一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，包括取樣電阻、放大電路以及比較輸出電路，所述取樣電阻將信號(hào)機(jī)的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述放大電路將電壓信號(hào)放大，所述比較輸出電路將放大后的電壓信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較后輸出結(jié)果，所述取樣電阻包括第一取樣電阻和第二取樣電阻，所述檢測(cè)電路還包括實(shí)現(xiàn)接入取樣電阻選擇的選擇開關(guān)。本發(fā)明還提供了適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)方法，檢測(cè)電路工作時(shí)，選擇開關(guān)根據(jù)控制信號(hào)不斷斷開、閉合，判斷結(jié)果輸出信號(hào)將不斷翻轉(zhuǎn)，比較輸出電路根據(jù)判斷結(jié)果輸出信號(hào)是否不斷翻轉(zhuǎn)以確定信號(hào)機(jī)工作電流是否正常。本發(fā)明電路拓?fù)浜?jiǎn)單，可靠性更高，電流范圍檢測(cè)電路失效后能夠被診斷出來。
【專利說明】
一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通的控制技術(shù)，尤其涉及信號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]信號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)是軌道交通信號(hào)設(shè)備的重要組成部分，在車輛行車、調(diào)車作業(yè)中有著重要作用。信號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性及安全性有較高要求，大部分應(yīng)用對(duì)信號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)的安全完整性等級(jí)有SIL4的要求。因此需要檢測(cè)信號(hào)機(jī)工作電流，以確定信號(hào)機(jī)是否正常工作。
[0003]常規(guī)的信號(hào)機(jī)燈絲電流范圍檢測(cè)電路如下:
[0004]常規(guī)方案1:如圖1所示，信號(hào)機(jī)的電流通過取樣電阻Rl轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過運(yùn)算放大器等電路放大成較大的電壓信號(hào)，最后通過ADC轉(zhuǎn)換芯片將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，并最后通過光耦等隔離信號(hào)轉(zhuǎn)換由MCU對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采集、運(yùn)算、比較，最終輸出比較結(jié)果。
[0005]常規(guī)方案2:如圖2所示，信號(hào)機(jī)的電流通過取樣電阻Rl轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過運(yùn)算放大器等電路放大成較大的電壓信號(hào)，再通過比較器等比較電路對(duì)放大后的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，最后將比較結(jié)果通過光耦等隔離電路輸出。
[0006]方案一的缺陷為:雖然能夠完成電流過小檢測(cè)，并且能夠精確獲取回路的實(shí)際電流，但是電路復(fù)雜，需要MCU對(duì)ADC進(jìn)行采集控制，參與運(yùn)算，判斷速度較慢。另外該方案存在取樣電阻Rl失效、放大電路失效等失效無法檢測(cè)，屬于不可檢測(cè)的危險(xiǎn)失效，在信號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)存在實(shí)際燈絲故障又無法檢測(cè)的安全隱患。
[0007]方案二工作原理簡(jiǎn)單，通過比較器比較回路實(shí)際電流跟設(shè)定電流的閾值，將比較結(jié)果直接通過隔離光耦進(jìn)行隔離輸出；該方案缺點(diǎn)與方案一一樣，取樣電阻R2失效、放大電路失效任何一個(gè)電路發(fā)生隨機(jī)失效，存在不可檢測(cè)的危險(xiǎn)失效，在信號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)存在實(shí)際燈絲故障又無法檢測(cè)的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，可靠性高，避免安全隱患。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，包括取樣電阻、放大電路以及比較輸出電路，所述取樣電阻將信號(hào)機(jī)的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述放大電路將電壓信號(hào)放大，所述比較輸出電路將放大后的電壓信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較后輸出結(jié)果，其特征在于:所述取樣電阻包括第一取樣電阻和第二取樣電阻，所述檢測(cè)電路還包括根據(jù)控制信號(hào)選擇是否閉合以實(shí)現(xiàn)接入取樣電阻選擇的選擇開關(guān)。
[0010]優(yōu)選的，Rl:R2〈I1:(12-11 )，R1為第一取樣電阻的電阻值，R2為第二取樣電阻的電阻值，Il為檢測(cè)電流下限，12為檢測(cè)電流上限。
[0011]優(yōu)選的，該檢測(cè)電路工作時(shí)，選擇開關(guān)根據(jù)控制信號(hào)不斷斷開、閉合，控制信號(hào)為高電平時(shí)，選擇開關(guān)閉合，此時(shí)第二取樣電阻被旁路，取樣電阻為Rl;當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，選擇開關(guān)斷開，取樣電阻為(R1+R2)。
[0012]優(yōu)選的，所述選擇開關(guān)采用三極管。
[0013]優(yōu)選的，所述比較輸出電路包括隔離電路。
[0014]優(yōu)選的，所述比較輸出電路還包括比較器，比較器的比較結(jié)果通過隔離電路進(jìn)行隔咼輸出。
[0015]優(yōu)選的，所述比較輸出電路還包括ADC轉(zhuǎn)換芯片和微控制單元，通過ADC轉(zhuǎn)換芯片將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，再通過隔離電路轉(zhuǎn)換后由微控制單元對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采集、運(yùn)算、比較，并最終輸出比較結(jié)果。
[0016]優(yōu)選的，所述隔離電路采用隔離光耦。
[0017]優(yōu)選的，所述參考電壓為比較閾值或者電壓基準(zhǔn)。
[0018]本發(fā)明還提供了一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)方法，檢測(cè)電路工作時(shí)，選擇開關(guān)根據(jù)控制信號(hào)不斷斷開、閉合，判斷結(jié)果輸出信號(hào)將不斷翻轉(zhuǎn)，比較輸出電路根據(jù)判斷結(jié)果輸出信號(hào)是否不斷翻轉(zhuǎn)以確定信號(hào)機(jī)工作電流是否正常;正常狀態(tài)下，判斷結(jié)果輸出信號(hào)是與控制信號(hào)同頻的脈動(dòng)信號(hào);若信號(hào)機(jī)電流異?；螂娐酚泄收蠒r(shí)，則判斷結(jié)果輸出為常高或者常低的固定信號(hào)。
[0019]本發(fā)明采用的技術(shù)方案，通過選擇開關(guān)更改電流取樣電阻的大小，使得輸出比較結(jié)果按照預(yù)期發(fā)生翻轉(zhuǎn)，再通過判斷是否有按照預(yù)期方式翻轉(zhuǎn)以確定電流是否正常，同時(shí)也可以診斷電路的各種故障。而且，電路拓?fù)浜?jiǎn)單，可靠性更高，電流范圍檢測(cè)電路失效后能夠被診斷出來，因此可靠性更高。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0021 ]圖1是第一種常規(guī)電流范圍檢測(cè)電路原理圖；
[0022]圖2是第二種常規(guī)電流范圍檢測(cè)電路原理圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的電路原理圖；
[0024]圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖3所示，一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，包括取樣電阻、放大電路以及比較輸出電路，所述取樣電阻將信號(hào)機(jī)的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述放大電路將電壓信號(hào)放大，所述比較輸出電路將放大后的電壓信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較后輸出結(jié)果，所述取樣電阻包括第一取樣電阻和第二取樣電阻，所述檢測(cè)電路還包括根據(jù)控制信號(hào)選擇是否閉合以實(shí)現(xiàn)接入取樣電阻選擇的選擇開關(guān)。
[0026]圖3中，VCC為信號(hào)機(jī)供電電壓，典型電壓值為48V;R1為第一取樣電阻的電阻值，R2為第二取樣電阻的電阻值，上述取樣電阻的阻值遠(yuǎn)小于信號(hào)機(jī)內(nèi)阻，使得取樣電阻R1、R2的接入對(duì)信號(hào)機(jī)正常工作沒有影響。阻Rl、R2比例與檢測(cè)電流的下限I1、檢測(cè)電流上限12相關(guān)，關(guān)系為:Rl:R2〈I1: (12-11)，Il為檢測(cè)電流下限，12為檢測(cè)電流上限。
[0027]該檢測(cè)電路工作時(shí)，選擇開關(guān)Kl根據(jù)控制信號(hào)選擇是否閉合，控制信號(hào)為高時(shí)，Kl閉合，此時(shí)R2被旁路，此時(shí)取樣電阻僅為Rl，V1 = I XRl;當(dāng)控制信號(hào)為低時(shí)，Kl斷開，此時(shí)Vl=I X (R1+R2)，公式中I為信號(hào)機(jī)工作電流，選擇開關(guān)可以采用三級(jí)管或者其他形式的開關(guān)。
[0028]放大電路將取樣電阻上的電壓Vl進(jìn)行放大，放大后的電壓信號(hào)V2輸入到比較器與參考電壓V3進(jìn)行比較;參考電壓V3作為比較閾值的參考電壓，在精度要求較高的場(chǎng)合需要使用電壓基準(zhǔn)。
[0029]所述比較輸出電路包括隔離電路和比較器，比較器的比較結(jié)果通過隔離電路進(jìn)行隔離輸出?；蛘咚霰容^輸出電路包括隔離電路、ADC轉(zhuǎn)換芯片和微控制單元，通過ADC轉(zhuǎn)換芯片將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，再通過隔離電路轉(zhuǎn)換后由微控制單元對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采集、運(yùn)算、比較，并最終輸出比較結(jié)果。
[0030]在使用比較器時(shí)，比較器比較信號(hào)機(jī)電流值轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)V2以及參考電壓V3，根據(jù)V2、V3電壓值輸出相應(yīng)的電平信號(hào);典型設(shè)計(jì)為:V2高于V3，則輸出高電平，V3高于V2，則輸出低電平;隔離電路典型的采用隔離光耦，根據(jù)實(shí)際需要輸出相應(yīng)的電平信號(hào)。
[0031]當(dāng)電路正常工作時(shí)，判斷結(jié)果輸出信號(hào)是與控制信號(hào)同頻的脈動(dòng)信號(hào)，若信號(hào)機(jī)電流異?；螂娐酚泄收蠒r(shí)，則判斷結(jié)果輸出電路為常高或者常低的固定信號(hào)。
[0032]為更好說明本發(fā)明，舉例如下:
[0033]如圖4所示，信號(hào)機(jī)正常工作電流為200mA?250mA，根據(jù)公式得出:電阻Rl、R2選擇比例為Rl:R2〈200: (250-200) =4:1；
[0034]因此若Rl選擇I Ω，則R2需要大于0.25Ω，可選擇0.3Ω ;放大電路增益為5，參考電壓為1.27V;K1采用三極管Ql實(shí)現(xiàn)電路；
[0035]當(dāng)信號(hào)機(jī)電流為200mA，控制信號(hào)為高電平，則V2電壓為:200πιΑΧ1Ω X5 = 1V；V2小于參考電壓1.27V，Vout輸出高電平；
[0036]控制信號(hào)為低電平，則V2電壓為:200mA X (I Ω+0.3 Ω ) X 5 = 1.3V； V2大于參考電壓1.27V，Vout輸出低電平；
[0037]當(dāng)信號(hào)機(jī)電流為250mA，控制信號(hào)為高電平，則V2電壓為:250mAX I Ω X 5 = 1.25V;V2小于參考電壓1.27V，Vout輸出高電平；
[0038]控制信號(hào)為低電平，則V2電壓為:250mAX (I Ω +0.3 Ω ) X 5= I.625V;V2大于參考電壓1.27V，Vout輸出低電平；
[0039]因此信號(hào)機(jī)電流在正常工作范圍時(shí)，判斷結(jié)果輸出電路能夠輸出與控制信號(hào)相同頻率，相同相位的方波。
[0040]若信號(hào)機(jī)電流過大，如電流變?yōu)?00mA，則Vout將始終輸出低電平；
[0041 ]若信號(hào)機(jī)電流過小，如電流變?yōu)?50mA，則Vout將始終輸出高電平；
[0042]可得出信號(hào)機(jī)電流異常時(shí)，Vout的輸出將無法根據(jù)控制信號(hào)變化而變化；
[0043]上述電路的控制開關(guān)Q1、取樣電阻R1、R2、放大電路、電壓基準(zhǔn)、比較器、隔離電路等粘連失效將會(huì)使判斷電路無法輸出可以改變的信號(hào)，因此電路失效后能夠被診斷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，包括取樣電阻、放大電路以及比較輸出電路，所述取樣電阻將信號(hào)機(jī)的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述放大電路將電壓信號(hào)放大，所述比較輸出電路將放大后的電壓信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較后輸出結(jié)果，其特征在于:所述取樣電阻包括第一取樣電阻和第二取樣電阻，所述檢測(cè)電路還包括根據(jù)控制信號(hào)選擇是否閉合以實(shí)現(xiàn)接入取樣電阻選擇的選擇開關(guān)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，其特征在于:Rl:R2〈I1: (12-11)，R1為第一取樣電阻的電阻值，R2為第二取樣電阻的電阻值，Il為檢測(cè)電流下限，12為檢測(cè)電流上限。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，其特征在于:該檢測(cè)電路工作時(shí)，選擇開關(guān)根據(jù)控制信號(hào)不斷斷開、閉合，控制信號(hào)為高電平時(shí)，選擇開關(guān)閉合，此時(shí)第二取樣電阻被旁路，取樣電阻為Rl;當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，選擇開關(guān)斷開，取樣電阻為(R1+R2)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，其特征在于:所述選擇開關(guān)采用三極管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，其特征在于:所述比較輸出電路包括隔離電路。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，其特征在于:所述比較輸出電路還包括比較器，比較器的比較結(jié)果通過隔離電路進(jìn)行隔離輸出。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，其特征在于:所述比較輸出電路還包括ADC轉(zhuǎn)換芯片和微控制單元，通過ADC轉(zhuǎn)換芯片將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，再通過隔離電路轉(zhuǎn)換后由微控制單元對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采集、運(yùn)算、比較，并最終輸出比較結(jié)果。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，其特征在于:所述隔離電路采用隔離光耦。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)電路，其特征在于:所述參考電壓為比較閾值或者電壓基準(zhǔn)。10.—種適用于信號(hào)機(jī)的高可靠電流范圍檢測(cè)方法，其特征在于:檢測(cè)電路工作時(shí)，選擇開關(guān)根據(jù)控制信號(hào)不斷斷開、閉合，判斷結(jié)果輸出信號(hào)將不斷翻轉(zhuǎn)，比較輸出電路根據(jù)判斷結(jié)果輸出信號(hào)是否不斷翻轉(zhuǎn)以確定信號(hào)機(jī)工作電流是否正常;正常狀態(tài)下，判斷結(jié)果輸出信號(hào)是與控制信號(hào)同頻的脈動(dòng)信號(hào);若信號(hào)機(jī)電流異?；螂娐酚泄收蠒r(shí)，則判斷結(jié)果輸出為常高或者常低的固定信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK106093528SQ201610552846
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】徐成聞, 戶貫濤, 張頌, 俞敏
【申請(qǐng)人】浙江眾合科技股份有限公司