CN210015340U - 冗余无触点控制开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冗余无触点控制开关，所述开关包括CPU、若干MOSFET开关管，其中，所述CPU的输出连接到MOSFET开关管的栅极，所述MOSFET开关管源极连接电源，所述MOSFET开关管漏极相连，其连线的引出线作为开关管的输出端。本实用新型采用MOSFET（场效应晶体管）电子开关作为开关部分。MOSFET是电压控制元件，从驱动侧取较少电流的情况下，即可驱动输出侧进行大电流开通，大大延长了开关器件的使用寿命。

Description

冗余无触点控制开关

技术领域

本实用新型涉及一种冗余无触点控制开关、控制开关的应用及其控制方法，属于电气控制系统新部件技术领域。

背景技术

在传统的列车控制中，一般会使用大量的继电器组成电气控制系统，用以实现列车的多功能逻辑控制。继电器是由线包和触点开关构成；线包的动作需要能量，该能量最后转换为热能，导致系统的温升严重；触点开关在动作时将会有物理磨损，并且随着电流的增加，磨损越大，继电器触点开关的典型寿命为(1～10)×10⁴次。继电器线包在驱动开关时，不能实现选择性的驱动不同开关，导致继电器自身没有冗余功能。为解决继电器寿命低、无冗余的不可靠的问题，本文提出了以电子开关代替触点开关，并采用CPU智能控制的新型冗余无触点开关。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出一种冗余无触点控制开关，采用功率半导体领域中应用多年的MOSFET(场效应晶体管)电子开关作为开关部分。MOSFET是电压控制元件，从驱动侧取较少电流的情况下，即可驱动输出侧进行大电流开通，大大延长了开关器件的使用寿命。

本实用新型为一种冗余无触点控制开关，所述开关包括CPU、若干MOSFET开关管，其中，所述CPU的输出连接到MOSFET开关管的栅极，所述MOSFET开关管源极连接电源，所述MOSFET开关管漏极相连，其连线的引出线作为开关管的输出端。

进一步的，每个所述控制开关中设有两个MOSFET开关管。

进一步的，所述输出端连接到CPU上，用于将输出信号发送给CPU。

进一步的，所述MOSFET开关管为P型开关管。

本实用新型还提供一种上述的冗余无触点控制开关的逻辑控制单元，所述控制单元包括若干CPU、开关量输入模块以及冗余无触点控制开关；其中，外部的开关量输入信号经过接口连接板连接到2个开关量输入模块，每个开关量输入模块把采集的信号经2路总线网络同时发送给CPU板；

每个CPU板同时通过2路总线网络与开关量输入模块和冗余无触点控制开关相连，采集开关量输入模块开关信号，以及接收冗余无触点控制开关反馈信号；并且所述CPU将逻辑运算发送指令给冗余无触点控制开关，所述冗余无触点控制开关连接到被控对象。

进一步的，所述逻辑控制单元配置通讯板COMM，实现与列车TCMS通讯；所述COMM板通过2路总线网络获取逻辑控制单元的内部状态，把逻辑控制单元的逻辑控制、状态、报警数据上传到列车TCMS中。

进一步的，本实用新型还提供上述冗余无触点逻辑控制单元的控制方法，所述控制方法首先将外部开关量输入信号经过接口连接板分配到内部的两个开关量输入模块，每个外部开关量输入模块把采集的信号经总线网络同时发送给CPU板；

每个CPU板通过总线网络分别与开关量输入模块和冗余无触点控制开关相连；每个冗余无触点控制开关同时从总线网络中接收输出指令，并在冗余状态下把输出信号送到接口连接板中；冗余无触点控制开关对输出的状态进行监视，如果输出过载直接保护；冗余无触点控制开关同时检测输出的状态，并反馈给CPU进行逻辑处理。

进一步的，所述控制方法中包括至少两个个冗余无触点控制开关、两个CPU板，每个CPU板均接收来自不同开关量输入模块发送来的开关量信号，并且，分别与两个冗余无触点控制开关进行信息交互，形成冗控制模式。

本实用新型所达到的有益效果：通过实用新型冗余无触点开关代替传统的继电器开关，寿命可上升8个数量级，在产品的功能特点上实现冗余控制。

附图说明

图1为继电器的工作原理图；

图2为MOSFET的工作原理图；

图3为冗余控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

符号定义：

LCU无触点逻辑控制单元

DI开关量输入

TCMS列车控制监视系统

DO开关量输出

CPU主控

COMM通讯

PWR电源

如图3所示，本实用新型提供的冗余无触点控制开关包括CPU、若干MOSFET开关管，其中，所述CPU的输出连接到MOSFET开关管的栅极，所述MOSFET开关管源极连接电源，所述MOSFET开关管漏极相连，其连线的引出线作为开关管的输出端。

进一步的，每个所述控制开关中设有两个MOSFET开关管。

进一步的，所述输出端连接到CPU上，用于将输出信号发送给CPU。

进一步的，所述MOSFET开关管为P型开关管。

本实用新型还提供一种上述的冗余无触点控制开关的逻辑控制单元，所述控制单元包括若干CPU、开关量输入模块以及冗余无触点控制开关；其中，外部的开关量输入信号经过接口连接板连接到2个开关量输入模块，每个开关量输入模块把采集的信号经2路总线网络同时发送给CPU板；

每个CPU板同时通过2路总线网络与开关量输入模块和冗余无触点控制开关相连，采集开关量输入模块开关信号，以及接收冗余无触点控制开关反馈信号；并且所述CPU将逻辑运算发送指令给冗余无触点控制开关，所述冗余无触点控制开关连接到被控对象。

进一步的，所述逻辑控制单元配置通讯板COMM，实现与列车TCMS通讯；所述COMM板通过2路总线网络获取逻辑控制单元的内部状态，把逻辑控制单元的逻辑控制、状态、报警数据上传到列车TCMS中。

进一步的，本实用新型还提供上述冗余无触点逻辑控制单元的控制方法，所述控制方法首先将外部开关量输入信号经过接口连接板分配到内部的两个开关量输入模块，每个外部开关量输入模块把采集的信号经总线网络同时发送给CPU板；

每个CPU板通过总线网络分别与开关量输入模块和冗余无触点控制开关相连；每个冗余无触点控制开关同时从总线网络中接收输出指令，并在冗余状态下把输出信号送到接口连接板中；冗余无触点控制开关对输出的状态进行监视，如果输出过载直接保护；冗余无触点控制开关同时检测输出的状态，并反馈给CPU进行逻辑处理。

进一步的，所述控制方法中包括至少两个个冗余无触点控制开关、两个CPU板，每个CPU板均接收来自不同开关量输入模块发送来的开关量信号，并且，分别与两个冗余无触点控制开关进行信息交互，形成冗控制模式。

下面结合一个具体应用实例进一步的展开对本实用新型冗余无触点控制开关、控制开关的应用及其控制方法的阐述。

实施例1

LCU机械接口包括：

单个LCU按3U、19英寸机箱配置；

外形接口428.7mm*133.35mm*280mm：

子板采用4TE的基本尺寸(20.32mm)；

19英寸机箱最大可配置21个槽。

1、最左边预留一个空槽，用于项目特殊的外围控制逻辑转换；与机箱内部无电气连接。2、最右边使用2个槽的位置放置电源板。3、剩下的18个槽位分为6组，每组3个子板。

每个LCU配置1个电源板、1个预留板、6组控制板。

每组控制板可配置为：

1、DI组：由1个DI接口板和2个DI控制板组成

2、DO组：由1个DO接口板和2个DO控制板组成

3、CPU组：由1个COMM板和2个CPU板组成

配置说明：

1、可把2个LCU(主LCU、从LCU)进行级联，构成1套级联型LCU，实现更多的状态采集和控制。

2、每套LCU必须并且只配置1个CPU组。

LCU配置：

每个LCU配置1个电源板、1个预留板、6组控制板。

DI组具体配置如下：

每个DI组提供32路DI接口能力

内部分为相互独立的4组信号，每组为8个信号。

每组的8个信号共用相同的信号参考地

每组地有4个接线端子，每个DI组有4*4个地线接线端子，方便分线和并线。

DO组具体配置如下：

每个DO组提供16路DO接口能力，内部分为相互独立的4组信号，每组为4个信号。

每组的4个信号共用相同的信号参考地，每组地有4个接线端子，每个DI组有4*4个地线接线端子，方便分线和并线。

每组的4个信号共用相同的输出电源正，每组电源正有4个接线端子，每个DI组有4*4个电源正接线端子，方便分线和并线。

输出能力(单通道)，发热电流：1A；峰值电流：5A(可用于驱动具有冲击特性的接触器)。

保护模式

硬件自关断

检测内容

1、反馈检测

2、过流检测。

LCU与TCMS有网络通讯功能

可上传下列数据供诊断和维护

1、LCU的内部状态

2、LCU内部的报警(比如某板卡故障)

3、DI和DO的状态。

图1为继电器的工作原理图，本实用新型冗余无触点控制开关解决了继电器寿命低的技术难题，该控制开关通常在10万(100K)次的数量级。MOSFET在开关电源中广泛使用，至少在100KHz的开关频率下运行。等效为继电器的全寿命只相当于MOSFET秒级寿命，那么MOSFET相比继电器而言，可等效为无寿命限制。

避免了继电器不可靠，线包发热严重的技术问题。MOSFET为电压型驱动，驱动回路一般控制在5mA(15V)的电流，相当于mW级。那么相比继电器的W级的功耗而言，也几乎可忽略。

解决了继电器无保护，没有输出过流保护功能的问题。继电器输出短路时，继电器一般烧毁，可能还会引起过热，起火等次生灾害。LCU的输出有短路保护，对MOSFET寿命影响很小，不会有次生灾害。继电器无冗余，而LCU是全冗余的解决方案。

继电器系统逻辑实现复杂、设计复杂、优化困难。而LCU采用软逻辑实现，在设计阶段确定了DI的数量和DO的数量后，就可以开始生产和制造。后期的优化和完善都不需要调整连线，只需要升级软件就可实现。

本实用新型的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.冗余无触点控制开关，其特征在于，所述开关包括CPU、若干MOSFET开关管，其中，所述CPU的输出连接到MOSFET开关管的栅极，所述MOSFET开关管源极连接电源，所述MOSFET开关管漏极相连，其连线的引出线作为开关管的输出端。

2.根据权利要求1所述的冗余无触点控制开关，其特征在于，每个所述控制开关中设有两个MOSFET开关管。

3.根据权利要求1所述的冗余无触点控制开关，其特征在于，所述输出端连接到CPU上，用于将输出信号发送给CPU。

4.根据权利要求1所述的冗余无触点控制开关，其特征在于，所述MOSFET开关管为P型开关管。

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