一种用于信号安全设备的动态驱动电路

技术领域

本发明属于轨道交通信号控制的技术领域，具体涉及一种用于信号安全设备的动态驱动电路。

背景技术

城市轨道信号设备对RAMS有着最高的要求，其中安全性指标明确规定为信号系统安全设备导向危险侧的概率为10

本发明在采用动态脉冲驱动继电器的同时，还增加了对输出信号的实时动态监测。同时可以有效解决传统的动态驱动电路在实际使用中会出现自激的现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于信号安全设备的动态驱动电路，可广泛用于轨道交通信号控制中的联锁、ATP等安全性要求SIL4的设备中。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于信号安全设备的动态驱动电路，包括控制模块、光耦模块、驱动模块、隔直电容、变压器模块和整流电路模块；

所述控制模块产生驱动脉冲信号，经过光耦模块隔离后，传输到驱动模块进行放大，驱动模块的输出经过隔直电容的直流隔离后，经过变压器模块进行升压，变压器模块输出信号经整流电路整流，输出信号驱动负载继电器线圈。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的动态驱动电路在整流电路模块之后还设有保险丝、反馈模块和二极管；

所述保险丝和二极管，用于防止继电器线圈短路时烧毁动态驱动电路；

所述反馈模块，用于检测动态驱动电路故障情况，检测信号反馈至控制模块，控制模块根据检测信号进性如下驱动电路故障监控：

若发送驱动脉冲时，检测信号显示未被驱动，属一般故障，给出报警指示；若未发送驱动脉冲时，检测信号显示已被驱动，属严重故障，关闭工作电源。

上述的反馈模块连接在二极管和保险丝之间接，反馈电路采用反应式故障-安全方法，对输出信号进行实时监测，一旦发现非预期的输出，关断电源，停止输出，导向安全；

所述反馈模块采用型号为HCPL-060的光耦。

上述的控制模块采用FPGA4，产生动态驱动脉冲信号。

上述的FPGA4产生的脉冲信号，脉冲频率为200KHz、占空比为50％，并并行控制各个驱动电路开关。

上述的光耦模块采用HCPL-0314，在控制模块不发送脉冲驱动控制时，控制模块输出高电平给光耦，以降低功耗。

上述的驱动模块采用IXD602SI驱动芯片，输入输出同相。

上述的变压器模块的变压比为1:1。

本发明具有以下有益效果：

1、解决常规电路中采用静态电平输出带来的元器件故障后保持常态输出的问题，本发明采用动态驱动，电路中任何一个元器件故障都会导致输出停止，从而实现故障导向安全；

2、采用反应式故障安全方法，对输出直接采样，如果检测到非预期的输出直接关断电源，导向安全测；

3、针对背景技术中传统的动态驱动电路在实际使用中会出现自激的现象，本发明采用对动态脉冲进行光电隔离，和隔直电容消除输入的反馈和直流耦合信号的叠加，达到防止自激的效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的实施例电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

参见图1，本发明的一种用于信号安全设备的动态驱动电路，包括控制模块、光耦模块、驱动模块、隔直电容、变压器模块和整流电路模块；

光耦模块：作为本板5V和24V的隔离，输入脉冲由控制模块控制，而驱动终端继电器线圏典型值为24V，因此需要光耦作隔离。

驱动模块：内部是MOSFET Drivers原理，输入输出同相，真值表如表1：

表1

隔直电容：隔直流，保护后端变压器，因为驱动模块出现直流电输出，易烧毁变压器。

变压器模块：脉冲驱动产生作用的主要器件，使电路中任一器件出现故障，都不会有脉冲产生，系统导向安全。

当需要输出驱动外部继电器线圈时，所述控制模块产生驱动脉冲信号，经过光耦模块隔离后，传输到驱动模块进行放大，驱动模块的输出经过隔直电容的直流隔离后，经过变压器模块进行升压，变压器模块输出信号经整流电路整流，输出信号驱动负载继电器线圈。

参见图2，实施例中，所述控制模块采用FPGA4，产生动态驱动脉冲信号。FPGA4的主要功能是对来自三个CPU的输出数据进行三取二表决，如果表决结果是高电平则输出脉冲→光耦→驱动芯片放大→隔直电容将直流隔→变压比为1∶1的变压器进行升压→升压后进整流电路变成直流24V→在经过保险丝输出→驱动负载继电器线圈，其中在保险丝后的输出经过反馈电路将输出结果反馈给FPGA4。

当FPGA4一直发高电平或是一直发低电平时，或者任何一个器件有故障时，本发明的驱动电路由于失去动态脉冲的整流和充放电，因而不能驱动外部的继电器，实现了故障导向安全。只有在FPGA4产生动态脉冲时，才能将外部继电器吸起。

FPGA4通过输出脉冲控制驱动电路，驱动电路接收脉冲后转化成24v电平最终驱动继电器。脉冲频率为200KHz、占空比50％的脉冲。可并行控制各个驱动电路开关。采取动态脉冲方式，保证驱动点上的安全性。FPGA4同时采集驱动电路的反馈信息，驱动电路出现故障时，FPGA4及时采取安全措施。驱动故障分以下两类：

若发送驱动脉冲时，检测信号显示未被驱动，属一般故障，给出报警指示；

若未发送驱动脉冲时，检测信号显示已被驱动，属严重故障，关闭工作电源。

性能指标为：

驱动路数最大支持24路(根据器件实际情况确定)；

每路最大驱动能力24V，180mA；

整板5V功耗小于4W，24V功耗与应用相关，车载ATP应用时，24V允许热功耗3W，轨旁ATP/联锁应用时，24V允许热功耗为10W；

系统工作环境温度：－25℃～+55℃,有风散热。

为了进一步提高安全性，实施例中，所述动态驱动电路在整流电路模块之后还设有保险丝、反馈模块和二极管；

所述保险丝和二极管，用于防止继电器线圈短路时烧毁动态驱动电路；

本发明的故障-安全实现方式采用国际铁路标准中的内在式故障-安全实现方法，即电路任一器件发生失效也不会导致非安全状态为”1”的情况输出。

同时，为了更进一步的提高电路的安全性，本发明采用了检测反馈回路，在线对输出结果检测输出结果是否正确，一旦发现输出结果不正确，停止输出，如果错误输出还存在，则切断输出板的电源，使输出为“0”导向安全侧。

实施例中，所述反馈模块，用于检测动态驱动电路故障情况，检测信号反馈至控制模块，控制模块根据检测信号进性如下驱动电路故障监控：

若发送驱动脉冲时，检测信号显示未被驱动，属一般故障，给出报警指示；若未发送驱动脉冲时，检测信号显示已被驱动，属严重故障，关闭工作电源。

反馈电路也利用光耦实现高压和低压直接的隔离。

FPGA4输出1:1的200KHz频率的动态脉冲信号，不是常用的直流电平，动态脉冲通过光耦模块进行隔离，隔离后的信号经驱动模块驱动变压器模块，隔直电容起到隔离直流的作用，经过变压器模块后的动态脉冲信号经过整流电路模块和二极管驱动室外安全继电器的线圈；

反馈电路连接在二极管和保险丝之间，反馈电路采用反应式故障-安全方法，对输出信号进行实时监测，一旦发现非预期的输出，立即关断电源，停止输出，导向安全。

参见图2，实施例中，本发明增加了对输出结果的在线检测，在输出驱动继电器的同时，将结果经检测光耦D2构成的反馈模块输出反馈，所述反馈模块型号HCPL-060光耦，动态驱动脉冲经整流后通过保险丝，一方面驱动室外动态继电器线圈，同时输入到D2的管脚2，隔离后的输出经D2的管脚6输出给处理器。

如图2所示，反馈电路由R241、D2、R242和C316组成。输出驱动室外安全继电器线圈的信号经过PD38二极管输出，同时输入到反馈电路D2的管脚2，经过光耦通过管脚6输出。

基于功耗的角度考虑，如光耦D249输出恒低，光耦消耗P＝22.2V*1.2mA＝26.6mw；

如光耦输出恒高则光耦以及限流电阻上消耗p＝9mA*3.3V+0.7mA*22.2V＝45.2mw；

因此光耦不工作相对比较省功耗，因此FPGA4不发送脉冲驱动控制时，应停在高电平。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。