CN110543167A - 一种应用于航空电热控制系统的自检电路 - Google Patents

一种应用于航空电热控制系统的自检电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于航空电热控制系统的自检电路，属于航空电加热控制系统技术领域，本发明通过采集回路通断输出指令、采集输入电压、采集输出电压、采集输出电流，对航空电热控制系统的进行自检，实现了对处理器通断输出功能、功率输出功能、输出回路正常、断路和短路的状态判断和定位。

Description

一种应用于航空电热控制系统的自检电路
技术领域
本发明涉及航空电加热控制系统技术领域，具体涉及一种应用于航空电热控制系统的自检电路。
背景技术
航空电热系统是采用飞机上交流电源为加热元件或管路活门供电，并根据加热元件表面温度传感器反馈实时温度，控制输出回路周期性接通和断开，使加热元件或管路维持在一定温度范围内。传统的航空电热控制系统自检电路工作原理通常为通过检测输出回路电压的有无，与输出的通断指令比较，判断控制系统的工作状态。传统的航空电热控制系统自检电路的缺点：1、由于没有输出回路的输出电流检测，只有输出电压有无的检测，没有检测具体电压值，当回路断路时，无法识别断路故障模式；2、通断指令判断基于处理器运算的指令，没有采集处理器输出的指令，当通断指令误输出时，无法识别误输出指令。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：针对传统航空电热控制系统自检电路的缺点，提供一种应用于航空电热控制系统的自检电路。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于航空电热控制系统的自检电路，包括处理器电路、驱动电路、输出指令回采电路、功率输出电路、输入交流电压采集电路、输出交流电压采集电路、输出交流电流采集电路；
所述处理器电路与驱动电路连接，处理器电路用于输出控制信号给驱动电路，控制功率输出电路导通和断开；
所述处理器电路与输出指令回采电路连接，处理器电路还用于接收输出指令回采电路的返回信号、判断驱动电路的工作状态。
所述输入交流电压采集电路与外部输入的功率电源和所述处理器电路连接，用于采集输入电压，判断外部功率电源的输入状态；
所述输出交流电压采集电路分别与功率输出电路和处理器电路连接，用于采集输出电压，判断功率输出回路的导通和截止状态；
所述输出交流电流采集电路分别与功率输出电路和处理器电路连接，用于采集输出回路电流。
优选地，所述处理器电路包括数字信号处理器D1，处理器D1管脚6为控制命令输出引脚，接驱动电路；处理器D1管脚5为离散量输入引脚，接输出指令回采电路；处理器D1管脚1、2、3为模拟量转换引脚，处理器D1管脚1接输入交流电压采集电路；处理器D1管脚2接输出交流电流采集电路；处理器D1管脚3接输出交流电压采集电路。
优选地，所述驱动电路包括驱动芯片D2，驱动芯片D2为场效应晶体管驱动芯片MAX5078BATT，驱动芯片D2的输入管脚6接处理器D1管脚6，驱动芯片D2的输出管脚5接功率输出电路中两个场效应晶体管的栅极，同时，驱动芯片D2的输出管脚5接输出指令回采电路中的光耦隔离芯片的输入引脚；所述处理器电路输出控制信号给驱动电路，控制功率输出电路导通和断开，当控制信号为高时，驱动电路输出高有效信号，功率输出回路导通；当控制信号为低时，驱动电路输出低信号，功率输出回路截止。
优选地，所述输出指令回采电路包括光耦隔离芯片D3，光耦隔离芯片D3的输入引脚2接驱动芯片D2的输出管脚5，光耦隔离芯片D3的输出引脚7接处理器D1的离散量输入引脚；
输出指令回采电路将驱动信号经光耦隔离和电平转换后，输出给处理器电路，由处理器D1采集判断，处理器D1将采集得到的输出指令，即驱动信号与运算控制指令进行比较，两者不一致时判断为通断命令误输出，报通断指令输出电路故障，两者一致时报通断指令输出正常。
优选地，所述输入交流电压采集电路包括有效值芯片N1、电容C1、电阻R1、R2、R3、R4、R9；
输入电压经过电阻R1、R2、R3、R4分压，将电压缩小后，通过电容C1接入有效值芯片N1，有效值芯片N1将转换后的有效值电压通过R9接入处理器D1模数转换接口，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以相应的倍数，得到输入电压数值。
优选地，所述输出交流电压采集电路包括有效值芯片N2、电容C2、电阻R5、R6、R7、R8、R10；
输出电压经过电阻R5、R6、R7、R8的电阻分压，将电压缩小后，接入有效值芯片N2，有效值芯片N2将转换后的有效值电压通过R10接入处理器D1模数转换接口，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以相应的倍数，得到输出电压数值。
优选地，所述输出交流电流采集电路包括有效值芯片N3、电容C3、电阻R11，功率输出电路上串入2mΩ，额定电流大于输出回路工作电流的采样电阻R12，该采样电阻R12两端的电压接入有效值芯片N3，有效值芯片N3将转换后的有效值电压通过R11接入处理器D1模数转换接口经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，得到输出电压数值，除以该采样电阻阻值，得到输出回路电流值。
优选地处理器D1的管脚6为加热回路通断控制命令输出管脚，处理器D1的管脚6接入驱动芯片D2的同相输入脚6脚，驱动芯片D2的输出引脚5接入功率输出回路中NMOS1和NMOS2的栅极，同时，驱动芯片D2的输出引脚5接入光耦隔离芯片D3的输入脚2脚，光耦隔离芯片D3的输出引脚7脚接入处理器的输入引脚5脚，处理器D1能够采集得到加热回路通断控制驱动信号；
功率输出电路中，采样电阻R12串联接入功率器件NMOS1、NMOS2之间，该采样电阻R12两端的电压接入有效值芯片N3，有效值芯片N3可以为LTC1966，有效值芯片N3将转换后的有效值电压接入处理器D1模数转换接口2引脚，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，得到输出电压数值，除以该采样电阻阻值，得到输出回路电流值。
优选地，输入交流电压采集电路中AC230V输入电压接入电阻R4，电阻R4连接电阻R2，电阻R2连接电阻R1，电阻R1连接电阻R3，电阻R3接入AC230V零线，经过分压，电阻R1、R2两端电压为AC230V电压缩小500倍，电阻R2两端电压接入有效值芯片N1的输入脚2，电阻R1两端电压经电容C1接入有效值芯片N1的输入脚3，有效值芯片N1将转换后的有效值直流电压信号经电阻R9接入处理器模数转换接口引脚1，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以500倍，得到输入电压数值。
优选地，输出电压交流检测电路中AC230V输出电压接入电阻R8，电阻R8连接电阻R6，电阻R2连接电阻R5，电阻R5连接电阻R7，电阻R7接入AC230V零线，经过分压，电阻R5、R6两端电压为AC230V电压缩小500倍，电阻R6两端电压接入有效值芯片N2的输入脚2，电阻R5两端电压经电容C2接入有效值芯片N2的输入脚3，有效值芯片N2将转换后的有效值直流电压信号经电阻R10接入处理器模数转换接口引脚3，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以500倍，得到输入电压数值。
(三)有益效果
本发明通过采集回路通断输出指令、采集输入电压、采集输出电压、采集输出电流，对航空电热控制系统的进行自检，实现了对处理器通断输出功能、功率输出功能、输出回路正常、断路和短路的状态判断和定位。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种应用于航空电热控制系统的自检电路，包括处理器电路、驱动电路、输出指令回采电路、功率输出电路、输入交流电压采集电路、输出交流电压采集电路、输出交流电流采集电路；
所述处理器电路与驱动电路连接，处理器电路用于输出控制信号给驱动电路，控制功率输出电路导通和断开；
所述处理器电路与输出指令回采电路连接，处理器电路还用于接收输出指令回采电路的返回信号、判断驱动电路的工作状态。
输入交流电压采集电路与外部输入的功率电源和所述处理器电路连接，用于采集输入电压，判断外部功率电源的输入状态；
所述输出交流电压采集电路分别与功率输出电路和处理器电路连接，用于采集输出电压，判断功率输出回路的导通和截止状态；
所述输出交流电流采集电路分别与功率输出电路和处理器电路连接，用于采集输出回路电流。
处理器电路由数字信号处理器D1或单片机组成，处理器D1管脚6为控制命令输出引脚，接驱动电路；处理器D1管脚5为离散量输入引脚，接输出指令回采电路；处理器D1管脚1、2、3为模拟量转换引脚，处理器D1管脚1接输入交流电压采集电路；处理器D1管脚2接输出交流电流采集电路；处理器D1管脚3接输出交流电压采集电路。
驱动电路由驱动芯片D2组成，驱动芯片D2为场效应晶体管驱动芯片MAX5078BATT，驱动芯片D2的输入管脚6接处理器D1管脚6，驱动芯片D2的输出管脚5接功率输出电路中两个场效应晶体管的栅极，同时，驱动芯片D2的输出管脚5接输出指令回采电路中的光耦隔离芯片的输入引脚。
处理器电路输出控制信号给驱动电路，控制功率输出电路导通和断开，当控制信号为高时，驱动电路输出高有效信号，功率输出回路导通；当控制信号为低时，驱动电路输出低信号，功率输出回路截止。
输出指令回采电路由光耦隔离芯片D3组成，光耦隔离芯片D3的输入引脚2接驱动芯片D2的输出管脚5，光耦隔离芯片D3的输出引脚7接处理器D1的离散量输入引脚。
输出指令回采电路将驱动信号经光耦隔离和电平转换后，输出给处理器电路，由处理器D1采集判断。处理器D1将采集得到的输出指令(驱动信号)与运算控制指令进行比较，两者不一致时判断为通断命令误输出，报通断指令输出电路故障，两者一致时报通断指令输出正常。
输入交流电压采集电路由有效值芯片N1、电容C1、电阻R1、R2、R3、R4、R9组成。由于航空加热系统的加热电压很高，可达AC115V甚至AC230V，处理器电路和有效值芯片N1不能直接采集这个量级的电压，所以在交流电压间串联接入两个20kΩ的电阻和两个10MΩ，其中20kΩ电阻两端的电压约为交流电压缩小500倍后得到的值，由有效值芯片N1采集20kΩ的电阻两端电压。
输入电压经过两个20kΩ的电阻和两个10MΩ的电阻分压，将电压缩小500倍后，通过电容C1接入有效值芯片N1，有效值芯片N1将转换后的有效值电压通过R9接入处理器D1模数转换接口，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以500倍，得到输入电压数值。
处理器D1将输入电压与额定电压比较，当输入电压比额定电压低于一定阈值时，判断输入电压过低，报输入电压欠压故障，当额定电压比输入电压低于一定阈值时，判断输入电压过高，报输入电压超压故障，当输入电压欠压和过压故障时，航空电热控制系统保持输出断开状态，输出回路不接通；当输入电压与额定电压差值在一定阈值之内时，报输入电压正常。
输出交流电压采集电路由有效值芯片N2、电容C2、电阻R5、R6、R7、R8、R10组成，由于航空加热系统的加热电压很高，可达AC115V甚至AC230V，处理器电路和有效值芯片N2不能直接采集这个量级的电压，所以在交流电压间串联接入两个20kΩ的电阻和两个10MΩ，20kΩ的电阻两端电压约为交流电压缩小500倍，由有效值芯片N2采集20kΩ的电阻两端电压。
输出电压经过两个20kΩ的电阻和两个10MΩ的电阻分压，将电压缩小500倍后，接入有效值芯片N2，有效值芯片N2将转换后的有效值电压通过R10接入处理器D1模数转换接口，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以500倍，得到输出电压数值。
当输入电压正常时，处理器D1将通断输出命令与输出电压进行逻辑判断，当通断输出命令为接通有效时，输出电压与输入电压差值在一定阈值之内时，或通断输出命令为断开时，输出电压接近零伏，报输出回路断开正常；当通断输出命令为接通有效时，输出电压接近零伏，报输出回路无法接通故障；当通断输出命令为断开时，输出电压与输入电压差值在一定阈值之内，报输出回路误接通故障。
输出交流电流采集电路由有效值芯片N3、电容C3、电阻R11组成，输出回路上串入2mΩ，额定电流大于输出回路工作电流的采样电阻R12，该采样电阻R12两端的电压接入有效值芯片N3，有效值芯片N3将转换后的有效值电压通过R11接入处理器D1模数转换接口，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，得到输出电压数值，除以该采样电阻阻值，得到输出回路电流值。
当输出回路接通，输出电压正常时，判断输出电流，当电流接近额定电流时，报负载接通正常；当电流接近零时，报负载断路故障。
输出指令回采电路将输出信号线接入处理器输入引脚，由处理器采集判断。输出指令回采电路中处理器D1可以为内部具有模拟量转换为数字量的单片机或微控制器，处理器D1的管脚6为加热回路通断控制命令输出管脚，处理器D1的管脚6接入驱动芯片D2的同相输入脚6脚，D2可以为功率器件NMOS1的驱动芯片MAX5078，驱动芯片D2的输出引脚5接入功率器件NMOS1和NMOS2的栅极，同时，驱动芯片D2的输出引脚5接入隔离芯片D3的输入脚2脚，隔离芯片D3可以为光耦隔离芯片HCPL0931，隔离芯片D3的输出引脚7脚接入处理器的输入引脚5脚，处理器可以采集得到加热回路通断控制驱动信号。
输入交流电压采集电路，电路中AC230V输入电压接入电阻R4，电阻R4连接电阻R2，电阻R2连接电阻R1，电阻R1连接电阻R3，电阻R3接入AC230V零线，电阻R1、R2阻值可以为20kΩ，电阻R3、R4阻值可以为10MΩ经过分压，电阻R1、R2两端电压为AC230V电压缩小500倍，电阻R2两端电压接入有效值芯片N1的输入脚2，电阻R1两端电压经电容C1接入有效值芯片N1的输入脚3，有效值芯片N1可以为LTC1966，有效值芯片N1将转换后的有效值直流电压信号经电阻R9接入处理器模数转换接口引脚1，经处理器把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以500倍，得到输入电压数值。
输出电压交流检测电路，电路中AC230V输出电压接入电阻R8，电阻R8连接电阻R6，电阻R2连接电阻R5，电阻R5连接电阻R7，电阻R7接入AC230V零线，电阻R5、R6阻值为20kΩ，电阻R7、R8阻值为10MΩ，经过分压，电阻R5、R6两端电压为AC230V电压缩小500倍，电阻R6两端电压接入有效值芯片N2的输入脚2，电阻R5两端电压经电容C2接入有效值芯片N2的输入脚3，有效值芯片N2可以为LTC1966，有效值芯片N2将转换后的有效值直流电压信号经电阻R10接入处理器模数转换接口引脚3，经处理器把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以500倍，得到输入电压数值。
功率输出电路中，采样电阻R12串联接入功率器件NMOS1、NMOS2之间，R12额定电流需大于输出回路额定工作电流，该采样电阻R12两端的电压接入有效值芯片N3，有效值芯片N3可以为LTC1966，有效值芯片N3将转换后的有效值电压接入处理器D1模数转换接口2引脚经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，得到输出电压数值，除以该采样电阻阻值，得到输出回路电流值。
处理器D1将采集得到的输出指令与运算控制指令进行比较，两者不一致时判断为通断命令误输出，报通断指令输出电路故障，两者一致时报通断指令输出正常；处理器将输入电压与额定电压比较，当输入电压比额定电压低于一定阈值时，判断输入电压过低，报输入电压欠压故障，当额定电压比输入电压低于一定阈值时，判断输入电压过高，报输入电压超压故障，当输入电压欠压和过压故障时，航空电热控制系统保持输出断开状态，输出回路不接通；当输入电压与额定电压差值在一定阈值之内时，报输入电压正常；当输入电压正常时，处理器将通断输出命令与输出电压进行逻辑判断，当通断输出命令为接通有效时，输出电压与输入电压差值在一定阈值之内时，或通断输出命令为断开时，输出电压接近零伏，报输出回路断开正常；当通断输出命令为接通有效时，输出电压接近零伏，报输出回路无法接通故障；当通断输出命令为断开时，输出电压与输入电压差值在一定阈值之内，报输出回路误接通故障；当输出回路接通，输出电压正常时，判断输出电流，当电流接近额定电流时，报负载接通正常；当电流接近零安时，报负载断路故障。
可以看出，本发明通过输出指令回采结果与处理器控制命令比较，判断控制器电路工作状态，通过输出电压判断控制器工作状态，通过输出电流判断加热元件或管路活门工作状态，从而实现对故障的准确定位，提高了产品的测试性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于航空电热控制系统的自检电路，其特征在于，包括处理器电路、驱动电路、输出指令回采电路、功率输出电路、输入交流电压采集电路、输出交流电压采集电路、输出交流电流采集电路；
所述处理器电路与驱动电路连接，处理器电路用于输出控制信号给驱动电路，控制功率输出电路导通和断开；
所述处理器电路与输出指令回采电路连接，处理器电路还用于接收输出指令回采电路的返回信号、判断驱动电路的工作状态。
所述输入交流电压采集电路与外部输入的功率电源和所述处理器电路连接，用于采集输入电压，判断外部功率电源的输入状态；
所述输出交流电压采集电路分别与功率输出电路和处理器电路连接，用于采集输出电压，判断功率输出回路的导通和截止状态；
所述输出交流电流采集电路分别与功率输出电路和处理器电路连接，用于采集输出回路电流。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述处理器电路包括数字信号处理器D1，处理器D1管脚6为控制命令输出引脚，接驱动电路；处理器D1管脚5为离散量输入引脚，接输出指令回采电路；处理器D1管脚1、2、3为模拟量转换引脚，处理器D1管脚1接输入交流电压采集电路；处理器D1管脚2接输出交流电流采集电路；处理器D1管脚3接输出交流电压采集电路。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述驱动电路包括驱动芯片D2，驱动芯片D2为场效应晶体管驱动芯片MAX5078BATT，驱动芯片D2的输入管脚6接处理器D1管脚6，驱动芯片D2的输出管脚5接功率输出电路中两个场效应晶体管的栅极，同时，驱动芯片D2的输出管脚5接输出指令回采电路中的光耦隔离芯片的输入引脚；所述处理器电路输出控制信号给驱动电路，控制功率输出电路导通和断开，当控制信号为高时，驱动电路输出高有效信号，功率输出回路导通；当控制信号为低时，驱动电路输出低信号，功率输出回路截止。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述输出指令回采电路包括光耦隔离芯片D3，光耦隔离芯片D3的输入引脚2接驱动芯片D2的输出管脚5，光耦隔离芯片D3的输出引脚7接处理器D1的离散量输入引脚；
输出指令回采电路将驱动信号经光耦隔离和电平转换后，输出给处理器电路，由处理器D1采集判断，处理器D1将采集得到的输出指令，即驱动信号与运算控制指令进行比较，两者不一致时判断为通断命令误输出，报通断指令输出电路故障，两者一致时报通断指令输出正常。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述输入交流电压采集电路包括有效值芯片N1、电容C1、电阻R1、R2、R3、R4、R9；
输入电压经过电阻R1、R2、R3、R4分压，将电压缩小后，通过电容C1接入有效值芯片N1，有效值芯片N1将转换后的有效值电压通过R9接入处理器D1模数转换接口，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以相应的倍数，得到输入电压数值。
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述输出交流电压采集电路包括有效值芯片N2、电容C2、电阻R5、R6、R7、R8、R10；
输出电压经过电阻R5、R6、R7、R8的电阻分压，将电压缩小后，接入有效值芯片N2，有效值芯片N2将转换后的有效值电压通过R10接入处理器D1模数转换接口，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以相应的倍数，得到输出电压数值。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述输出交流电流采集电路包括有效值芯片N3、电容C3、电阻R11，功率输出电路上串入2mΩ，额定电流大于输出回路工作电流的采样电阻R12，该采样电阻R12两端的电压接入有效值芯片N3，有效值芯片N3将转换后的有效值电压通过R11接入处理器D1模数转换接口，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，得到输出电压数值，除以该采样电阻阻值，得到输出回路电流值。
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，处理器D1的管脚6为加热回路通断控制命令输出管脚，处理器D1的管脚6接入驱动芯片D2的同相输入脚6脚，驱动芯片D2的输出引脚5接入功率输出回路中NMOS1和NMOS2的栅极，同时，驱动芯片D2的输出引脚5接入光耦隔离芯片D3的输入脚2脚，光耦隔离芯片D3的输出引脚7脚接入处理器的输入引脚5脚，处理器D1能够采集得到加热回路通断控制驱动信号；
功率输出电路中，采样电阻R12串联接入功率器件NMOS1、NMOS2之间，该采样电阻R12两端的电压接入有效值芯片N3，有效值芯片N3可以为LTC1966，有效值芯片N3将转换后的有效值电压接入处理器D1模数转换接口2引脚，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，得到输出电压数值，除以该采样电阻阻值，得到输出回路电流值。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，输入交流电压采集电路中AC230V输入电压接入电阻R4，电阻R4连接电阻R2，电阻R2连接电阻R1，电阻R1连接电阻R3，电阻R3接入AC230V零线，经过分压，电阻R1、R2两端电压为AC230V电压缩小500倍，电阻R2两端电压接入有效值芯片N1的输入脚2，电阻R1两端电压经电容C1接入有效值芯片N1的输入脚3，有效值芯片N1将转换后的有效值直流电压信号经电阻R9接入处理器模数转换接口引脚1，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以500倍，得到输入电压数值。
10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，输出电压交流检测电路中AC230V输出电压接入电阻R8，电阻R8连接电阻R6，电阻R2连接电阻R5，电阻R5连接电阻R7，电阻R7接入AC230V零线，经过分压，电阻R5、R6两端电压为AC230V电压缩小500倍，电阻R6两端电压接入有效值芯片N2的输入脚2，电阻R5两端电压经电容C2接入有效值芯片N2的输入脚3，有效值芯片N2将转换后的有效值直流电压信号经电阻R10接入处理器模数转换接口引脚3，经处理器D1把有效值电压转换为对应的数字量，计算后再乘以500倍，得到输入电压数值。
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