CN112859658A - 一种干节点输出控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干节点输出控制装置，包括信号处理电路，所述信号处理电路包括信号产生电路、驱动电路、逻辑电路和电流处理单元；所述信号产生电路的输出端与所述驱动电路的输入端相连；所述电流处理单元的输入端与干节点输出电路相连，用于采集干节点输出电路的输出电流；所述逻辑电路的输入端分别连接所述驱动电路的输出端和电流处理单元的输出端，所述逻辑电路的输出端连接干节点输出电路，所述逻辑电路用于将驱动电路的输出信号和电流处理单元的输出信号进行与操作后输出高电平或低电平控制干节点输出电路的输出。本发明的干节点输出控制装置具有双重电流保护、安全可靠性高、电压电流反馈、功能丰富等优点。

Description

一种干节点输出控制装置
技术领域
本发明主要涉及列车干节点技术领域，特指一种干节点输出控制装置。
背景技术
国内铁路仍沿用传统有触电的电气电子线路，应用了较多的中间继电器和时间继电器，此种电子电路存在成本高、接线复杂、检修麻烦等困难。逻辑控制单元(LCU)在该要求下应声而出。随着中国高铁的迅速发展，对车辆的可靠性与安全性提出了更高的要求。高速列车作为中国铁路发展程度的重要名片，得到了世界广泛的关注和考量，同时对高速列车也提出了更稳定，更智能，更安全的要求。
现有的LCU主要有有源电路和无源干接点两种电路形式。有源电路采用110V或24V输出，具有电路滤波和反馈电路诊断保护功能；而无源干接点仅提供简单开通和关断功能。有源电路需要固定的电源输入输出，可用的范围不够广泛；而无源干接点需要确定一个COM点，只能一个端口作为外部接入，另一个端口作为输出，只是简单取代了继电器作用。上述两种方案都存在一定的不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种安全可靠性高的干节点输出控制装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种干节点输出控制装置，包括信号处理电路，所述信号处理电路包括信号产生电路、驱动电路、逻辑电路和电流处理单元；所述信号产生电路的输出端与所述驱动电路的输入端相连；所述电流处理单元的输入端与干节点输出电路相连，用于采集干节点输出电路的输出电流；所述逻辑电路的输入端分别连接所述驱动电路的输出端和电流处理单元的输出端，所述逻辑电路的输出端连接干节点输出电路，所述逻辑电路用于将驱动电路的输出信号和电流处理单元的输出信号进行与操作后输出高电平或低电平控制干节点输出电路的输出。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述电流处理单元包括依次相连的电流检测电路、窗口比较电路、硬件保护电路；所述电流检测电路的输入端与所述干节点输出电路相连，所述硬件保护电路的输出端与所述逻辑电路的输入端相连。
所述逻辑电路与所述干节点输出电路之间设有隔离电路，用于实现信号的隔离。
还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路的输入端与所述干节点输出电路相连，所述电压反馈电路的输出端与所述信号产生电路相连，所述电压反馈电路用于采集所述干节点输出电路的两端电压并反馈至所述信号产生电路。
还包括电流反馈电路，所述电流反馈电路的输入端与所述干节点输出电路相连，所述电流反馈电路的输出端与所述信号产生电路相连，所述电流反馈电路用于采集所述干节点输出电路的电流反馈至所述信号产生电路进行储存及过流封锁保护。
所述电流反馈电路包括电流采集电路和AD转换电路，所述电流采集电路的输入端与所述干节点输出电路相连，所述电流采集电路的输出端与所述AD转换电路的输入端相连，所述AD转换电路的输出端与所述信号产生电路相连。
所述驱动电路为脉冲驱动电路。
所述脉冲驱动电路包括单稳态触发器。
所述信号处理电路的数量为多路，多路信号处理电路相互并联以相互冗余，各所述信号处理电路中的信号产生电路相互通讯相连。
各所述信号产生电路之间通过UART通信。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的干节点输出控制装置，通过逻辑电路对驱动电路的输出信号和电流处理单元的输出信号进行与操作，逻辑电路只有在驱动电路以及电流处理单元均输出高电平的情况下才输出高电平，否则输出低电平，封锁干接点的输出，从而实现硬件层面的过流保护。
(2)本发明的干节点输出控制装置，通过电流处理单元与电流反馈电路的相互配合，实现在硬件和软件层面的过流封锁保护，使得干节点输出电路工作安全可靠；通过对干节点输出电路中输出电压和输出电流的检测记录及分析，进一步提高干节点输出电路工作安全可靠性。
(3)本发明的干节点输出控制装置，通过窗口比较电路实现对极性不确定的输出电流是否过流进行精准判断；在此基础上，干节点输出电路无需确定公共点，外部端口随便连接。
(4)本发明的干节点输出控制装置，通过电压反馈电路和电流反馈电路对干节点输出电路的输出电压和输出电压进行存储记录及诊断分析，从而进一步保障干节点输出电路的正常工作，从而整合了有源电路的优点。
附图说明
图1为本发明在实施例的方框结构图。
图2为本发明的信号处理电路在实施例的方框结构图。
图3为本发明的窗口比较电路在实施例的电路原理图。
图例说明：1、信号处理电路；101、信号产生电路；102、驱动电路；103、逻辑电路；104、隔离电路；105、电流处理单元；1051、电流检测电路；1052、窗口比较电路；1053、硬件保护电路；106、电压反馈电路；107、电流反馈电路；2、干节点输出电路。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1和图2所示，本实施例的干节点输出控制装置，用于驱动列车中外部继电器、断路器或电磁阀等控制对象，具体结构包括多路信号处理电路1，多路信号处理电路1之间相互冗余；各信号处理电路1均包括信号产生电路101、驱动电路102、逻辑电路103、隔离电路104和电流处理单元105；信号产生电路101的输出端与驱动电路102的输入端相连，信号产生电路101产生控制输入信号至驱动电路102，进行识别延时处理，输出有效电平信号；电流处理单元105的输入端与干节点输出电路2相连，用于采集干节点输出电路2的输出电流，并进行处理，其中在干节点输出电路2的输出电流处于预设阈值内(输出正常)则输出高电平，否则输出低电平(即处于过流状态)；逻辑电路103的输入端分别连接驱动电路102的输出端和电流处理单元105的输出端，逻辑电路103的输出端通过隔离电路104连接干节点输出电路2，逻辑电路103用于将驱动电路102的输出信号和电流处理单元105的输出信号进行与操作后输出高电平或低电平，再通过隔离电路104进行隔离后控制干节点输出电路2的输出。本发明的干节点输出控制装置，通过逻辑电路103对驱动电路102的输出信号和电流处理单元105的输出信号进行与操作，逻辑电路103只有在驱动电路102以及电流处理单元105均输出高电平的情况下才输出高电平，在干节点输出电路2的输出电流过流的情况下输出低电平，从而封锁干接点的输出，实现硬件层面的过流保护。
本实施例中，电流处理单元105包括依次相连的电流检测电路1051、窗口比较电路1052、硬件保护电路1053；电流检测电路1051的输入端与干节点输出电路2相连，用于检测干节点输出电路2的输出电流，硬件保护电路1053的输出端与逻辑电路103的输入端相连。由于干节点输出电路2两端的电压极性不确定，对应输出的电流极性也不确定，通过窗口比较电路1052设定正负参考电压，如图3所示，采用两个背靠背连接的两个MOSFET，窗口参考电压为VTH+和VTH-；只要输入电压VIN处于VTH+与VTH-之间，VOUT均输出出高电平，否则输出低电平，从而不需要确定干节点输出电路2两个端口电平的高低，两个输出端口随便连接均可以(常规输出需要确定某一个端口为高电平或低电平)，无需确定公共点。
本实施例中，还包括电压反馈电路106，电压反馈电路106的输入端与干节点输出电路2相连，电压反馈电路106的输出端与信号产生电路101相连，电压反馈电路106用于采集干节点输出电路2的两端电压并反馈至信号产生电路101，信号产生电路101则对电压数据进行储存或诊断分析处理等操作。
本实施例中，还包括电流反馈电路107，电流反馈电路107的输入端与干节点输出电路2相连，电流反馈电路107的输出端与信号产生电路101相连，电流反馈电路107用于采集干节点输出电路2的电流反馈至信号产生电路101进行储存及过流封锁保护。具体地，在当检测到输出电流超过预设阈值时，对应的信号产生电路101则进行封锁，不再输出控制输入信号，从软件层面保证干节点输出电路2的安全。具体地，电流反馈电路107包括电流采集电路和AD转换电路，电流采集电路的输入端与干节点输出电路2相连，电流采集电路的输出端与AD转换电路的输入端相连，AD转换电路的输出端与信号产生电路101相连。当然，电流采集电路也可以直接采用电流处理单元105中的电流检测电路1051来实现，从而进一步减少控制装置的体积。
本实施例中，驱动电路102为脉冲驱动电路，脉冲驱动电路中的单稳态触发器在当CPU死机时候输出为高电平或上升沿时候，均输出有效脉冲，能够解决信号产生电路101(微处理器MCU)死机无法翻转问题(而常规驱动电路在CPU死机时输出为有效高电平或上升沿，保持电平不变，无法翻转)。
本实施例中，信号处理电路1的数量为两路，两路信号处理电路1相互并联以相互冗余输出，进一步提高干节点输出电路2的工作可靠性；其中各信号处理电路1中的信号产生电路101通过UART通讯相连。当然，在其它实施例中，也可以采用三路或者更多路的信号处理电路1进行相互冗余输出。
本发明的干节点输出控制装置，通过电流处理单元105与电流反馈电路107的相互配合，实现在硬件和软件层面的过流封锁保护，使得干节点输出电路2工作安全可靠；通过对干节点输出电路2中输出电压和输出电流的检测记录及分析，进一步提高干节点输出电路2工作安全可靠性。
工作流程：如图1和图2所示，信号产生电路101(如图2中的MCU)输出控制输入信号，该信号为脉宽可调的脉冲信号，通常幅值为3.3V，频率为几百赫兹。脉冲驱动电路102通过单稳态触发器将信号产生电路101发送的脉冲信号进行识别延时处理(增加抗干扰能力和稳定性)后，输出有效电平信号；脉冲驱动电路102与硬件保护电路1053的输出信号通过与门逻辑电路103后输出高电平或底电平；逻辑电路103输出的信号通过隔离电路104中控制光耦隔离MOSFET驱动器的开关来控制冗余干节点输出电路2的输出。冗余干节点输出电路2两个端口的电压通过电压反馈电路106采集反馈至MCU做数据处理。同时，通过电流检测电路1051采集冗余干节点输出电路2的输出电流，电流检测电路1051的基准电流为2.5A，并采用窗口比较电路1052对极性不确定的电流进行比较判断，比较参考电压为2.5V±N*0.08V(其中N为保护的电流值)。此外，为了记录输出数据和双重保护，通过电流反馈电路107读取数据，送给MCU进行数据记录，同时可以通过MCU来进行软件层面的过流封锁保护。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种干节点输出控制装置，其特征在于，包括信号处理电路(1)，所述信号处理电路(1)包括信号产生电路(101)、驱动电路(102)、逻辑电路(103)和电流处理单元(105)；所述信号产生电路(101)的输出端与所述驱动电路(102)的输入端相连；所述电流处理单元(105)的输入端与干节点输出电路(2)相连，用于采集干节点输出电路(2)的输出电流；所述逻辑电路(103)的输入端分别连接所述驱动电路(102)的输出端和电流处理单元(105)的输出端，所述逻辑电路(103)的输出端连接干节点输出电路(2)，所述逻辑电路(103)用于将驱动电路(102)的输出信号和电流处理单元(105)的输出信号进行与操作后输出高电平或低电平控制干节点输出电路(2)的输出。
2.根据权利要求1所述的干节点输出控制装置，其特征在于，所述电流处理单元(105)包括依次相连的电流检测电路(1051)、窗口比较电路(1052)、硬件保护电路(1053)；所述电流检测电路(1051)的输入端与所述干节点输出电路(2)相连，所述硬件保护电路(1053)的输出端与所述逻辑电路(103)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的干节点输出控制装置，其特征在于，所述逻辑电路(103)与所述干节点输出电路(2)之间设有隔离电路(104)，用于实现信号的隔离。
4.根据权利要求1或2或3所述的干节点输出控制装置，其特征在于，还包括电压反馈电路(106)，所述电压反馈电路(106)的输入端与所述干节点输出电路(2)相连，所述电压反馈电路(106)的输出端与所述信号产生电路(101)相连，所述电压反馈电路(106)用于采集所述干节点输出电路(2)的两端电压并反馈至所述信号产生电路(101)。
5.根据权利要求1或2或3所述的干节点输出控制装置，其特征在于，还包括电流反馈电路(107)，所述电流反馈电路(107)的输入端与所述干节点输出电路(2)相连，所述电流反馈电路(107)的输出端与所述信号产生电路(101)相连，所述电流反馈电路(107)用于采集所述干节点输出电路(2)的电流反馈至所述信号产生电路(101)进行储存及过流封锁保护。
6.根据权利要求5所述的干节点输出控制装置，其特征在于，所述电流反馈电路(107)包括电流采集电路和AD转换电路，所述电流采集电路的输入端与所述干节点输出电路(2)相连，所述电流采集电路的输出端与所述AD转换电路的输入端相连，所述AD转换电路的输出端与所述信号产生电路(101)相连。
7.根据权利要求1或2或3所述的干节点输出控制装置，其特征在于，所述驱动电路(102)为脉冲驱动电路。
8.根据权利要求7所述的干节点输出控制装置，其特征在于，所述脉冲驱动电路包括单稳态触发器。
9.根据权利要求1或2或3所述的干节点输出控制装置，其特征在于，所述信号处理电路(1)的数量为多路，多路信号处理电路(1)相互并联以相互冗余，各所述信号处理电路(1)中的信号产生电路(101)相互通讯相连。
10.根据权利要求9所述的干节点输出控制装置，其特征在于，各所述信号产生电路(101)之间通过UART通信。
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