CN113206660B - 一种线路通道的切换电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线路通道的切换电路及方法，涉及电路设计技术领域，能够极大提高抗干扰能力，保证待切换通道不能同时导通，且使用寿命长、稳定可靠；该电路包括若干组两通道切换电路，每组均包括两个通断电路；第一通断电路和第二通断电路的控制输入端均与同一外部触发信号连接；第一通断电路包括依次连接的第一异或电路、第一信号处理电路和第一开关控制电路；第二通断电路包括依次连接的第二异或电路、第二信号处理电路和第二开关控制电路；第一异或电路和第二异或电路为相反的异或电路；第一开关控制电路和第二开关控制电路的一端均与同一被控通道连接，另一端分别与待切换的两路通道连接。本发明提供的技术方案适用于通道切换控制的过程中。

Description

一种线路通道的切换电路及方法

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种线路通道的切换电路及方法。

背景技术

太阳能电池片需要利用IV测试系统进行测试。在每一次IV特性测试完成的时候，都需要切断电池片与IV测试系统的连接通路，然后将电池片连接至直流电源，让电池片电致发光后通过视觉检测系统进行外观及内观的缺陷检测。这就要求被切换的两个通道任何时候都不能同时导通，否则会出现严重的安全隐患。

目前通道切换大多采用机械式电磁继电器来实现其切换功能，一个控制信号对应一个控制电路和被控通道。但是，机械式电磁继电器长时间工作后，机械损耗不可避免，严重影响继电器的灵敏度，而且电磁继电器体积大，占用空间明显，在实际使用中有诸多弊端。另外，采用两个控制信号分别控制被控通道的导通和断开，没有做硬件防呆，当受到干扰信号时，两路通道有可能出现同时导通的情况，严重影响人员和设备的安全。

因此，有必要研究一种新的线路通道的切换电路及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种线路通道的切换电路及方法，能够极大提高抗干扰能力，保证待切换通道不能同时导通，且使用寿命长、稳定可靠。

一方面，本发明提供一种线路通道的切换电路，其特征在于，所述切换电路包括两通道切换电路；所述两通道切换电路包括第一通断电路和第二通断电路；所述第一通断电路和所述第二通断电路的控制输入端均与同一外部触发信号连接；

所述第一通断电路包括依次连接的第一异或电路、第一信号处理电路和第一开关控制电路；所述第二通断电路包括依次连接的第二异或电路、第二信号处理电路和第二开关控制电路；

所述第一异或电路和所述第二异或电路为相反的异或电路；所述第一开关控制电路和所述第二开关控制电路的一端均与同一被控通道连接，另一端分别与待切换的两路通道连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述两通道切换电路的数量为两组以上时，彼此的连接方式为并联。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一异或电路的一个输入端连接高电平，另一个输入端连接所述外部触发信号；所述第二异或电路的一个输入端连接低电平，另一个输入端连接所述外部触发信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一开关控制电路和所述第二开关控制电路均包括若干相互并联的光耦继电器；所有所述光耦继电器的漏极彼此相连，源极彼此相连。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述信号处理电路包括光耦隔离及放大电路。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一通断电路还包括状态指示灯，所述状态指示灯与所述第一信号处理电路的输出端连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第二通断电路还包括状态指示灯，所述状态指示灯与所述第二信号处理电路的输出端连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一开关控制电路和所述第二开关控制电路的数量为多个，且一一对应。

另一方面，本发明提供一种线路通道的切换方法，其特征在于，所述切换方法通过两个异或电路对同一外部触发信号进行完全相反的逻辑运算，得到两个完全互补的逻辑运算结果，对所述逻辑运算结果进行处理得到两个互补的控制信号，用所述控制信号控制对应线路通道的切换，使两路线路通道无法出现同时导通的情况。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述切换方法采用若干对能够实现相反逻辑运算的异或电路进行并联，实现多线路通道的切换。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述切换方法的每个异或电路均同时控制若干开关控制电路单元，实现若干组两线路通道切换。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，控制信号通过光耦继电器控制对应线路通道的通断。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述光耦继电器的数量为多个，且彼此并联。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，对逻辑运算结果进行处理的内容包括：通过光耦隔离和放大处理得到满足后续通断控制要求的所述控制信号。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，采用并联方式实现多线路通道切换时，在同一时间仅一路线路通道导通。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，采用并联方式实现多线路通道切换时，在同一时间每组两路线路通道中有一路导通。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述两通道切换电路的组数为两组以上时，彼此的连接方式为并联或串联，实现多通道切换。并联可以是若干组整个实施例1的切换电路直接并联（如图2所示）或被控的开关电路并联（如图3所示）。

直接并联具体可以为：若干组所述两通道切换电路的外部触发信号连接，通过一个外部触发信号控制若干组两通道切换电路的通断；并联时有两种导通状态，一种是每组所述两通道切换电路中具有一路通断电路处于导通状态，另一种是同一时间内只能有一个通道导通。同一时间内只能有一个通道导通时，可以针对其他能够决定两通道切换电路工作与否的电路路径进行逻辑运算，使若干组两通道切换电路不能同时有两组或以上正常工作，例如实施例3。

被控的开关电路并联具体可以为：将所述第一开关控制电路和第二开关控制电路定义为一组开关扩展单元，多组开关扩展单元的第一开关控制电路的控制信号端相连，多组开关扩展单元的第二开关控制电路的控制信号端相连。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，每组所述两通道切换电路中的两个异或电路，一个异或电路连接高电平，使之与所述外部触发信号做逻辑运算，另一个异或电路连接低电平，使之与所述外部触发信号做逻辑运算。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高电平为DC+5V，所述低电平为GND。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述切换电路还包括电源电路，用于为两路通断电路提供工作电压。

本申请中对相反的异或电路的定义为：对同一外部触发信号进行异或逻辑运算时的结果正好互补（即一个为1一个为0）；具体可以是两个异或电路均具有两个输入端，第一异或电路的第一个输入端和第二异或电路的第一个输入端均连接该外部触发信号，第一异或电路的第二个输入端和第二异或电路的第二个输入端分别连接逻辑1和逻辑0。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：能够保证待切换的两个通道不会发生同时导通的情况；

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：对同一个外部触发信号进行处理，大大提高抗干扰能力；

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：采用光耦继电器进行通断的实现，使用寿命长，稳定可靠，体积小，应用范围广泛；

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：被控线路通道采用多个光耦MOS继电器并联，能够承受更大的电流；

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：被控线路通道采用多个光耦MOS继电器并联，具有很小的导通内阻；

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：采用指示灯进行指示，便于工作人员了解电路状态；

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：采用光耦实现电气隔离，更加安全、稳定、可靠。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的线路通道切换电路原理框图（两通道切换）；

图2是本发明一个实施例提供的并联式四通道切换电路原理框图；

图3是本发明一个实施例提供的被控开关单元并联式四通道切换电路原理框图；

图4是本发明一个实施例提供的同一时间只能一条通路导通的并联式四通道切换电路原理框图；

图5是本发明一个实施例提供的另一种同一时间只能一条通路导通的并联式四通道切换电路原理框图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

针对现有技术的不足，本发明提供一种切换电路来实现线路通道切换，针对同一个触发信号，采用两路通断电路来实现两通道的切换，每路通断电路均包括异或电路进行逻辑运算，以及均包括光耦MOS继电器作为开关控制器件在逻辑运算后的信号的控制下实现对应通道的实际通断。两路通断电路中使用的异或电路为完全相反的异或电路，分别实现0和1两个逻辑运算结果，作为硬件防呆实现两路通道无法同时导通。即使有干扰信号作用于原始触发信号，其经两路完全相反的逻辑运算后依然得到两个互补的逻辑运算结果，从而保证了通路的唯一。

光耦MOS开关电路中的所有的漏极与所有的源极分别相连，被控信号通道（即太阳能电池片）同时与两组光耦MOS开关电路的漏极连接，两组光耦MOS开关电路的源极分别与预切换的两路通道连接，即IV测试系统和直流电源。

触发信号逻辑异或电路中的两个二异或门（分设于两路通断电路中）的一个输入端同时与同一个外部触发信号连接，另一个输入端分别接高、低电平与外部触发信号做异或运算，由于高、低电平是稳定的，与同一个触发信号做异或运算后的输出信号为0和1两个完全互补的信号。异或门的输出端与其所在通断电路的光耦隔离及放大电路连接，用于对异或运算后的信号进行处理，使之满足后面开关控制器件（即光耦继电器）的控制端的输入要求。该光耦隔离及放大电路的输出端与开关控制器件的控制端连接，并同时接状态指示灯，通过状态指示灯显示该条通断电路的状态，便于工作人员观察。电源电路接逻辑异或电路和光耦隔离及放大电路，用以提供工作电压。

实施例1：

一种用于太阳能电池片IV测试系统母线与电池片电致发光供电直流电源母线的线路切换电路，如图1所示，采用第一光耦MOS继电器5控制被控输入通道7至第一被控输出通道8的通断；第二光耦MOS继电器12控制被控输入通道7至第二被控输出通道13的通断；其组成还包括第一逻辑异或电路1与第二逻辑异或电路9，第一光耦隔离及放大电路3与第二光耦隔离及放大电路10，电源电路2，第一状态指示灯4与第二状态指示灯11。

外部触发信号6经过第一逻辑异或电路1、第一光耦隔离及放大电路3后，接至第一光耦MOS继电器5的控制引脚。外部触发信号6经过第二逻辑异或电路9、第二光耦隔离及放大电路10后，接至第二光耦MOS继电器12的控制引脚。

第一光耦MOS继电器5中的所有的漏极与所有的源极分别相连，被控信号通道7从漏极输入，第一被控输出通道8从源极输出。第二光耦MOS继电器12中的所有的漏极与所有的源极分别相连，被控输入通道7从漏极输入，第二被控输出通道13从源极输出。

第一逻辑异或电路1的一个输入端连接外部触发信号6，另一个输入端接+5V高电平，其输出端14接第一光耦隔离及放大电路3，第一光耦隔离及放大电路3的输出端15分两路，分别连接第一光耦MOS继电器5的控制端和第一状态指示灯4。第二逻辑异或电路9的一个输入端接外部触发信号6，另一个输入端接地，其输出端16接第二光耦隔离及放大电路10，第二光耦隔离及放大电路10的输出端17分两路，分别接第二光耦MOS继电器12的控制端和第二状态指示灯11。

电源电路接第一逻辑异或电路1与第二逻辑异或电路9以及第一光耦隔离及放大电路3与第二光耦隔离及放大电路10，用于提供工作电压。

本发明每个通道的光耦MOS继电器的数量可以是多个，即单个通道采用多个光耦MOS继电器并联使用，光耦继电器的所有漏极彼此相连，所有源极彼此相连，可以承受满足要求的大电流；光耦MOS继电器也可以采用其他的能够实现通断功能的器件来代替，比如可控硅、普通光电耦合器、开关三极管等。

线路通道切换板的工作原理如下：

电源电路2输出3.3V或5V，提供第一逻辑异或电路1、第二逻辑异或电路9、第一光耦隔离及放大电路3和第二光耦隔离及放大电路10的工作电压；外部触发信号6通过第一逻辑异或电路1与第二逻辑异或电路9后同步输出两路互补的信号，再分别经过第一光耦隔离及放大电路3与第二光耦隔离及放大电路10后，输入至第一光耦MOS继电器5和第二光耦MOS继电器12，控制其导通与断开；高电平则使得第一光耦MOS继电器5导通，被控输入通道7经第一光耦MOS继电器5从第一被控输出通道8输出；低电平则使得第一光耦MOS继电器5截止，被控输入通道7不能经第一光耦MOS继电器5从第一被控输出通道8输出。高电平则使得第二光耦MOS继电器12导通，被控输入通道7经第二光耦MOS继电器12从第二被控输出通道13输出；低电平则使得第二光耦MOS继电器12截止，被控输入通道7不能经第二光耦MOS继电器12从第二被控输出通道13输出。

从第一光耦隔离及放大电路3输出的信号同步控制第一状态指示灯4的亮灭。从第二光耦隔离及放大电路10输出的信号同步控制第二状态指示灯11的亮灭。

实施例2：

该实施例和实施例1的区别在于，实现多个通道的切换，且同时有多个通道导通。如图2和图3所示，采用若干组如实施例1的切换电路，图2为实例1的并联式排列，图3为实例1的被控电路的触发端并联式排列。将所有触发信号的接入端连通，实现同一个触发信号在若干路通断电路中进行逻辑运算和通断控制，实现多个通道中同时有两个或以上通道导通工作，但每一组只有一个通道导通。根据具体的需求情况，切换电路的被控通道输入7可以相互连通（即为同一个被控通道），也可以不连通（即为两个不同的被控通道）。

实施例3：

该实施例与实施例1的区别在于，实现多个通道的切换，且要求不能出现两个或以上通道同时导通的情况。如图4和图5所示，实现四个通道之间的切换，采用两组实施例1的切换电路并列设置，两组切换电路的电源电路的供电线路设置两个异或逻辑运算电路，采用一个供电触发信号进行触发，实现两组切换电路的供电不能同时进行，进而保证四个通道只能有一个通道接通。供电逻辑运算的方式和逻辑运算结构与单独一组切换电路的两通道逻辑运算相似。图4中每组切换电路都具有一个电源电路，通过逻辑判断的结果控制对应电源电路的工作；图5只使用一个电源电路，实现供电通断的方式是用逻辑判断的结果控制开关管的通断，进而实现供电的通断。

本切换电路可以在收到触发信号后自动切换通道，IV测试中，最大电流接近10A的大电流，光耦MOS继电器作为一种性能良好的电气隔离控制开关，能够安全、稳定、可靠地实现线路通道的切换，单个通道采用多个光耦MOS继电器并联，可以承受满足要求的大电流和很小的导通内阻。线路切换过程中要求IV测试系统与供电系统不能同时导通，这就要求有可靠的控制逻辑，本设计将收到的外来触发信号同时分别与0、1进行异或运算，输出两路互补的控制逻辑信号，不会产生逻辑冲突，安全稳定可靠。

以上对本申请实施例所提供的一种线路通道的切换电路及方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (13)

1.一种线路通道的切换电路，其特征在于，所述切换电路包括两通道切换电路；所述两通道切换电路包括第一通断电路和第二通断电路；所述第一通断电路和所述第二通断电路的控制输入端均与同一外部触发信号连接；

所述第一通断电路包括依次连接的第一异或电路、第一信号处理电路和第一开关控制电路；所述第二通断电路包括依次连接的第二异或电路、第二信号处理电路和第二开关控制电路；

所述第一异或电路和所述第二异或电路为相反的异或电路；所述第一开关控制电路和所述第二开关控制电路的一端均与同一被控通道连接，另一端分别与待切换的两路通道连接；

所述两通道切换电路数量为两组以上时，彼此的连接方式为并联；

多个通道的切换，且同时有多个通道导通时，所有触发信号的接入端连通，实现同一个触发信号在若干路通断电路中进行逻辑运算和通断控制，实现多个通道中同时有两个或以上通道导通工作，每一组只有一个通道导通；

实现多个通道的切换，且要求不能出现两个或以上通道同时导通时，两组切换电路的电源电路的供电线路设置两个异或逻辑运算电路，采用一个供电触发信号进行触发，实现两组切换电路的供电不能同时进行；

所述第一异或电路的一个输入端连接高电平，另一个输入端连接所述外部触发信号；所述第二异或电路的一个输入端连接低电平，另一个输入端连接所述外部触发信号；

所述第一开关控制电路和所述第二开关控制电路均包括若干相互并联的光耦继电器；所有所述光耦继电器的漏极彼此相连，源极彼此相连。

2.根据权利要求1所述的线路通道的切换电路，其特征在于，所述信号处理电路包括光耦隔离及放大电路。

3.根据权利要求1所述的线路通道的切换电路，其特征在于，所述第一通断电路还包括状态指示灯，所述状态指示灯与所述第一信号处理电路的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的线路通道的切换电路，其特征在于，所述第二通断电路还包括状态指示灯，所述状态指示灯与所述第二信号处理电路的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的线路通道的切换电路，其特征在于，所述第一开关控制电路和所述第二开关控制电路的数量为多个，且一一对应。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述线路通道的切换电路的切换方法，其特征在于，所述切换方法通过两个异或电路对同一外部触发信号进行完全相反的逻辑运算，输出两个同步且互补的逻辑信号，对所述逻辑信号进行处理得到两个互补的控制信号，用所述控制信号控制对应线路通道的切换，使两路线路通道无法出现同时导通的情况。

7.根据权利要求6所述的切换方法 ，其特征在于，所述切换方法采用若干对能够实现相反逻辑运算的异或电路进行并联，实现多线路通道的切换。

8.根据权利要求6所述的切换方法 ，其特征在于，所述切换方法的每个异或电路均同时控制若干开关控制电路单元，实现若干组两线路通道切换。

9.根据权利要求6所述的切换方法 ，其特征在于，控制信号通过光耦继电器控制对应线路通道的通断。

10.根据权利要求9所述的切换方法，其特征在于，所述光耦继电器的数量为多个，且彼此并联。

11.根据权利要求6所述的切换方法 ，其特征在于，对逻辑运算结果进行处理的内容包括：通过光耦隔离和放大处理得到满足后续通断控制要求的所述控制信号。

12.根据权利要求7所述的切换方法，其特征在于，采用并联方式实现多线路通道切换时，在同一时间仅一路线路通道导通。

13.根据权利要求7所述的切换方法，其特征在于，采用并联方式实现多线路通道切换时，在同一时间每组两路线路通道中有一路导通。