CN203151455U - 互锁开关电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种互锁开关电路，包含第一、第二两路电路，每路电路包含串联的第一、第二开关电路和被控开关，所述第一、第二开关电路的控制信号相反；每路电路的信号输入端接收控制信号控制该路电路中的第一开关电路和另一电路中的第二开关电路。由上，无论两路电路的开关信号为何种输出，均可实现单路负载控制目的，并杜绝单路负载误导通的情况，提高了电路的可靠性和安全性。

Description

互锁开关电路

技术领域

本实用新型涉及一种互锁开关电路。

背景技术

目前在家用电器负载控制中，有些负载控制需要互锁，例如以洗衣机为例，其感应电机的正转控制、反转控制不能同时使能；水加热、烘干加热不能同时使能；排水一体阀的排水开、排水关控制不能同时使能。

通常家电系统中对强电负载的控制主要通过如图1所示的继电器实现，或如图2所示的可控硅实现。当单片机的控制指令输出端口（MCU-PIN1和MCU-PIN2）输出高电平时，负载接通；当控制指令输出端口输出低电平时，负载关断。通过软件控制可实现负载的简单通断控制。

负载单独控制的方法，虽然控制逻辑和控制电路简单，但是可靠性差，存在安全隐患。只有在软硬件都正常运行的情况下，才能满足功能需求。对于实际的应用环境或者极端的应用环境，都没有充分考虑。比如，系统受到外界强电磁干扰，导致负载的控制信号同时使能，或者软件由于外因导致了逻辑混乱，同时输出了使能信号，再或者生产过程中由于工艺问题，造成控制管脚连焊，导致控制信号同时使能，这些情况一旦发生，原本应该互锁的两路负载，就会同时运行。势必造成严重安全隐患。

如图3所示通过单刀双掷继电器常闭触点形成互锁，通过执行部件的机械原理实现被控负载的互锁控制，烘干加热丝（NR8）接通L线，除要求继电器K7常开点闭合，还需要水加热继电器（NR4）处在常闭触点位置。

通过单刀双掷的继电器常闭触点实现互锁的方法，由于器件本身封装的原因，多数常开触点与常闭触点的过流能力不一致；另外，由于是单刀双掷，器件体积一般会比同等规格的单刀单掷继电器体积大；此外，单刀双掷继电器的控制端线圈管脚与被控侧的强电部分的管脚距离较近，制约了PCB布板的灵活性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于，提供一种互锁开关电路，实现单路负载控制目的，并杜绝单路负载误导通的情况，提高了电路的可靠性和安全性。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种互锁开关电路，包含第一、第二两路电路，

每路电路包含串联的第一、第二开关电路和被控开关，所述第一、第二开关电路的控制信号相反；

每路电路的信号输入端接收控制信号控制该路电路中的第一开关电路和另一电路中的第二开关电路。

由上，无论两路电路的开关信号为何种输出，均可实现单路负载控制目的，并杜绝单路负载误导通的情况，提高了电路的可靠性和安全性。

可选的，所述被控开关为可控硅。

可选的，

第一电路中的第一开关电路包括第一NPN型三极管，其基极连接第一电路的信号输入端，发射极接地；

第一电路中的第二开关电路包括第一PNP型三极管，其基极连接第二电路的信号输入端，集电极与所述第一NPN型三极管集电极连接；

第一电路中的的可控硅与所述第一NPN型三极管发射极连接；

第二电路中的第一开关电路包括第二NPN型三极管，其基极连接第二电路的信号输入端，发射极接地；

第二电路中的第二开关电路包括第二PNP型三极管，其基极连接第一电路的信号输入端，集电极与所述第二NPN型三极管集电极连接；

第二电路中的的可控硅与所述第二NPN型三极管发射极连接。

由上，无论两路电路的开关信号为何种输出，均可实现单路负载控制目的，并杜绝单路负载误导通的情况，提高了电路的可靠性和安全性。

较佳的，所述可控硅还与串联连接的电阻和电容并联连接。

由上，电阻和电容组成吸收电路，实现吸收负载突然转向或停转所产生的反电动势，提高了电路的可靠性和安全性。

可选的，所述被控开关为继电器。

可选的，

第一电路中的第一开关电路包括：第五NPN型三极管，其基极第二电路的信号输入端，发射极接地；

第一电路中的第二开关电路包括：第三NPN型三极管，其基极连接第一电路的信号输入端，发射极接地；第四NPN型三极管，其基极与所述第三NPN型三极管的集电极连接，发射极接地；第三PNP型三极管，其基极与所述第四NPN型三极管的集电极连接；

第一电路中的继电器分别与所述第五NPN型三极管的集电极和第三PNP型三极管的集电极连接；

第二电路中的第一开关电路包括：第八NPN型三极管，其基极连接第一电路的信号输入端，发射极接地；

第二电路中的第二开关电路包括：第六NPN型三极管，其基极连接第二电路的信号输入端，发射极接地；第七NPN型三极管，其基极与所述第六NPN型三极管的集电极连接，发射极接地；第四PNP型三极管，其基极与所述第七NPN型三极管的集电极连接；

第二电路中的继电器分别与所述第八NPN型三极管的集电极和第四PNP型三极管的集电极连接。

由上，无论两路电路的开关信号为何种输出，均可实现单路负载控制目的，并杜绝单路负载误导通的情况，提高了电路的可靠性和安全性。

附图说明

图1为现有技术中继电器控制负载实现互锁的电路原理图；

图2为现有技术中可控硅控制负载实现互锁的电路原理图；

图3为现有技术中单刀双掷继电器控制负载实现互锁的电路原理图；

图4为本申请第一实施例中互锁开关电路的电路原理图；

图5为本申请第二实施例中互锁开关电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所述互锁电路进行描述。

本实施例互锁开关电路通过两被控开关和负载实现，所述两被控开关分别由两路开关电路控制，两路开关电路分别与主控芯片的控制端口连接，依据高低电平实现对负载的互锁控制，只有当两路开关电路均闭合时，该被控开关方可闭合，实现负载互锁导通。

如图4所示，第一开关电路通过第一NPN型三极管N1以及其外围电路实现，所述第一NPN型三极管N1的基极一端串联第一电阻R1后与主控芯片第一控制端口（IO1）连接，另一端串联第二电阻R3后接地；第一NPN型三极管N1的发射极接地。所述第一电阻R1和第二电阻R3作为第一NPN型三极管N1饱和导通时的偏置电阻。所述第一、第三电阻的阻值越大，第一NPN型三极管N1越容易饱和。

第二开关电路通过第一PNP型三极管P1以及其外围电路实现，所述第一PNP型三极管P1的集电极串联第三电阻Rd2后与所属第一NPN三极管N1的集电极连接，基极一端串联第四电阻R4后与主控芯片第二控制端口（IO2）连接，另一端串联第五电阻R2后与第一PNP型三极管P1的发射极连接。所述第四、第五电阻作为第一PNP型三极管P1饱和导通时的偏置电阻。第三电阻Rd2用于后文所述第一可控硅TR1的限流电阻，限制第一可控硅TR1的触发电流。

第一被控开关通过第一可控硅TR1以及其外围电路实现，所述第一可控硅TR1的一端分别连接5V电源和第一开关电路中第一PNP型三极管P1的发射极，另一端连接负载。所述第一可控硅TR1两端还与串联连接的第六电阻Rd1和第一电容Cd1并联连接。本实施例中负载为电机M。所述串联连接的第六电阻Rd1和第一电容Cd1组成吸收电路，用于吸收电机M由于突然转向或停转所产生的反电动势。

第三开关电路通过第二NPN型三极管N2以及其外围电路实现，所述第二NPN型三极管N2的基极一端串联第七电阻R5后与主控芯片第二控制端口连接，另一端串联第八电阻R7后接地；第二NPN型三极管N2的发射极接地。所述第七、第八电阻为第二NPN型三极管N2饱和导通时的偏置电阻。

第四开关电路通过第二PNP型三极管P2以及其外围电路实现，所述第二PNP型三极管P2的集电极串联第九电阻Rd4后与所属第二NPN三极管N2的集电极连接，基极一端串联第十电阻R8后与主控芯片第一控制端口连接，另一端串联第十一电阻R6后与第二PNP型三极管P2的发射极连接。所述第十、第十一电阻为第二PNP型三极管P2饱和导通时的偏置电阻。第九电阻Rd4为后文所述第二可控硅TR2的限流电阻。

第一被控开关通过第二可控硅TR2以及其外围电路实现。所述第二可控硅TR2的一端分别连接第二PNP型三极管P的发射极和5V电源，另一端连接所述电机M。所述第二可控硅TR2的两端还与串联连接的第十二电阻Rd3和第二电容Cd2并联连接。

上述互锁电路的工作原理为：

当主控芯片的第一、第二控制端口均输出低电平时，第一NPN型三极管N1和第二NPN型三极管N2都截止；第一PNP型三极管P1和第二PNP型三极管P2仅发射结导通，而基极电流不足以形成两可控硅的触发电流。故两可控硅TR1、TR2截止，电机M停转；

当第一控制端口输出低电平、第二控制端口输出高电平时，第一NPN型三极管N1和第一PNP型三极管P1截止；第二NPN型三极管N2和第二PNP型三极管P2饱和导通。由于第二NPN型三极管N2饱和导通，使得第二PNP型三极管P2基极电流可形成触发第二可控硅TR2导通的工作电流，故第二可控硅导通、第一可控硅TR1截止，电机M反转；

当第一控制端口输出高电平、第二控制端口输出低电平时，第二NPN型三极管N2和第二PNP型三极管P2截止，第一NPN型三极管N1和第一PNP型三极管P1饱和导通，故第一可控硅TR1导通、第二可控硅TR2截止，电机M正转；

当第一、第二控制端口均输出高电平时，第一PNP型三极管P1和第二PNP型三极管P2截止，故两可控硅TR1、TR2截止，电机M停转。

综上所述，不论主控芯片的第一、第二控制端口如何输出电平，均不会出现两路负载同时使能的情况。根本上杜绝了由于软件自身问题、环境干扰问题或者引脚连焊问题所引起的负载同时使能的情况。

本实用新型还提供如图5所示互锁电路的第二实施例。本实施例中，第一开关电路通过第五NPN型三极管N5以及其外围电路实现。第五NPN型三极管N5的基极一端串联第二十电阻R16后与主控芯片第二控制端口（IO2）连接，另一端串联第二十一电阻R17后接地。

第二开关电路通过依次串联的第三NPN型三极管N4、第四NPN型三极管N3和第三PNP型三极管P3以及其外围电路实现。所述第三NPN型三极管N4的基极一端串联第十三电阻R13后与主控芯片第一控制端口（IO1）连接，另一端串联第十四电阻R15后接地；第三NPN型三极管N4的发射极接地，集电极串联第十五电阻R10后连接5V电源。第四NPN型三极管N3的基极一端串联第十六电阻R12后与第三NPN型三极管N4的集电极连接，另一端串联第十七电阻R14后接地；第四NPN型三极管N3的发射极接地。第三PNP型三极管P3基极一端串联第十八电阻R11后与第四NPN型三极管N3的集电极连接，另一端串联第十九电阻R9后与自身的发射极连接，该发射极还连接12V电源。第一开关电路中的第三NPN型三极管N4和第四NPN型三极管N3组成正反逻辑电路。

第二被控开关通过第一继电器FZ1实现。第一继电器FZ1两端分别与第一开关电路中第五NPN型三极管N5的集电极和第二开关电路中第三PNP型三极管P3的集电极连接。

第三开关电路通过第八NPN型三极管N8以及其外围电路实现。其中第八NPN型三极管N8的基极一端串联第二十九阻R25后与主控芯片第一控制端口（IO1）连接，另一端串联第三十电阻R26后接地。

第四开关电路通过依次串联的第六NPN型三极管N7、第七NPN型三极管N6和第四PNP型三极管P4以及其外围电路实现。其中第六NPN型三极管N7的基极一端串联第二十二电阻R22后与主控芯片第二控制端口（IO2）连接，另一端串联第二十三电阻R24后接地；其发射极接地，集电极串联第二十四电阻R18后连接5V电源。第七NPN型三极管N6的基极一端串联第二十五电阻R20后与所述第六NPN型三极管N7的集电极连接，另一端串联第二十六电阻R23后接地；该发射极接地。第四PNP型三极管P4基极一端串联第二十七电阻R21后与所述第七NPN型三极管N6的集电极连接，另一端串联第二十八电阻R19后与自身的发射极连接，该发射极还连接12V电源。

第二被控开关通过第二继电器FZ2实现。第二继电器FZ2两端分别与第三开关电路中的第八NPN型三极管N8的集电极和第四开关电路中第四PNP型三极管P4的集电极连接。

所述第一、第二被控开关还与负载（图5未图示）连接，以控制负载实现负载互锁导通。具体工作原理为：

第一、第二控制端口均输出低电平时，第三NPN型三极管N4、第六NPN型三极管N7、第五NPN型三极管N5和第八NPN型三极管N8均截止；第四NPN型三极管N3、第三PNP型三极管P3、第七NPN型三极管N6和第四PNP型三极管P4均导通，则第一、第二继电器均截止。

第一控制端口输出低电平、第二控制端口输出高电平时，第三NPN型三极管N4、第八NPN型三极管N8、第七NPN型三极管N6和第四PNP型三极管P4均截止；第六NPN型三极管N7、第五NPN型三极管N5、第四NPN型三极管N3和第三PNP型三极管P3均导通，则第一继电器FZ1导通，第二继电器FZ2截止。

第一控制端口输出高电平、第二控制端口输出低电平时，第三NPN型三极管N4、第八NPN型三极管N8、第七NPN型三极管N6和第四PNP型三极管P4均导通；第六NPN型三极管N7、第五NPN型三极管N5、第四NPN型三极管N3和第三PNP型三极管P3均截止，则第一继电器FZ1截止，第二继电器FZ2导通。

第一、第二控制端口均输出高电平时，第三NPN型三极管N4、第六NPN型三极管N7、第五NPN型三极管N5和第八NPN型三极管N8均导通；第四NPN型三极管N3、第三PNP型三极管P3、第七NPN型三极管N6和第四PNP型三极管P4均截止，则第一、第二继电器均截止。

由上，不论主控芯片的第一、第二控制端口如何输出电平，均不会出现两路负载同时使能的情况。且继电器采用单刀单掷，提高单路负载控制的可靠性，降低因布线干扰原因导致的单路负载误导通概率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，总之，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种互锁开关电路，包含第一、第二电路，其特征在于，

每路电路包含串联的第一、第二开关电路和被控开关，所述第一、第二开关电路的控制信号相反；

每路电路的信号输入端接收控制信号控制该路电路中的第一开关电路和另一电路中的第二开关电路。

2.根据权利要求1所述的互锁开关电路，其特征在于，所述被控开关为可控硅。

3.根据权利要求2所述的互锁开关电路，其特征在于，

第一电路中的第一开关电路包括第一NPN型三极管，其基极连接第一电路的信号输入端，发射极接地；

第一电路中的第二开关电路包括第一PNP型三极管，其基极连接第二电路的信号输入端，集电极与所述第一NPN型三极管集电极连接；

第一电路中的可控硅与所述第一NPN型三极管发射极连接；

第二电路中的第一开关电路包括第二NPN型三极管，其基极连接第二电路的信号输入端，发射极接地；

第二电路中的第二开关电路包括第二PNP型三极管，其基极连接第一电路的信号输入端，集电极与所述第二NPN型三极管集电极连接；

第二电路中的可控硅与所述第二NPN型三极管发射极连接。

4.根据权利要求3所述的互锁开关电路，其特征在于，所述可控硅还与串联连接的电阻和电容并联连接。

5.根据权利要求1所述的互锁开关电路，其特征在于，所述被控开关为继电器。

6.根据权利要求5所述的互锁开关电路，其特征在于，

第一电路中的第一开关电路包括：第五NPN型三极管，其基极第二电路的信号输入端，发射极接地；

第一电路中的第二开关电路包括：第三NPN型三极管，其基极连接第一电路的信号输入端，发射极接地；第四NPN型三极管，其基极与所述第三NPN型三极管的集电极连接，发射极接地；第三PNP型三极管，其基极与所述第四NPN型三极管的集电极连接；

第一电路中的继电器分别与所述第五NPN型三极管的集电极和第三PNP型三极管的集电极连接；

第二电路中的第一开关电路包括：第八NPN型三极管，其基极连接第一电路的信号输入端，发射极接地；

第二电路中的第二开关电路包括：第六NPN型三极管，其基极连接第二电路的信号输入端，发射极接地；第七NPN型三极管，其基极与所述第六NPN型三极管的集电极连接，发射极接地；第四PNP型三极管，其基极与所述第七NPN型三极管的集电极连接；

第二电路中的继电器分别与所述第八NPN型三极管的集电极和第四PNP型三极管的集电极连接。

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