专利名称：使用数字输出模块提供冗余的功率控制的系统、方法和装置的制作方法
使用数字输出模块提供冗余的功率控制的系统、方法和装
背景技术：
本文描述的实施例通常涉及数字输出模块，更具体地说，涉及在单个数字输出模块内使用I-型电路将冗余的电源提供给负载。至少某些已知的输出模块仅仅能够将电流汇集到负载或者从该负载发出电流，但是不能两者都实现。这样的已知的输出模块包括接收预定义输入信号的输入电路，以及基于输入信号产生源信号或者汇信号的其它电路。此外，这样的已知的输出模块包括从功率源发出功率到负载或者通过返回路径将功率从负载汇集到功率源的输出级电路。然而，这样的已知的输出模块并不在单个模块内既提供源驱动器又提供汇驱动器。此外，至少某些已知的控制系统既包括源输出模块又包括汇输出模块，连接源输出模块和汇输出模块形成用于提供冗余手段以便从负载移走功率的I型。然而，这样的已 知的控制系统需要两种模块的独立控制和编程以控制负载。这增加了控制系统的开发和试运行成本。此外，至少某些已知的输出模块能够进行脉冲测试以证明负载的状态改变能力。然而，必须对控制系统编程以便一前一后地操作独立的源输出驱动器模块和独立的汇输出模块用于在这样的I型中配置的每个负载。这也增加了控制系统的开发和试运行成本，并且影响了控制器性能。
发明内容
在一个方面，提供了一种使用数字输出模块向负载提供冗余的功率控制的方法，该方法包括将至少一个源驱动器耦合至电压供给(voltage supply)和第一输出端子，将至少一个汇驱动器耦合至电压返回(voltage return)和第二输出端子，并且将负载耦合至第一输出端子和第二输出端子。该方法还包括感测至少一个源驱动器和至少一个汇驱动器的其中之一中的故障。在另一个方面，提供了一种数字输出模块，该数字输出模块包括各自配置成耦合至负载的第一输出端子和第二输出端子。该数字输出模块还包括耦合至第一输出端子和电压供给的至少一个源驱动器，以及耦合至第二输出端子和电压返回的至少一个汇驱动器，其中至少一个源驱动器和至少一个汇驱动器被配置成以通电-运行(energized-to-run)配置向负载提供冗余的功率控制。在又一个方面，提供了一种系统，该系统包括具有电压供给和电压返回的电压电源、至少一个负载以及第一数字输出模块。该数字输出模块包括具有电压供给端子、电压返回端子、第一输出端子和第二输出端子的接线板，其中电压供给端子耦合至电压供给，电压返回端子耦合至电压返回，并且第一输出端子和第二输出端子耦合至至少一个负载。该数字输出模块还包括耦合至电压供给端子和第一输出端子的至少一个源驱动器，以及耦合至电压返回端子和第二输出端子的至少一个汇驱动器，其中第一数字输出模块被配置成通过第一输出端子和第二输出端子选择性地向至少一个负载提供冗余的功率控制。
通过参考结合附图的以下描述，可以更好地理解本文描述的实施例。图I是具体为单个模块的示范的数字输出模块的电路图。图2是在图I所示的数字输出模块内设置的示范的I-型电路的电路图。图3是使用两个图2所示的I-型电路形成的示范的H-型电路的电路图。图4是说明使用图2所示的I-型电路向负载提供冗余的功率的示范的方法的流程图。
具体实施例方式本文描述了用于使用单个数字输出模块向负载提供冗余的功率的系统、方法和装置的示范实施例。本文描述的实施例便于使用单个汇驱动器和单个源驱动器来在 以通电-运行(energized-to-run)配置提供功率控制冗余的单个数字输出模块内产生I-型电路。此外，本文描述的实施例便于使用两个I-型电路来产生以通电-运行(energized-to-run)配置和通电-停机(energized-to-shutdown)配置提供功率控制功率冗余和可用性的H-型电路。此外，本文描述的实施例使得能够进行脉冲测试I-型电路而无需处理器或者网络接口装置。本文描述的系统、方法和装置的示范的技术效果包括以下至少其一 (a)为单个数字输出模块内的多个源驱动器和多个汇驱动器定向，使得源驱动器和相关联的汇驱动器形成用于向负载提供冗余功率的I-型电路；(b)感测操作期间I-型电路的源驱动器或者汇驱动器中的故障；(c)向控制器指示驱动器的故障；(d)在未与外部处理器相互作用的情况下，在源驱动器或者汇驱动器上执行脉冲测试；以及(e)感测通过驱动器的电流，并且在过载状态或者短路状态下将驱动器断电。图I是具体为单个模块的示范的数字输出模块100的电路图。在示范的实施例中，数字输出模块100包括接线板102、多个源驱动器104和多个汇驱动器106。在示范的实施例中，源驱动器104的数量和汇驱动器106的数量相等。接线板102包括各自被配置成耦合至电压电源(图I未示出)的电压供给端子108和电压返回端子110。更具体地，电压供给端子108被配置成耦合至电压供给(图I未示出)，并且电压返回端子110被配置成耦合至电压返回(图I未示出)。此外，在示范的实施例中，接线板102包括各自被配置成耦合至负载(图I未示出)的多个输出端子112。例如，接线板102包括第一输出端子114和第二输出端子116。在示范的实施例中，每个源驱动器104耦合至电压供给端子108和相关联的第一输出端子114。此外，每个源驱动器104包括开关装置118和感测电阻120。开关装置118被配置成耦合至外部处理器(未示出)。在示范的实施例中，开关装置118是晶体管。作为备选，开关装置118可以具体为机电式继电器、固态继电器、继电器驱动器或者智能开关。在示范的实施例中，开关装置118在第一端122处耦合至电压供给端子108。感测电阻120在第一端124处耦合至开关装置118的第二端126。此外，感测电阻120在第二端128处耦合至第二端128处的第一输出端子114。另外，每个源驱动器104包括第一诊断端子130和第二诊断端子132。第一诊断端子130耦合至感测电阻第一端124，第二诊断端子132耦合至感测电阻第二端128。第一诊断端子130和第二诊断端子132使得通过感测电阻120的电流的测量能够便于诊断短路保护、无负载检测、过电流、开关装置118的故障、和/或脉冲测试。在示范的实施例中，每个汇驱动器106耦合至电压返回端子110和相关联的第二输出端子116。此外，每个汇驱动器106包括与源驱动器104相似的元件。具体地，每个汇驱动器106包括开关装置134和感测电阻136。开关装置134被配置成耦合至外部处理器(图I未示出)。在示范的实施例中，开关装置134在第一端138处耦合至电压返回端子110。感测电阻136在第一端140处耦合至开关装置134的第二端142。此外，感测电阻136在第二端144处耦合至第二输出端子116。另外，每个汇驱动器106包括第一诊断端子146和第二诊断端子148。第一诊断端子146耦合至感测电阻第一端140，第二诊断端子148耦合至感测电阻第二端144。第一诊断端子146和第二诊断端子148使得通过感测电阻136的电流的测量能够便于诊断短路保护、无负载检测、过电流、开关装置134的故障、和/或脉冲测试。
图2是在单个数字输出模块(例如图I所示的数字输出模块100)内设置的示范的I-型电路200的电路图。I-型电路200以通电-运行(energized-to-run)配置提供功率控制冗余。更具体地，在示范的实施例中，I-型电路200包括源驱动器104和汇驱动器106。如上所述，源驱动器104包括第一开关装置(例如开关装置118)，其通过电压供给端子108耦合至电压供给202。源驱动器104还包括第一感测电阻(例如感测电阻120)，其耦合至第一开关装置118和第一输出端子114。第一输出端子114 I禹合至负载204。此外，以及如上所述，汇驱动器106包括第二开关装置(例如开关装置134)，其通过电压返回端子Iio耦合至电压返回206。汇驱动器106还包括第二感测电阻(例如感测电阻136)，其耦合至第二开关装置134和第二输出端子116。第二输出端子116耦合至负载204。在操作期间，利用流过第一感测电阻120和第二感测电阻136的电流的诊断来感测源驱动器104或者汇驱动器106中的故障。例如，如果感测到故障，例如第一开关装置118短路故障或者第一输出端子114耦合至电压供给202，则将故障状态传递给控制器(图2未示出)。同样地，如果感测到故障，例如第二开关装置134短路故障或者第二输出端子116耦合至电压返回206，则将故障状态传递给控制器。此外，在未使用外部处理器的情况下，I-型电路可用来脉冲测试源驱动器104和/或汇驱动器106。例如，为了在负载204被断电时脉冲测试源驱动器104，起动汇驱动器106，并且通过脉冲启动和脉冲关断源驱动器104来快速起动和停用负载204，同时通过第一诊断端子130和146测量流过负载204的电流。如果检测到电流通过负载204，则源驱动器104是工作的。同样地，为了在负载204被断电时脉冲测试汇驱动器106，起动源驱动器104，并且通过脉冲启动和脉冲关断汇驱动器106来快速起动和停用负载204，同时通过第一诊断端子130和146测量流过负载204的电流。如果检测到电流通过负载204，则汇驱动器106是工作的。图3是使用两个数字输出模块(例如两个图I所示的数字输出模块100)形成的示范的H-型电路300的电路图。H-型电路300以通电-运行(energized-to-run)配置和通电-停机(energized-to-shutdown)配置提供功率冗余。如图3所示，H-型电路300包括两个I-型电路200，例如第一 I-型电路302和第二 I-型电路304。相应地，H-型电路300包括第一源驱动器306、第二源驱动器308、第一汇驱动器310和第二汇驱动器312。第一源驱动器306和第一汇驱动器310各自包括实质上如图2所示的相同的元件。具体地，第一源驱动器306包括第一开关装置118、第一感测电阻120和第一输出端子114。同样地，第一汇驱动器310包括第二开关装置134、第二感测电阻136和第二输出端子116。第二源驱动器308包括第三开关装置314、第三感测电阻316和第三输出端子318。同样地，第二汇驱动器312包括第四开关装置320、第四感测电阻322和第四输出端子324。在示范的实施例中，H-型电路300耦合至处理器326。具体地，每个开关装置118、134、314和320都耦合至处理器326，并且被配置成接收来自处理器326的起动和停用命令。此外，H-型电路300包括多个阻塞二极管328、330、332和334。在示范的实施例中，当第二 I-型电路304为了维护而断电或者处于任何其它非标准操作模式时，阻塞二极管328、330、332和334阻止来自第一 I-型电路302的电流给第二 I-型电路304加电。
在操作期间，流过第一感测电阻120和第三感测电阻316的电流的诊断用来分别感测第一源驱动器306或者第二源驱动器310中的故障。例如，如果感测到故障，如第一输出端子114耦合至电压供给202，则将故障状态传递给处理器326。此外，如果在源驱动器306中感测到过载或者过电流状态，则将源驱动器306断电并且将故障状态传递给处理器326。此外，在未使用外部处理器情况下，可将H-型电路300用于脉冲测试第一源驱动器306和第一汇驱动器308，或者脉冲测试第二源驱动器310和第二汇驱动器312。如上所述，每个I-型电路302和304的脉冲测试独立操作。对于快速响应负载204，脉冲测试的独立操作可非有意地给负载204通电。具体地，如果第一 I-型302的脉冲测试与第二 I-型304的脉冲测试重叠，则可给负载204通电。为了防止H-型电路300中负载204的不必要起动，处理器326调度不同模块中的脉冲测试。在某些实施例中，脉冲测试不同模块被调度成发生在这天的不同时间。例如，可在偶数小时测试第一 I-型电路302，以及可在奇数小时测试第二 I-型电路304。图4是说明使用在单个模块数字输出模块100(图I所示)中设置的I-型电路200(图2所示)向负载204 (图2所示)提供冗余的功率控制的示范方法的流程图400。在示范的实施例中，并且参考图I和图2，将至少一个源驱动器104耦合402至电压供给202和第一输出端子114。更具体地，将第一开关装置118的第一端122耦合至电压供给端子108，电压供给端子108耦合至电压供给202。此外，将第一感测电阻120的第一端124耦合至第一开关装置118的第二端126。另外，将第一感测电阻120的第二端128耦合至第一输出端子114。同样地，将至少一个汇驱动器106耦合404至电压返回206和第二输出端子116。更具体地，将第二开关装置134的第一端138耦合至电压返回端子110，电压返回端子110耦合至电压返回206。此外，将第二感测电阻136的第一端140耦合至第二开关装置134的第二端142。另外，将第二感测电阻136的第二端144耦合至第二输出端子 116。此外,在不范的实施例中，将负载204 f禹合406至与第一输出端子114和第二输出端子116。然后I-型电路200通过源驱动器104和汇驱动器106向负载204提供408功率。在操作期间，基于经由第一诊断端子130和146测量的通过负载204的电流和/或负载204两端的电压，I-型电路200感测410源驱动器104或者汇驱动器106中的故障。更具体地，测量通过负载204、第一感测电阻120和第二感测电阻136的电流，以及测量第二诊断端子132和148处的电压。如果没有感测到故障410，则I-型电路200继续操作和/或执行诊断。如果感测到故障412，则将故障消息传递给处理器326。上面详细描述了使用单个数字输出模块向负载提供冗余的功率的系统、方法和装置的示范实施例。系统、方法和装置不限于本文描述的特定实施例，而是可以与本文描述的其它操作和/或部件无关地并且分开地来利用方法的操作和/或系统的部件和/或装置。此外，所描述的操作和/或部件也可以在其他系统、方法和/或装置中被限定，或者与其它系统、方法和/或装置结合使用，并且不限于仅仅利用如本文描述的系统、方法和存储介质来实施。除非另有说明，本文说明和描述的本发明实施例中的操作的执行或实施的顺序并不是必需的。换句话说，可以任何顺序实施操作，除非另有说明，并且本发明实施例可包括 额外的操作或者比本文公开的操作更少的操作。例如，预计了在另一个操作之前、同时、或者之后执行或者实施特定操作是在本发明多个方面的范围内的。在某些实施例中，术语“处理器”通常指包括系统和微型控制器、精简指令集电路(RISC)、特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路以及能够执行本文所描述的功能的任何其它电路或者处理器的任何可编程系统。上述示例仅仅是示范性的，因此不打算以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。当介绍本发明或者其中的实施例的多个方面的要素时，冠词“8”、“&11”、“访6”和“所述”旨在表示存在有一个或者多个要素。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在包含在内并且表示除了列示的要素可能还存在有另外的要素。本书面说明书使用示例(包括最佳方式)来公开本发明，并且还使用示例来使得任何本领域技术人员能够实施本发明(包括制作和使用任何装置或者系统以及执行任何合并的方法)。通过权利要求书来限定本发明的可取得专利权的范围，并且本发明的可取得专利权的范围可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其他示例具有未与权利要求书的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性区别的相当的结构要素，则这样的其他示例确定为在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种使用数字输出模块向负载提供冗余的功率控制的方法，所述方法包括将至少一个源驱动器耦合至电压供给和第一输出端子；将至少一个汇驱动器耦合至电压返回和第二输出端子；将负载耦合至所述第一输出端子和所述第二输出端子；以及感测所述至少一个源驱动器和所述至少一个汇驱动器的其中之一中的故障。
2.根据权利要求I所述的方法，其中将至少一个源驱动器耦合至电压供给和第一输出端子包括将第一开关装置的第一端耦合至所述电压供给；将第一感测电阻的第一端耦合至所述第一开关装置的第二端；以及将所述第一感测电阻的第二端耦合至所述第一输出端子。
3.根据权利要求I所述的方法，其中将至少一个汇驱动器耦合至电压返回和第二输出端子包括将第二开关装置的第一端耦合至所述电压返回；将第二感测电阻的第一端耦合至所述第二开关装置的第二端；以及将所述第二感测电阻的第二端耦合至所述第二输出端子。
4.根据权利要求3所述的方法，其中感测所述至少一个源驱动器和所述至少一个汇驱动器的其中之一中的故障包括测量通过所述负载、以及所述第一感测电阻和所述第二感测电阻中至少之一的电流；基于所测量的电流，感测所述至少一个源驱动器和所述至少一个汇驱动器的其中之一中的故障。
5.根据权利要求I所述的方法，还包括响应于感测所述至少一个源驱动器和所述至少一个汇驱动器的其中之一中的故障而将故障状态传递给处理器。
6.一种数字输出模块，包括配置成耦合至负载的第一输出端子；配置成耦合至所述负载的第二输出端子；耦合至所述第一输出端子和电压供给的至少一个源驱动器；以及耦合至所述第二输出端子和电压返回的至少一个汇驱动器，所述至少一个源驱动器和所述至少一个汇驱动器被配置成以通电-运行配置向所述负载提供冗余的功率控制。
7.根据权利要求6所述的数字输出模块，其中所述至少一个源驱动器包括被配置成产生功率以便向所述负载提供的第一开关装置，所述第一开关装置在第一端处耦合至所述电压供应。
8.根据权利要求7所述的数字输出模块，其中所述至少一个源驱动器还包括具有第一端和第二端的第一感测电阻，所述第一感测电阻的所述第一端耦合至所述第一开关装置的第二端，所述第一感测电阻的所述第二端耦合至所述第一输出端子；耦合至所述第一感测电阻的所述第一端的第一诊断端子；以及耦合至所述第一感应电阻的所述第二端的第二诊断端子。
9.根据权利要求7所述的数字输出模块，其中所述至少一个汇驱动器包括配置成从所述负载返回功率的第二开关装置，所述第二开关装置在第一端处耦合至所述电压返回。
10.根据权利要求9所述的数字输出模块，其中所述至少一个汇驱动器还包括具有第一端和第二端的第二感测电阻，所述第一端耦合至所述第二开关装置的第二端，所述第二感测电阻的所述第二端耦合至所述第二输出端子；耦合至所述第二感测电阻的所述第一端的第一诊断端子；以及耦合至所述第二感测电阻的所述第二端的第二诊断端子。
11.根据权利要求6所述的数字输出模块，其中将所述数字输出模块被配置成感测所述至少一个源驱动器和所述至少一个汇驱动器的其中之一中的故障；以及响应于感测到故障而将故障状态传递给处理器。
12.根据权利要求6所述的数字输出模块，其中所述至少一个源驱动器包括多个源驱动器，以及所述至少一个汇驱动器包括多个汇驱动器，所述多个源驱动器中的每个源驱动器与所述多个汇驱动器中的相应的汇驱动器配对。
13.根据权利要求6所述的数字输出模块，其中所述数字输出模块被配置成在没有处理器介入的情况下执行脉冲测试。
14.一种系统,包括电压电源，所述电压电源包括电压供给和电压返回；至少一个负载；第一数字输出模块，所述第一数字输出模块包括接线板，所述接线板包括电压供给端子、电压返回端子、第一输出端子和第二输出端子，所述电压供给端子耦合至所述电压供给，所述电压返回端子耦合至所述电压返回，所述第一输出端子和所述第二输出端子耦合至所述至少一个负载；至少一个源驱动器，耦合至所述电压供给端子和所述第一输出端子；以及至少一个汇驱动器，耦合至所述电压返回端子和所述第二输出端子，所述第一数字输出模块被配置成通过所述第一输出端子和所述第二输出端子选择性地向所述至少一个负载提供冗余的功率控制。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述至少一个源驱动器包括配置成产生功率以便向所述至少一个负载提供的第一开关装置，所述第一开关装置在第一端处耦合至所述电压供给端子；具有第一端和第二端的第一感测电阻，所述第一感测电阻的所述第一端耦合至所述第一开关装置的第二端，所述第一感测电阻的所述第二端耦合至所述第一输出端子；耦合至所述第一感测电阻的所述第一端的第一诊断端子；以及耦合至所述第一感测电阻的所述第二端的第二诊断端子。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一个汇驱动器包括配置成从所述至少一个负载返回功率的第二开关装置，所述第二开关装置在第一端处耦合至所述电压返回端子；具有第一端和第二端的第二感测电阻，所述第二感测电阻的所述第一端耦合至所述第二开关装置的第二端，所述感测电阻的所述第二端耦合至所述第二输出端子；耦合至所述第二感测电阻的所述第一端的第一诊断端子；以及耦合至所述第二感测电阻的所述第二端的第二诊断端子。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一开关装置和所述第二开关装置各自包括下列项中的至少一种晶体管、机电式继电器、固态继电器、继电器驱动器和智能开关。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一数字输出模块被配置成感测所述至少一个源驱动器和所述至少一个汇驱动器的其中之一中的故障；以及响应于感测到故障而将故障状态传递给处理器。
19.根据权利要求14所述的系统，其中所述至少一个源驱动器包括多个源驱动器，以及所述至少一个汇驱动器包括多个汇驱动器，所述多个源驱动器的每个源驱动器与所述多个汇驱动器的相应的汇驱动器配对。
20.根据权利要求14所述的系统，还包括第二数字输出模块，所述第二数字输出模块包括第二接线板，所述第二接线板包括电压供给端子、电压返回端子、第一输出端子和第二输出端子，所述电压供给端子耦合至所述电压供给，所述电压返回端子耦合至所述电压返回，所述第一输出端子和所述第二输出端子耦合至所述至少一个负载；至少一个源驱动器，耦合至所述电压供给端子和所述第一输出端子；以及至少一个汇驱动器，耦合至所述电压返回端子和所述第二接线板的所述第二输出端子，所述第二数字输出模块被配置成响应于所述第一数字输出模块的故障而通过所述第二接线板的所述第一输出端子和所述第二输出端子来选择性地向所述至少一个负载提供冗余的功率控制。
全文摘要
一种使用数字输出模块向负载提供冗余的功率控制的方法，包括将至少一个源驱动器耦合至电压供给和第一输出端子，将至少一个汇驱动器耦合至电压返回和第二输出端子以及将负载耦合至第一输出端子和第二输出端子。该方法还包括感测至少一个源驱动器和至少一个汇驱动器的其中之一中的故障。
文档编号G01R31/317GK102933976SQ201080063547
公开日2013年2月13日 申请日期2010年11月10日 优先权日2009年12月11日
发明者W.H.吕肯巴赫 申请人:通用电气智能平台有限公司