CN102969693A - 轨道车辆电控阀驱动保护电路 - Google Patents

Abstract

轨道车辆电控阀驱动保护电路，主要由主控芯片、监视芯片、功率开关驱动芯片、继电器、三态门、比较器、基准电压源、高端电流检测电路等构成，主控芯片主要负责阀的驱动控制，监视芯片主要负责对驱动回路的各级电路状态进行监视，主控芯片和监视芯片共同对驱动回路实施保护。主控芯片和监视芯片通过串行通讯接***换信息。本发明较好地解决了现有电控阀驱动回路存在的缺点。其采用单独的监视芯片对电空转换阀的驱动回路进行状态监视和保护，并将驱动回路的状态反馈给主控芯片；监视芯片可以对驱动回路故障点进行定位，更好地实现故障安全导向，并实施相关保护措施。

Description

轨道车辆电控阀驱动保护电路

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆电控阀驱动保护电路,属于地铁制动控制***技术领域。

背景技术

地铁电空转换阀包括防滑阀和EP阀，国内现有的地铁制动控制器的电空转换阀的驱动回路存在如下缺点：1.对电空阀的驱动只有输出反馈检测，缺少保护功能；2.当驱动回路失效时，故障点不能准确定位，不易很好的实现故障安全导向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述不足，提供一种轨道车辆电控阀驱动保护电路,解决了现有电空转换阀驱动回路缺少监视和保护的问题。

为了解决以上技术问题，本发明提供的轨道车辆电控阀驱动保护电路，组成包括：功率开关驱动芯片，所述功率开关驱动芯片的电源输入端经继电器与电源相连，所述功率开关驱动芯片的电源输出端与电控阀相连，其特征在于还包括:主控芯片、监视芯片、继电器驱动电路、继电器状态反馈电路、输出反馈电路、三态门，所述主控芯片与监视芯片互相通讯，所述主控芯片的第一控制信号输出端、监视芯片的第一控制信号输出端与继电器驱动电路相连，继电器状态反馈电路的信号输出端分别与主控芯片、监视芯片连接，输出反馈电路的信号输入端与功率开关驱动芯片的电源输出端相连，输出反馈电路的信号输出端与监视芯片相连，功率开关驱动芯片的诊断信号输出端与主控芯片相连，所述主控芯片的第二控制信号输出端分别与三态门的逻辑输入端口、监视芯片相连接，监视芯片的第二控制信号输出端与三态门的控制输入端口相连，所述三态门的信号输出端与功率开关驱动芯片的控制信号输入端相连。

主控芯片主要负责阀的驱动控制，监视芯片主要负责对驱动回路的各级电路状态进行监视，包括对继电器状态的监视、对功率开关驱动芯片输出的监视。主控芯片和监视芯片通过串行通讯接***换信息。本发明采用单独的监视芯片对电空转换阀的驱动回路进行状态监视和保护，并将驱动回路的状态反馈给主控芯片； 2.监视芯片可以对驱动回路故障点进行定位，更好地实现故障安全导向，并实施相关保护措施。

本发明进一步的改进在于：所述继电器与电源之间串联有电流采样电阻，所述电流采样电阻并联有高端电流检测电路，所述高端电流检测电路的信号输出端与主控芯片相连。主控芯片还对电源进行了监控。

进一步的，所述继电器驱动电路包括串联于继电器两端的PNP三极管、NPN三极管，所述主控芯片的第一控制信号输出端通过PNP驱动电路与PNP三极管的控制极相连，监视芯片的第一控制信号输出端通过NPN驱动电路与NPN三极管的控制极相连。为了提高安全性，继电器两端还可反向并联续流二极管。可见本发明的主控芯片和监视芯片共同对驱动回路实施了保护，提高了安全性。

进一步的，所述继电器为双刀单掷继电器，该继电器的第一输出端与功率开关驱动芯片的电源输入端连接，继电器的第二输出端与继电器状态反馈电路相连，所述继电器状态反馈电路组成包括第一比较器、串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻接在继电器的第二输出端，第二分压电阻接电源地，第一比较器的阳极输入端与第一、第二分压电阻的之间的导线连接，第一比较器的阴极输入端与基准电压源连接，所述第一比较器的信号输出端分别与主控芯片、监视芯片连接。

更进一步的，所述输出反馈电路组成包括第二比较器、串联的第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻接在功率开关驱动芯片的电源输出端，第四分压电阻接电源地，第二比较器的阳极输入端与第三、第四分压电阻的之间的导线连接，第二比较器的阴极输入端与基准电压源连接，所述第二比较器的信号输出端与监视芯片连接。

所述电控阀为电空转换阀、防滑阀中的一种。

本发明轨道车辆电控阀驱动保护电路结构简单明了，提高制动***的可靠性、安全性、可维修性和可测试性。

附图说明

图1为本发明轨道车辆电控阀驱动保护电路的组成框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明实施例轨道车辆电控阀驱动保护电路，组成包括：功率开关驱动芯片，功率开关驱动芯片的电源输入端经继电器与24V电源相连，功率开关驱动芯片的电源输出端与电空转换阀L1（本例以电控转换阀为例，本发明还可以对防滑阀进行驱动保护）相连，其还包括:主控芯片、监视芯片、继电器驱动电路、继电器状态反馈电路、输出反馈电路、三态门，主控芯片与监视芯片互相通讯（UART），主控芯片的第一控制信号S1输出端、监视芯片的第一控制信号S2输出端与继电器驱动电路相连，继电器状态反馈电路的继电器状态反馈信号FR输出端分别与主控芯片、监视芯片连接，输出反馈电路的信号输入端与功率开关驱动芯片的电源输出端相连，输出反馈电路的输出反馈信号FO输出端与监视芯片相连，功率开关驱动芯片的诊断信号输出端与主控芯片相连，本例中，功率开关驱动芯片具有两个诊断信号DIA1、DIA2输出端，分别通过导线与主控芯片相连，主控芯片的第二控制信号PWM 1输出端分别与三态门的逻辑输入端口、监视芯片相连接，监视芯片的第二控制信号OE输出端与三态门的控制输入端口相连，三态门的控制信号PWM2输出端与功率开关驱动芯片的控制信号输入端相连。本例中，继电器与电源之间串联有电流采样电阻R1，电流采样电阻R1并联有高端电流检测电路，高端电流检测电路的电流检测信号Is输出端与主控芯片相连。

本例中，如图1所示，继电器驱动电路包括串联于继电器两端的PNP三极管Q1、NPN三极管Q2，主控芯片的第一控制信号S1输出端通过PNP驱动电路与PNP三极管Q1的控制极相连，监视芯片的第一控制信号S2输出端通过NPN驱动电路与NPN三极管Q2的控制极相连。继电器为双刀单掷继电器，该继电器的第一输出端与功率开关驱动芯片的电源输入端连接，继电器的第二输出端与继电器状态反馈电路相连，继电器状态反馈电路组成包括第一比较器、串联的第一分压电阻R4和第二分压电阻R5，第一分压电阻R4接在继电器的第二输出端，第二分压电阻R5接电源地，第一比较器的阳极输入端VR与第一、第二分压电阻的之间的导线连接，第一比较器的阴极输入端与基准电压源Vref连接，第一比较器的继电器状态FR输出端分别与主控芯片、监视芯片连接。

本例中，输出反馈电路组成包括第二比较器、串联的第三分压电阻R2和第四分压电阻R3，第三分压电阻R2接在功率开关驱动芯片的电源输出端，第四分压电阻R3接电源地，第二比较器的阳极输入端VO与第三、第四分压电阻的之间的导线连接，第二比较器的阴极输入端与基准电压源Vref连接，第二比较器的输出反馈信号FO输出端与监视芯片连接。

正常工作时，电空转换阀的工作电流回路从24V电源流过电流采样电阻R1，再流过继电器，给功率开关驱动芯片供电，再从功率开关驱动芯片输出电流，流入负载电空转换阀，再流回功率开关驱动芯片，然后流入电源地。

电流采样电阻R1的两端采用高端电流检测电路监视负载回路的电流大小，电流采样电阻是0.1Ω的高精度采样电阻，串联在电空转换阀的供电回路的高端，通过高端电流检测电路，对电空转换阀的工作回路电流进行采样和放大，高端电流检测电路使用的集成芯片有AD公司的单电源传感器接口差分运算放大器AD22057和轨到轨运算放大器AD822，高端电流检测电路将检测到的电流信号Is送至主控芯片的AD口，由主控芯片采集和换算，得到回路电流值，根据当前工作的电空转换阀的额定电流正常范围，监视负载是否过流或开路。

继电器采用是双刀单掷继电器，K1、K2同步动作，其中K1用途是负载电流I_Load回路的开关，K2用于继电器状态的监视。当继电器得电时，K1、K2同时闭合，电流通过K1为功率开关驱动芯片供电，K2使检测电流I_Check通过第一分压电阻R4和第二分压电阻R5流到电源地，第一分压电阻R4阻值为57.6KΩ，第四分压电阻R5阻值为10KΩ，电流采样电阻R1阻值相对第一、第二分压电阻R4、R5可以忽略不计，那么得到的第一分压值VR为3.55V。基准电压Vref由基准电压源产生，电压值为2.5V，基准电压源使用的是TI公司集成芯片的TL431。第一分压值VR和基准电压Vref经过第一比较器比较得到继电器状态反馈信号FR，第一分压值VR大于基准电压Vref，所以第一比较器输出为高电平，即当继电器闭合时，继电器状态反馈信号FR为高电平。同理，当继电器失电进，K1、K2同时断开，电流I_Check为0，此时，第一分压值VR等于0，小于基准电压Vref，所以继电器状态反馈信号FR为低电平。主控芯片和监视芯片均对继电器状态反馈信号FR进行采集。

功率开关驱动芯片是ST公司的工业智能集成功率开关L6370，用于驱动电空转换阀，L6370具有两个诊断信号DIA1和DIA2，由主控芯片采集后通过串行通讯接口发送给监视芯片，监视芯片再结合三态门的输出信号PWM2和功率开关芯片的输出反馈信号FO，可以监视功率开关驱动芯片的工作状态。其中，输出反馈信号FO是功率开关驱动芯片正向输出端电压经第三分压电阻R2和第四分压电阻R3得到的第二分压值VO与基准电压Vref经第二比较器比较的结果，原理同上。主控芯片可以监视到功率开关驱动芯片正常、负载开路、短路到电源、短路到地、输出DMOS开路、过温和电源欠压等七个状态。

由于对电空转换阀的工作电流回路的每一个环节都进行了监视电路的设计，当监视到故障时，可以很明确地对故障点进行定位和分类，更好地实现列车故障安全导向，以及及时实施相关保护措施。

本例中，继电器的控制由主控芯片和监视芯片共同完成，主控芯片的第一控制信号S1通过PNP驱动电路使PNP三极管Q1导通或截止，从而控制继电器线圈的上端电流回路；监视芯片的第一控制信号S2通过NPN驱动电路使NPN三极管Q2导通或截止，从而控制继电器线圈的下端电流回路。因此，当主控芯片和监视芯片中任意一个芯片检测到严重故障，并需要断开电空转换阀的电源进行保护时，都可以自行切断继电器线圈的电源使其失电，从而断开继电器触点，停止对功率开关驱动芯片的供电，以保护电空转换阀不被损坏。继电器状态反馈信号FR同时被主控芯片和监视芯片采集，当两芯片其中之一对继电器线圈的断电操作失效时，另一个芯片可以及时检测到继电器的状态，执行另一端的断电操作，两块电路的冗余设计提高了电路的可靠性。

需要说明的是，正常工作时，由主控芯片产生第二控制信号PWM1，送至三态门，同时监视芯片采集到主控芯片的第二控制信号PWM1信号确认正常后，将自身PWM口设置为高阻，并输出第二控制信号OE为低，使能三态门的输出信号PWM2等于主控芯片的第二控制信号PWM1；当监视芯片采集到主控芯片的第二控制信号PWM1判断为发生异常时，监视芯片输出第二控制信号OE为高，使三态门处于高阻状态，断开输出信号PWM2的信号源，并根据故障的严重程度执行必要的保护措施。

本发明中电空转换阀的驱动回路的保护方法实现电路，当监视到严重故障时，对驱动回路的保护措施主要有：

1、通过主控芯片及时调整三态门输出信号PWM2的相位、占空比；

2、通过主控芯片或监视芯片控制继电器，对功率开关驱动芯片的进行断电

3、通过监视芯片输出第二控制信号OE为高，使三态门处于高阻状态，即断开功率开关芯片的驱动信号。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1. 轨道车辆电控阀驱动保护电路，组成包括：功率开关驱动芯片，所述功率开关驱动芯片的电源输入端经继电器与电源相连，所述功率开关驱动芯片的电源输出端与电控阀相连，其特征在于还包括:主控芯片、监视芯片、继电器驱动电路、继电器状态反馈电路、输出反馈电路、三态门，所述主控芯片与监视芯片互相通讯，所述主控芯片的第一控制信号输出端、监视芯片的第一控制信号输出端与继电器驱动电路相连，继电器状态反馈电路的信号输出端分别与主控芯片、监视芯片连接，输出反馈电路的信号输入端与功率开关驱动芯片的电源输出端相连，输出反馈电路的信号输出端与监视芯片相连，功率开关驱动芯片的诊断信号输出端与主控芯片相连，所述主控芯片的第二控制信号输出端分别与三态门的逻辑输入端口、监视芯片相连接，监视芯片的第二控制信号输出端与三态门的控制输入端口相连，所述三态门的信号输出端与功率开关驱动芯片的控制信号输入端相连。

2. 根据权利要求1所述的轨道车辆电控阀驱动保护电路，其特征在于：所述继电器与电源之间串联有电流采样电阻，所述电流采样电阻并联有高端电流检测电路，所述高端电流检测电路的信号输出端与主控芯片相连。

3. 根据权利要求2所述的轨道车辆电控阀驱动保护电路，其特征在于：所述继电器驱动电路包括串联于继电器两端的PNP三极管、NPN三极管，所述主控芯片的第一控制信号输出端通过PNP驱动电路与PNP三极管的控制极相连，监视芯片的第一控制信号输出端通过NPN驱动电路与NPN三极管的控制极相连。

4. 根据权利要求3所述的轨道车辆电控阀驱动保护电路，其特征在于：所述继电器反向并联有续流二极管。

5. 根据权利要求3所述的轨道车辆电控阀驱动保护电路，其特征在于：所述继电器为双刀单掷继电器，该继电器的第一输出端与功率开关驱动芯片的电源输入端连接，继电器的第二输出端与继电器状态反馈电路相连，所述继电器状态反馈电路组成包括第一比较器、串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻接在继电器的第二输出端，第二分压电阻接电源地，第一比较器的阳极输入端与第一、第二分压电阻的之间的导线连接，第一比较器的阴极输入端与基准电压源连接，所述第一比较器的信号输出端分别与主控芯片、监视芯片连接。

6. 根据权利要求5所述的轨道车辆电控阀驱动保护电路，其特征在于：所述输出反馈电路组成包括第二比较器、串联的第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻接在功率开关驱动芯片的电源输出端，第四分压电阻接电源地，第二比较器的阳极输入端与第三、第四分压电阻的之间的导线连接，第二比较器的阴极输入端与基准电压源连接，所述第二比较器的信号输出端与监视芯片连接。

7. 根据权利要求6所述的轨道车辆电控阀驱动保护电路，其特征在于：所述功率开关驱动芯片具有两个诊断信号输出端，分别通过导线与主控芯片相连。

8. 根据权利要求7所述的轨道车辆电控阀驱动保护电路，其特征在于：所述电控阀为电空转换阀、防滑阀中的一种。

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