一种离散量输出和输入接口复用电路及一种接口保护方法

技术领域

本发明属于机载计算机接口技术领域，具体涉及一种离散量输出和输入接口复用电路及一种接口保护方法。

背景技术

飞机机载系统中通常包含大量的电压/开离散量输出接口、地/开离散量输出接口、电压/开离散量输入接口和地/开离散量输入接口，用于继电器、接触器和电磁阀输出驱动，或者传感器状态的采集和精确控制。随着机电综合的发展，该类型接口被综合至机电控制与管理系统的核心重要部件远程接口单元或机电管理计算机内部，传统的地/开离散量输出接口和地/开离散量输入接口采用不同的专用电路实现，二者在功能上相互独立，设计时需要配置大量的对外连接器针脚，作为信号输出或输入。当产品需要在不同飞机复用时，不同飞机对地/开离散量输出接口和地/开离散量输入接口需求数量不同，导致产品无法复用，需要重新进行功能设计和接口定义，产品的通用性差、接口利用率低、类型庞杂，维护成本高，设计周期长，不便于做产品统型化、谱系化规划，不满足新一代飞机对远程接口单元或机电管理计算机接口自适应、同构型和复用重构的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种离散量输出和输入接口复用电路及一种接口保护方法，能够减少远程接口单元或机电管理计算机内部接口种类，提高产品的通用性和接口利用率，实现电压/开离散量输出接口、地/开离散量输出接口、电压/开离散量输入接口和地/开离散量输入接口的复用、重构和高可靠输出输入。

为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种离散量输出和输入接口复用电路，适用于飞机系统的离散量输出控制和离散量输入采集，所述复用电路包括：

短路保护单元、功率开关管V1、功率开关管V2、功率开关管V3、电流传感器、二选一开关、第一D/A转换单元、第一比较单元、浪涌电阻、第二D/A转换单元、第二比较单元、瞬态抑制二极管V4、防反二极管V5、调理电阻R1和控制单元；

所述控制单元分别与所述功率开关管V1、功率开关管V2、功率开关管V3、二选一开关、第一D/A转换单元、第一比较单元、第二D/A转换单元、第二比较单元以及飞机系统连接；所述第一比较单元的输入“+”级与所述第一D/A转换单元的输出连接，所述第一比较单元的输入“-”级通过二选一开关分别与电流传感器的输出和浪涌电阻的输出连接，所述第一比较单元的输出与所述控制单元连接；所述第二比较单元的输入“+”级和第二D/A转换单元的输出连接，所述第二比较单元的输入“-”级通过浪涌电阻和负载连接，所述第二比较单元的输出与所述控制单元连接；所述短路保护单元的输入与功率母线连接，输出与功率开关管V1连接；所述功率开关V2的输入与所述功率开关管V1的输出连接，输出与功率地连接；所述功率开关V3的输入与所述功率开关管V1的输出连接，输出通过电流传感器与负载连接；所述防反二极管V5的阳极与+15V电源连接,阴极通过R1与负载连接；所述瞬态抑制二极管V4的阳极与屏蔽地连接，阴极与负载连接；

其中：

所述控制单元，实现接口输出和输入类型配置、参数配置、状态控制、输出保护和BIT综合判断；

所述功率开关管V1、功率开关管V2和功率开关管V3，实现复用电路的接口输出类型功率转换配置；

所述电流传感器、第一D/A转换单元、二选一开关和第一比较单元，共同组成输出保护功能块，实现复用电路的接口输出反时限保护功能；

所述浪涌电阻、第二D/A转换单元和第二比较单元，共同组成输入采集功能块，实现复用电路的接口输入采集；

所述瞬态抑制二极管V4，实现复用电路的接口雷电防护和接口关断时的续流。

进一步的，所述复用电路的复用类型包括：

电压/开离散量输出接口、地/开离散量输出接口、电压/开离散量输入接口和地/开离散量输入接口；

其中：所述复用电路在同一次上电期间，能够重复配置且分时复用；复用类型为电压/开离散量输出接口时，电压/开离散量输出接口的电压由飞机的功率母线电压确定。

进一步的，复用电路的接口复用类型配置为电压/开离散量输出接口的方法包括以下步骤：

S101:所述控制单元接收飞机系统发送的接口复用类型配置信息、输出保护功能模块的保护配置信息和输入采集功能模块的采集配置信息；

S102：所述控制单元完成第一D/A转换单元和第二D/A转换单元配置，设置所述二选一开关的输入通道为电流传感器输出，设置所述功率开关管V2断开；

S103：所述控制单元依据飞机系统发送的通断控制指令，分别控制所述功率开关管V1和所述功率开关管V3的同时导通或同时关断；

S104：所述控制单元周期采集第一比较单元和第二比较单元的输出状态，完成周期BIT检测。

进一步的，接口复用为地/开离散量输出接口的配置步骤：

S201：所述控制单元接收飞机系统发送的接口复用类型配置信息、输出保护功能模块的保护配置信息和输入采集功能模块的采集配置信息；

S202：所述控制单元完成第一D/A转换单元和第二D/A转换单元配置，设置所述二选一开关的输入通道为电流传感器输出，设置所述功率开关管V1断开；

S203：所述控制单元依据飞机系统发送的通断控制指令，分别控制所述功率开关管V2和所述功率开关管V3同时导通或同时关断；

S204：所述控制单元周期采集第一比较单元和第二比较单元的输出状态，完成周期BIT检测。

进一步的，接口复用为电压/开离散量输入和地/开离散量输入接口的配置步骤为：

S301：所述控制单元接收飞机系统发送的接口复用类型配置信息、输出保护功能模块的保护配置信息和输入采集功能模块的采集平配置信息；

S302：所述控制单元配置第一D/A转换单元和第二D/A转换单元配置数值相同，设置所述二选一开关的输入通道为浪涌电阻输出，设置所述功率开关管V1、功率开关管V2和功率开关管V3同时断开；

S303：所述控制单元同时采集所述第一比较单元和所述第二比较单元的输出结果，比较二者采集结果，如果不一致则发出FAULT信号。

本发明还提出基于上述接口复用电路实现的一种接口保护方法，所述保护方法运行于所述复用电路的类型为电压/开离散量输出或地/开离散量输出接口时，所述保护方法包括以下步骤：

S401：所述控制单元通过配置所述D/A转换单元的输出电压，配置离散量输出接口过流保护的电流幅值门限；

S402：所述控制单元设置过流保护的能量跳闸值E

E

当能量累积值E

当能量累积值E

S403：所述控制单元进行跳闸重试，进行三次清跳闸重试操作，重试时间间隔不小于E

进一步的，接口复用为电压/开离散量输出和地/开离散量输出接口的保护方法，保护曲线在一次输出过程中可实现多次配置。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

本发明能够减少远程接口单元或机电管理计算机内部接口种类，提高产品的通用性和接口利用率，实现电压/开离散量输出接口、地/开离散量输出接口、电压/开离散量输入接口和地/开离散量输入接口的复用、重构和高可靠输出输入。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。

图1为一种离散量输出和输入接口复用电路功能框图。

图2为一种离散量输出和输入接口复用方法流程图。

图3反时限过流保护示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

在本发明的一个实施例中，提出一种离散量输出和输入接口复用电路，适用于飞机系统的离散量输出控制和离散量输入采集，复用电路包括：

短路保护单元、功率开关管V1、功率开关管V2、功率开关管V3、电流传感器、二选一开关、第一D/A转换单元、第一比较单元、浪涌电阻、第二D/A转换单元、第二比较单元、瞬态抑制二极管V4、防反二极管V5、调理电阻R1和控制单元；

控制单元分别与功率开关管V1、功率开关管V2、功率开关管V3、二选一开关、第一D/A转换单元、第一比较单元、第二D/A转换单元、第二比较单元以及飞机系统连接；第一比较单元的输入“+”级与第一D/A转换单元的输出连接，第一比较单元的输入“-”级通过二选一开关分别与电流传感器的输出和浪涌电阻的输出连接，第一比较单元的输出与控制单元连接；第二比较单元的输入“+”级和第二D/A转换单元的输出连接，第二比较单元的输入“-”级通过浪涌电阻和负载连接，第二比较单元的输出与控制单元连接；短路保护单元的输入与功率母线连接，输出与功率开关管V1连接；功率开关V2的输入与功率开关管V1的输出连接，输出与功率地连接；功率开关V3的输入与功率开关管V1的输出连接，输出通过电流传感器与负载连接；防反二极管V5的阳极与+15V电源连接,阴极通过R1与负载连接；瞬态抑制二极管V4的阳极与屏蔽地连接，阴极与负载连接；

其中：

控制单元，实现接口输出和输入类型配置、参数配置、状态控制、输出保护和BIT综合判断；

功率开关管V1、功率开关管V2和功率开关管V3，实现复用电路的接口输出类型功率转换配置；

电流传感器、第一D/A转换单元、二选一开关和第一比较单元，共同组成输出保护功能块，实现复用电路的接口输出反时限保护功能；

浪涌电阻、第二D/A转换单元和第二比较单元，共同组成输入采集功能块，实现复用电路的接口输入采集；

瞬态抑制二极管V4，实现复用电路的接口雷电防护和接口关断时的续流。

在本实施例中，复用电路的复用类型包括：

电压/开离散量输出接口、地/开离散量输出接口、电压/开离散量输入接口和地/开离散量输入接口；

其中：复用电路在同一次上电期间，能够重复配置且分时复用；复用类型为电压/开离散量输出接口时，电压/开离散量输出接口的电压由飞机的功率母线电压确定。

在本实施例中，复用电路的接口复用类型配置为电压/开离散量输出接口的方法包括以下步骤：

S101:控制单元接收飞机系统发送的接口复用类型配置信息、输出保护功能模块的保护配置信息和输入采集功能模块的采集配置信息；

S102：控制单元完成第一D/A转换单元和第二D/A转换单元配置，设置二选一开关的输入通道为电流传感器输出，设置功率开关管V2断开；

S103：控制单元依据飞机系统发送的通断控制指令，分别控制功率开关管V1和功率开关管V3的同时导通或同时关断；

S104：控制单元周期采集第一比较单元和第二比较单元的输出状态，完成周期BIT检测。

在本实施例中，接口复用为地/开离散量输出接口的配置步骤：

S201：控制单元接收飞机系统发送的接口复用类型配置信息、输出保护功能模块的保护配置信息和输入采集功能模块的采集配置信息；

S202：控制单元完成第一D/A转换单元和第二D/A转换单元配置，设置二选一开关的输入通道为电流传感器输出，设置功率开关管V1断开；

S203：控制单元依据飞机系统发送的通断控制指令，分别控制功率开关管V2和功率开关管V3同时导通或同时关断；

S204：控制单元周期采集第一比较单元和第二比较单元的输出状态，完成周期BIT检测。

在本实施例中，接口复用为电压/开离散量输入和地/开离散量输入接口的配置步骤为：

S301：控制单元接收飞机系统发送的接口复用类型配置信息、输出保护功能模块的保护配置信息和输入采集功能模块的采集平配置信息；

S302：控制单元配置第一D/A转换单元和第二D/A转换单元配置数值相同，设置二选一开关的输入通道为浪涌电阻输出，设置功率开关管V1、功率开关管V2和功率开关管V3同时断开；

S303：控制单元同时采集第一比较单元和第二比较单元的输出结果，比较二者采集结果，如果不一致则发出FAULT信号。

在一个实施例中，本发明还提出基于上述接口复用电路实现的一种接口保护方法，保护方法运行于复用电路的类型为电压/开离散量输出或地/开离散量输出接口时，保护方法包括以下步骤：

S401：控制单元通过配置D/A转换单元的输出电压，配置离散量输出接口过流保护的电流幅值门限；

S402：控制单元设置过流保护的能量跳闸值E

E

当能量累积值E

当能量累积值E

S403：控制单元进行跳闸重试，进行三次清跳闸重试操作，重试时间间隔不小于E

在本实施例中，接口复用为电压/开离散量输出和地/开离散量输出接口的保护方法，保护曲线在一次输出过程中可实现多次配置。

整体说明

图1是本实施例离散量输出输入归一化接口功能框图，电路包括：短路保护单元、功率开关管V1、功率开关管V2、功率开关管V3、电流传感器、二选一开关、第一D/A转换单元、第一比较单元、浪涌电阻、第二D/A转换单元、第二比较单元、瞬态抑制二极管V4、防反二极管V5、调理电阻R1和控制单元。控制器分别与功率开关管V1、功率开关管V2、功率开关管V3、二选一开关、第一D/A转换单元、第一比较单元、第二D/A转换单元、第二比较单元以及飞机系统连接；第一比较单元的输入“+”级和第一D/A转换单元的输出连接，第一比较单元的输入“-”级通过二选一开关分别与电流传感器的输出和浪涌电阻的输出连接，第一比较单元的输出和控制单元连接；第二比较单元的输入“+”级和第二D/A转换单元的输出连接，第二比较单元的输入“-”级通过浪涌电阻和负载连接，第二比较单元的输出和控制单元连接；短路保护单元的输入与功率母线连接，输出与功率开关管V1连接；功率开关V2的输入与功率开关管V1的输出连接，输出与功率地连接；功率开关V3的输入与功率开关管V1的输出连接，输出通过电流传感器与负载连接；防反二极管V5的阳极与+15V电源连接,阴极通过R1与负载连接；瞬态抑制二极管V4的阳极与屏蔽地连接，阴极与负载连接，其中：

控制单元，实现接口输出和输入类型配置、参数配置、状态控制、输出保护和BIT综合判断；

功率开关管V1、功率开关管V2和功率开关管V3，实现接口输出类型设置；

电流传感器、第一D/A转换单元、二选一开关和第一比较单元，共同组成输出保护功能块，实现接口输出反时限保护功能；

浪涌电阻、第二D/A转换单元和第二比较单元，共同组成输入采集功能块，实现接口输入采集；

瞬态抑制二极管V4，实现接口雷电防护和接口关断时的续流。

第一比较单元和第二比较单元的输入“+”级通过第一D/A转换单元和第二D/A转换单元在线配置，以实现接口输出过流保护门限和接口输入采集门限的配置；第一比较单元和第二比较单元的输出通过控制单元实现数字滤波，以提高系统可靠性；第一比较单元和第二比较单元采用迟滞比较器。

图2所示为本实施例中离散量输出和输入接口复用方法，控制单元完成系统初始化和I/O初始化，接收飞机系统发送的配置信息，完成第一D/A转换单元和第二D/A转换单元配置，依据配置信息，可配置为电压/开离散量输出接口、地/开离散量输出接口、电压/开离散量输入接口和地/开离散量输入接口，其中：接口在同一次上电期间，能够重复配置且分时复用；接口复用为电压/开离散量输出接口或电压/开离散量输入接口时，电压由飞机功率母线电压确定。

当系统配置为电压/开离散量输出接口时，二选一开关的输入通道为电流传感器输出，功率开关管V2断开，功率开关管V1和功率开关管V3依据飞机系统发送的通断控制指令导通或关断；

当系统配置为地/开离散量输出接口时，二选一开关的输入通道为电流传感器输出，功率开关管V1断开，功率开关管V2和功率开关管V3依据飞机系统发送的通断控制指令导通或关断；离散量输出周期BIT的方法为：(1)实时判断第一比较单元输出，进行能量累计，当出现跳闸时，同时断开功率开关管V1、V2和V3，并进行跳闸重试，当跳闸重试不通过时，报跳闸故障，并锁定接口；当跳闸重试通过时，清除跳闸，接口可正常输出；(2)实时比较第一比较单元和第二比较单元的结果，当二者不一致时，报输出回读不一致故障，并锁定接口；当二者不一致时，接口可正常输出。

当系统配置为电压/开离散量输入接口或地/开离散量输入接口时，二选一开关的输入通道为浪涌电阻输出，设置功率开关管V1、功率开关管V2和功率开关管V3同时断开。离散量输入周期BIT的方法为：实时采集第一比较单元和第二比较单元的输出结果，比较二者采集结果，如果不一致报离散量输入不一致故障。

图3所示为本实施例反时限过流保护示意图，接口复用为电压/开离散量输出和地/开离散量输出接口时，采用反时限过流保护方法，保护曲线在一次输出过程中，可多次配置。例如负载启动阶段，电流达到额定电流的十几倍至几十倍，但持续时间在几十微秒至毫秒，可在启动阶段设置较大的能量累计步进值ΔE

步骤1：控制单元通过配置D/A转换单元的输出电压，配置离散量输出接口过流保护的电流幅值门限；

步骤2：控制单元设置过流保护的能量跳闸值E

E

当能量累积值E

当能量累积值E

步骤3：控制单元进行跳闸重试，进行三次清跳闸重试操作，重试时间间隔不小于E

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。