一种安全级开关量驱动输出控制电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种安全级开关量驱动输出控制电路，该控制电路包括：微处理器、变压器、整流电路、滤波电路和继电器驱动电路；其中，所述微处理器生成方波信号给到所述变压器；所述变压器将方波信号传递给所述整流电路，所述整流电路对所述方波信号进行整流后通过滤波电路，经滤波后的信号用于驱动所述继电器驱动电路。本实用新型专利技术能够应对IO口故障后的不定状态以及微处理器程序跑飞等故障都不会导致继电器误动，提高了整个仪控系统(例如核安全级DCS)的可靠性及安全性；且本实用新型专利技术的控制电路所需外围器件少，易于实现。

A safety level switch driver output control circuit

【技术实现步骤摘要】
一种安全级开关量驱动输出控制电路
本专利技术涉及安全级控制
，具体涉及一种安全级开关量驱动输出控制电路。
技术介绍
开关量驱动输出控制一般用作对控制设备的驱动，在一些需要高可靠性、确定性及高安全性的现场控制领域，例如核电站安全级仪控系统中，开关量输出模块一般用于停堆操作，其开关量输出直接驱动停堆断路器，以实现堆芯保护；优选模块的开关量输出一般直接驱动泵、阀等设备，是实现事故后保护的关键环节。目前的DCS控制系统，已从模拟技术过渡到数字技术，其控制模块的架构都是CPU或者FPGA作为主处理芯片，该芯片直接控制继电器进行现场设备的驱动。如果CPU或者FPGA出现程序问题或者驱动输出的IO管脚故障，会造成驱动输出的IO口输出高低电平状态不定，容易造成继电器误动或者拒动，一旦该故障未及时检出，则会引起下一级设备拒动或者误动，降低系统的可靠性与安全性，例如未启动停堆保护措施或者启动专设安全驱动设施进行喷淋，都会对经济造成重大损失。现有的开关量驱动输出控制电路一般都是直接利用IO口驱动三极管，利用三极管驱动继电器输出，为了提高安全性，一般会监测继电器触点动作状态是否与驱动输出状态一致，确保当前的动作有效性。例如：将霍尔电流传感器安装在输出继电器的触点侧，驱动触点闭合后，利用霍尔传感器进行电流检测，感应出电压信号，CPU或者FPGA通过将IO口驱动输出信号与回采的感应电压信号进行判断，以此确定驱动输出状态是否正常。但是监测继电器触点动作状态与驱动输出状态的动作，无法在CPU或者FPGA故障或者驱动输出IO口故障的情况下，保证继电器驱动输出处于安全状态。例如：当CPU或者FPGA出现共因故障，导致其控制功能丧失，其IO口输出状态可随机为高电平、低电平与高组态，一旦故障为高电平时，则会造成下一级设备误动，引起安全事故。因此，开发用于控制领域，具有高安全性开关量驱动输出电路，在CPU或者FPGA故障或者IO口故障的情况下，保证下一级设备处于安全状态是非常必要的。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在误动，无法满足高安全性等技术问题，本专利技术提供了解决上述问题的一种安全级开关量驱动输出控制电路，本专利技术的控制电路简单且易于实现，能在微处理器(FPGA或CPU)故障时，人为介入该故障之前，保证下一级设备处于安全状态，降低控制设备的误动率,提高系统的安全性，能够应用于对安全等级要求高的控制领域，比如核电厂安全级数字化仪控系统(DCS)中。本专利技术通过下述技术方案实现：一种安全级开关量驱动输出控制电路，该控制电路包括：微处理器、变压器、整流电路、滤波电路和继电器驱动电路；其中，所述微处理器生成方波信号给到所述变压器；所述变压器将方波信号传递给所述整流电路，所述整流电路对所述方波信号进行整流后通过滤波电路，经滤波后的信号用于驱动所述继电器驱动电路。本专利技术采用变压器，实现对微处理器(FPGA或CPU)I/O口输出的信号进行传递，如果微处理器I/O输出的信号为正常信号(方波信号)，则能够通过变压器，为后续继电器驱动电路提供驱动信号，进而控制继电器动作；如果微处理器的I/O口故障时，则微处理器I/O口输出信号为恒高电平、恒低电平或高阻态信号，这些信号不能通过变压器，即继电器驱动电路没有驱动信号，进而不能控制继电器动作；则本专利技术的控制电路能够有效识别微处理器I/O口故障的同时，保障了后续继电器触点不会出现误动，引起安全事故。同样，本专利技术的控制电路还能够应对微处理器的共因故障，当微处理器的程序异常时，导致微处理器I/O产生的信号的频率或者占空比超过电路设置的范围，则该信号在整流和滤波之后的电压便无法启动所述继电器驱动电路，继电器触点输出始终处于安全状态。优选的，为了提高本专利技术的控制精度和可靠性，本专利技术的控制电路还包括限流电阻和保护电路；所述限流电阻和保护电路依次连接在微处理器与变压器之间，用于对所述微处理器I/O口进行保护。因为微处理器I/O口输出的信号为方波信号，则变压器原边线圈在方波信号为低电平时，线圈会产生反向的瞬态感应电压，需要保护电路对瞬态感应电压进行吸收，防止瞬态感应电压对后续电路的影响。优选的，所述保护电路包括保护二极管、保护电容和保护电阻；所述二极管和保护电容串联之后与保护电阻并联；所述保护电路连接在所述限流电阻与变压器的公共连接端与接地端之间；且所述保护电路与所述变压器的原边并联。优选的，所述保护二极管为肖特基二极管。优选的，所述微处理器的I/O口输出的方波信号的频率及占空比根据变压器的频率来设置。优选的，所述整流电路为半波整流电路或全波整流电路，用于对变压器副边电压进行整流。优选的，所述滤波电路为RC一阶低通滤波电路，经整流电路整流后的信号输入到滤波电路中进行平滑滤波。优选的，所述滤波电路中RC的参数值根据方波信号的频率来确定。优选的，所述继电器驱动电路为MOSFET，经所述滤波电路滤波后的信号输入到该MOSFET的栅极，当MOSFET导通时，驱动继电器动作。优选的，所述变压器为1:1变压器。本专利技术具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术主要由微处理器、变压器、整流电路和滤波电路构成，通过变压器对微处理器IO口发出的方波信号进行能量传递，利用二极管对变压器副边波形进行整流，再利用滤波电路对波形整形，最后利用该平滑滤波电压驱动继电器动作。本专利技术的控制电路既可应对微处理器(FPGA或CPU)I/O口故障，当微处理器的IO口故障为高电平、低电平或者高阻态时，该电路都不会对其进行积极响应，继电器触点输出始终处于安全状态；也可应对微处理器的共因故障，当微处理器的程序异常时，如果其频率或者占空比超过电路设置的范围，其整形滤波之后的电压便无法开启MOSFET，继电器触点输出始终处于安全状态。2、本专利技术的电路实现方式简单，所需外围器件少，易于实现，能在微处理器(FPGA或CPU)故障时，人为介入该故障之前，保证下一级设备处于安全状态，降低控制设备的误动率,提高整个仪控系统的可靠性和安全性，能够广泛应用于对安全等级要求高的控制领域，比如核电厂安全级数字化仪控系统(DCS)中。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术的电路原理框图。图2为本专利技术的电路结构示意图。具体实施方式在下文中，可在本技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所技术的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。在本技术的各种实施例中，表述“或”或“A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全级开关量驱动输出控制电路，其特征在于，该控制电路包括：微处理器、变压器、整流电路、滤波电路和继电器驱动电路；其中，所述微处理器生成方波信号给到所述变压器；所述变压器将方波信号传递给所述整流电路，所述整流电路对所述方波信号进行整流后通过滤波电路，经滤波后的信号用于驱动所述继电器驱动电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种安全级开关量驱动输出控制电路，其特征在于，该控制电路包括：微处理器、变压器、整流电路、滤波电路和继电器驱动电路；其中，所述微处理器生成方波信号给到所述变压器；所述变压器将方波信号传递给所述整流电路，所述整流电路对所述方波信号进行整流后通过滤波电路，经滤波后的信号用于驱动所述继电器驱动电路。


2.根据权利要求1所述的一种安全级开关量驱动输出控制电路，其特征在于，该控制电路还包括限流电阻和保护电路；所述限流电阻和保护电路依次连接在微处理器与变压器之间，用于对所述微处理器I/O口进行保护。


3.根据权利要求2所述的一种安全级开关量驱动输出控制电路，其特征在于，所述保护电路包括保护二极管、保护电容和保护电阻；所述二极管和保护电容串联之后与保护电阻并联；所述保护电路连接在所述限流电阻与变压器的公共连接端与接地端之间；且所述保护电路与所述变压器的原边并联。


4.根据权利要求3所述的一种安全级开关量驱动输出控制电路，其特征在于，所述保护二极管为肖特基二极管。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘滨，马权，刘明星，郑晓，梁建，秦官学，肖海波，黄奇，吴志强，严浩，杨有维，黄起昌，田旭峰，王舜，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：新型
国别省市：四川;51