CN113442847B - 故障安全输出电路及车载控制器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种故障安全输出电路及车载控制器，属于电子技术领域，能够在输出出现问题时保证负载端或信号接收端不会接收到错误信号。一种故障安全输出电路，包括安全电源、安全开关和输出电源，其中：所述安全电源用于控制所述安全开关的通断，并在所述故障安全输出电路出现输出故障的情况下控制所述安全开关将所述输出电源向外输出电源信号的通路断开，在所述故障安全输出电路没有出现所述输出故障的情况下控制所述安全开关将所述输出电源向外输出所述电源信号的所述通路连通。

Description

故障安全输出电路及车载控制器

技术领域

本公开涉及电子技术领域，具体地，涉及一种故障安全输出电路及车载控制器。

背景技术

故障安全输出是指在数字量输出电路中任意器件发生故障时，输出电路会断开输出，导向安全侧，即故障导向安全。目前使用的大多数故障安全输出方案在输出出现问题时，负载端或信号接收端可能会接收到错误信号。

发明内容

本公开的目的是提供一种故障安全输出电路及车载控制器，能够在输出出现问题时及时断开输出信号，保证负载端或信号接收端不会接收到错误信号。

根据本公开的第一实施例，提供一种故障安全输出电路，包括安全电源、安全开关和输出电源，其中：所述安全电源用于控制所述安全开关的通断，并在所述故障安全输出电路出现输出故障的情况下控制所述安全开关将所述输出电源向外输出电源信号的通路断开，在所述故障安全输出电路没有出现所述输出故障的情况下控制所述安全开关将所述输出电源向外输出所述电源信号的所述通路连通。

可选地，所述故障安全输出电路还包括隔离型电子开关、第一半导体开关、第二半导体开关、第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，其中：所述隔离型电子开关、所述第一半导体开关和所述第二半导体开关依次串联，所述隔离型电子开关的输入为所述电源信号，所述第二半导体开关的输出作为所述故障安全输出电路的输出；所述第一控制模块用于在出现输出故障的情况下控制所述隔离型电子开关关断；所述第二控制模块用于在出现输出故障的情况下控制所述第一半导体开关关断；所述第三控制模块用于在出现输出故障的情况下控制所述第二半导体开关关断。

可选地，所述第二控制模块与所述第一半导体开关之间是电气隔离的，所述第三控制模块与所述第二半导体开关之间是电气隔离的。

可选地，所述第二控制模块与所述第三控制模块之间的控制逻辑为高低相反的控制逻辑。

可选地，所述故障安全输出电路还包括第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块，其中：所述第一采集模块用于采集所述安全开关的状态；所述第二采集模块用于采集所述第一半导体开关的状态；所述第三采集模块用于采集所述第二半导体开关的状态；所述第一采集模块、所述第二采集模块和所述第三采集模块采集到的状态信息均被传输给所述安全电源、所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块。

可选地，所述第一采集模块、所述第二采集模块和所述第三采集模块各自与所述安全电源、所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块之间是电气隔离的。

可选地，所述故障安全输出电路还包括位于所述故障安全输出电路的输出末端的电流检测模块，用于检测所述故障安全输出电路的电流，并将检测到的电流信息传输给所述安全电源、所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块。

可选地，所述电流检测模块分别与所述安全电源、所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块电气隔离。

可选地，所述安全开关是继电器。

根据本公开的第二实施例，提供一种车载控制器，所述车载控制器包括根据本公开第一实施例所述的故障安全输出电路。

通过采用上述技术方案，就能够在故障安全输出电路出现输出故障的情况下通过关断安全开关来直接关断输出电源，增强了对输出电源的控制，并且能够保证负载端或信号接收端不会接收到错误信号，提高了系统安全性。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开一种实施例的故障安全输出电路的示意框图。

图2是根据本公开一种实施例的故障安全输出电路的又一示意框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据本公开一种实施例的故障安全输出电路的示意框图。该故障安全输出电路可以被应用于需要实施故障导向安全的任何电子产品，例如汽车、轨道交通工具等等。

如图1所示，根据本公开实施例的故障安全输出电路包括安全电源1、安全开关2和输出电源3，其中：安全电源1用于控制安全开关2的通断，并在故障安全输出电路出现输出故障的情况下控制安全开关2将输出电源3向外输出电源信号的通路断开，在故障安全输出电路没有出现输出故障的情况下控制安全开关2将输出电源3向外输出电源信号的通路连通。

输出故障指的是故障安全输出电路中的任一元件发生故障。

安全电源1指的是具有故障安全功能的电源，当安全电源1本身故障时，能够关闭其自身输出。安全电源1可以是小功率的电源，只要其功率能够满足安全开关2的通断控制要求即可。安全电源1自身输出的关闭可以利用各种类型的处理器、门限电路等来实现。

安全开关2指的是起安全保护作用的开关，例如其可以是继电器或者其他能够起安全保护作用的开关。以继电器为例，在一种实施例中，可以从继电器的动触点引出用于输出电源信号的输出线，将继电器的常闭触点与输出电源3的输出端连接，这样，当故障安全输出电路中没有出现输出故障的情况下，安全电源1会向继电器的线圈中输入电流，使得继电器的动触点与常闭触点连接，从而输出电源3能够通过继电器向外输出电源信号，当故障安全输出电路中出现了输出故障的情况下，安全电源1就会关闭自身输出，从而不向继电器的线圈提供输入电流，使得继电器的动触点与常开触点连接，从而将输出电源3向外输出电源信号的通路给断开了。

输出电源3指的是供给输出使用的电源，其与现有故障安全输出电路中的输出电源是相同的。在本公开中，根据实际使用的需要，输出电源3的输出通路的数量可以是一个或多个。

通过采用上述技术方案，能够在故障安全输出电路出现输出故障的情况下通过关断安全开关2来直接关断输出电源3，增强了对输出电源3的控制，并且能够保证负载端或信号接收端不会接收到错误信号，提高了系统安全性。

图2是根据本公开一种实施例的故障安全输出电路的又一示意框图。如图2所示，在图1的基础上，该故障安全输出电路还包括隔离型电子开关6、第一半导体开关7、第二半导体开关8、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11，其中：隔离型电子开关6、第一半导体开关7和第二半导体开关8依次串联，隔离型电子开关6的输入为前面提及的电源信号，第二半导体开关的输出作为故障安全输出电路的输出；第一控制模块9用于在出现输出故障的情况下控制隔离型电子开关6关断；第二控制模块10用于在出现输出故障的情况下控制第一半导体开关7关断；第三控制模块11用于在出现输出故障的情况下控制第二半导体开关8关断。

第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11可以是诸如中央处理器、单片机、现场可编程门阵列等的处理器。在本公开中，第二控制模块10和第三控制模块11是不同的控制模块；第一控制模块9可以与第二控制模块10相同，也可以与第三控制模块11相同。当然，第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11是由三个不同的控制模块来实现也是可行的。

隔离型电子开关6与第一控制模块9之间是电气隔离的，例如可以利用隔离光耦来实现电气隔离。这样，就能够实现第一控制模块9的供电与输出电源3之间的电气隔离，保护第一控制模块9的供电不受外电干扰。

第一半导体开关7和第二半导体开关8可以是诸如MOS或双极晶体管之类的半导体开关。借助第一半导体开关7和第二半导体开关8，能够在故障安全输出电路中发生单点故障的情况下切断向外输出的输出信号，保证外部的负载端或信号接收端不会接收到错误信号，使系统导向安全。

第二控制模块10与第一半导体开关7之间是电气隔离的，第三控制模块11与第二半导体开关8之间是电气隔离的。例如，可以利用隔离光耦来实现电气隔离。这样，就能够实现第二控制模块10的供电与输出电源3之间的电气隔离以及第三控制模块11的供电与输出电源3之间的电气隔离，保护第二控制模块10和第三控制模块11的供电不受外电干扰，保护第二控制模块10和第三控制模块11不被损坏。

第二控制模块10与第三控制模块11之间的控制逻辑为高低相反的控制逻辑。也即当第二控制模块10是高电平有效时，第三控制模块11是低电平有效。这样，就能够增加电路逻辑，提高电路安全性。

在本公开中，输出电源3输出的电源信号经过隔离型电子开关6之后再进入两级半导体开关(也即第一半导体开关7和第二半导体开关8)。这样，当由于外部原因造成两级半导体开关故障时(例如当两级半导体开关被击穿时)，能够通过控制隔离型电子开关6关断来直接关断输出电源3，避免了外部的负载端或信号接收端接收到错误信号，提高了系统安全性。也即，本公开利用“安全电源-安全开关-输出电源”以及“输出电源-隔离型电子开关-半导体开关-输出模块”的结构，提高了系统的安全性。

继续参考图2，根据本公开实施例的故障安全输出电路还包括第一采集模块12、第二采集模块13和第三采集模块14，其中：第一采集模块12用于采集安全开关2的状态，这样就能够间接判断输出电源通路状态；第二采集模块13用于采集第一半导体开关7的状态，这样就能够检测输出电源通路是否存在输出或者检测输出电源3的输出电压是否满足要求；第三采集模块14用于采集第二半导体开关8的状态，这样就能够检测输出电源通路是否存在输出或者检测输出电源3的输出电压是否满足要求；第一采集模块12、第二采集模块13和第三采集模块14采集到的状态信息均被传输给安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11，这样，安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11均能够获知安全开关2、第一半导体开关7和第二半导体开关8的状态，有利于安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11做出正确的控制策略。

第一采集模块12、第二采集模块13和第三采集模块14各自与安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11之间是电气隔离的。也即，第一采集模块12分别与安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11电气隔离，第二采集模块13分别与安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11电气隔离，第三采集模块14分别与安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11电气隔离。通过这样的技术方案，由于故障安全输出电路会连接到外部设备相关的接收端，外部相关的干扰会通过接线传回到故障安全输出电路，而通过上述的电气隔离，就能够避免这些外部的干扰对安全单元1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11的影响，避免安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11损坏。

继续参考图2，根据本公开实施例的故障安全输出电路还包括位于故障安全输出电路的输出末端的电流检测模块15，用于检测故障安全输出电路的电流，并将检测到的电流信息传输给安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11。这样，安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11就能够监控到故障安全输出电路的通路短路、断路等故障。

电流检测模块15分别与安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11电气隔离。例如，电流检测模块15可以包括检流电阻和隔离放大器，隔离放大器会将检流电阻两端的电压进行放大处理后传输给安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11。隔离放大器同时起到电气隔离的作用。这样，就能够实现电流检测模块15分别与安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11的电气隔离，保护第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11的供电不受外电干扰，保护安全电源1、第一控制模块9、第二控制模块10和第三控制模块11不被损坏。

根据本公开实施例的故障安全输出电路能够在需要向外部输出电源时，通过控制安全开关2、隔离型电子开关6、第一半导体开关7和第二半导体开关8导通来导通故障安全输出电路。在需要关断故障安全输出电路时，能够通过关断安全开关2、隔离型电子开关6、第一半导体开关7和第二半导体开关8这些通路器件来实现故障安全输出电路的关断。

根据本公开的又一实施例，提供一种车载控制器，该车载控制器包括根据本公开实施例的故障安全输出电路。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (9)

1.一种故障安全输出电路，其特征在于，包括安全电源、安全开关和输出电源，其中：

所述安全电源用于控制所述安全开关的通断，并在所述故障安全输出电路出现输出故障的情况下控制所述安全开关将所述输出电源向外输出电源信号的通路断开，在所述故障安全输出电路没有出现所述输出故障的情况下控制所述安全开关将所述输出电源向外输出所述电源信号的所述通路连通；

所述故障安全输出电路还包括隔离型电子开关、第一半导体开关、第二半导体开关、第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，其中：

所述隔离型电子开关、所述第一半导体开关和所述第二半导体开关依次串联，所述隔离型电子开关的输入为所述电源信号，所述第二半导体开关的输出作为所述故障安全输出电路的输出；

所述第一控制模块用于在出现所述输出故障的情况下控制所述隔离型电子开关关断；

所述第二控制模块用于在出现所述输出故障的情况下控制所述第一半导体开关关断；

所述第三控制模块用于在出现所述输出故障的情况下控制所述第二半导体开关关断。

2.根据权利要求1所述的故障安全输出电路，其特征在于，所述第二控制模块与所述第一半导体开关之间是电气隔离的，所述第三控制模块与所述第二半导体开关之间是电气隔离的。

3.根据权利要求1所述的故障安全输出电路，其特征在于，所述第二控制模块与所述第三控制模块之间的控制逻辑为高低相反的控制逻辑。

4.根据权利要求1所述的故障安全输出电路，其特征在于，所述故障安全输出电路还包括第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块，其中：

所述第一采集模块用于采集所述安全开关的状态；

所述第二采集模块用于采集所述第一半导体开关的状态；

所述第三采集模块用于采集所述第二半导体开关的状态；

所述第一采集模块、所述第二采集模块和所述第三采集模块采集到的状态信息均被传输给所述安全电源、所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块。

5.根据权利要求4所述的故障安全输出电路，其特征在于，所述第一采集模块、所述第二采集模块和所述第三采集模块各自与所述安全电源、所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块之间是电气隔离的。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的故障安全输出电路，其特征在于，所述故障安全输出电路还包括位于所述故障安全输出电路的输出末端的电流检测模块，用于检测所述故障安全输出电路的电流，并将检测到的电流信息传输给所述安全电源、所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块。

7.根据权利要求6所述的故障安全输出电路，其特征在于，所述电流检测模块分别与所述安全电源、所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块电气隔离。

8.根据权利要求1所述的故障安全输出电路，其特征在于，所述安全开关是继电器。

9.一种车载控制器，其特征在于，所述车载控制器包括根据权利要求1至8中任一权利要求所述的故障安全输出电路。