安全输出电路的自检方法
【专利摘要】一种安全输出电路的自检方法，安全输出电路有两个或多个独立的输出通道组成，每个通道由控制单元、驱动电路、推挽输出电路、上采样电路、下采样电路和辅助控制电路；多个控制单元按照一定的顺序检测本通道输出电路的受控特性，在系统的响应时间内，输出电路处于ON状态时，每个控制单元依次输出OFF状态的检测脉冲，通过检测采样电路返回的信号状态，检测输出电路的受控状态，检测到输出电路故障时，启动辅助控制电路关闭故障的输出通道，同时控制关闭其它输出通道，达到输出电路自动检测和安全输出的目的。本发明仅增加少数电路和控制逻辑，就能诊断覆盖全部输出电路各种故障；结构简单、工作稳定、抗干扰能力强，保证输出信号状态可控，提高系统的安全性。
【专利说明】安全输出电路的自检方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种安全输出电路的自检方法，用于安全光幕或安全控制器等安全功能部件输出信号的安全控制，防止输出失控发生危险失效。
【背景技术】
[0002]随着社会发展和进步，人们对安全生产重视程度和防止重大事故的安全要求也越来越高，对于保护设施的安全性，特别是输出电路的安全性备受关注。目前，用于工业现场的功能安全部件的输出电路大部分采用固态输出方式，通过静态检测的方法监控输出电路的安全性，同时检测电路的安全性也需要监控，造成电路复杂且难以保证可靠性。国外部分产品采用动态检测的方法检测固态输出电路的安全性，但需要配备复杂的编码和解码电路，输出负载对检测电路影响较大，造成产品应用受到限制。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种输出电路的自检方法，是一种全新的动态检测方法，不受负载影响，抗干扰能力强；无需复杂的检测电路，控制单元直接监控输出通道的状态，减少监控环节，保证系统安全的完整性。
[0004]本发明的目的是以如下方式实现:安全输出电路有两个或多个独立的输出通道组成，每个通道由控制单元、驱动电路、推挽输出电路、上采样电路、下采样电路和辅助控制电路，推挽输出电路由上功率三极管和下功率三极管构成；每个输出通道中，控制单元的控制信号输出到驱动电路和辅助控制电路，驱动电路的驱动信号控制推挽输出电路的控制端，电源正极通过辅助控制电路输入上采样电路，上采样电路连接上功率三极管源极，下功率三极管的源极通过下采样电路连接到电源负极，上采样电路、下采样电路的取样信号同时输出到两个或多个控制单元；多个控制单元按照一定的顺序检测本通道输出电路的受控特性，在系统的响应时间内，输出电路处于ON状态时，每个控制单元依次输出OFF状态的检测脉冲，通过检测上采样电路和下采样电路返回的信号状态，检测输出电路的受控状态，检测到输出电路故障时，启动辅助控制电路关闭故障的输出通道，同时控制关闭其它输出通道，达到输出电路自动检测和安全输出的目的。
[0005]驱动电路是将控制单元输出的控制信号进行电压转换，将控制逻辑信号电平转换为输出电路的信号逻辑电平，驱动上功率三极管和下功率三极管工作。
[0006]采样电路对输出通道的信号进行采样，输出状态变化时，将采样信号输出到控制单元。
[0007]辅助控制电路在正常工作状态下不启动工作，当控制电路通过采样电路检测到输出电路失控时，辅助电路启动工作，关闭输出通道，防止输出失效。
[0008]系统输出ON状态信号时，控制单元输出控制信号，上功率三极管导通，下功率三极管截止，辅助控制电路不启动，电源正极通过上功率三极管输出控制负载电路，此时上采样电路、下采样电路中的电流较小，反馈正常状态信号，系统规定的时间内，控制单元输出一个OFF状态信号，推挽输出电路的上功率三极管和下功率三极管发生桥臂直通现象，上采样电路、下采样电路瞬间流过较大的电流，反馈调制信息；随后，另一控制单元输出OFF状态信号调制另一输出通道；每个输出通道中，仅在控制单元输出调制信号且推挽输出电路的上功率三极管、下功率三极管发生桥臂直通时才返回调制信号，根据通道中上功率三极管、下功率三极管的特性，反馈信号的相位和宽度为固定值，控制单元通过判断检测调制信号，判断各输出通道的受控状态，调制时没有反馈信号或反馈信号时序错误时，控制单元判断为输出通道故障，关闭所有的输出，可有效检测输出通道失控、输出之间短路、输出与电源之间短路的故障。
[0009]本发明仅通过选用可以发生桥臂直通现象的功率三极管，增加少数电路和控制逻辑，就能诊断覆盖全部输出电路各种故障；结构简单、工作稳定、抗干扰能力强，保证输出信号状态可控，提高系统的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的的原理框图。
[0011]图2是本发明的输出信号时序图。
【具体实施方式】
[0012]参照图1，本发明包括两个独立的输出通道，分别由控制单元1、驱动电路3、推挽输出电路、上采样电路5、下采样电路2和辅助控制电路4构成，推挽输出电路由上功率三极管Ql和下功率三极管Q2构成；每个输出通道中，控制单元I的控制信号输出到驱动电路3和辅助控制电路4，驱动电路3的驱动信号控制推挽输出电路的控制端，即上功率三极管Ql和下功率三极管Q2的栅极，电源正极通过辅助控制电路4输入上采样电路5，上采样电路5的输出端连接上功率三极管Ql的源极，上功率三极管Ql的漏极输出控制信号OSSDl，同时上功率三极管Ql的漏极连接下功率三极管Q2的漏极，下功率三极管Q2的源极通过下采样电路2连接到电源负极，上采样电路5的采样信号backl、back3输出端、下采样电路2的取样信号back2、back4同时输出到两个控制单元I。
[0013]控制信号输出时，控制单元I输出的控制信号OUTl或0UT2经过驱动电路3控制上功率三极管Ql导通，下功率三极管Q2截止，输出电压Vcc经过辅助控制电路4、上采样电路5和上功率三极管Ql输出。输出电路自检时，控制单元I通过输出控制信号OUTl或0UT2调制两个OFF状态的信号，如图2，经过驱动电路3控制上功率三极管Q1、下功率三极管Q2关闭两次，选择上功率三极管Ql的开关速度大于下功率三极管Q2，上功率三极管Ql由OFF状态变为ON状态时，发生桥臂直通现象，Vcc电压经过上采样电路5，上功率三极管Ql、下功率三极管Q2和下米样电路2形成瞬态大电流,上米样电路5输出的米样信号backl、back3和下米样电路2输出的米样信号back2、back4输出到两控制单兀I ;输出电路失控、输出电路之间短路或输出与电源短路时，调制反馈信号backl、back2、back3或back4发生变化，控制单元I控制辅助控制4关闭Vcc回路，控制输出OSSDl和0SSD2输出低电平。
[0014]本发明提供了一种输出电路安全自检的方法，仅采用少量的元件和电流检测的办法，保证输出信号的安全性，提高输出电路的可能干扰性，降低生产成本；利用元件特性检测输出电路安全性，利用可以发生桥臂直通现象的三极管组成推挽输出电路，在调制信号的上升沿或下降沿产生桥臂直通时，输出通道中形成大电流，通过电流检测输出电路的受控状态；是一种更直接有效的输出电路的检测方式，通过反馈信号可以直接监控输出信号的特性，同时反馈信号的时序只与输出回路中硬件电路参数有关，不受调制脉冲宽度的影响，减小调制脉冲对负载电路的影响；分时诊断，可有效防止相同输出通道间的干扰，防止输出通道之间短路、输出通道与其它信号短路和通道输出失控，提高系统的安全性。
【权利要求】
1.一种安全输出电路的自检方法，其特征在于:安全输出电路有两个或多个独立的输出通道组成，每个通道由控制单元(I)、驱动电路(3)、推挽输出电路、上采样电路(5)、下采样电路(2)和辅助控制电路(4)，推挽输出电路由上功率三极管(Ql)和下功率三极管(Q2)构成；每个输出通道中，控制单元(I)的控制信号输出到驱动电路(3)和辅助控制电路(4)，驱动电路(3)的驱动信号控制推挽输出电路的控制端，电源正极(Vcc)通过辅助控制电路(4)输入上采样电路(5 )，上采样电路(5 )连接上功率三极管(Ql)源极，下功率三极管(Q2 )的源极通过下采样电路(2)连接到电源负极，上采样电路(5)、下采样电路(2)的取样信号同时输出到两个或多个控制单元(I);多个控制单元(I)按照一定的顺序检测本通道输出电路的受控特性，在系统的响应时间内，输出电路处于ON状态时，每个控制单元(I)依次输出OFF状态的检测脉冲，通过检测上采样电路(5)和下采样电路(2)返回的信号状态，检测输出电路的受控状态，检测到输出电路故障时，启动辅助控制电路(4)关闭故障的输出通道，同时控制关闭其它输出通道，达到输出电路自动检测和安全输出的目的。
2.根据权利要求1所述的安全输出电路的自检方法，其特征在于:系统输出ON状态信号时，控制单元(I)输出控制信号，上功率三极管(Ql)导通，下功率三极管(Q2)截止，辅助控制电路(4)不启动，电源正极(Vcc)通过上功率三极管(Ql)输出控制负载电路，此时上采样电路(5)、下采样电路(2)中的电流较小，反馈正常状态信号，系统规定的时间内，控制单元(I)输出一个OFF状态信号，推挽输出电路的上功率三极管(Ql)和下功率三极管(Q2)发生桥臂直通现象，上采样电路(5)、下采样电路(2)瞬间流过较大的电流，反馈调制信息；随后，另一控制单元(I)输出OFF状态信号调制另一输出通道；每个输出通道中，仅在控制单元(I)输出调制信号且推挽输出电路的上功率三极管(Q1)、下功率三极管(Q2)发生桥臂直通时才返回调制信号，根据通道中上功率三极管(Q1)、下功率三极管(Q2)的特性，反馈信号的相位和宽度为固定值，控制单元(I)通过判断检测调制信号，判断各输出通道的受控状态，调制时没有反馈信号或反馈信号时序错误时，控制单元(I)判断为输出通道故障，关闭所有的输出，可有效检测输出通道失控、输出之间短路、输出与电源之间短路的故障。
【文档编号】G01R31/02GK103558541SQ201310544563
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】邵光存, 李海明, 于俊贤, 韩长伟, 王振伟, 姜新军, 王胜滔, 马玉慧, 马腾飞, 刘建胜, 钟明玉, 董洪毅, 刘德秋, 邵学涛 申请人:济宁科力光电产业有限责任公司