用于安全数字开关输出端的电路装置及其测试方法，包括该类型数字电路装置的输出模块制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于连接可连接在开关输出端(2)和另一输出端(2’)之间的负载的数字开关输出端(2)的电路装置，所述装置具有至少一个半导体开关(3、4)，所述至少一个半导体开关(3、4)以在触点之间具有间隙的方式布置在电源电压连接端(1)和开关输出端(2)之间。所述电路装置的特征在于，所述至少一个半导体开关(3、4)经由电感器(6)与开关输出端(2)连接，其中在所述至少一个半导体开关(3、4)和电感器(6)之间的连接节点通过续流元件与所述另一输出端(2’)连接。本发明专利技术还涉及一种包括这种类型的电路装置的用于自动控制的输出模块，以及一种用于这种类型的电路装置的测试方法。

A circuit device for the output of a secure digital switch and its testing method, including the output module of the type of digital circuit device

The invention relates to a connection that can be connected to the output end of the switch (2) and another output end (2 ') digital switch output end (2) between the circuit device, the device has at least one semiconductor switch (3, 4), wherein at least one semiconductor switch (3 4), with gap between the contacts arranged in the power supply voltage connecting terminal (1) and the output end of the switch (2). Wherein the circuit device, wherein at least one semiconductor switch (3, 4) via an inductor (6) and the output end of the switch (2) connected, wherein at least one semiconductor switch (3, 4) and an inductor (6) connected between nodes through a continuous flow element and the another output end (2 ') connection. The invention also relates to an output module for automatic control, including a circuit device of this type, and a test method for this type of circuit device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于安全数字开关输出端的电路装置及其测试方法，包括该类型数字电路装置的输出模块
本专利技术涉及一种安全数字开关输出端的电路装置，其用于连接可连接在开关输出端和另一输出端之间的负载。该电路装置包括以在触点之间具有间隙的方式布置在电源电压连接端和开关输出端之间的至少一个半导体开关。本专利技术还涉及用于自动化控制的输出模块和用于这种类型的电路装置的测试方法。
技术介绍
上述电路装置例如用于工业自动化控制的数字输出模块中。对许多应用而言，特别是对那些安全性至关重要的应用而言，如果应自动化控制或另外的安全设备的需要，则必须确保在这种输出模块中安全地关闭开关输出。这特别适用于如果通过开关输出端来控制致动器并且如果其运行可能导致安装操作者危险的情况。通常，如从2007年起在欧洲标准EN13849-1中所规定，为了增加在断开过程期间的安全从而不再有任何的电源电压施加到切换输出端，则使用由于冗余设计的两个串联的半导体开关。在这种类型的串联中，即使两个半导体开关中之一发生故障并且已经呈现永久导通状态，仍然会中断到例如致动器的电源。此外，通过测试方法可以在运行期间定期地检验正确的功能，特别是用于数字开关输出端的电路装置的正确断开。为此，可以提供例如用于测量数字开关输出端的电压电平，同时在最短的可能操作时间上断开开关输出端。这种短暂的断开也被称为“消隐”。如果在开关输出端也能观察到短暂的消隐，这表明至少有一个半导体开关具有正确的断开能力。对于许多应用目的，在运行期间不需要这种消隐(即使保持非常短暂)，因为它会干扰由开关输出端所控制的负载的正确功能。从公开文献EP1389284B1中已知安全开关模块的电路装置，其中与具有至少一个半导体开关的第一电流路径并联地形成也具有至少一个半导体开关的第二电流路径。在操作期间，经由一个或另一个电流路径交替地将电压施加到开关输出端，其中针对其半导体开关的功能而检验相应的非有源的电流路径。以这种方式，在开关输出端接通的运行期间，可以检验所使用的半导体开关，而不需要通过测试输出端来使开关输出短暂地消隐。然而，这种功能会导致半导体开关的数量增加一倍，并且导致更复杂的检验电路。本专利技术的目的是提供一种在开头处所述类型的用于数字开关输出端的电路装置和输出模块，其中使用尽量少的半导体开关，允许对其进行检验，而不会由于检验而在开关输出端出现短暂的消隐。另一个目的是描述用于这种类型的电路装置的测试方法，其中通过电路装置的简单设计使得能够检验电路装置的半导体开关的正确功能，而不会中断对负载的供电。
技术实现思路
该目的通过具有独立权利要求的各个特征的电路装置、输出模块和测试方法来实现。从属权利要求中说明了有利的设计和变型。根据本专利技术的上述类型的电路装置的特征在于，至少一个半导体开关经由电感器连接到开关输出端，其中至少一个半导体开关和电感器之间的连接节点通过续流元件与另一输出端连接。在根据本专利技术的电路装置中，至少一个半导体开关的断开不会导致负载的立即断开。相反，通过电感器的下降磁场电流得以保持并且经由电感器、电流短暂地流过负载和续流元件。这可以用于检验半导体开关的正确断开：在测试期间在半导体开关的短暂消隐脉冲期间，电感器和续流元件的组合使得电流首先由所连接的负载来维持。可以完成检验，而消隐本身不会在负载上体现。为了进行检验，电路装置优选地包括控制和测试电路，其控制至少一个半导体开关并且确定是否在测试连接端可观察到在控制至少一个半导体开关时的短暂的消隐脉冲。这里，测试连接端可以与至少一个半导体开关和电感器之间的连接节点连接。或者，也可以将测试连接端与开关输出端连接。在这种情况下，控制和测试电路可以被配置为，使得根据在消隐脉冲期间在开关输出端确定的电压变化来确定在开关输出端流动的电流。作为其次的效果，因此在没有附加电流测量装置(即，例如没有分流器)的情况下也可以进行电流测量。还可以监测所确定的电流值，并且提供关于在负载连接期间出现的任何问题(例如线路断裂)的信息。在电路装置的有利设计中，为了提高开关安全性，两个或更多个半导体串联连接。在电路装置的另一个有利的设计中，电容器被布置在开关输出端和另一输出端之间，即与负载并联。在消隐期间电容器支持对输出端电流的维持，并最小化输出端处的电压变化。在电路装置的另一有利设计中，续流元件包括二极管或为二极管。由于所形成的电位，作为续流元件的二极管导通，并且在消隐期间安全地闭合通过电感器和负载延伸的电流电路。或者或此外，并联连接的晶体管可以用作续流元件。为此，同步于消隐脉冲来控制该晶体管。在晶体管的导通电阻较低的情况下，能够防止当二极管作为续流元件时发生的且可导致二极管发热的能量损失。在电路装置的另一有利设计中，另一输出端也被开关并经由至少一个附加半导体开关被连接到另一电源电压连接端。以这种方式，可以在所有的极点处进行分离。在电路装置的另一有利设计中，反极性保护开关连接在至少一个半导体开关和/或至少一个附加半导体开关的上游。根据本专利技术的用于自动控制的输出模块包括至少一个数字开关输出端，并且其特征在于包括上述电路装置，用于控制至少一个数字开关输出端。这产生了与电路装置相关的优点。根据本专利技术的用于上述电路装置的测试方法包括以下步骤：控制至少一个半导体以用于运行与开关输出端连接的负载，使得经由半导体开关向负载供应电流。然后，短暂地中断对至少一个半导体开关的控制，其中在中断期间，通过储存在电感器中的能量继续向负载供应电流，因此负载运行不会中断。在中断对至少一个半导体开关的控制期间，确定所述半导体开关是否也正确地断开以及如果需要，它是否能够确实断开负载。所述确定包括例如确定半导体开关的输出连接端的电压。随后，再次控制至少一个半导体开关，使得它继续向与开关输出端连接的负载供电。因此，由于在检验期间电感器继续短暂地向负载供应电流，从而可以考虑到负载的运行而在不中断的情况下进行检验。这产生了上述已提及的优点。在测试方法的有利实施中，重复地进行中断对至少一个半导体开关的控制以及确定至少一个半导体开关是否正确地断开的步骤。该重复可以例如以周期性重复的方式进行。以这种方式，可以连续地确保半导体开关的正确功能，特别是其将负载与电源电压隔断的能力。附图说明下面参考基于三个附图的实施方式来更详细地描述电路装置。图1示出了用于数字开关输出端的电路装置的第一实施方式的示例；图2示出了用于数字开关输出端的电路装置的第二实施方式的示例；图3示出了用于数字开关输出端的电路装置的第三实施方式的示例；具体实施方式图1示出了用于数字开关输出端的电路装置的第一实施方式的示例的示意图。该电路装置包括电源电压连接端1，向其施加电源电压V+。电源电压V+与基准电压电平有关，其在所示的实施方式的示例中由地电位GND形成。地电位通过基准电压连接端(接地端)1’提供。电源电压V+和地电位GND例如通过外部电源(这里未示出)提供。电路装置例如是在工业自动化设备中使用的输出模块的一部分。电路装置具有数字开关输出端2或连接到所述开关输出端，可通过电路装置施加可以接通或断开的输出电压Vs。输出电压Vs又与也设置在电路装置的另一输出端2’处的地电位GND相关。电路装置用于安全地控制连接在开关输出端2和另一输出端2’之间的负载的导通或断开。在本实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连接可连接在开关输出端(2)和另一输出端(2’)之间的负载的数字开关输出端(2)的电路装置，所述装置具有至少一个半导体开关(3、4)，所述至少一个半导体开关(3、4)以在触点之间具有间隙的方式布置在电源电压连接端(1)和所述开关输出端(2)之间，其特征在于，所述至少一个半导体开关(3、4)经由电感器(6)与所述开关输出端(2)连接，其中所述至少一个半导体开关(3、4)和所述电感器(6)之间的连接节点通过续流元件与所述另一输出端(2’)连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.25 DE 202015103339.71.一种用于连接可连接在开关输出端(2)和另一输出端(2’)之间的负载的数字开关输出端(2)的电路装置，所述装置具有至少一个半导体开关(3、4)，所述至少一个半导体开关(3、4)以在触点之间具有间隙的方式布置在电源电压连接端(1)和所述开关输出端(2)之间，其特征在于，所述至少一个半导体开关(3、4)经由电感器(6)与所述开关输出端(2)连接，其中所述至少一个半导体开关(3、4)和所述电感器(6)之间的连接节点通过续流元件与所述另一输出端(2’)连接。2.根据权利要求1所述的电路装置，其中在所述开关输出端(2)和所述另一输出端(2’)之间布置有电容器(8)。3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其中所述续流元件包括二极管(7)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置，其中所述续流元件包括晶体管(10)。5.根据权利要求3和4中任一项所述的电路装置，其中所述晶体管(10)以其触点之间具有间隙的方式与所述二极管(7)并联连接。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电路装置，其中所述另一输出端(2’)是接地连接端(GND)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电路装置，其中所述另一输出端(2’)还经由至少一个附加半导体开关(4’)与附加电源电压连接端(1’)连接。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电路装置，其中极性保护开关(11)连接在所述至少一个半导体开关(3、4)和/或所述至少一个附加半导体开关(4’)的上游。9.根据权利要求1至8中任一项所述的电路装置，包括控制和测试电路(5)，所述控制和测试电路(5)控制所述至少一个半导体开关(3、4)，并且确定是否在控制所...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·罗丝，
申请(专利权)人：威德米勒界面有限公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE