CN204068912U - 一种电气互锁电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种电气互锁电路，包括用于实现信号传输的两路信号通道、实现所述两路信号通道互锁的互锁电路，每路所述信号通道包括第一反相器件、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路、第二反相器件和开关电路，第一反相器件的输入端连接输入信号，输出端连接所述延时电路的输入端，延时电路的输出端连接所述第二反相器件的输入端，第二反相器件的输出端连接所述开关电路的输入端，开关电路的输出端输出信号；互锁电路包括两个钳位二极管，每个所述钳位二极管的负极分别连接所述两路信号通道的第一反相器件的输出端，正极分别连接另一路信号通道的开关电路的输入端。解决了现有技术的电气互锁电路的可靠性不高的技术问题。

Description

一种电气互锁电路

技术领域

本实用新型涉及双电源转换开关技术领域，尤其涉及一种电气互锁电路。

背景技术

许多行业和部门对供电的可靠性都有非常高的要求，为了保证供电的连续性，许多重要的场合都应采用双电源供电。作为电能切换的必备器件，双电源自动切换开关的应用需求越来越广泛，技术性能要求也越来越高。

在双电源转换开关的设计过程中，要求具备可靠的互锁功能以防止两路电源同时合闸。通常，机械互锁机构比较可靠，因此采用机械互锁作为实现互锁功能的主要方面，并以电气互锁作为补充，从而提高产品可靠性。

目前，电气互锁的可靠性不高，在产品设计中也得不到足够的重视。多是简单地设计单片机电路，并编写单片机程序来实现互锁逻辑控制，最后通过出口继电器的分合来实现。但是，单片机运行实现互锁逻辑控制的程序，一旦出现异常死机等突发情况，就会导致电气互锁功能失效。

申请日为2013年9月29日，公布号为CN103595238A的中国专利说明书公开的一种小功率IGBT驱动互锁电路，其适用于以IGBT或MOSFET作为驱动器件的H桥上下臂驱动电路，防止H桥上下臂两个开关管同时导通工作而引致短路。但是，该驱动互锁电路可靠性不高，H桥上下臂两个开关管会发生同时导通的情况。例如，由于开关管关断延迟效应造成H桥一个桥臂开关管未完全关断，而另一桥臂开关管又处于导通状态。

又如，申请日为2012年8月6日，公告号为CN202713131U的中国专利说明书公开的一种IPM隔离互锁驱动电路，虽然能够实现上下桥的互锁，但是，同样存在上下桥两个开关管会发生同时导通的问题，因此，其可靠性需要进一步改善。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术的电气互锁电路的可靠性不高，从而提出一种电气互锁电路来解决该问题。

本实用新型的一种电气互锁电路，包括用于实现信号传输的两路信号通道、实现所述两路信号通道互锁的互锁电路，每路所述信号通道包括第一反相器件、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路、第二反相器件和开关电路，所述第一反相器件的输入端连接输入信号，输出端连接所述延时电路的输入端，所述延时电路的输出端连接所述第二反相器件的输入端，所述第二反相器件的输出端连接所述开关电路的输入端，所述开关电路的输出端输出信号；所述互锁电路包括两个钳位二极管，每个所述钳位二极管的负极分别连接所述两路信号通道的第一反相器件的输出端，正极分别连接另一路信号通道的开关电路的输入端。

优选地，所述延时电路包括二极管、电阻和电容，所述二极管的正极连接所述第一反相器件的输出端，所述二极管的负极连接所述第二反相器件的输入端，所述电阻与所述二极管并联，所述二极管的负极经过所述电容接地。

优选地，所述开关电路包括第一电阻、第二电阻和光电耦合器，所述光电耦合器的输入端正极经过所述第一电阻连接所述第二反相器件的输出端，所述光电耦合器的输入端负极接地，所述光电耦合器的输出端正极接高电平，所述光电耦合器的输出端负极输出信号并经过所述第二电阻接地。

优选地，所述开关电路包括第一电阻、第二电阻和三极管，所述三极管的基极经过所述第一电阻连接所述第二反相器件的输出端，所述三极管的集电极接高电平，所述三极管的发射极输出信号并经过所述第二电阻接地。

优选地，所述开关电路包括电阻和继电器，所述继电器的线圈正极连接所述第二反相器件的输出端，所述继电器的线圈负极接地，所述继电器的触点一端接高电平，所述继电器的触点另一端输出信号并经过所述电阻接地。

优选地，所述两路信号通道的第一反相器件、第二反相器件均为带迟滞功能的施密特触发器。

优选地，所述两路信号通道的第一反相器件、第二反相器件均为非门。

优选地，所述两路信号通道的第一反相器件、第二反相器件由非门集成电路实现。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本实用新型的一种电气互锁电路，由于包括用于实现信号传输的两路信号通道、实现所述两路信号通道互锁的互锁电路，每路所述信号通道包括第一反相器件、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路、第二反相器件和开关电路，所述第一反相器件的输入端连接输入信号，输出端连接所述延时电路的输入端，所述延时电路的输出端连接所述第二反相器件的输入端，所述第二反相器件的输出端连接所述开关电路的输入端，所述开关电路的输出端输出信号；所述互锁电路包括两个钳位二极管，每个所述钳位二极管的负极分别连接所述两路信号通道的第一反相器件的输出端，正极分别连接另一路信号通道的开关电路的输入端。当输入信号一路为高电平，另一路为低电平时，输入低电平的信号通道的第一反相器件输出低电平，通过延时电路后延时T1后输出第二反相器件，经过反相输出高电平，给开关电路供电，使输出信号为高电平。输入高电平的信号通道的第一反相器件输出高电平，通过延时电路后延时T2后输出第二反相器件，经过反相输出低电平，不能驱动开关电路。时间T1大于T2，这样两路信号通道的第二反相器件输出的波形完全错开，避免两路信号通道的开关电路同时输入高电平而被驱动，使两路信号通道同时输出高电平信号，提高电气互锁电路的可靠性。

(2)本实用新型的一种电气互锁电路，由于所述两路信号通道的第一反相器件、第二反相器件均为带迟滞功能的施密特触发器。带迟滞功能的施密特触发器可以克服输入信号在门限值附近微小的干扰问题，从而进一步提供电路的可靠性。

(3)本实用新型的一种电气互锁电路，由于所述两路信号通道的第一反相器件、第二反相器件由非门集成电路实现。这样可以减少电路中分立元器件的数量，简化电路结构，并且进一步提高电路可靠性。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型实施例1的一种电气互锁电路的结构示意图；

图2是本实用新型的一种电气互锁电路的延时电路工作原理示意图；

图3是本实用新型实施例2的一种电气互锁电路的电路原理图；

图4是本实用新型实施例3的一种电气互锁电路的电路原理图；

图5是本实用新型实施例4的一种电气互锁电路的电路原理图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实用新型实施例的一种电气互锁电路，包括用于实现信号传输的两路信号通道、实现所述两路信号通道互锁的互锁电路。

第一路所述信号通道包括反相器件U11、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路U12、反相器件U13和开关电路U14。反相器件U11的输入端连接输入信号Input1，输出端连接延时电路U12的输入端，延时电路U12的输出端连接反相器件U13的输入端，反相器件U13的输出端连接开关电路U14的输入端，开关电路U14的输出端输出信号Output1。

第二路所述信号通道包括反相器件U21、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路U22、反相器件U23和开关电路U24。反相器件U21的输入端连接输入信号Input2，输出端连接延时电路U22的输入端，延时电路U22的输出端连接反相器件U23的输入端，反相器件U23的输出端连接开关电路U24的输入端，开关电路U24的输出端输出信号Output2。

所述互锁电路包括钳位二极管D11和钳位二极管D21。钳位二极管D11的负极连接反相器件U11的输出端，正极连接开关电路U24的输入端。钳位二极管D21的负极连接反相器件U21的输出端，正极连接开关电路U14的输入端。

当输入信号Iuput1和Iuput2同时为低电平时，输入反相器件U11和U21后反相输出为高电平，分别通过延时电路U12和U22延时后输出反相器件U13和U23，再次反相后输出低电平，开关电路U14和U24均输出低电平。

当输入信号Input1和Input2为高电平时，反相器件U11和U21均输出低电平，钳位二极管D11和D21也输出低电平，并同时将开关电路U14和U24的输入端拉低，从而使开关电路U14和U24均输出低电平。

当输入信号Input1为高电平，输入信号Input2为低电平时，反相器件U11输出低电平，通过延时电路U12延时后输出反相器件U13，并反相输出高电平，给开关电路U14供电，使输出信号Output1为高电平。同时，反相器件U11输出低电平，通过钳位二极管D11的作用强制拉低开关电路U24的输入端为低电平，封锁开关电路U24的输入，从而实现将另一路输出锁定为低电平。同理，当输入信号Input2为高电平，输入信号Input1为低电平时，也将封锁开关电路U14的输入，实现电气互锁的目的。

由于延时电路U12、延时电路U22使得低电平信号延时大于高电平信号延时，这样可以避免两路信号通道同时输出高电平信号。具体实现过程如下：

如图2所示，当输入信号Input1为高电平、输入信号Input2为低电平时，反相器件U11输出低电平L1，通过延时电路U12后延时T1后输出反相器件U13，经过反相输出高电平，给开关电路U14供电，使输出信号Output1为高电平。对应地，反相器件U21输出高电平H1，通过延时电路U22后延时T2后输出反相器件U23，经过反相输出低电平，不能驱动开关电路U24。可以看出，由于时间T1大于T2，这样反相器件U13和U23输出的波形完全错开，避免开关电路U14和U24同时输入高电平而被驱动，使两路信号通道同时输出高电平信号，提高电气互锁电路的可靠性。同理，当输入信号Input1为高电平、输入信号Input2为低电平时，也是相同的工作过程。

实施例2：

图3示出了本实用新型的实施例的一种电气互锁电路，包括用于实现信号传输的两路信号通道、实现所述两路信号通道互锁的互锁电路。

第一路所述信号通道包括反相器件U11、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路U12、反相器件U13和开关电路U14。反相器件U11的输入端连接输入信号Input1，输出端连接延时电路U12的输入端，延时电路U12的输出端连接反相器件U13的输入端，反相器件U13的输出端连接开关电路U14的输入端，开关电路U14的输出端输出信号Output1。

第二路所述信号通道包括反相器件U21、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路U22、反相器件U23和开关电路U24。反相器件U21的输入端连接输入信号Input2，输出端连接延时电路U22的输入端，延时电路U22的输出端连接反相器件U23的输入端，反相器件U23的输出端连接开关电路U24的输入端，开关电路U24的输出端输出信号Output2。

所述互锁电路包括钳位二极管D11和钳位二极管D21。钳位二极管D11的负极连接反相器件U11的输出端，正极连接开关电路U24的输入端。钳位二极管D21的负极连接反相器件U21的输出端，正极连接开关电路U14的输入端。

延时电路U12包括二极管D12、电阻R11和电容C11。二极管D12的正极连接反相器件U11的输出端，二极管D12的负极连接反相器件U13的输入端，电阻R11与二极管D12并联，二极管D12的负极经过电容C11接地。

延时电路U22包括二极管D22、电阻R21和电容C21。二极管D22的正极连接反相器件U21的输出端，二极管D22的负极连接反相器件U23的输入端，电阻R21与二极管D22并联，二极管D22的负极经过电容C21接地。

作为其他的实施方式，延时电路U12和延时电路U22也可以通过单片机电路实现，当所述单片机输入低电平信号时，延时输出所述低电平信号；当所述单片机输入高电平信号时，延时输出所述高电平信号；所述低电平信号的延时时间大于所述高电平信号的延时时间。

开关电路U14包括电阻R12、电阻R13和光电耦合器OPT1。光电耦合器OPT1的输入端正极经过电阻R12连接反相器件U13的输出端，光电耦合器OPT1的输入端负极接地，光电耦合器OPT1的输出端正极接高电平，光电耦合器OPT1的输出端负极输出信号Output1并经过电阻R13接地。

开关电路U24包括电阻R22、电阻R23和光电耦合器OPT2。光电耦合器OPT2的输入端正极经过电阻R22连接反相器件U23的输出端，光电耦合器OPT2的输入端负极接地，光电耦合器OPT2的输出端正极接高电平，光电耦合器OPT2的输出端负极输出信号Output2并经过电阻R23接地。

如图2所示，当输入信号Input1为高电平、Input2为低电平时，反相器件U11输出低电平，电容C11通过电阻R11放电，当电容C11上的电压降到反相器件U13的翻转电压时，反相器件U13输出高电平，驱动光电耦合器OPT1输出高电平，从电容C11开始放电到反相件U13电平翻转的时间为T1。相应地，反相器件U21输出高电平，直接通过二极管D12给电容C21充电，由于二极管D12阻抗低，很快使电容C21充满电，反相器件U23迅速翻转为低电平，不能驱动光电耦合器OPT2，反相器件U23翻转的时间为T2。时间T1大于T2，这样，反相器件U13和U23输出的波形完全错开，避免光电耦合器OPT1和OPT2同时输入高电平而被驱动，使两路信号通道同时输出高电平信号，提高电气互锁电路的可靠性。同理，当输入信号Input1为高电平、输入信号Input2为低电平时，也是相同的工作过程。

反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23均为带迟滞功能的施密特触发器。带迟滞功能的施密特触发器可以克服输入信号在门限值附近微小的干扰问题，从而进一步提供电路的可靠性。

作为其他的实施方式，反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23均为非门。

作为其他的实施方式，反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23由非门集成电路实现，例如，由一片六非门数字芯片组成，这样可以减少电路中分立元器件的数量，简化电路结构，并且进一步提高电路可靠性。

实施例3：

图4示出了本实用新型的实施例的又一种电气互锁电路，包括用于实现信号传输的两路信号通道、实现所述两路信号通道互锁的互锁电路。

第一路所述信号通道包括反相器件U11、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路U12、反相器件U13和开关电路U14。反相器件U11的输入端连接输入信号Input1，输出端连接延时电路U12的输入端，延时电路U12的输出端连接反相器件U13的输入端，反相器件U13的输出端连接开关电路U14的输入端，开关电路U14的输出端输出信号Output1。

第二路所述信号通道包括反相器件U21、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路U22、反相器件U23和开关电路U24。反相器件U21的输入端连接输入信号Input2，输出端连接延时电路U22的输入端，延时电路U22的输出端连接反相器件U23的输入端，反相器件U23的输出端连接开关电路U24的输入端，开关电路U24的输出端输出信号Output2。

所述互锁电路包括钳位二极管D11和钳位二极管D21。钳位二极管D11的负极连接反相器件U11的输出端，正极连接开关电路U24的输入端。钳位二极管D21的负极连接反相器件U21的输出端，正极连接开关电路U14的输入端。

延时电路U12包括二极管D12、电阻R11和电容C11。二极管D12的正极连接反相器件U11的输出端，二极管D12的负极连接反相器件U13的输入端，电阻R11与二极管D12并联，二极管D12的负极经过电容C11接地。

延时电路U22包括二极管D22、电阻R21和电容C21。二极管D22的正极连接反相器件U21的输出端，二极管D22的负极连接反相器件U23的输入端，电阻R21与二极管D22并联，二极管D22的负极经过电容C21接地。

开关电路U14包括电阻R12、电阻R13和三极管D13。三极管D13的基极经过电阻R12连接反相器件U13的输出端，三极管D13的集电极接高电平，三极管D13的发射极输出信号Output1并经过电阻R13接地。

开关电路U24包括电阻R22、电阻R23和三极管D23。三极管D23的基极经过电阻R22连接反相器件U23的输出端，三极管D23的集电极接高电平，三极管D23的发射极输出信号Output2并经过电阻R23接地。

如图2所示，当输入信号Input1为高电平、Input2为低电平时，反相器件U11输出低电平，电容C11通过电阻R11放电，当电容C11上的电压降到反相器件U13的翻转电压时，反相器件U13输出高电平，驱动三极管D13输出高电平，从电容C11开始放电到反相件U13电平翻转的时间为T1。相应地，反相器件U21输出高电平，直接通过二极管D12给电容C21充电，由于二极管D12阻抗低，很快使电容C21充满电，反相器件U23迅速翻转为低电平，不能驱动三极管D23，反相器件U23翻转的时间为T2。时间T1大于T2，这样，反相器件U13和U23输出的波形完全错开，避免三极管D13和D23同时输入高电平而被驱动，使两路信号通道同时输出高电平信号，提高电气互锁电路的可靠性。同理，当输入信号Input1为高电平、输入信号Input2为低电平时，也是相同的工作过程。

反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23均为带迟滞功能的施密特触发器。带迟滞功能的施密特触发器可以克服输入信号在门限值附近微小的干扰问题，从而进一步提供电路的可靠性。

作为其他的实施方式，反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23均为非门。

作为其他的实施方式，反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23由非门集成电路实现，例如，由一片六非门数字芯片组成，这样可以减少电路中分立元器件的数量，简化电路结构，并且进一步提高电路可靠性。

实施例4：

图5示出了本实用新型的实施例的又一种电气互锁电路，包括用于实现信号传输的两路信号通道、实现所述两路信号通道互锁的互锁电路。

第一路所述信号通道包括反相器件U11、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路U12、反相器件U13和开关电路U14。反相器件U11的输入端连接输入信号Input1，输出端连接延时电路U12的输入端，延时电路U12的输出端连接反相器件U13的输入端，反相器件U13的输出端连接开关电路U14的输入端，开关电路U14的输出端输出信号Output1。

第二路所述信号通道包括反相器件U21、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路U22、反相器件U23和开关电路U24。反相器件U21的输入端连接输入信号Input2，输出端连接延时电路U22的输入端，延时电路U22的输出端连接反相器件U23的输入端，反相器件U23的输出端连接开关电路U24的输入端，开关电路U24的输出端输出信号Output2。

所述互锁电路包括钳位二极管D11和钳位二极管D21。钳位二极管D11的负极连接反相器件U11的输出端，正极连接开关电路U24的输入端。钳位二极管D21的负极连接反相器件U21的输出端，正极连接开关电路U14的输入端。

延时电路U12包括二极管D12、电阻R11和电容C11。二极管D12的正极连接反相器件U11的输出端，二极管D12的负极连接反相器件U13的输入端，电阻R11与二极管D12并联，二极管D12的负极经过电容C11接地。

延时电路U22包括二极管D22、电阻R21和电容C21。二极管D22的正极连接反相器件U21的输出端，二极管D22的负极连接反相器件U23的输入端，电阻R21与二极管D22并联，二极管D22的负极经过电容C21接地。

开关电路U14包括电阻R13和继电器K1。继电器K1的线圈正极连接反相器件U13的输出端，继电器K1的线圈负极接地，继电器K1的触点一端接高电平，继电器K1的触点另一端输出信号Output1并经过电阻R13接地。

开关电路U24包括电阻R23和继电器K2。继电器K2的线圈正极连接反相器件U23的输出端，继电器K2的线圈负极接地，继电器K2的触点一端接高电平，继电器K2的触点另一端输出信号Output2并经过电阻R23接地。

如图2所示，当输入信号Input1为高电平、Input2为低电平时，反相器件U11输出低电平，电容C11通过电阻R11放电，当电容C11上的电压降到反相器件U13的翻转电压时，反相器件U13输出高电平，继电器K1的线圈得电，触点闭合输出高电平，从电容C11开始放电到反相件U13电平翻转的时间为T1。相应地，反相器件U21输出高电平，直接通过二极管D12给电容C21充电，由于二极管D12阻抗低，很快使电容C21充满电，反相器件U23迅速翻转为低电平，不能使继电器K2的线圈得电，反相器件U23翻转的时间为T2。时间T1大于T2，这样，反相器件U13和U23输出的波形完全错开，避免继电器K1和K2的线圈同时得电，使两路信号通道同时输出高电平信号，提高电气互锁电路的可靠性。同理，当输入信号Input1为高电平、输入信号Input2为低电平时，也是相同的工作过程。

反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23均为带迟滞功能的施密特触发器。带迟滞功能的施密特触发器可以克服输入信号在门限值附近微小的干扰问题，从而进一步提供电路的可靠性。

作为其他的实施方式，反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23均为非门。

作为其他的实施方式，反相器件U11、反相器件U13、反相器件U21、反相器件U23由非门集成电路实现，例如，由一片六非门数字芯片组成，这样可以减少电路中分立元器件的数量，简化电路结构，并且进一步提高电路可靠性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种电气互锁电路，包括用于实现信号传输的两路信号通道、实现所述两路信号通道互锁的互锁电路，其特征在于：

每路所述信号通道包括第一反相器件、用于实现低电平信号延时大于高电平信号延时的延时电路、第二反相器件和开关电路，所述第一反相器件的输入端连接输入信号，输出端连接所述延时电路的输入端，所述延时电路的输出端连接所述第二反相器件的输入端，所述第二反相器件的输出端连接所述开关电路的输入端，所述开关电路的输出端输出信号；

所述互锁电路包括两个钳位二极管，每个所述钳位二极管的负极分别连接所述两路信号通道的第一反相器件的输出端，正极分别连接另一路信号通道的开关电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种电气互锁电路，其特征在于：

所述延时电路包括二极管、电阻和电容，

所述二极管的正极连接所述第一反相器件的输出端，所述二极管的负极连接所述第二反相器件的输入端，所述电阻与所述二极管并联，所述二极管的负极经过所述电容接地。

3.根据权利要求1所述的一种电气互锁电路，其特征在于：

所述开关电路包括第一电阻、第二电阻和光电耦合器，

所述光电耦合器的输入端正极经过所述第一电阻连接所述第二反相器件的输出端，所述光电耦合器的输入端负极接地，所述光电耦合器的输出端正极接高电平，所述光电耦合器的输出端负极输出信号并经过所述第二电阻接地。

4.根据权利要求1所述的一种电气互锁电路，其特征在于：

所述开关电路包括第一电阻、第二电阻和三极管，

所述三极管的基极经过所述第一电阻连接所述第二反相器件的输出端，所述三极管的集电极接高电平，所述三极管的发射极输出信号并经过所述第二电阻接地。

5.根据权利要求1所述的一种电气互锁电路，其特征在于：

所述开关电路包括电阻和继电器，

所述继电器的线圈正极连接所述第二反相器件的输出端，所述继电器的线圈负极接地，所述继电器的触点一端接高电平，所述继电器的触点另一端输出信号并经过所述电阻接地。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种电气互锁电路，其特征在于，所述两路信号通道的第一反相器件、第二反相器件均为带迟滞功能的施密特触发器。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种电气互锁电路，其特征在于，所述两路信号通道的第一反相器件、第二反相器件均为非门。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种电气互锁电路，其特征在于，所述两路信号通道的第一反相器件、第二反相器件由非门集成电路实现。