一种安全电源系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种安全电源系统。

背景技术：

在轨道交通领域，在控制安全相关信号时，通常采用动态控制的原则，并采用安全电源的设计。例如在基于通信的列车控制系统cbtc中，由车载控制器控制车门或站台屏蔽门。

安全电源的概念是指一个受控制的电源，是一种故障导向安全的设计，当控制器发生故障，监测到输出电路故障或其他电路的故障时能够被关闭的电源。轨道交通中常用的安全电源的基本原理如图1所示。在图1所示的电路中，由两个继电器k1a和k1b控制电源开关，只有两个都闭合的时候电源才能输出。在控制时，光耦u1a和u1b闭合时，两个独立的24v电源分别通过电阻向电容c1a和c1b充电，经过二极管d1a和d1b到地。此时二极管d2a和d2b截止，c2a和c2b上没有充电。当光耦u1a和u1b打开时，光耦输出的三极管导通，电容c1a和c1b通过光耦和地向c2a和c2b充电，经过二极管d2a和d2b构成回路，c2a和c2b的负极相对于低产生一个负电压，用于驱动继电器动作。也就是说处理器不断的发出脉冲，控制光耦的闭合或打开能够维持继电器吸起，安全电源能够输出，当没有脉冲时安全电源的输出断开。

但是，这个电路的输出电压控制不精确，处理器控制光耦的脉冲频率发生变化时，最终导致c2a和c2b的电压降低或升高。而继电器的控制电压也具有一定的反位，例如常用的泰科sr6系列继电器，额定控制电压12vdc，最低动作电压9v，欧姆龙公司的gs7系列24vdc控制，最低动作电压18v。

而当处理器的时钟发生故障时，控制周期变长或变短，会导致危险发生，而且会导致发出的脉冲频率变化，在这种情况下，应当关闭安全电源的输出。但是基于以上的描述可知，安全电源并不会被输出，这种情况下会导致危险。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种安全电源系统。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种安全电源系统，包括：电源、第一继电器、第二继电器和安全电源；所述电源、第一继电器、第二继电器和安全电源为串联关系，当第一继电器和第二继电器均闭合时，安全电源有电源输出；

其中，所述安全电源系统还包括：

依次连接的第一处理器、第一安全检测控制电路和第一继电器控制电路，所述第一继电器控制电路与所述第一继电器的控制端连接；

以及，

依次连接的第二处理器、第二安全检测控制电路和第二继电器控制电路，所述第二继电器控制电路与所述第二继电器的控制端连接；

所述第一处理器用于输出第一脉冲控制信号，所述第一安全检测控制电路用于检测所述第一处理器输出的第一脉冲控制信号是否正常，并在确认所述第一脉冲控制信号正常的情况下，控制所述第一脉冲控制信号输出至所述第一继电器控制电路，以使所述第一继电器控制电路控制所述第一继电器闭合；

所述第二处理器用于输出第二脉冲控制信号，所述第二安全检测控制电路用于检测所述第二处理器输出的第二脉冲控制信号是否正常，并在确认所述第二脉冲控制信号正常的情况下，控制所述第二脉冲控制信号输出至所述第二继电器控制电路，以使所述第二继电器控制电路控制所述第二继电器闭合。

进一步地，所述第一安全检测控制电路，包括：第一频率监视电路和第一输出控制器；

所述第一处理器的输出端分别与所述第一频率监视电路的输入端以及所述第一输出控制器的第一输入端连接，所述第一频率监视电路的输出端与所述第一输出控制器的第二输入端连接，所述第一输出控制器的输出端与第一继电器控制电路的输入端连接；

所述第一频率监视电路用于监视所述第一处理器输出的第一脉冲控制信号的频率是否位于第一预设频率范围内，并在确定所述第一脉冲控制信号的频率位于第一预设频率范围内时，控制所述第一输出控制器导通，使得所述第一脉冲控制信号通过所述第一输出控制器输出至所述第一继电器控制电路，以使所述第一继电器控制电路控制所述第一继电器闭合；

所述第二安全检测控制电路，包括：第二频率监视电路和第二输出控制器；

所述第二处理器的输出端分别与所述第二频率监视电路的输入端以及所述第二输出控制器的第一输入端连接，所述第二频率监视电路的输出端与所述第二输出控制器的第二输入端连接，所述第二输出控制器的输出端与第二继电器控制电路的输入端连接；

所述第二频率监视电路用于监视所述第二处理器输出的第二脉冲控制信号的频率是否位于第二预设频率范围内，并在确定所述第二脉冲控制信号的频率位于第二预设频率范围内时，控制所述第二输出控制器导通，使得所述第二脉冲控制信号通过所述第二输出控制器输出至所述第二继电器控制电路，以使所述第二继电器控制电路控制所述第二继电器闭合。

进一步地，所述第一频率监视电路包括：依次连接的第一频率电压转换器和第一窗口比较器；所述第一频率电压转换器的输入端与所述第一处理器的输出端连接，所述第一频率电压转换器的输出端与所述第一窗口比较器的输入端连接，所述第一窗口比较器的输出端与所述第一输出控制器的第二输入端连接；

所述第一频率电压转换器用于将所述第一处理器输出的第一脉冲控制信号的频率转换成第一电压信号；所述第一窗口比较器用于将所述第一电压信号与第一预设基准电压信号进行比较，并在所述第一电压信号与第一预设基准电压信号的差值位于第一预设电压范围内时，输出使能信号，以使所述第一输出控制器导通；

所述第二频率监视电路包括：依次连接的第二频率电压转换器和第二窗口比较器；所述第二频率电压转换器的输入端与所述第二处理器的输出端连接，所述第二频率电压转换器的输出端与所述第二窗口比较器的输入端连接，所述第二窗口比较器的输出端与所述第二输出控制器的第二输入端连接；

所述第二频率电压转换器用于将所述第二处理器输出的第二脉冲控制信号的频率转换成第二电压信号；所述第二窗口比较器用于将所述第二电压信号与第二预设基准电压信号进行比较，并在所述第二电压信号与第二预设基准电压信号的差值位于第二预设电压范围内时，输出使能信号，以使所述第二输出控制器导通。

进一步地，所述第一继电器控制电路包括：第一光耦/隔离开关、第一负压转换电路和第一充电电源；

所述第一充电电源用于为所述第一负压转换电路提供外部电源，所述第一光耦/隔离开关用于在所述第一脉冲控制信号的控制下使得所述第一负压转换电路处于工作状态，当所述第一负压转换电路处于工作状态时，所述第一负压转换电路控制所述第一继电器闭合；

所述第二继电器控制电路包括：第二光耦/隔离开关、第二负压转换电路和第二充电电源；

所述第二充电电源用于为所述第二负压转换电路提供外部电源，所述第二光耦/隔离开关用于在所述第二脉冲控制信号的控制下使得所述第二负压转换电路处于工作状态，当所述第二负压转换电路处于工作状态时，所述第二负压转换电路控制所述第二继电器闭合；

进一步地，所述第一负压转换电路包括：第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管；所述第一电容的正极分别与所述第一光耦/隔离开关以及所述第一充电电源连接，所述第一电容的负极与第一节点连接；所述第一二极管的正极与所述第一节点连接，所述第一二极管的负极与第三节点连接；所述第二二极管的正极与第二节点连接，所述第二二极管的负极与第一节点连接；所述第二电容的正极与第三节点连接，所述第二电容的负极与第二节点连接；所述第三节点接地；

所述第二负压转换电路包括：第三电容、第四电容、第三二极管和第四二极管；所述第三电容的正极分别与所述第二光耦/隔离开关以及所述第二充电电源连接，所述第三电容的负极与第四节点连接；所述第三二极管的正极与所述第四节点连接，所述第三二极管的负极与第六节点连接；所述第四二极管的正极与第五节点连接，所述第四二极管的负极与第四节点连接；所述第四电容的正极与第六节点连接，所述第四电容的负极与第五节点连接；所述第六节点接地。

由上述技术方案可知，本发明提供的安全电源系统，包括：电源、第一继电器、第二继电器和安全电源；所述电源、第一继电器、第二继电器和安全电源为串联关系，当第一继电器和第二继电器均闭合时，安全电源有电源输出；此外，所述安全电源系统还包括：依次连接的第一处理器、第一安全检测控制电路和第一继电器控制电路，所述第一继电器控制电路与所述第一继电器的控制端连接；以及，依次连接的第二处理器、第二安全检测控制电路和第二继电器控制电路，所述第二继电器控制电路与所述第二继电器的控制端连接；所述第一处理器用于输出第一脉冲控制信号，所述第一安全检测控制电路用于检测所述第一处理器输出的第一脉冲控制信号是否正常，并在确认所述第一脉冲控制信号正常的情况下，控制所述第一脉冲控制信号输出至所述第一继电器控制电路，以使所述第一继电器控制电路控制所述第一继电器闭合；所述第二处理器用于输出第二脉冲控制信号，所述第二安全检测控制电路用于检测所述第二处理器输出的第二脉冲控制信号是否正常，并在确认所述第二脉冲控制信号正常的情况下，控制所述第二脉冲控制信号输出至所述第二继电器控制电路，以使所述第二继电器控制电路控制所述第二继电器闭合。可见，本发明利用安全检测控制电路监视处理器输出的脉冲控制信号，并在检测到脉冲控制信号不正常时，能够可靠地关闭安全电源，保证列车控制系统的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的轨道交通设备中安全电源系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的安全电源系统的一种结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的安全电源系统的另一结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的安全电源系统的又一种结构示意图；

图5是本发明一实施例提供的安全电源系统的另又一种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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作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。

本发明一实施例提供了一种安全电源系统，参见图2，该安全电源系统包括：电源、第一继电器、第二继电器和安全电源；所述电源、第一继电器、第二继电器和安全电源为串联关系，当第一继电器和第二继电器均闭合时，安全电源有电源输出；

其中，所述安全电源系统还包括：

依次连接的第一处理器、第一安全检测控制电路和第一继电器控制电路，所述第一继电器控制电路与所述第一继电器的控制端连接；

以及，

依次连接的第二处理器、第二安全检测控制电路和第二继电器控制电路，所述第二继电器控制电路与所述第二继电器的控制端连接；

所述第一处理器用于输出第一脉冲控制信号，所述第一安全检测控制电路用于检测所述第一处理器输出的第一脉冲控制信号是否正常，并在确认所述第一脉冲控制信号正常的情况下，控制所述第一脉冲控制信号输出至所述第一继电器控制电路，以使所述第一继电器控制电路控制所述第一继电器闭合；

所述第二处理器用于输出第二脉冲控制信号，所述第二安全检测控制电路用于检测所述第二处理器输出的第二脉冲控制信号是否正常，并在确认所述第二脉冲控制信号正常的情况下，控制所述第二脉冲控制信号输出至所述第二继电器控制电路，以使所述第二继电器控制电路控制所述第二继电器闭合。

需要说明的是，第一处理器和第二处理器输出脉冲控制信号，用于实现第一继电器和第二继电器的通断控制。

由上述技术方案可知，本实施例提供的安全电源系统，利用安全检测控制电路监视处理器输出的脉冲控制信号是否正常，并在检测到脉冲控制信号不正常时，能够可靠地关闭安全电源，保证列车控制系统的安全。

基于上面内容，在本实施例的一种可选实施方式中，参见图3，所述第一安全检测控制电路，进一步包括：第一频率监视电路和第一输出控制器；

所述第一处理器的输出端分别与所述第一频率监视电路的输入端以及所述第一输出控制器的第一输入端连接，所述第一频率监视电路的输出端与所述第一输出控制器的第二输入端连接，所述第一输出控制器的输出端与第一继电器控制电路的输入端连接；

所述第一频率监视电路用于监视所述第一处理器输出的第一脉冲控制信号的频率是否位于第一预设频率范围内，并在确定所述第一脉冲控制信号的频率位于第一预设频率范围内时，控制所述第一输出控制器导通，使得所述第一脉冲控制信号通过所述第一输出控制器输出至所述第一继电器控制电路，以使所述第一继电器控制电路控制所述第一继电器闭合；

同理，参见图3，所述第二安全检测控制电路，包括：第二频率监视电路和第二输出控制器；

所述第二处理器的输出端分别与所述第二频率监视电路的输入端以及所述第二输出控制器的第一输入端连接，所述第二频率监视电路的输出端与所述第二输出控制器的第二输入端连接，所述第二输出控制器的输出端与第二继电器控制电路的输入端连接；

所述第二频率监视电路用于监视所述第二处理器输出的第二脉冲控制信号的频率是否位于第二预设频率范围内，并在确定所述第二脉冲控制信号的频率位于第二预设频率范围内时，控制所述第二输出控制器导通，使得所述第二脉冲控制信号通过所述第二输出控制器输出至所述第二继电器控制电路，以使所述第二继电器控制电路控制所述第二继电器闭合。

可见，在本实施方式中，安全检测控制电路由频率监视电路和输出控制器组成，也即在本实施方式中，利用率监视电路实现对动态脉冲的监视，利用输出控制器实现对输出脉冲的控制，从而可以在输出脉冲不正常(如处理器失效出现问题)时，可靠地关闭安全电源，保证列车控制系统的安全。

基于上面内容，在本实施例的一种可选实施方式中，参见图4，所述第一频率监视电路进一步包括：依次连接的第一频率电压转换器和第一窗口比较器；所述第一频率电压转换器的输入端与所述第一处理器的输出端连接，所述第一频率电压转换器的输出端与所述第一窗口比较器的输入端连接，所述第一窗口比较器的输出端与所述第一输出控制器的第二输入端连接；

所述第一频率电压转换器用于将所述第一处理器输出的第一脉冲控制信号的频率转换成第一电压信号；所述第一窗口比较器用于将所述第一电压信号与第一预设基准电压信号进行比较，并在所述第一电压信号与第一预设基准电压信号的差值位于第一预设电压范围内时，输出使能信号，以使所述第一输出控制器导通；

同理，参见图4，所述第二频率监视电路包括：依次连接的第二频率电压转换器和第二窗口比较器；所述第二频率电压转换器的输入端与所述第二处理器的输出端连接，所述第二频率电压转换器的输出端与所述第二窗口比较器的输入端连接，所述第二窗口比较器的输出端与所述第二输出控制器的第二输入端连接；

所述第二频率电压转换器用于将所述第二处理器输出的第二脉冲控制信号的频率转换成第二电压信号；所述第二窗口比较器用于将所述第二电压信号与第二预设基准电压信号进行比较，并在所述第二电压信号与第二预设基准电压信号的差值位于第二预设电压范围内时，输出使能信号，以使所述第二输出控制器导通。

可见，在本实施方式中，频率监视电路由频率电压转换器和窗口比较器组成，也即在本实施方式中，先利用频率电压转换器根据处理器输出的脉冲控制信号的频率将处理器输出的脉冲控制信号转换成电压信号，然后利用窗口比较器将频率电压转换器输出的电压信号与电压基准信号做比较，实现频率监视或检测的功能。当频率过高或过低时窗口比较器均输出不使能信号，从而控制输出控制器关闭。

例如，在正常工作的情况下，处理器输出的脉冲在正常的频率范围内，频率电压转换器输出正确的电压，窗口比较器输出使能脉冲，控制输出控制器导通，脉冲信号能够正常的输出，从而能够控制继电器闭合，安全电源有输出。而当处理器发生失效时，输出错误频率的脉冲，或没有脉冲，频率电压转换器将不正确的脉冲信号转化为错误的电平值，与窗口比较器的基准电压进行比较的时候，窗口比较器输出不使能信号，使得输出控制器关闭，脉冲信号不能输出，从而继电器不能闭合，安全电源断开。可见，本实施例提供的安全电源系统在处理器失效时能够正确的关闭安全电源。

此外，在本实施方式中，调节窗口比较器的基准电压，能够控制精确的脉冲频率输出。

基于上面内容，在本实施例的一种可选实施方式中，参见图5，所述第一继电器控制电路包括：第一光耦/隔离开关、第一负压转换电路和第一充电电源；

所述第一充电电源用于为所述第一负压转换电路提供外部电源，所述第一光耦/隔离开关用于在所述第一脉冲控制信号的控制下使得所述第一负压转换电路处于工作状态，当所述第一负压转换电路处于工作状态时，所述第一负压转换电路控制所述第一继电器闭合；

同理，参见图5，所述第二继电器控制电路包括：第二光耦/隔离开关、第二负压转换电路和第二充电电源；

所述第二充电电源用于为所述第二负压转换电路提供外部电源，所述第二光耦/隔离开关用于在所述第二脉冲控制信号的控制下使得所述第二负压转换电路处于工作状态，当所述第二负压转换电路处于工作状态时，所述第二负压转换电路控制所述第二继电器闭合；

需要说明的是，本实施方式中的光耦/隔离开关与图1中的光耦作用相同，用于实现控制电路与执行电路的隔离。

基于上面内容，在本实施例的一种可选实施方式中，给出了所述第一负压转换电路和所述第二负压转换电路的电路连接关系，具体地，所述第一负压转换电路包括：第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管；所述第一电容的正极分别与所述第一光耦/隔离开关以及所述第一充电电源连接，所述第一电容的负极与第一节点连接；所述第一二极管的正极与所述第一节点连接，所述第一二极管的负极与第三节点连接；所述第二二极管的正极与第二节点连接，所述第二二极管的负极与第一节点连接；所述第二电容的正极与第三节点连接，所述第二电容的负极与第二节点连接；所述第三节点接地；

所述第二负压转换电路包括：第三电容、第四电容、第三二极管和第四二极管；所述第三电容的正极分别与所述第二光耦/隔离开关以及所述第二充电电源连接，所述第三电容的负极与第四节点连接；所述第三二极管的正极与所述第四节点连接，所述第三二极管的负极与第六节点连接；所述第四二极管的正极与第五节点连接，所述第四二极管的负极与第四节点连接；所述第四电容的正极与第六节点连接，所述第四电容的负极与第五节点连接；所述第六节点接地。

由于该实施方式中负压转换电路的电路连接方式与现有技术(如图1)中的负压转换电路连接关系类似，例如，本实施方式中的第一电容可以类比图1中的c1a，本实施方式中的第二电容可以类比图1中的c2a，本实施方式中的第一二极管可以类比图1中的d1a，本实施方式中的第二二极管可以类比图1中的d2a。因此此处将不再详述其工作原理。

综上可知，在正常工作的情况下，处理器输出的脉冲在正常的频率范围内，频率电压转换器输出正确的电压，窗口比较器输出使能脉冲，控制输出控制器导通，脉冲信号能够正常的输出，控制光耦导通或关闭，最终形成负压，控制继电器闭合，安全电源有输出。而当处理器发生失效时，输出错误频率的脉冲，或没有脉冲，频率电压转换器将不正确的脉冲信号转化为错误的电平值，与窗口比较器的基准电压进行比较的时候，窗口比较器输出不使能信号，输出控制器关闭，使得脉冲信号不能输出。光耦一直关闭或打开，在第二电容上不能形成负压，继电器不能闭合，安全电源断开，可见，本实施例提供的安全电源系统在处理器失效时能够正确的关闭安全电源。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。