电路由光电耦合器U1、光电耦合器U2、三极管(Q1、Q2、Q3、Q4)、二极管(D1、D4、D5)、变压器T1以及电阻电容组成；三极管Q1的栅极串联电阻R1引入驱动脉冲；三极管Q1的漏极接到光电耦合器U2的3接口上，光电耦合器U2的5接口分别接到三极管Q3和三极管Q4的基级，三极管Q3的集电极串联电阻R14接到正24V电压源上；三极管Q3的发射极接到三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极接地；变压器T1的绕组1接正24V电压，变压器T1的绕组2接到三极管Q2的漏极；光电耦合器U1的4接口接入驱动脉冲输出，光电耦合器U1的2接口串联二极管D4接地，光电耦合器U1的1接口串联电阻R9和电阻R7输出。
作为本发明进一步的方案：三极管1Q1、三极管1Q2、三极管2Q1、三极管2Q2、三极管Q1、三极管Q2均为绝缘栅型场效应管。
作为本发明进一步的方案：第一动静转换电路和第二动静转换电路采用相同的电路实现动静转换。
作为本发明进一步的方案：稳压电路1U2的型号为LM337。
作为本发明进一步的方案：变压器T1为高频反激变压器。
与现有技术相比，本发明有益效果：
1、本动态驱动电路，采用第一动静转换电路、第二动静转换电路、信号振荡电路和能量转换和反馈电路，在2路动态脉冲的控制下完成的能量传输，所采用的元件全部为用无源被动元件，任何元件的失效或者任意一路脉冲失效都不会引起驱动输出，因此电路具有更高的安全等级，是一种本质安全电路；
2、本动态驱动电路，对控制脉冲的要求低30-80Hz的脉冲信号即可完成动静转换；
3、本动态驱动电路，采用高频振荡完成能量转换因此转换效率高且体积小；
4、本动态驱动电路，采用的元件均为常用的普通元件，性能稳定成本低。
附图说明
图1为本发明的第一动静转换电路原理图；
图2为本发明的第二动静转换电路原理图；
图3为本发明的信号振荡电路原理图；
图4为本发明的能量转换和反馈电路原理图。
图中：1-第一动静转换电路、2-第二动静转换电路、3-信号振荡电路、4-能量转换和反馈电路。
具体实施方式
下面将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。
请参阅图1-4，本发明实施例中，一种本质安全的动态驱动电路，包括第一动静转换电路1、第二动静转换电路2、信号振荡电路3和能量转换和反馈电路4。
请参阅图1和图2，第一动静转换电路1由光电耦合器1U1、三极管1Q1、三极管1Q2和稳压电路1U2组成；第二动静转换电路2由光电耦合器2U1、三极管2Q1、三极管2Q2和稳压电路2U2组成，稳压电路1U2和稳压电路2U2的型号均为LM337；光电耦合器1U1的1接口串接电阻1R1接到正5V的电压上，光电耦合器1U1的2接口接到外部驱动脉冲；光电耦合器1U1的3接口串联电阻1R2和电阻1R3接地，以及光电耦合器1U1的3接口串联二极管1D1接到三极管1Q1的栅极，三极管1Q1的源极串联电阻1R6接到正24V电源上；三极管1Q1的漏极串联电容1C1和二极管1D3接到稳压电路1U2的输入端，以及三极管1Q1的漏极接到三极管1Q2的漏极；三极管1Q2的栅极串联电阻1R2接到光电耦合器1U1的3接口；三极管1Q2的源极串联电容1C3接到稳压电路1U2的输出端。
光电耦合器2U1的1接口串接电阻2R1接到正5V的电压上，光电耦合器2U1的2接口接到外部驱动脉冲；光电耦合器2U1的3接口串联电阻2R2和电阻2R3接地，以及光电耦合器2U1的3接口串联二极管2D1接到三极管2Q1的栅极，三极管2Q1的源极串联电阻2R6接到正24V电源上；三极管2Q1的漏极串联电容2C1和二极管2D3接到稳压电路2U2的输入端，以及三极管2Q1的漏极接到三极管2Q2的漏极；三极管2Q2的栅极串联电阻2R2接到光电耦合器2U1的3接口；三极管2Q2的源极串联电容2C3接到稳压电路2U2的输出端。
第一动静转换电路1和第二动静转换电路2采用相同的电路实现动静转换，电路在外部驱动脉冲的控制下通过电容1C1和电容2C1的充放电各自产生一个安全的负电压并同通过LM337稳压后为下一级电路提供-12V工作电压。
请参阅图3，信号振荡电路3由三极管1Q7和三极管2Q7以及电阻电容组成；三极管1Q7的集电极串联电容1C7接到三极管2Q7的基级，三极管2Q7的集电极串联电容2C7接到三极管1Q7的基级，电容1C7的两端并接电阻1R10和电阻1R11，电容2C7的两端并接电阻2R11和电阻2R10；三极管2Q7的集电极引入驱动脉冲，三极管2Q7的基级串联电阻R4输出驱动脉冲；信号振荡电路3完成2路信号的“与”功能并同时产生一个频率约100K的振荡信号，该振荡信号将作为能量转换和反馈电路4的驱动信号源；其振荡周期由电阻1R11、电容2C7、电阻2R10、电容1C7决定，其振荡周期T＝1R11*1C7+2R10*2C7；通过改变电阻1R11和电阻2R10的值可以改变其振荡频率和占空比。
请参阅图4，能量转换和反馈电路4由光电耦合器U1、光电耦合器U2、三极管Q1、Q2、Q3、Q4、二极管D1、D4、D5、变压器T1以及电阻电容组成；三极管Q1的栅极串联电阻R1引入驱动脉冲；三极管Q1的漏极接到光电耦合器U2的3接口上，光电耦合器U2的5接口分别接到三极管Q3和三极管Q4的基级，三极管Q3的集电极串联电阻R14接到正24V电压源上；三极管Q3的发射极接到三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极接地；变压器T1的绕组1接正24V电压，变压器T1的绕组2接到三极管Q2的漏极；光电耦合器U1的4接口接入驱动脉冲输出，光电耦合器U1的2接口串联二极管D4接地，光电耦合器U1的1接口串联电阻R9和电阻R7输出；该能量转换和反馈电路4主要完成能量的转换输出和反馈；该电路由A点引入驱动脉冲经光电耦合器U2隔离后驱动三极管Q2管导通和截止，变压器T1为高频反激变压器，合理调整电阻R9就可以实现预期的电压输出。
综上可以得出：三极管1Q1、三极管1Q2、三极管2Q1、三极管2Q2、三极管Q1、三极管Q2均为绝缘栅型场效应管。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种本质安全的动态驱动电路，包括第一动静转换电路(1)、第二动静转换电路(2)、信号振荡电路(3)和能量转换和反馈电路(4)，其特征在于：第一动静转换电路(1)由光电耦合器1U1、三极管1Q1、三极管1Q2和稳压电路1U2组成；第二动静转换电路(2)由光电耦合器2U1、三极管2Q1、三极管2Q2和稳压电路2U2组成；
光电耦合器1U1的1接口串接电阻1R1接到正5V的电压上，光电耦合器1U1的2接口接到外部驱动脉冲；光电耦合器1U1的3接口串联电阻1R2和电阻1R3接地，以及光电耦合器1U1的3接口串联二极管1D1接到三极管1Q1的栅极，三极管1Q1的源极串联电阻1R6接到正24V电源上；三极管1Q1的漏极串联电容1C1和二极管1D3接到稳压电路1U2的输入端，以及三极管1Q1的漏极接到三极管1Q2的漏极；三极管1Q2的栅极串联电阻1R2接到光电耦合器1U1的3接口；三极管1Q2的源极串联电容1C3接到稳压电路1U2的输出端；
信号振荡电路(3)由三极管1Q7和三极管2Q7以及电阻电容组成；三极管1Q7的集电极串联电容1C7接到三极管2Q7的基级，三极管2Q7的集电极串联电容2C7接到三极管1Q7的基级，电容1C7的两端并接电阻1R10和电阻1R11，电容2C7的两端并接电阻2R11和电阻2R10；三极管2Q7的集电极引入驱动脉冲，三极管2Q7的基级串联电阻R4输出驱动脉冲；
能量转换和反馈电路(4)由光电耦合器U1、光电耦合器U2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、二极管D1、二极管D4、二极管D5、变压器T1以及电阻电容组成；三极管Q1的栅极串联电阻R1引入驱动脉冲；三极管Q1的漏极接到光电耦合器U2的3接口上，光电耦合器U2的5接口分别接到三极管Q3和三极管Q4的基级，三极管Q3的集电极串联电阻R14接到正24V电压源上；三极管Q3的发射极接到三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极接地；变压器T1的绕组1接正24V电压，变压器T1的绕组2接到三极管Q2的漏极；光电耦合器U1的4接口接入驱动脉冲输出，光电耦合器U1的2接口串联二极管D4接地，光电耦合器U1的1接口串联电阻R9和电阻R7输出。
2.根据权利要求1所述的一种本质安全的动态驱动电路，其特征在于：三极管1Q1、三极管1Q2、三极管2Q1、三极管2Q2、三极管Q1、三极管Q2均为绝缘栅型场效应管。
3.根据权利要求1所述的一种本质安全的动态驱动电路，其特征在于：第一动静转换电路(1)和第二动静转换电路(2)采用相同的电路实现动静转换。
4.根据权利要求1所述的一种本质安全的动态驱动电路，其特征在于：稳压电路1U2的型号为LM337。
5.根据权利要求1所述的一种本质安全的动态驱动电路，其特征在于：变压器T1为高频反激变压器。
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