安全輸出電路的自檢方法
【專利摘要】一種安全輸出電路的自檢方法，安全輸出電路有兩個或多個獨立的輸出通道組成，每個通道由控制單元、驅(qū)動電路、推挽輸出電路、上采樣電路、下采樣電路和輔助控制電路；多個控制單元按照一定的順序檢測本通道輸出電路的受控特性，在系統(tǒng)的響應(yīng)時間內(nèi)，輸出電路處于ON狀態(tài)時，每個控制單元依次輸出OFF狀態(tài)的檢測脈沖，通過檢測采樣電路返回的信號狀態(tài)，檢測輸出電路的受控狀態(tài)，檢測到輸出電路故障時，啟動輔助控制電路關(guān)閉故障的輸出通道，同時控制關(guān)閉其它輸出通道，達到輸出電路自動檢測和安全輸出的目的。本發(fā)明僅增加少數(shù)電路和控制邏輯，就能診斷覆蓋全部輸出電路各種故障；結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強，保證輸出信號狀態(tài)可控，提高系統(tǒng)的安全性。
【專利說明】安全輸出電路的自檢方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種安全輸出電路的自檢方法，用于安全光幕或安全控制器等安全功能部件輸出信號的安全控制，防止輸出失控發(fā)生危險失效。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會發(fā)展和進步，人們對安全生產(chǎn)重視程度和防止重大事故的安全要求也越來越高，對于保護設(shè)施的安全性，特別是輸出電路的安全性備受關(guān)注。目前，用于工業(yè)現(xiàn)場的功能安全部件的輸出電路大部分采用固態(tài)輸出方式，通過靜態(tài)檢測的方法監(jiān)控輸出電路的安全性，同時檢測電路的安全性也需要監(jiān)控，造成電路復(fù)雜且難以保證可靠性。國外部分產(chǎn)品采用動態(tài)檢測的方法檢測固態(tài)輸出電路的安全性，但需要配備復(fù)雜的編碼和解碼電路，輸出負載對檢測電路影響較大，造成產(chǎn)品應(yīng)用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種輸出電路的自檢方法，是一種全新的動態(tài)檢測方法，不受負載影響，抗干擾能力強；無需復(fù)雜的檢測電路，控制單元直接監(jiān)控輸出通道的狀態(tài)，減少監(jiān)控環(huán)節(jié)，保證系統(tǒng)安全的完整性。
[0004]本發(fā)明的目的是以如下方式實現(xiàn):安全輸出電路有兩個或多個獨立的輸出通道組成，每個通道由控制單元、驅(qū)動電路、推挽輸出電路、上采樣電路、下采樣電路和輔助控制電路，推挽輸出電路由上功率三極管和下功率三極管構(gòu)成；每個輸出通道中，控制單元的控制信號輸出到驅(qū)動電路和輔助控制電路，驅(qū)動電路的驅(qū)動信號控制推挽輸出電路的控制端，電源正極通過輔助控制電路輸入上采樣電路，上采樣電路連接上功率三極管源極，下功率三極管的源極通過下采樣電路連接到電源負極，上采樣電路、下采樣電路的取樣信號同時輸出到兩個或多個控制單元；多個控制單元按照一定的順序檢測本通道輸出電路的受控特性，在系統(tǒng)的響應(yīng)時間內(nèi)，輸出電路處于ON狀態(tài)時，每個控制單元依次輸出OFF狀態(tài)的檢測脈沖，通過檢測上采樣電路和下采樣電路返回的信號狀態(tài)，檢測輸出電路的受控狀態(tài)，檢測到輸出電路故障時，啟動輔助控制電路關(guān)閉故障的輸出通道，同時控制關(guān)閉其它輸出通道，達到輸出電路自動檢測和安全輸出的目的。
[0005]驅(qū)動電路是將控制單元輸出的控制信號進行電壓轉(zhuǎn)換，將控制邏輯信號電平轉(zhuǎn)換為輸出電路的信號邏輯電平，驅(qū)動上功率三極管和下功率三極管工作。
[0006]采樣電路對輸出通道的信號進行采樣，輸出狀態(tài)變化時，將采樣信號輸出到控制單元。
[0007]輔助控制電路在正常工作狀態(tài)下不啟動工作，當(dāng)控制電路通過采樣電路檢測到輸出電路失控時，輔助電路啟動工作，關(guān)閉輸出通道，防止輸出失效。
[0008]系統(tǒng)輸出ON狀態(tài)信號時，控制單元輸出控制信號，上功率三極管導(dǎo)通，下功率三極管截止，輔助控制電路不啟動，電源正極通過上功率三極管輸出控制負載電路，此時上采樣電路、下采樣電路中的電流較小，反饋正常狀態(tài)信號，系統(tǒng)規(guī)定的時間內(nèi)，控制單元輸出一個OFF狀態(tài)信號，推挽輸出電路的上功率三極管和下功率三極管發(fā)生橋臂直通現(xiàn)象，上采樣電路、下采樣電路瞬間流過較大的電流，反饋調(diào)制信息；隨后，另一控制單元輸出OFF狀態(tài)信號調(diào)制另一輸出通道；每個輸出通道中，僅在控制單元輸出調(diào)制信號且推挽輸出電路的上功率三極管、下功率三極管發(fā)生橋臂直通時才返回調(diào)制信號，根據(jù)通道中上功率三極管、下功率三極管的特性，反饋信號的相位和寬度為固定值，控制單元通過判斷檢測調(diào)制信號，判斷各輸出通道的受控狀態(tài)，調(diào)制時沒有反饋信號或反饋信號時序錯誤時，控制單元判斷為輸出通道故障，關(guān)閉所有的輸出，可有效檢測輸出通道失控、輸出之間短路、輸出與電源之間短路的故障。
[0009]本發(fā)明僅通過選用可以發(fā)生橋臂直通現(xiàn)象的功率三極管，增加少數(shù)電路和控制邏輯，就能診斷覆蓋全部輸出電路各種故障；結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強，保證輸出信號狀態(tài)可控，提高系統(tǒng)的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的的原理框圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的輸出信號時序圖。
【具體實施方式】
[0012]參照圖1，本發(fā)明包括兩個獨立的輸出通道，分別由控制單元1、驅(qū)動電路3、推挽輸出電路、上采樣電路5、下采樣電路2和輔助控制電路4構(gòu)成，推挽輸出電路由上功率三極管Ql和下功率三極管Q2構(gòu)成；每個輸出通道中，控制單元I的控制信號輸出到驅(qū)動電路3和輔助控制電路4，驅(qū)動電路3的驅(qū)動信號控制推挽輸出電路的控制端，即上功率三極管Ql和下功率三極管Q2的柵極，電源正極通過輔助控制電路4輸入上采樣電路5，上采樣電路5的輸出端連接上功率三極管Ql的源極，上功率三極管Ql的漏極輸出控制信號OSSDl，同時上功率三極管Ql的漏極連接下功率三極管Q2的漏極，下功率三極管Q2的源極通過下采樣電路2連接到電源負極，上采樣電路5的采樣信號backl、back3輸出端、下采樣電路2的取樣信號back2、back4同時輸出到兩個控制單元I。
[0013]控制信號輸出時，控制單元I輸出的控制信號OUTl或0UT2經(jīng)過驅(qū)動電路3控制上功率三極管Ql導(dǎo)通，下功率三極管Q2截止，輸出電壓Vcc經(jīng)過輔助控制電路4、上采樣電路5和上功率三極管Ql輸出。輸出電路自檢時，控制單元I通過輸出控制信號OUTl或0UT2調(diào)制兩個OFF狀態(tài)的信號，如圖2，經(jīng)過驅(qū)動電路3控制上功率三極管Q1、下功率三極管Q2關(guān)閉兩次，選擇上功率三極管Ql的開關(guān)速度大于下功率三極管Q2，上功率三極管Ql由OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)時，發(fā)生橋臂直通現(xiàn)象，Vcc電壓經(jīng)過上采樣電路5，上功率三極管Ql、下功率三極管Q2和下米樣電路2形成瞬態(tài)大電流,上米樣電路5輸出的米樣信號backl、back3和下米樣電路2輸出的米樣信號back2、back4輸出到兩控制單兀I ;輸出電路失控、輸出電路之間短路或輸出與電源短路時，調(diào)制反饋信號backl、back2、back3或back4發(fā)生變化，控制單元I控制輔助控制4關(guān)閉Vcc回路，控制輸出OSSDl和0SSD2輸出低電平。
[0014]本發(fā)明提供了一種輸出電路安全自檢的方法，僅采用少量的元件和電流檢測的辦法，保證輸出信號的安全性，提高輸出電路的可能干擾性，降低生產(chǎn)成本；利用元件特性檢測輸出電路安全性，利用可以發(fā)生橋臂直通現(xiàn)象的三極管組成推挽輸出電路，在調(diào)制信號的上升沿或下降沿產(chǎn)生橋臂直通時，輸出通道中形成大電流，通過電流檢測輸出電路的受控狀態(tài)；是一種更直接有效的輸出電路的檢測方式，通過反饋信號可以直接監(jiān)控輸出信號的特性，同時反饋信號的時序只與輸出回路中硬件電路參數(shù)有關(guān)，不受調(diào)制脈沖寬度的影響，減小調(diào)制脈沖對負載電路的影響；分時診斷，可有效防止相同輸出通道間的干擾，防止輸出通道之間短路、輸出通道與其它信號短路和通道輸出失控，提高系統(tǒng)的安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種安全輸出電路的自檢方法，其特征在于:安全輸出電路有兩個或多個獨立的輸出通道組成，每個通道由控制單元(I)、驅(qū)動電路(3)、推挽輸出電路、上采樣電路(5)、下采樣電路(2)和輔助控制電路(4)，推挽輸出電路由上功率三極管(Ql)和下功率三極管(Q2)構(gòu)成；每個輸出通道中，控制單元(I)的控制信號輸出到驅(qū)動電路(3)和輔助控制電路(4)，驅(qū)動電路(3)的驅(qū)動信號控制推挽輸出電路的控制端，電源正極(Vcc)通過輔助控制電路(4)輸入上采樣電路(5 )，上采樣電路(5 )連接上功率三極管(Ql)源極，下功率三極管(Q2 )的源極通過下采樣電路(2)連接到電源負極，上采樣電路(5)、下采樣電路(2)的取樣信號同時輸出到兩個或多個控制單元(I);多個控制單元(I)按照一定的順序檢測本通道輸出電路的受控特性，在系統(tǒng)的響應(yīng)時間內(nèi)，輸出電路處于ON狀態(tài)時，每個控制單元(I)依次輸出OFF狀態(tài)的檢測脈沖，通過檢測上采樣電路(5)和下采樣電路(2)返回的信號狀態(tài)，檢測輸出電路的受控狀態(tài)，檢測到輸出電路故障時，啟動輔助控制電路(4)關(guān)閉故障的輸出通道，同時控制關(guān)閉其它輸出通道，達到輸出電路自動檢測和安全輸出的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全輸出電路的自檢方法，其特征在于:系統(tǒng)輸出ON狀態(tài)信號時，控制單元(I)輸出控制信號，上功率三極管(Ql)導(dǎo)通，下功率三極管(Q2)截止，輔助控制電路(4)不啟動，電源正極(Vcc)通過上功率三極管(Ql)輸出控制負載電路，此時上采樣電路(5)、下采樣電路(2)中的電流較小，反饋正常狀態(tài)信號，系統(tǒng)規(guī)定的時間內(nèi)，控制單元(I)輸出一個OFF狀態(tài)信號，推挽輸出電路的上功率三極管(Ql)和下功率三極管(Q2)發(fā)生橋臂直通現(xiàn)象，上采樣電路(5)、下采樣電路(2)瞬間流過較大的電流，反饋調(diào)制信息；隨后，另一控制單元(I)輸出OFF狀態(tài)信號調(diào)制另一輸出通道；每個輸出通道中，僅在控制單元(I)輸出調(diào)制信號且推挽輸出電路的上功率三極管(Q1)、下功率三極管(Q2)發(fā)生橋臂直通時才返回調(diào)制信號，根據(jù)通道中上功率三極管(Q1)、下功率三極管(Q2)的特性，反饋信號的相位和寬度為固定值，控制單元(I)通過判斷檢測調(diào)制信號，判斷各輸出通道的受控狀態(tài)，調(diào)制時沒有反饋信號或反饋信號時序錯誤時，控制單元(I)判斷為輸出通道故障，關(guān)閉所有的輸出，可有效檢測輸出通道失控、輸出之間短路、輸出與電源之間短路的故障。
【文檔編號】G01R31/02GK103558541SQ201310544563
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】邵光存, 李海明, 于俊賢, 韓長偉, 王振偉, 姜新軍, 王勝滔, 馬玉慧, 馬騰飛, 劉建勝, 鐘明玉, 董洪毅, 劉德秋, 邵學(xué)濤 申請人:濟寧科力光電產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司