一种安全与门电路制造技术

本实用新型专利技术实施例公开了一种安全与门电路，包括：负压发生器、非门振荡器、整形驱动器和功率输出器；多路所述负压发生器的输入端为所述安全与门电路的信号输入端；多路所述负压发生器的输出端分别与所述非门振荡器的输入端相连；所述非门振荡器的输出端与所述整形驱动器的输入端相连；所述整形驱动器的输出端与所述功率输出器的输入端相连；所述功率输出器的输出端作为所述安全与门电路的信号输出端。该实施例方案结构简单、元器件数量少、无机械结构、响应速度快、可靠性高、寿命长、受外界环境影响小。境影响小。境影响小。

【技术实现步骤摘要】
一种安全与门电路


[0001]本技术实施例涉及安全与门电路设计技术，更具体地，涉及一种安全与门电路。

技术介绍

[0002]对于轨道交通、核电控制等有功能安全要求的二取二控制系统，需要系统达到SIL4安全等级。此类控制系统一般均设计有系统级或单元级看门狗电路，对系统整体运行情况进行监控，当检测到某种影响安全的状态立即触发看门狗动作，关闭影响安全的部分设备供电，此为保障故障导向安全的系统级安全逻辑。
[0003]另外，此类安全控制系统一般均配备若干通道的安全数字量输出电路，一般直接驱动被控对象，其运行状态直接影响到系统安全，因此对安全数字量输出电路同样有明确的故障导向安全要求；当未检测到系统级或单元级故障，但某安全数字量输出通道或其上级驱动电路发生故障时，需关断自身输出，导向安全状态。
[0004]对于看门狗电路和安全数字量输出电路，其设计思路基本一致，都是满足一定条件下才能建立输出，任意一个条件失效或本电路任意元器件故障均关断输出，其实质可理解为一种条件型电源电路。
[0005]在二取二架构的安全系统中，此电路常规的实现方法是由二取二的两通道逻辑部分通过采集系统状态综合各种条件运算后，在安全状态下分别输出一路脉冲使能信号到看门狗/安全数字量输出电路，两路动态脉冲为“与”逻辑，同时存在说明系统正常，输出有效；任一路动态脉冲失效说明系统异常，输出关断。因此，工程上各种实现结构都含有一个“动态逻辑与门”电路结构，以不同的元器件搭建实现，俗称“安全与门”电路。
[0006]经调研，现有不同实现方案可能存在如下缺陷：
[0007]1、大部分实现方案使用三极管等分立器件搭建多谐振荡器电路，极易受温度、湿度、器件参数漂移影响造成电路不起振、频率偏移、输出波动等故障，影响安全；
[0008]2、部分实现方案采用两个变压器实现与逻辑功能，另一变压器实现功率输出，面积大、成本高；
[0009]3、大部分实现方案内部各级电路使用正电源，导致发生元器件故障时安全系数下降；
[0010]4、电路结构复杂，元器件数量多，占用板卡面积大，可靠性相对下降；
[0011]5、转换效率低，作为安全数字量输出，多路共用时功耗大，发热严重，通常效率仅50％左右；
[0012]6、输出功率有限，无法驱动大功率负载，通常最大输出功率2W左右；
[0013]7、部分实现方案，使用偏极继电器，含有机械结构，响应速率慢、寿命有限。

技术实现思路

[0014]本技术实施例提供了一种安全与门电路，结构简单、元器件数量少、无机械结
构、响应速度快、可靠性高、寿命长、受外界环境影响小。
[0015]本技术实施例还提供了一种安全与门电路，可以包括：负压发生器、非门振荡器、整形驱动器和功率输出器；
[0016]多路所述负压发生器的输入端为所述安全与门电路的信号输入端；
[0017]多路所述负压发生器的输出端分别与所述非门振荡器的输入端相连；
[0018]所述非门振荡器的输出端与所述整形驱动器的输入端相连；
[0019]所述整形驱动器的输出端与所述功率输出器的输入端相连；
[0020]所述功率输出器的输出端作为所述安全与门电路的信号输出端。
[0021]在本技术的示例性实施例中，每个所述负压发生器使用脉冲驱动型电荷泵实现。
[0022]在本技术的示例性实施例中，所述脉冲驱动型电荷泵可以包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电容和第二电容；
[0023]所述第一开关的第一端作为所述负压发生器的输入端；
[0024]所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端相连，所述第二开关的第二端接地；
[0025]所述第三开关的第一端接地，所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端相连；
[0026]所述第四开关的第二端作为所述负压发生器的输出端；
[0027]所述第一电容的第一端与所述第一开关的第二端相连；所述第一电容的第二端与所述第三开关的第二端相连；
[0028]所述第二电容的第一端接地；所述第二电容的第二端与所述第四开关的第二端相连；
[0029]所述第一开关的第一受控端和所述第三开关的第三受控端为第一驱动脉冲的输入端；所述第二开关的第二受控端和所述第四开关的第四受控端为第二驱动脉冲的输入端；所述第一驱动脉冲和所述第二驱动脉冲为相反的脉冲信号。
[0030]在本技术的示例性实施例中，所述第一电容为薄膜电容；所述第二电容为滤波电容。
[0031]在本技术的示例性实施例中，所述负压发生器可以包括第一负压发生器和第二负压发生器；所述非门振荡器为包含两个输入端的非门振荡器。
[0032]在本技术的示例性实施例中，所述非门振荡器可以包括：第一非门、第二非门、第一电阻、第二电阻、第三电容和第四电容；
[0033]所述第一非门与所述第一电阻并联；所述第二非门与所述第二电阻并联；
[0034]所述第一非门的反向输出端和所述第二非门的输入端通过所述第三电容相连；
[0035]所述第一非门的输入端和所述第二非门的反向输出端通过所述第四电容相连；
[0036]所述第一非门的电源端设置为与所述第一负压发生器的输出端相连；
[0037]所述第二非门的电源端设置为与所述第二负压发生器的输出端相连。
[0038]在本技术的示例性实施例中，所述非门振荡器为74系列通用逻辑芯片和两对阻容器件组成的对称式多谐振荡器电路。
[0039]在本技术的示例性实施例中，所述整形驱动器可以包括：集成型光电隔离金
属
‑
氧化物半导体场效应晶体管MOSFET驱动器。
[0040]在本技术的示例性实施例中，所述功率输出器为反激式受控隔离开关电源的拓扑结构。
[0041]在本技术的示例性实施例中，所述功率输出器可以包括：功率变压器、所述功率变压器的初级尖峰抑制电路、所述功率变压器的初级导通控制电路以及所述功率变压器的次级输出滤波电路；
[0042]所述初级尖峰抑制电路与所述功率变压器的初级线圈并联；
[0043]所述初级导通控制电路与所述功率变压器的初级线圈串联；
[0044]所述初级导通控制电路的受控端与所述整形驱动器的输出端相连；
[0045]所述次级输出滤波电路与所述功率变压器的次级线圈并联。
[0046]在本技术的示例性实施例中，所述初级尖峰抑制电路可以包括：第五电容、第三电阻和第一二极管；
[0047]所诉第五电容和所述第三电阻并联后与所述第一二极管串联；
[0048]所述第五电容的第一端与所述初级线圈的第一端相连，作为电源输入端；
[0049]所述第一二极管的阴极与所述第五电容的第二端相连，所述第一二极管的阳极与所述初级线圈的第二端相连；
[0050]所述初级导通控制电路包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种安全与门电路，其特征在于，包括：负压发生器、非门振荡器、整形驱动器和功率输出器；多路所述负压发生器的输入端为所述安全与门电路的信号输入端；多路所述负压发生器的输出端分别与所述非门振荡器的输入端相连；所述非门振荡器的输出端与所述整形驱动器的输入端相连；所述整形驱动器的输出端与所述功率输出器的输入端相连；所述功率输出器的输出端作为所述安全与门电路的信号输出端。2.根据权利要求1所述的安全与门电路，其特征在于，每个所述负压发生器使用脉冲驱动型电荷泵实现。3.根据权利要求2所述的安全与门电路，其特征在于，所述脉冲驱动型电荷泵包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电容和第二电容；所述第一开关的第一端作为所述负压发生器的输入端；所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端相连，所述第二开关的第二端接地；所述第三开关的第一端接地，所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端相连；所述第四开关的第二端作为所述负压发生器的输出端；所述第一电容的第一端与所述第一开关的第二端相连；所述第一电容的第二端与所述第三开关的第二端相连；所述第二电容的第一端接地；所述第二电容的第二端与所述第四开关的第二端相连；所述第一开关的第一受控端和所述第三开关的第三受控端为第一驱动脉冲的输入端；所述第二开关的第二受控端和所述第四开关的第四受控端为第二驱动脉冲的输入端；所述第一驱动脉冲和所述第二驱动脉冲为相反的脉冲信号。4.根据权利要求3所述的安全与门电路，其特征在于，所述第一电容为薄膜电容；所述第二电容为滤波电容。5.根据权利要求1所述的安全与门电路，其特征在于，所述负压发生器包括第一负压发生器和第二负压发生器；所述非门振荡器为包含两个输入端的非门振荡器。6.根据权利要求5所述的安全与门电路，其特征在于，所述非门振荡器包括：第一非门、第二非门、第一电阻、第二电阻、第三电容和第四电容；所述第一非门与所述第一电阻并联；所述第二非门与所述第二电阻并联；所述第一非门的反向输出端和所述第二非门的输入端通过所述第三电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贺，
申请(专利权)人：北京和利时系统工程有限公司，
类型：新型
国别省市：