非易失性状态指示器开关的制作方法

专利名称：非易失性状态指示器开关的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及继电器在飞行器电子系统中的使用，更具体地说，涉及用于保 存和指示在继电器中检测到的故障的状态的系统和方法。
背景技术：
飞行器电子系统的主要功能是在整个飞行器中产生、调节和分配电力。飞行器上 有一些不同的电源用于向飞行器电子系统供电。这些电源可以包括引擎驱动的AC发电机、 辅助供电单元、外部电源以及冲压空气涡轮。飞行器电子组件既使用AC又使用DC以诸多 不同的电压电平运行。然而，大部分飞行器系统使用400Hz的115V AC或28V DC。进一步 地，26V AC也在一些飞行器中用于照明目的。DC电力通常由包含电磁体的“自励”发电机 提供，其中由对28V DC的输出电压进行调节的换向器产生电力。相电压通常为115V的AC 电力由交流发电机一般在三相系统中以400Hz的频率产生。继电器在飞行器电子系统中一般用于控制给各种负载的电力供应。典型的继电器 包括连接至电源的触头和连接至负载的触头。机电式触头由线圈产生的磁场闭合。线圈由 通过控制输入向继电器提供的控制电流激励。触头闭合允许负载电流流动。飞行器电子系统中的故障很危险。具体来说，诸如燃料泵之类的电子负载中的故 障会导致爆炸。飞行器电子系统中会发生的故障实例包括接地故障(与地线的短路)和电 弧故障(电力线之间的短路)。接地故障导致净电流不平衡，而电弧故障不会导致净电流不 平衡。各种故障断续器被用于飞行器电子系统。这些故障断续器可以包括现在通常安装 在驾驶座中的通用故障断续器(UFI)、电弧故障电路断续器(AFCI)、和热触发断路器(CB)。

发明内容
本发明涉及一种非易失性状态指示器开关。在一个实施例中，本发明涉及一种飞 行器电子系统，包括连接至继电器的故障检测电路和连接至所述故障检测电路并连接至所 述继电器的控制输入端的故障指示器电路，其中所述故障指示器电路包括非易失性存储器 元件；其中所述故障检测电路被配置为检测故障并且向所述故障指示器电路提供指示故障 的信号；并且其中所述故障指示器电路被配置为，通过向所述继电器提供预定的控制信号， 并将指示检测到故障的信息存储在所述非易失性存储器元件中，来响应所述指示故障的信 号。在另一实施例中，本发明涉及一种用于控制飞机电子系统中的继电器的方法，所 述方法包括检测至少一个故障；使用固态非易失性存储器存储所述至少一个故障的记 录；在失去电力时维持所述至少一个故障的所述记录；在接收到复位信号时，清除所述至 少一个故障的所述记录；以及在所述至少一个故障被存储时，断开继电器以阻止电力流向 所述飞机电子系统中的负载。在又一实施例中，本发明涉及一种故障指示器电路，包括输入逻辑电路，被配置为接收指示检测到故障的故障信号和指示复位所述故障的请求的复位信号；以及机电式开 关，连接至所述输入逻辑电路的输出端，其中所述输入逻辑电路的输出根据所述故障信号 和所述复位信号得到，其中所述机电式开关被配置为，响应于所述输入逻辑电路的输出而 控制继电器；并且其中所述机电式开关被屏蔽材料包围，所述屏蔽材料减少外部磁场对所 述机电式开关的操作的影响。


图1是根据本发明实施例的飞行器电子系统的示意图。图2是根据本发明实施例的故障保护继电器的示意图。图3是根据本发明实施例的故障指示器电路的示意图。图4是根据本发明实施例的可用于向故障指示器电路供电的电源的示意图。图5是示出根据本发明实施例的响应于故障的检测而控制继电器操作的方法的 流程图。图6是根据本发明实施例的可用在故障指示器电路中的输入逻辑电路和非易失 性存储器的示意图。图7是示出图6的输入逻辑电路和非易失性存储器元件存储故障的操作的时序图。图8是示出图6的输入逻辑电路和非易失性存储器元件清除所存储的故障的操作 的时序图。图9是根据本发明实施例的用于故障指示器电路的驱动电路的示意图。图10是根据本发明实施例的用于故障指示器电路的继电器控制开关的示意图。图11是根据本发明实施例的用于故障指示器电路的视觉指示器的示意图。图12是根据本发明实施例的故障指示器电路的电路图。图13是根据本发明实施例的与故障指示器电路一起使用的电源组件的电路图。图14是根据本发明实施例的包括具有电磁屏蔽的机电式开关的故障指示器电路 的示意性框图。图15A是根据本发明实施例的包括指示非故障状况的视觉指示器的故障指示器 电路的示意性框图。图15B是根据本发明实施例的包括指示故障状况的视觉指示器的故障指示器电 路的示意性框图。
具体实施例方式现在参考附图，附图示出根据本发明的故障指示器电路的实施例，其可以被包括 在用于飞行器电子系统的继电器中。故障指示器电路可用于在检测到故障状况的情况下中 断向继电器提供的控制信号。控制信号的中断可以使继电器断开负载的电力。在本发明的 一些实施例中，故障指示器电路包括用于存储指示故障存在的信息的非易失性存储器。当 移除故障指示器的电力时，非易失性存储器保存故障状态信息。当恢复继电器的电力时，故 障指示器电路可以防止继电器在故障被清除并且所监控的器件被手动复位之前被激活。在多个实施例中，利用固态电路组件实现故障指示器电路。例如，多种固态非易失 性存储器元件可以用于存储故障状态。在其它实施例中，利用机电式开关实现故障指示器
5电路。电磁屏蔽材料可以用于屏蔽磁场对机电式开关的干扰。固态故障指示器电路和机电式故障指示器电路通常各自被提供有来自于故障检 测电路的指示检测到故障的信号，其中故障检测电路监控与故障指示器开关相关联的继电 器。然后故障指示器将故障存储在其非易失性存储器中，并响应于故障而中断继电器的控 制。根据本发明实施例的故障指示器电路还包括可以用于清除非易失性存储器的复位机 构。对于固态故障指示器电路，复位机构可以包括提示非易失性存储器清除所存储的故障 的复位信号。对于机电式故障指示器开关，复位机构可以包括例如通过按压按钮改变机电 式开关的物理位置。故障指示器电路的诸多实施例包括用于警告操作员或维护人员故障存在的感官 指示器。感官指示器可以包括视觉指示器或听觉指示器。固态故障指示器电路的实施例可 以包括发光二极管(LED)作为视觉指示器。使用机电式开关的故障指示器电路的实施例可 以包括指示故障存在的弹出式按钮。图1是根据本发明实施例的飞行器电子系统100的示意图。飞行器电子系统100 包括通过故障保护继电器105连接至负载103的电源101。故障保护继电器包括连接至故 障指示器电路120和继电器140的故障检测电路110。故障指示器电路120还连接至继电 器140。故障保护继电器105包括外部控制输入端152、接地输入端154和复位输入端155。继电器140控制电力从电源到负载的流动。继电器通常由控制输入端152处提供 的外部控制信号控制。在平常的操作期间，故障指示器电路120将外部控制信号传递至继 电器控制输入端142。在故障检测电路检测到故障的情况下，故障指示器电路120通过忽略 外部控制信号转而向继电器控制输入端提供断开继电器电路的信号来中断继电器的操作。在图示的实施例中，故障检测电路110针对飞行器电子系统中的故障指示对继电 器进行监控。根据本发明的故障检测电路可以检测各种不同故障中的一种或多种。在故障 检测电路110检测到故障的情况下，故障检测电路向故障指示器电路120提供故障信号。故 障信号包括指示存在或不存在当前发生的故障的信息。在故障检测电路110检测到故障的情况下，故障指示器电路120中断控制继电器 140的信号并将故障存储在非易失性存储器中。非易失性存储器在失去电力的情况下保存 故障的存在。在一些实施例中，复位信号用于清除非易失性存储器中的故障。复位信号可 以由飞行器维护人员在确认继电器电路准备好安全操作之后提供。继电器140可以利用商业上可用的任何类型的继电器或为特定飞行器电子系统 100专门设计的继电器来实现。故障指示器电路120可以利用连接至指示器的逻辑电路或 微处理器来实现。在诸多实施例中，指示器是发光二极管(LED)或诸如弹出式开关之类的 另一类型的视觉指示器。故障检测电路110可以利用诸如接地故障检测电路和/或电弧故 障检测电路之类的电流不平衡检测电路来实现。其它合适的电路包括过流检测电路和诸如 使用电流和/或功率分布图检测故障的电路之类的更复杂的电路。在诸多情况下，故障检 测电路可以利用能够检测飞行器电子系统100内的异常操作的任何电路来实现。图2是根据本发明实施例的故障保护继电器200的示意图。故障保护继电器200 包括故障检测电路210、故障指示器电路220、电源230和继电器240。控制线252连接至故 障保护继电器200，承载到故障保护继电器的控制信号。故障保护继电器200的输出端256 连接至负载(未示出)。故障检测电路210连接至故障指示器电路220和继电器240。继电器240还连接至故障指示器电路220。电源230连接至承载控制信号的控制线252、地线 255和故障指示器电路220。故障保护继电器200与图1中的继电器105类似地操作，并且利用继电器240控 制从电源到负载的电力流动。继电器240通过故障指示器电路220接收外部控制信号。流 过继电器的电流由通过输出端253向故障指示器电路220提供指示故障状态的信号的故障 检测电路210监控。在检测到故障时，故障指示器电路220产生禁止继电器240向负载供 电的控制信号。在诸多实施例中，故障指示器电路220通过断开或闭合激励继电器线圈的电流回 路来控制继电器240的操作。故障指示器电路被配置为从故障检测电路接收指示故障的信 号。依赖于故障的不存在或存在，故障指示器电路使电流回路完整或中断。在一些实施例 中，故障指示器电路在故障不存在时使电流回路完整。外部控制信号252也控制继电器的 操作。外部控制信号响应于飞行员尝试打开飞行器中由继电器控制的电子组件而产生。一 旦检测到故障，故障指示器电路就中断电流回路。在一些实施例中，故障指示器电路提供预 定控制信号作为外部控制信号的替代。故障指示器电路继续提供预定的控制输出信号，直 到其接收到复位指令。复位信号254可以由已确认继电器电路准备好安全操作的维护人员 提供。在一个实施例中，复位信号由另一电路提供。电源230向故障指示器电路220中使用的组件供电。电源从外部控制信号252接 收相对小量的电流，并将该电力提供给故障指示器电路。继电器240和故障检测电路210可以利用商业上可用的任何类型的电路或根据已 知原理专门设计的电路来实现。下面讨论根据本发明实施例的可以用于实现故障指示器电 路的电路图。图3是根据本发明实施例的故障指示器电路320的示意图。故障指示器电路320 包括串联连接在一起的输入逻辑电路322、非易失性存储器元件324和驱动电路326。故障 指示器电路还包括都连接至驱动电路326的开关328和视觉指示器329。故障指示器电路 的故障输入350和复位输入354被提供给输入逻辑电路322。故障指示器开关的控制输入 端352和控制输出端356连接至开关328。故障指示器电路320被配置为从故障输入端350接收故障信号、从复位输入端354 接收复位信号以及从控制输入端352接收控制输入信号，并且被配置为通过控制输出端 356输出控制输出信号。依赖于输入信号的值，故障指示器电路320可以确定故障存在，在 视觉上指示这种故障的存在和/或断开继电器。下面进一步详细地描述这些操作。在图示说明的实施例中，输入逻辑电路322连接至提供复位信号和故障信号的线 路。故障信号指示当前故障的存在性。复位输入端354提供复位信号，该复位信号指示故 障指示器电路320的存储器中指示在前故障的任何记录应当被清除。输入逻辑电路322利 用这些信号确定是否报告当前故障以及是否应当保留或清除存储器中以前的故障。输入逻 辑电路322的输出被提供给非易失性存储器元件324，非易失性存储器元件324被配置为提 供指示系统的故障状态的信号。非易失性存储器元件324存储系统的故障状态，并对从输入逻辑电路322中接收 的信号作出响应。非易失性存储器元件的非易失特性允许该元件在失去电力的情况下维持 故障状态。结果，一旦故障的存在性被保存在非易失性存储器中，非易失性存储器元件324就持续向故障指示器电路320的下游元件指示故障存在。存储在非易失性存储器元件中的 故障状态由输入逻辑电路322接收的信号确定。如果输入逻辑电路向非易失性存储器元件 指示应当复位存储器中保存的故障，则非易失性存储器元件清除保存的任何故障。无故障 状态被维持并被传送给故障指示器电路320的下游元件，直到输入逻辑电路322随后指示 检测到故障。驱动电路326从非易失性存储器元件324接收指示故障存在或不存在的信号。该 信号可以表示当前故障或之前未解决的故障。驱动电路326向开关328提供防止控制输入 信号被提供在控制输出线上的输入来响应于故障存在。另外，驱动电路通过激活视觉指示 器329指示故障存在。在一些实施例中，故障指示器电路320接收复位输入，导致驱动电路 326去激活视觉指示器，并闭合开关328以向控制输出线传递控制输入线上的信号。在其它 实施例中，视觉指示器被手动复位。在一些实施例中，当视觉指示器被手动复位时复位输入 被提供给故障指示器电路320。开关328基于从驱动电路326接收的信号被接通和断开。开关328连接至承载到 开关的控制输入信号和来自开关的控制输出信号的控制线。开关328被配置为断开或闭合 控制输入端352与控制输出端356之间的电路。简而言之，开关可以中断控制信号。当控 制输出端连接至继电器的控制输入端时，控制信号的不存在可以使继电器断开并且防止电 流从电源流向负载。如上所述，视觉指示器329可以由从驱动电路326接收的信号激活和去激活。非 易失性存储器元件存储故障，并且驱动电路326的输出激活视觉指示器以向操作员指示故 障存在。在图示说明的实施例中，驱动电路326同时操作开关328和视觉指示器329。这 样，在驱动电路326从非易失性存储器接收到故障指示的情况下，驱动电路驱动开关断开， 并同时驱动视觉指示器向人类操作员显示故障存在。在使用电子电路指示器的实施例中， 驱动电路在输入逻辑电路接收到复位信号时去激活视觉指示器。在使用机电式视觉指示器 的实施例中，视觉指示器必须由操作员手动复位。输入逻辑电路322可以利用诸如逻辑门之类的器件的组合来实现。滤波器元件和 开关也可以包括在逻辑电路322。非易失性存储器元件324可以利用多种一比特非易失性 存储器元件来实现。本发明一个实施例使用电位计作为非易失性存储器元件324。电位计 可以是数字电位计。驱动电路326可以利用诸如晶体管和逻辑门之类的器件来实现。开关 328可以利用诸如晶体管和滤波器之类的器件来实现。视觉指示器329可以利用连接至LED 或机电弹出式指示器的晶体管或其它类型的开关来实现。故障指示器电路的元件可以包括 用于滤出诸如高频电流之类的噪声的滤波器组件。在一些实施例中，故障指示器电路的组 件可以利用适当配置的微处理器、门阵列或专用集成电路(ASIC)来实现。图4是根据本发明实施例的可用于向故障指示器电路供电的电源430的示意图。 在图示说明的实施例中，电源430连接在控制线与地线之间。连接至电源的控制线和地线 还连接至诸如故障指示器电路的其它元件。在诸多实施例中，来自于电源的至少一条引出 线可以用于提供电压信号。在诸多实施例中，电源使用控制线中流动的部分电流，并将该电 流转换为稳定的电压信号。电源所产生的电压信号可以用于驱动故障指示器电路的各种组 件。在图示说明的实施例中，电源电压Vcc由电源430产生，其可以由故障指示器电路中的 器件使用。在诸多实施例中，Vcc的值是5V。在其它实施例中，提供其它输出电压。根据本发明实施例的电源430可以利用商业上可用的任何类型的电源或已知的电源电路配置来 实现。图5是示出根据本发明实施例的响应于故障检测而控制继电器的操作的方法的 流程图。方法500包括确定(510)是否检测到当前故障。如果检测到当前故障，则存储 (520)故障存在的记录并断开(530)继电器。如果确定(510)未检测到当前故障，则确定 (540)是否存在在前故障。如果未检测到当前故障并且在前故障不存在，则复位(或清除) (550)存储器，并允许(560)继电器执行正常操作。如果确定(540)存在在前故障，则进一步确定(570)在前故障是否已被纠正。如果 还没有纠正(570)该故障，则维持(520)故障存在的记录并断开(530)继电器。另一方面， 如果确定该故障已被纠正(570)，则复位(550)存储器并允许继电器正常操作(560)。为了 连续检查故障或复位，在断开继电器(530)或允许正常操作(560)之后，该方法循环回确定 (510)是否检测到当前故障。判定表可以用于说明根据图5的实施例控制继电器操作的方法。以下图示说明的 表1显示根据本发明实施例的故障指示器电路的输入和输出。输入变量包括故障状态、当 前的存储器状态和复位信号。输出变量包括存储器的下一状态以及向继电器供电的开关的 断开或闭合状态。在表1中，故障=0指示无当前故障，而故障=1指示故障；存储器=0 指示未存储故障，而存储器=1指示存储的故障；复位=0指示无当前复位信号，而复位= 1指示请求复位过去的故障；以及开关=0是断开的开关，而开关=1指示闭合的开关。表 1 在开始的两行中，无当前故障并且无过去故障的记录。因此，不考虑复位变量的 值，存储器的下一状态不变。在图示说明的表中，开关的输出是存储器输出的反转。因此， 在存储器被清除时，开关被闭合并且允许继电器向负载输送电力。在第三行中，无当前故障 但有存储的故障，并且无复位。因此，维持存储的故障并断开开关。在第四行中，无当前故 障、有存储的故障和复位请求。因此，清除存储器以显示无故障情形并闭合开关。在最后四 行中，检测到当前故障。因此，不考虑存储器或复位的在前状态，存储器显示故障存在并且 断开开关。表1中总结的操作可以通过使用逻辑电路和非易失性存储器元件根据本发明实 施例来实现，其中逻辑电路用于结合指示故障和复位的输入信号并且向存储器元件提供合 适的输入以维持故障状态。如以上所讨论的，故障检测电路可以用于检测继电器装置中故障的存在，并且故 障指示器电路可以用于存储故障。非易失性存储器元件可以用于在失去电力时维持故障的 记录。非易失性存储器元件的一个可能选择是包括非易失性存储器的电位计。电位计可以 是数字电位计。电位计的电阻可以响应于控制信号而改变，并被存储在电位计的非易失性 存储器内。可以设置故障存在与一电阻值对应，并且可以设置故障不存在与另一电阻值对 应。在其它实施例中，使用其它类型的非易失性存储器元件。在一个实施例中，EEPROM用 作非易失性存储器元件。逻辑电路可以用于响应于逻辑电路的故障输入和复位输入而向非易失性存储器 元件提供合适的输入。逻辑电路的特性依赖于非易失性存储器元件的特性。例如，如果使 用电位计作为非易失性存储器元件，则故障的存在可以从逻辑电路中产生将电位计推至高 阻值的输出。复位信号的接收可以使逻辑电路产生将电位计设置为低阻值的输出。图6是根据本发明实施例的可以用于故障指示器电路的输入逻辑电路622和非易 失性存储器元件624的示意图。如以上所讨论的，输入逻辑电路622的特性依赖于非易失 性存储器元件624的特性。在图示说明的实施例中，非易失性存储器元件624是具有存储 器和计数器的数字电位计。电位计具有三个输入，包括指示电位计器件是否被选择的信号 (低有效片选)、指示计数器是否应当向上加(高)还是向下减(低)的信号以及指示是否 增加计数器低有效增量的信号。增量计数器信号经常作为“脉冲串”出现。电位计仅在被 选择时可以改变。进一步，对于脉冲串中的每个脉冲，计数器会依赖于加/减信号的状态而 向上加或向下减。存储器在脉冲串结束时维持计数器值。该值被存储，直到再次选择该器 件并且接收到另一脉冲串。在一些实施例中，高计数用于指示故障，而低计数用于指示无故 障。在使用电位计作为非易失性存储器元件624的实施例中，逻辑电路622被配置为 通过产生给电位计的使电位计存储适当信息的输入来响应故障输入信号和复位输入信号。 在图示说明的实施例中，输入逻辑电路使用故障输入和复位输入产生器件选择信号、向上 加/向下减的信号以及脉冲串。在其它实施例中，非易失性存储器具有不同的输入，并且输 入逻辑电路产生合适的信号以供应这些输入。在图6图示说明的实施例中，非易失性存储器元件624利用加州米尔皮塔斯市的 Intersil美国有限公司制造的Intersil X9315数控电位计来实现。该电位计操作的说 明书和原理在上期为2005年9月15日的数据单表FN8179. 1中描述，该数据单表通过引用合并到本申请中。Intersil 电位计也包括计数器和非易失性存储器。另外，Intersil 电 位计还包括第一输入端子1、第二输入端子2、第三输入端子7以及输出端5。尽管未示出， 但非易失性存储器元件624还可以包括连接至Vcc和Vss工作电压的端子。Intersil 电位计通常以上面概述的方式工作。在输入端子1处提供增量信号， 在输入端子2处提供加/减信号，并且在输入端子7处提供器件选择信号。增量信号控制 数字电位计的增加或减少。加/减信号指示是否应当增大非易失性存储器元件的电阻以指 示故障，还是反过来减小该电阻以指示无故障。器件选择信号使能电位计操作。只要取消 选定该器件，计数器的值就被存储在非易失性存储器中。这在低有效器件选择信号过渡到 高并且增量信号也是高时发生。在图6所图示说明的实施例中，输入逻辑电路622产生利用Intersil X9315数控 电位计存储和清除故障信息所必须的输入。输入逻辑电路622包括两个输入端(602，603)、 三个输出端(631,632,633) ,NOR 门 60UNAND 门(611，612，613，614)、反相器 605 以及延迟 元件(604，606，607)。输入端602和603连接至NOR门601的输入端，并分别连接至复位 输入信号和故障输入信号。输入端602还连接至输出端632，输出端632是数字电位计624 的连接管脚2 (在低时向下减的加/减输入)。NOR门601的输出端连接至NAND 611 (事实上充当反相器)的两个输入端。NAND 611的输出端(节点A)连接至NAND 612的一个输入端。NAND612的输出通过延迟元件604 连接至NAND 612的第二输入端(即反馈)，并连接至NAND 613的第一输入端。NAND 613 的输出端连接至与数字电位计624的管脚1 (低有效增量输入)相连的输出端631。节点A 还连接至与反相器605相连的延迟元件606。反相器605的输出端连接至NAND 613的第 二输入端，并连接至延迟元件607。延迟元件607的输出端连接至NAND614的第一输入端。 节点A还连接至NAND 614的第二输入端。NAND 614的输出端连接至与数字电位计624的 管脚7 (低有效片选或者器件选择)相连的输出633。在操作中，节点A是复位信号(R)输入和故障信号(F)输入的逻辑组合，等于 “R+F”(即R或F)。假定典型的稳定状态操作，即复位输入和故障输入都不为高以指示无 故障并且无复位请求，则“R+F”或节点A为低。如果节点A为低，则NAND 612的输出将是 高的稳定状态，并且反相器605的输出也将是高的稳定状态。所以在由故障或复位不存在 (即节点A为低)所定义的稳定状态操作期间，NAND 613的输出连同输出631和数字电位 计624的管脚1(低有效增量输入)一起都为低。另外，在节点A为低的稳定状态操作期间， NAND 614的输出连同输出633和数字电位计624的管脚7 (低有效片选输入)一起都为高。 因此，在节点A为低的稳定状态操作期间，数字电位计器件不会被选择，并且不对增量输入 (管脚1)和加/减输入(管脚2)的改变作出响应。如果故障输入从低过渡到高以指示当前故障，则节点A从低过渡到高。由于NAND 612的输出之前是稳定状态操作下的高，因此延迟元件604的输出为高。然后，由于两个输 入都为高，因此NAND 612的输出变为低。延迟之后，延迟元件604的输出变为低，结果NAND 612的输出再次变为高。因此，在节点A从低过渡到高之后，NAND 612的输出以一定频率振 荡，该频率依赖于延迟元件604提供的延迟的持续时间。在一个实施例中，NAND 612振荡输 出(类似于时钟)的频率是延迟元件604的延迟持续时间的两倍。由于节点A从低过渡到 高，因此反相器605的输出在延迟元件606引起的延迟之后变为低。在反相器605的输出变为低之前(即在延迟元件606引起的延迟期间)，NAND 613的输出(增量信号)是NAND 612的振荡输出(时钟)的反转。一旦延迟元件606的延迟持续时间过去，反相器605的输 出就变为低，结果NAND 613的输出(增量信号)保持为高。在节点A自稳定状态从低过渡到高之前，延迟元件607的输出为高，并且NAND 614 的输出为高。因此，只要节点A从低过渡到高，NAND 614的输出就变为低，并且在两个延迟 元件606和607的延迟持续时间内保持为低。在某一时刻，延迟元件607的输出变为低， 因此NAND 614的输出再次达到高。因此，当节点A从低过渡到高时，NAND 614的输出提供 低有效脉冲作为片选或器件选择。低有效片选脉冲的持续时间由延迟元件606和延迟元件 607引起的延迟之和确定。图7图示说明指示图6的输入逻辑电路和非易失性存储器元件在故障期间的操作 的时序图。从顶部到底部，该示说明复位输入信号(602)、故障输入信号(603)、节点 A(R+F) ,NAND门612、613、614的输出以及数字电位计624管脚5处的输出。如以上所讨论 的，对于复位和故障为低的稳定状态操作，节点A为低，NAND 612的输出为高，NAND 13的输 出为低，并且NAND 14的输出为高。数字电位计(管脚5)的输出指示无故障，其中稳定状 态下电位计的内阻和对应的输出电压高到足以供应驱动电路326 (参见图3)。由于故障信号从低过渡到高以指示当前故障，因此节点A变为高，NAND612开始在 延迟元件604所确定的周期内振荡，NAND 13(到数字电位计624的低有效增量输入的输 入)在延迟元件606所确定的持续时间内输出NAND612的反转，并且NAND 614 (到数字电 位计624的低有效片选输入的输入)在延迟元件606和607所确定的持续时间内变为低。 作为响应，在片选信号为低时，数字电位计624在增量信号的每个下降沿降低内阻和管脚5 处的相应输出电压。图7中图示说明的管脚5的信号轨迹显示导致输出电压降低的四个这 种过渡。当增量信号为高时，数字电位计624在片选信号的上升沿实际上通过存储电位计 的电阻设置来存储管脚5处的输出电压值，从而使该值在数字电位计失去电力时不会丢 失。如果在故障发生之后但在故障被清除之前发生复位，则复位对数字电位计的输出没有 影响，如图7中所示。在一些实施例中，输入逻辑电路和非易失性存储器的操作与上面示出 的表1 一致。图8是图示说明图6的输入逻辑电路和非易失性存储器元件响应于复位而清除 故障的操作的时序图。从顶部到底部，该示说明了复位输入信号(602)、故障输入信号 (603)、节点A(R+F) ,NAND门612、613、614的输出以及数字电位计624管脚5处的输出。如 以上所讨论的，对于复位和故障为低的稳定状态操作，节点A为低，NAND 612的输出为高， NAND 13的输出为低，并且NAND 14的输出为高。数字电位计(管脚5)的输出指示在前的 故障，其中稳定状态时电位计的内阻和对应的输出电压与初始默认位置相比为低(参见图 7)。在复位信号从低过渡到高以指示清除故障的请求时，除了如图所示加/减信号 (复位)指令数字电位计增加管脚5处的输出电压之外，输入逻辑电路与以上针对指示故障 的图7所述一样地工作。当增量信号为高时，数字电位计624在片选信号的上升沿实际上 通过存储电位计的电阻设置再次存储管脚5处的输出电压值。这里，数字电位计存储指示 无故障的高值，实际上已清除了存在的故障。
在一些实施例中，延迟元件606的持续时间被设置为，使得向数字电位计624的低 有效增量输入端传递预定整数个振荡。在一个实施例中，预定整数个振荡等于或超过数字 电位计的最大计数值。在一个实施例中，延迟元件604产生的振荡以71KHz的频率发生，延 迟元件606的延迟周期是10ms，并且延迟元件607的延迟周期是0. Ims0输入逻辑电路622中使用的各种逻辑门可以利用商业上可用的NOR、NAND以 及NOT门来实现。NOR门可以利用华盛顿哥伦比亚特区的飞利浦半导体有限公司制造 的Philips Semiconductor 74LVC1G57低功率可配置多功能门来实现。NAND门可以 利用德克萨斯州达拉斯市的德州仪器有限公司制造的具有施密特触发器输入端的Texas Instrument SN74LVC2G132双2-输入NAND门来实现。NOT门可以利用具有5V容许输入 的PhilipsSemiconductor 74LVC3G14三重反相施密特触发器来实现。延迟元件604的延 迟周期可以利用电阻为20ΚΩ且电容为500pF的RC电路产生。延迟元件606的延迟可以 利用电阻为49. 9ΚΩ且电容为0. 1 μ F的RC电路在10V下实现。延迟元件607的延迟可以 利用电阻为100Κ Ω且电容为0. 01 μ F的RC电路在10V下实现。在图6图示说明的实施例中，具有复位输入信号和故障输入信号的输入逻辑电路 与数字电位计协同工作以存储和清除故障状况。在其它实施例中，可以使用具有存储器的 其它数字电位计或传统的非数字电位计。在一个实施例中，输入逻辑电路可以与EEPROM或 其它的非易失性存储器协同使用。在一个实施例中，触发器型组件可以用作与合适的输入 逻辑电路协同工作的非易失性存储器。在一个实施例中，触发器型或一比特非易失性存储 器组件以ASIC实现。在另一实施例中，触发器型组件以可编程逻辑器件实现。在又一实施 例中，输入逻辑电路和触发器型组件都利用可编程逻辑器件(即PLD、CPLD及FPGA)和/或 ASIC来实现。图9是根据本发明实施例的用于故障指示器电路的驱动电路726的示意图。驱动 电路726包括串联连接在一起的两个反相器。驱动电路726包括一个输入端和两个输出端。 输入端给驱动电路726提供低或高信号。低信号可以用于传达故障不存在，而高信号可以 用于传达故障存在，反之亦然。在所示出的实施例中，输入信号和输入信号的反转作为输出 信号被提供给开关328和视觉指示器329。在一个实施例中，反相器是具有5V容许输入的 PhilipsSemiconductor 74LVC3G14三重反相施密特触发器反相器。在另一实施例中，可 以使用被配置为反相器的NAND门。在另一实施例中，可以使用其它合适的反相器。图10是根据本发明实施例的用于故障指示器电路的继电器控制开关828的示意 图。继电器控制开关828包括以漏-栅配置连接在一起的NMOS晶体管830和PMOS晶体管 831。电阻R8将NMOS晶体管830的漏极连接至PMOS晶体管831的源极。在其它实施例中 可以包括诸如附加电阻器和滤波器组件之类的其它组件。继电器控制开关828包括两个输 入端子和一个输出端子。第一输入信号对应于驱动电路提供的开/关信号。第一输入信号 被提供给晶体管830的栅极，并且可以断开或接通晶体管830。当晶体管830接通时，晶体 管830的漏极电流给第二晶体管831的栅极提供合适的开关电压，以接通或断开第二晶体 管。第二输入信号可以是用于控制继电器的外部控制信号。当晶体管831接通时，在 晶体管831的源极处接收外部控制信号。当第二晶体管831接通时，第二晶体管831闭合 用于承载从继电器控制开关828的控制输入端到控制输出端的外部控制信号所对应的电
13流的电路。控制输入信号还为晶体管830提供漏极电压。继电器控制开关可以利用NMOS晶体管或PMOS晶体管的不同布置来实现。在其它 实施例中，机电式开关可以用于代替晶体管。在一些实施例中，第一晶体管利用缅因州南波 特兰市的飞兆半导体有限公司制造的FairchiIdSemiconductor 2N7002N沟道增强型FET DMOS晶体管来实现，并且第二晶体管是Philips Semiconductor BSH202P沟道增强型MOS
晶体管。图11是根据本发明实施例的包括用于故障指示器电路的电子视觉指示器的视觉 指示器电路929的示意图。视觉指示器电路929包括连接至发光二极管(LED)的NMOS晶 体管。NMOS晶体管的漏极连接至LED的阴极。NMOS的源极接地。LED的阳极连接至电源。 电阻R9连接在电源与LED的阳极之间。在其它实施例中，可以替代使用PMOS晶体管，其源 极连接至LED。还可以使用另一类型的开关代替NMOS晶体管。在其它实施例中，视觉指示 器电路可以包括诸如电阻器或滤波器之类的其它组件。在晶体管的栅极处向视觉指示器提供来自于驱动电路的输入信号。在图示说明的 实施例中，高输入信号接通NMOS晶体管。当晶体管接通时，它允许电流从电源流过发光的 LED。LED提供故障的视觉指示。视觉指示器中使用的开关可以利用NMOS晶体管、PMOS晶体管或机电式开关实现。 例如，晶体管可以被实现为Fairchild Semiconductor 2N7002N沟道增强型FET DMOS晶 体管或Philips Semiconductor BSH202P沟道增强型MOS晶体管。在另一实施例中，使用 适于驱动LED的其它类型的开关。图12是根据本发明实施例的故障指示器电路1000的电路图。故障指示器电路 1000包括与图6的输入逻辑电路和非易失性存储器元件、图7的驱动电路、图8的继电器控 制开关以及图9的视觉指示器相对应的子电路。这些子电路可以如以上针对每个相应子电 路所述的那样操作。包括多个并联的RC滤波器，用于过滤输入信号中的高频部分，并防止高频部分与 故障指示器电路1000的其它部分相互作用。多个串联的RC组件被用作延迟元件。复位开关1002在该开关被闭合时向故障指示器电路1000提供复位信号。复位信 号由来自于电源1001的高电压电平提供。在所示出的实施例中，当复位开关1002被闭合 时，电源向故障指示器电路1000的输入端提供5V。输入端1005向故障指示器电路1000提 供故障信号。故障信号可以在飞行器电子系统的任意位置产生，并且通过输入端1005提供 给故障指示器电路1000。图13是根据本发明实施例的可以用于向故障指示器电路供电的电源组件1400的 电路图。电源组件1400包括通过电阻器1431连接至电源1430的控制线1401。电源1430 通过连接至电源1430输入端1402的第一旁路电容器1432接地，并且通过连接至电源1430 输出端1403的第二旁路电容器1434接地。电源1430具有都接地的两个其它端子。二极 管1435跨接在电源1435的输入端1402与输出端1403之间。电源组件1400作为一个整 体从控制线1401接收输入并且还连接至地线。电源组件1400具有一个输出端1403。电源1430从控制线1401接收小量的电流并通过其输出端1403向故障指示器电 路1000的各个元件提供稳定的电力供应。二极管1435防止直流电流从控制线1401流到电源的输出端1403，但允许电流的反向流动。第一旁路电容器1432和第二旁路电容器1434 过滤电流和电压的高频分量以防止损坏电源1430。在一个实施例中，控制线1401承载15V， 并且电源组件1430使用足以在输出端1403产生稳定的5V电压供应的电流。电源电压可 以作为Vcc信号被提供给故障指示器电路1000的各个晶体管和其它组件。在可替代的实 施例中，控制线可以提供AC电压，并且电源可以被相应地配置。在一个实施例中，微功率小外形晶体管(SOT)用于实现电源1430。在一个实施 例中，使用加州米尔皮塔斯市的线性技术有限公司制造的LinearTechnology LT1790 微功率S0T-23低回动基准电源。二极管可以利用高电导快速二极管，例如Fairchild Semiconductor 的1N4148来实现。输入端处的第一旁路电容器1432可以使用0. 1 μ F的 电容器(25V)来实现。输出端处的第二旁路电容器1434可以使用IyF的电容(IOV)来实 现。电阻器可以是2.43ΚΩ的电阻器。图14是根据本发明实施例的包括电磁屏蔽的故障指示器电路的示意图。故障指 示器电路1100连接至继电器1110的线圈，该线圈连接至负载1120。故障指示器电路1100 包括输入逻辑电路1103、机电式开关1105和电磁屏蔽1140。故障指示器电路1100接收故障信号和控制输入信号，并产生控制输出信号。输 入逻辑电路1103接收故障信号和复位信号，且控制故障指示器电路1100内的机电式开关 1105。输入逻辑电路在故障信号指示故障存在时触发机电式开关1105。作为响应，机电式 开关105断开向继电器1110提供电流的电流回路。机电式开关用作非易失性存储器，并且 通过维持故障指示器电路的状态来维持该故障的记录，直到故障指示器电路被复位。复位 信号或者刺激也被提供给故障指示器电路1100。机电式开关通过在适当时机中断(即断 开)控制继电器的外部控制信号来控制继电器。故障指示器电路1100的复位清除故障，并 指令机电式开关1105允许控制信号通过。复位信号清除过去的故障，而故障信号指示当前 故障。在诸多实施例中，复位信号由开关提供。在诸多实施例中，开关是弹出式故障指示器 的部件。在其它实施例中，开关与任何故障指示电路分离。机电式开关可能会由于例如继电器线圈所产生的电磁场的影响而不经意地被触 发。根据本发明的实施例，电磁屏蔽1140降低对故障指示器电路1100内部的机电式开关 的操作产生干扰的电磁场的电势。故障指示器电路1100和继电器1110可以利用多种商业上可用的产品来实现。电 磁屏蔽1140可以利用与电磁场相互作用、吸收或者破坏电磁场的任意类型的材料来实现。 在一个实施例中，金属材料用于电磁屏蔽。在某些实施例中，利用具有高磁导率的铁合金形成磁屏蔽。这些材料的一些实例 包括冷轧钢、低碳钢、电烙铁(electric iron)、软钢、硅钢以及归为具有高磁导率水平(mu) 的一类合金的HyMu合金。可以用于实现磁屏蔽的一些材料的实例包括镍铁钼超导磁合 金(Supermalloy)、Hymu 800、SilectronZ、铁钴钒磁性合金材料(Supermendur)、坡莫合金 (Permalloy) ,Hy-Ra 80、0rthanol、德尔塔马克斯高导磁率铁镍合金(Deltamax)、海波尼克 高导磁率铁镍合金(Hypernik)以及μ磁性合金(Mu-metal)。机电式开关1105可以利用簧片开关或簧片继电器来实现。簧片开关是通过施加 磁场而操作的电开关。可以利用永磁体或由电磁体施加磁场。簧片开关的一种类型包括由 采用密封玻璃封装的磁材料制造的一对触头。触头正常是断开的，而在磁场存在时闭合，或者正常是闭合的，而在施加磁场时断开。簧片继电器通常包括由电磁体控制的一个或多个 簧片开关。簧片开关和簧片继电器被形成为使得可以利用磁场来触发，并且不需要实际的机 械或电触发。簧片开关由其对应的电磁体操作。然而，簧片开关易受可能存在于该开关周 围环境中的寄生磁场的影响。依赖于簧片开关的灵敏度，附近的多种磁场会干扰簧片开关， 并且在不打算通过操作逻辑电路触发时触发簧片开关。机电式开关的一个重要性质是其灵敏度，它是激励开关所需的磁能量的量。例如， 在利用线圈电磁体激励机电式开关时，采用安培_匝数的单位测量灵敏度，安培_匝数对应 于线圈的电流乘以匝数。用于保护机电式开关免受非计划触发的电磁屏蔽被选择为匹配机 电式开关的灵敏度。例如，具有低灵敏度的簧片开关需要高磁场来激励，并且可以使用一薄 片含铁材料来保护。类似地，容易触发的高灵敏度簧片开关需要甚至不允许寄生电磁场的 一小部分通过的较厚的屏蔽。—旦故障被清除，就向故障指示器电路提供复位刺激。图15a图示说明了与故障 指示器电路1100' —起使用的视觉指示器和手动复位机构。故障指示器电路1100'包括 弹出式指示器1210，其可以是弹出式按钮。故障信号触发故障指示器电路1100'内的机电 式开关1105'。机电式开关断开电流回路，并将弹出式指示器1210从位置1220向上推到 位置1230 (参见图15B)。机电式开关的弹出式指示器1210实际上将故障的记录维持在上 位置(1230)处。一旦故障被清除，将弹出式指示器从上位置1230向下推回到下位置1220 就使故障指示器电路1100'复位，并使机电式开关1105'将控制信号传递给继电器。在图15A和15B的实施例中，弹出式指示器响应于故障而弹出，并提供故障的视觉 指示，同时还用作故障的非易失性存储器，一直到复位。在图示说明的实施例中，在弹出式 指示器被压下时，故障指示器电路被手动复位。在其它实施例中，可以利用不同的手动复位 机构来手动复位机电式开关。尽管已参考某些示例性实施例描述了本发明，但应当理解，可以在不背离所附权 利要求书及其等同物所限定的本发明的精神或范围的情况下，对本发明做出各种修改和变 化。
权利要求
一种飞行器电子系统，包括故障检测电路，连接至继电器；以及故障指示器电路，连接至所述故障检测电路，并连接至所述继电器的控制输入端；其中所述故障指示器电路包括非易失性存储器元件；其中所述故障检测电路被配置为检测故障，并向所述故障指示器电路提供指示故障的信号；并且其中所述故障指示器电路被配置为，通过向所述继电器提供预定的控制信号，并将指示检测到故障的信息存储在所述非易失性存储器元件中，来响应所述指示故障的信号。
2.根据权利要求1所述的飞行器电子系统，其中所述故障指示器电路被配置为接收复 位信号，并基于所述复位信号清除所述非易失性存储器元件。
3.根据权利要求1所述的飞行器电子系统，其中所述故障指示器电路被配置为接收外部控制信号；在所述非易失性存储器元件不包含指示检测到故障的信息时，允许所述外部控制信号 通过所述故障指示器电路到达所述继电器的控制输入端；并且在所述非易失性存储器元件包含指示检测到故障的信息时，防止所述外部控制信号传 递到所述继电器的控制输入端。
4.根据权利要求1所述的飞行器电子系统，其中所述故障指示器电路包括输入逻辑电路，被配置为接收指示故障的信号，并接收指示对所述非易失性存储器元 件进行复位的请求的信号；以及开关，连接至所述输入逻辑电路的输出端，所述开关被配置为，在所述非易失性存储器 元件包含指示检测到故障的信息时，防止所述控制信号流向所述继电器。
5.根据权利要求4所述的飞行器电子系统，其中所述开关包括至少一个晶体管。
6.根据权利要求4所述的飞行器电子系统，其中所述开关是机电式开关。
7.根据权利要求4所述的故障指示器电路，其中所述输入逻辑电路被配置为，产生指 示故障存在的第一输出信号，其中所述第一输出信号根据复位信号和故障信号得到。
8.根据权利要求4所述的故障指示器电路，其中所述输入逻辑电路和所述非易失性存 储器元件被实现为可编程逻辑器件和ASIC中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的飞行器电子系统，其中所述故障指示器电路进一步包括视觉 指示器，用于提供所存储的故障的视觉指示。
10.根据权利要求9所述的飞行器电子系统，其中所述视觉指示器包括至少一个LED。
11.根据权利要求9所述的飞行器电子系统，其中所述视觉指示器是弹出式按钮。
12.根据权利要求11所述的飞行器电子系统，其中所述故障指示器电路进一步包括手动复位机构，所述手动复位机构被配置为接收 复位刺激并响应于所述复位刺激而产生复位请求信号；并且其中所述弹出式按钮在被压下时提供所述复位刺激。
13.根据权利要求1所述的飞行器电子系统，其中所述非易失性存储器元件利用弹出 式按钮存储信息。
14.根据权利要求1所述的飞行器电子系统，其中所述继电器控制电流从电源到负载 的流动。
15.根据权利要求1所述的故障指示器电路，其中所述非易失性存储器元件包括具有 非易失性存储器的电位计。
16.根据权利要求15所述的故障指示器电路，其中所述电位计是具有至少一个高电阻 位置和至少一个低电阻位置的数字电位计，其中所述故障指示器电路被配置为，将故障存 储为所述至少一个高电阻位置和所述至少一个低电阻位置中之一。
17.根据权利要求1所述的故障指示器电路，其中所述非易失性存储器元件包括一比 特存储器元件。
18.一种用于控制飞机电子系统中的继电器的方法，所述方法包括 检测至少一个故障；使用固态非易失性存储器存储所述至少一个故障的记录；在失去电力时维持所述至少一个故障的所述记录；在接收到复位信号时，清除所述至少一个故障的所述记录；以及在所述至少一个故障被存储时，断开继电器以阻止电力流向所述飞机电子系统中的负载。
19.一种故障指示器电路，包括输入逻辑电路，被配置为接收指示检测到故障的故障信号和指示复位所述故障的请求 的复位信号；以及机电式开关，连接至所述输入逻辑电路的输出端，其中所述输入逻辑电路的输出根据 所述故障信号和所述复位信号得到；其中所述机电式开关被配置为，响应于所述输入逻辑电路的输出而控制继电器；并且 其中所述机电式开关被屏蔽材料包围，所述屏蔽材料减少外部磁场对所述机电式开关 的操作的影响。
20.根据权利要求19所述的故障指示器电路，其中所述机电式开关是簧片开关。
21.根据权利要求19所述的故障指示器电路，其中所述屏蔽材料的屏蔽能力大于所述 机电式开关的磁灵敏度。
22.根据权利要求19所述的故障指示器电路，其中所述屏蔽由磁铁材料构成。
全文摘要
提供了一种非易失性状态指示器开关。在一个实施例中，本发明涉及一种飞行器电子系统，包括连接至继电器的故障检测电路和连接至所述故障检测电路并连接至所述继电器的控制输入端的故障指示器电路，其中所述故障指示器电路包括非易失性存储器元件；其中所述故障检测电路被配置为检测故障，并向所述故障指示器电路提供指示故障的信号；并且其中所述故障指示器电路被配置为，通过向所述继电器提供预定的控制信号，并将指示检测到故障的信息存储在所述非易失性存储器元件中，来响应所述指示故障的信号。
文档编号H02H3/00GK101911417SQ200880123964
公开日2010年12月8日 申请日期2008年1月4日 优先权日2008年1月4日
发明者伊姆蒂亚兹·可汗, 罗伯特·C·马伦 申请人:李持国际有限公司