一种驱动输出电路及诊断方法与流程

本发明涉及驱动输出电路技术领域，具体为一种驱动输出电路及诊断方法。

背景技术：

目前现有技术中普遍应用的输出驱动电路包括输出逻辑部分、电平转换部分、缓冲器部分和输出驱动管，其中常规的输出驱动管一般为mos管，mos管在输出驱动电路中主要起到电子开关的作用，mos管的工作原理为利用电路电压来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流大小的目的，从而控制负载的通断，但是在mos管的绝缘层中有大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的n区接通，形成了导电沟道，即使在电路电压很小时也有较大的漏极电流，mos管不能实现完全断开，由于电路中没有设置冗余的开关，导致电路出现短路或者断路时，无法控制负载完全断开，所以负载存在较大的安全隐患。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种驱动输出电路及诊断方法，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种驱动输出电路，包括连接在负载两端的驱动电路，所述驱动电路连接有用于对驱动电路进行检测的诊断电路，以及接收诊断电路信号并控制驱动电路运行的微处理器单元，在所述驱动电路上还设有冗余开关组件。

作为本发明一种优选的技术方案，所述微处理器单元负责读取诊断电路自检的诊断信号，并根据电路安全逻辑规则向驱动电路输出控制信号。

作为本发明一种优选的技术方案，所述负载为感性线圈负载。

作为本发明一种优选的技术方案，所述冗余开关组件包括控制驱动电路通断的电源开关和两个开关管，两个所述开关管的两端均分别连接在负载和驱动电路电源上。

作为本发明一种优选的技术方案，所述驱动电路的两个开关管由微处理器单元的控制信号控制闭合或者断开，所述电源开关也由微处理器单元的控制信号控制闭合或者断开。

作为本发明一种优选的技术方案，当接通负载时，所述电源开关闭合，同时驱动电路的两个所述开关管也闭合；当断开负载时，所述电源开关和驱动电路的两个所述开关管任何一个断开。

作为本发明一种优选的技术方案，所述诊断电路包括两个开关管，两个所述开关管的一端分别连接在驱动电路电源上，两个所述开关管的另一端分别串联有续流电阻，所述负载设置在两个续流电阻之间，并且所述负载的两端还并联有一个ad转换器，所述ad转换器采集所述负载的正、负极电压并传输给微处理器单元。

作为本发明一种优选的技术方案，所述冗余开关组件的电源开关与诊断电路的开关管连接，所述诊断电路和冗余开关组件共同使用一个电源和电源开关。

另外本发明还提供一种驱动输出电路的诊断方法，包括如下步骤：

步骤100、微处理器单元上电后进行初始化和自检；

步骤200、当微处理器单元的自检通过后，对诊断电路和驱动电路进行上电；

步骤300、诊断电路进行自检；

步骤400、当诊断电路自检通过后，诊断电路对驱动电路进行检测；

步骤500、驱动电路检测通过后，驱动负载运行，诊断电路进入循环诊断状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过设置驱动电路和诊断电路，并且利用三重冗余开关的方式控制负载的电路设计，可提高负载工作时的安全性能，在电路故障时可减少器件失效对电路功能的影响；

(2)本发明的诊断电路和处理器本身增加自检方式，可减少处理器和诊断电路本身在电路诊断和负载驱动的影响，从而提高电路诊断的精确性，提高负载在使用时的安全稳定性。

附图说明

图1为本发明的驱动输出电路组件示意图；

图2为本发明的安全仪表系统控制示意图；

图3为本发明的驱动电路示意图；

图4为本发明的诊断电路示意图；

图5为本发明的驱动输出电路工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种驱动输出电路，其主要由驱动电路和诊断电路两部分组成，并通过微处理器单元进行控制。

在本实施方式中，驱动输出电路的主要用途之一是安全仪表系统，安全仪表系统简称sis，主要为工厂控制系统中报警和联锁部分，对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制，是工厂企业自动控制中的重要组成部分，其主要包括传感器、逻辑运算器和执行元件，如图2所示。

以安全仪表系统中的驱动输出电路作为示例对本发明进行详细说明：

驱动电路用于驱动负载工作，负载相当于安全仪表系统的执行元件，诊断电路用于对驱动电路进行故障检测，微处理器控制单元接收诊断电路的诊断信号，并对驱动电路发出控制信号控制其运行状态。当传感器监控电路系统正常时，驱动电路正常工作，负载可稳定的正常使用；可当传感器监控电路系统出现故障时，则微处理器单元控制驱动电路中的开关断开，对负载进行保护，微处理器单元作为驱动输出电路的相关逻辑程序的运行单元，负责读取诊断信号，并根据电路安全逻辑规则给出正确的控制信号。

在本实施方式中，负载可以是感性线圈，例如：继电器的线圈。

如图3所示，本发明的创新部分在于，在驱动电路上设置冗余开关组件，可对负载进行多重保护作用，并且增加的诊断电路，对冗余开关组件中每个开关进行故障检测，从而保障驱动电路中每个开关在使用时的安全性，进一步保护负载。

而在本实施方式中，冗余开关组件主要包括控制驱动电路通断的电源开关p，以及两个开关管，分别为开关管k1和开关管k2，开关管k1和开关管k2的两端均分别连接在负载和驱动电路电源上，且开关管k1和开关管k2由微处理器单元的控制信号控制闭合或者断开，电源开关p也由微处理器单元的控制信号控制闭合或者断开。

当需要接通负载正常工作时，电源开关p闭合，同时两个开关管k1、k2也闭合；当电路出现故障，需断开电路保护负载时，电源开关p和两个开关管任何一个断开，即可断开驱动电路，负载可断开并且保持为安全状态，本发明实现三重保护，从而防止驱动电路故障时无法及时断开电路，提高对负载的保护。

如图4所示，诊断电路也包括两个开关管，分别为开关管k3和开关管k4，开关管k3的两端分别连接在电源p的正极和负载的正极上，开关管k4的两端分别连接在电源的负极和负载的负极上，在开关管k3与负载之间串联一个续流电阻r1，在开关管k4与负载之间串联一个续流电阻r2，在负载的两端并联一个ad转换器，用于采集负载的正、负极电压并传输给微处理器单元。

在本实施方式中，诊断电路和冗余开关组件共同使用一个电源和电源开关p，当电源开关p闭合时，诊断电路和驱动电路可同时进行上电。

实施例2

如图5所示，另外本实施方式还提供一种驱动输出电路的诊断方法，包括如下步骤：

步骤一、微处理器单元电源上电，微处理器进行初始化，然后微处理器单元进行自检，微处理器单元自检通过后，控制电源开关p闭合，对驱动电路和诊断电路上电，否则电源开关p保持断开，从而使驱动电路和诊断电路一直维持在安全状态(安全状态即为驱动电路和诊断电路不上电)；

步骤二、电源开关p闭合后，诊断电路进行自检，当诊断电路自检通过后，才能对驱动电路进行诊断操作，否则不能操作驱动电路，从而使驱动电路维持断开状态，保证驱动电路处于安全状态；

步骤三、诊断电路自检通过后，诊断电路对驱动电路进行检测，驱动电路检测通过后则开始驱动负载，诊断电路进入循环诊断状态，否则不能驱动负载，从而使驱动电路处于安全状态。

微处理器单元和诊断电路首先进行各自的电路自检，防止微处理器单元和诊断电路自身存在问题，减少对驱动电路进行故障检测的影响，从而提高诊断电路进行故障检测的准确度，同时也提高微处理器单元接收信号和控制输出信号的稳定性，进而提高对负载的保护安全性能。

如果驱动电路中的开关管k1、开关管k2和电源开关p全部不能断开，负载始终为连接状态不可断开，负载处于危险状态的情况，所以在本发明增设诊断电路，就是为了对开关管k1、开关管k2和电源开关p进行循环式的持续性检测，防止开关发生故障，从而确保负载能及时的断开连接。

驱动电路与诊断电路构成一个闭环，采用iec61508标准里面的“testpattern”方法进行诊断，即开关管1～4通断变化，通过诊断电路回读电压变化，观测开关管1～4的通断是否正常，来判驱动电路与诊断电路是否工作正常。

以下以开关管k1的针诊断为例来说明具体的诊断方法：

首先，设定以下基础条件：

(1)所有器件工作正常。

(2)目前负载为导通状态，即k1、k2闭合。

(3)开关管k1的故障状态：k1常断开或k1常闭合。

诊断的目的就是要能诊断出开关管k1是否故障，同时要保证负载不能误动作(即断开)。

诊断电路对驱动电路进行诊断的具体流程如下：

初始状态：开关管k1和开关管k2闭合，开关管k3和开关管k4断开，通过ad转换器采集负载正负两端的电压，并与期望值比较。

状态1：开关管k1断开(断开时间<1ms)，开关管k2闭合和开关管k3闭合，同时开关管k4断开，通过ad转换器采集负载正负两端的电压，并与期望值比较，如果实际电压与期望值相符(诊断电路中的一个续流电阻r1分压，负载两端电压小于电源电压)，则k1断开功能正常，当电路出现故障时，负载可断开连接，提高负载安全性能；

否则，k1断开功能不正常，则开关管k1存在常闭合的故障情况，如果电路出现故障，负载不能断开连接，负载的安全性能低。

状态2：开关管k1和开关管k2闭合，开关管k3和开关管k4断开，通过ad转换器采集负载正负两端的电压，并与期望值比较，如果实际电压与期望值相符(负载两端电压与电源电压相同)，则开关管的闭合功能正常，即负载具有正常的负载电压，可正常使用；

否则，开关管闭合功能不正常，则开关管k1存在常断开的故障情况，负载的负载电压低，无法正常使用。

状态3：循环进行状态1和状态2的检测。

在本实施方式中，保证当开关管k1在检测过程中，负载不能误动作的方式是采用以微动方式，开关管k1断开ms级，使用开关管k3及续流电阻提供二重保护，防止负载误动的措施，从而可稳定的诊断开关管状态。

开关管k2的故障检测原理与开关管k1相同，在此不做具体说明。

在本实施方式中，保证当开关管k1和开关管k2在检测过程中，负载不能误动作的方式是采用以微动方式，开关管k1和开关管k2断开ms级，使用诊断电路中的开关管和续流电阻提供二重保护，防止负载误动的措施，从而可稳定的诊断开关管状态。

在本发明中驱动电路用于控制负载的通断情况，当电路出现故障时，驱动电路内的开关断开，负载断开连接，对负载进行保护作用，诊断电路实时检测驱动电路内的开关工作状况，可防止驱动电路内的开关存在常闭合或者常断开的问题，从而保证负载的正常运行，保护负载工作时的安全性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。