CN109585219B - 安全开关 - Google Patents

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Abstract

提供了被配置成执行将负载(132)连接至电源(134)以及使负载(132)与电源(134)断开中至少之一的安全开关装置(100；200；300；400)。该安全开关装置(100；200；300；400)包括：第一组两个串联连接的可控开关元件(120a，120b)；验证第一组两个开关元件(120a，120b)的开关状态的安全电路(110)，其中，第一组两个开关元件(120a，120b)中的每个开关元件(120a，120b)被配置为拨动式开关；控制电路(180)，被配置成向安全电路(110)提供测试信号；以及去耦装置，被配置成将负载电路(130)与控制电路(180)电流去耦。该去耦装置包括变压器(112)，控制电路(180)包括被配置成经由变压器(112)向安全电路(110)提供测试信号的变压器驱动器(150)。

Description

安全开关
技术领域
本发明涉及安全开关装置，具体地，涉及用于验证开关元件的开关状态的安全开关装置以及用于操作安全开关装置的方法。
背景技术
安全开关装置通常具有用于将负载连接至电源和/或将负载与电源断开的至少一个开关元件。通常，安全开关装置被构造成用于故障安全操作，并且适当时，指示上述至少一个开关元件的状态以确定安全开关装置是否起作用。对此，这种安全开关装置的技术复杂性随着相应的安全要求变得更加严格而增加。
继电器是用于电气上执行开关操作的公知部件。在许多领域例如大功率电子器件中，重要的是了解继电器是否起作用或是否正常工作。在安全开关装置的操作期间可能发生的错误例如是继电器触点可能熔接，使得继电器不再能够被控制或断开。另一种故障情况可能是：晶体管击穿从而造成短路，这阻止了到负载的电力供给路径的中断。为了应对这样的故障，安全开关装置一般设计有多通道冗余，使得例如在一个开关元件有故障的情况下，串联布置的冗余开关元件可以中断电力供给路径。
然而，冗余实现本身不足以实现某些安全要求。此外，需要检测故障状况。为了这个目的，可以使用与安全继电器。
安全继电器通常是强制引导继电器。这些继电器包括多个机械连接的触点，以能够监视其他触点。触点包括两种类型的状态，即“常开”和“常闭”，其中，至少一个触点“常开”而剩余(至少一个)触点“常闭”。“常开”或“常闭”意味着假定该开关位置处于继电器的断电状态。
机械引导(强制引导)不可能同时闭合“常闭”和“常开”触点。如果“常闭”触点变为被熔接，则当继电器的线圈通电时，肯定不可能使“常开”触点闭合。因此，可以使用至少一个触点来监视继电器的其他触点。这允许确定继电器是否正在正常操作。此外，这类安全机制通常用来实现特定安全级别的继电器。
EP 2 089 892 B1公开了用于在没有主动驱动监视触点的情况下监视继电器触点的解决方案。提供了用于利用至少一个可控开关元件接通和关断负载的电源的安全开关***，具体地，提供了继电器和验证开关元件的开关状态的安全电路，由此开关元件被配置为拨动式开关(toggle)。提供电容器和/或光耦合器形式的电去耦装置，以使安全电路从负载的电源去耦。然而，电容器和/或光耦合器形式的去耦装置具有如将在下面说明的一些缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的验证一个或更多个开关元件的开关状态的安全开关装置。
此目的通过独立权利要求的主题来解决。
实施方式由从属权利要求限定。
本发明涉及用于将负载连接到电源或与电源断开负载的安全开关装置。该安全开关装置包括：两个串联连接的可控开关元件，根据实施方式，其是继电器；以及验证开关元件的开关状态的安全电路。开关元件被配置为具有电连接至第二触点或第三触点的第一触点的开关。安全电路包括第二触点，负载电路包括第三触点。安全开关装置还包括被配置成向安全电路提供测试信号的控制电路。测试信号经由用作将控制电路从负载电路电流去耦的去耦装置的变压器被提供至安全电路。控制电路包括被配置成经由变压器向安全电路提供测试信号的变压器驱动器。
本发明提供了改进的以可靠的方式检测开关元件的故障位置的安全开关装置。因此，安全开关装置可以提供用于开关装置的安全操作。有利地，本发明可以用于高电流继电器。
根据本发明的一个方面，提供了改进的安全开关装置，该安全开关装置可以与变压器一起工作，以向安全电路感应地提供测试信号。有利地，利用变压器解决方案的本发明允许高且连续的监视/测试电流。相反具有使控制电路与电源解耦的电容器的常规解决方案只能在安全电路中提供难以检测的脉冲。因此，本发明可以以更可靠的方式有利于检测提供的测试信号。本发明的另一个方面提供了经由变压器可调整的监视电流。
本发明的另一个方面提供了在更具成本效益的安全开关装置方面改进的安全开关装置。例如，与可以使用标准继电器的本发明相比，安全开关***中的常见强制引导继电器更昂贵。根据本发明的过程使得可以使用常规“SMD”继电器，该常规“SMD”继电器比否则需要的利用监视触点的主动驱动继电器更小且更具成本效益。
另外，本发明的另一个方面提供了改进的安全开关装置，与现有技术安全开关装置相比，该改进的安全开关装置可以利用更少的部件工作，因此，本发明的改进的安全开关装置节省了空间或者允许空间的更有效使用。
本发明的另一个方面提供了改进的具有更长或增强的继电器预期寿命的安全开关装置。
本发明的一个实施方式提供一种变压器，该变压器具有形成第一变压器和第二变压器的初级绕组和两个次级绕组。根据另一实施方式，安全开关装置还包括第二安全电路，其中，第二安全电路包括第二组两个串联连接的可控开关元件。在另一实施方式中，包括第二组两个串联连接的可控开关元件的第二安全电路可以电连接至第二变压器，包括第一组两个串联连接的可控开关元件的第一安全电路可以电连接至第一变压器。这有利地提供了改进的安全开关装置，该改进的安全开关装置能够根据第一变压器和第二变压器的绕组向第一安全电路和第二安全电路提供不同的测试信号。根据该实施方式，安全开关装置的安全电路被电流去耦，以保护每个安全电路免受另一个安全电路中发生的短路的影响。此外，可以仅经由一个变压器向多个安全电路提供测试信号。常规***针对每个安全电路使用不同的测试信号源。因此，安全开关装置可以降低成本并占用更少的空间。
本发明的一个方面可以通过使用开关元件的交叉故障检测来提供改进的安全开关装置。这可以允许以更可靠的方式来确定故障情况。
在本发明的一个实施方式中，安全开关装置包括光耦合器。光耦合器可以被配置成指示开关状态。此外，光耦合器可以被配置成：指示第一组两个开关元件是否处于断电状态的开关位置，在断电状态的开关位置处第一组两个开关元件闭合安全电路。这有利于测试信号的检测以验证开关位置。
在本发明的一个实施方式中，提供了安全开关装置，其中，该安全开关装置包括：安全电路，该安全电路包括电连接至第一变压器的第一组两个串联连接的可控开关元件；第二安全电路，其中，第二安全电路包括电连接至第二变压器的第二组两个串联连接的可控开关元件；第三安全电路，其中，第三安全电路包括电连接至第一变压器的第三组两个串联连接的可控开关元件；以及第四安全电路，其中，第四安全电路包括电连接至第二变压器的第四组两个串联连接的可控开关元件。该实施方式的一方面提供了改进的安全开关装置，该改进的安全开关装置仅使用用于向多个(在这种情况下为四个)安全电路提供测试信号的一个变压器，以验证安全电路中的每个安全电路中的两个串联连接的可控开关元件的开关位置。有利地，如果不同安全电路的两个开关元件由一个继电器控制和/或共同驱动，则可以以冗余且可靠的方式验证开关元件的开关位置。这允许有缺陷继电器的可靠检测。
在本发明的一个实施方式中，至少一个安全电路还包括用于提供次级绝缘的一个或更多个电容器，其中，变压器提供初级绝缘。该实施方式的一个方面提供了改进的安全开关装置，该改进的安全开关装置可以与变压器以及变压器中的提供较少次级线圈的附加电容器一起工作。此外，使用变压器和一个或更多个电容器提供双重绝缘。因此，可以以改进的方式控制电流并且可以提高继电器预期寿命。
根据本发明的实施方式，包括用于经由变压器向安全电路提供测试信号的变压器驱动器，其中，变压器驱动器包括用于控制测试信号的微处理器，测试信号是连续AC测试信号和临时AC测试信号中至少之一。该实施方式的一个方面提供了改进的以灵活且可靠的方式验证开关元件的开关状态的安全开关装置。该实施方式的另一个方面提供了经由变压器和频率选择可调整的监视电流。因此，该实施方式允许可以是连续或临时的测试。使用连续AC测试信号而不是单个脉冲有利于测试信号的检测。
在本发明的另一个实施方式中，提供了第二微处理器，其中，第二微处理器接收来自光耦合器的信号，用于验证开关状态。该实施方式的一个方面提供了改进的包括微处理器监视的继电器的安全开关装置。在一个实施方式中，微处理器与第二微处理器分离。在另一实施方式中，微处理器和第二微处理器包括在一个部件中。
在本发明的一个实施方式中，提供了生成测试信号的PWM控制晶体管。因此可以以灵活的方式提供测试信号。例如，可以连续地或者以脉冲提供测试信号。
此外，在本发明的一个实施方式中，提供了用于验证第一组两个开关元件的开关状态的方法，其中，第一组两个开关元件被配置成将负载连接至电源以及使负载与电源断开。该方法还包括：通过控制电路生成测试信号；经由用作将控制电路从负载的电源电流去耦的去耦装置的变压器向安全电路提供测试信号；以及提供开关状态的指示，以验证第一组两个开关元件的开关状态。
在一个实施方式中，该方法还包括：由包括在控制电路中的PWM控制晶体管生成测试信号。根据一个方面，该方法包括：在微处理器处接收开关状态的指示，其中，开关状态的指示由光耦合器提供。
以下详细描述和附图提供了对本发明的性质和优点的更详细的理解。
附图说明
下面使用附图更详细地说明本发明的多个示例性实施方式。
图1示出了说明根据本发明的实施方式的用于验证开关元件的开关状态的安全开关装置的电路图；
图2示出了说明根据本发明的实施方式的用于验证开关元件的开关状态的包括两个安全电路的安全开关装置的电路图；
图3示出了说明根据本发明的另一实施方式的包括形成用于为两个安全电路提供由PWM控制晶体管生成的测试信号的第一变压器和第二变压器的变压器布置的安全开关装置的电路图；
图4示出了说明根据本发明的再一实施方式的用于验证八个开关元件的开关状态的包括四个安全电路的安全开关装置的电路图；以及
图5示出了说明用于操作安全开关装置的方法的流程图。
具体实施方式
本文描述的是用于验证一个或更多个开关元件的开关状态的装置和技术。出于说明的目的，阐述许多示例和具体细节，以提供对本发明的实施方式的深入理解。由权利要求限定的实施方式可以单独包括这些示例中的一些或全部特征或者与下面描述的其他特征组合地包括这些示例中的一些或全部特征，并且还可以包括本文描述的特征和概念的修改和等同物。以下描述将参照图1至图5详细说明本发明的实施方式。
图1描绘了本发明的实施方式。具体地，图1示出了安全开关装置100，安全开关装置100被配置成执行将负载132连接至电源134以及使负载132与电源134断开中至少之一。安全开关装置100可以包括第一组两个串联连接的可控开关元件120a和120b以及用于验证第一组两个开关元件120a和120b的开关状态的安全电路110，其中，一个或更多个开关元件120a和120b被配置为拨动式开关，使得第一触点122a/122b通过开关操作与第二触点124a/124b或第三触点126a/126b电连接，并且开关元件120a的第一触点122a电连接至第一组串联连接的开关元件120a和120b的开关元件120b的第一触点122b。因此，形成两个串联连接的开关元件。
开关元件120a和120b可以是可驱动的开关元件，具体地，是继电器。
一个或更多个开关元件120a和120b的第二触点124a和124b包括在安全电路110中，第三触点126a和126b包括在负载电路130中。
负载电路130包括电源134和负载132，并且可以通过两个开关元件120a和120b而闭合。第三触点126a在该示例中电连接至电源134，开关元件120b的第三触点126b在该示例中电连接至负载132。负载132和电源134可以可互换地连接至第三触点126a和126b。例如，在另一个实施方式中，开关元件120a的第三触点126a电连接至负载132，开关元件120b的第三触点126b在该示例中电连接至电源134。
安全电路110还包括变压器112和用于检测测试信号的装置140。此外，安全电路还可以包括电阻118和电容器(未示出)。然而，安全开关装置在没有电容器的情况下仍然起作用。开关元件120a的第二触点124a可以电连接至变压器112。第二触点124b可以电连接至用于检测测试信号的装置140。
因此，当第一触点122a/122b和第二触点124a/124b被电连接时形成闭合的安全电路110，当第一触点122a/122b和第三触点126a/126b被电连接时形成闭合的负载电路。在相应的开关元件120a和120b的继电器的断电状态下，开关元件120a和120b连接安全电路110的第一触点122a/122b和第二触点124a/124b。
用于检测测试信号的装置140允许检查两个开关元件120a和120b是否处于开关元件闭合安全电路的开关位置。这可以对应于断电状态的开关位置。具体地，这对应于包括相应的开关元件120a和120b的继电器的断电状态的开关位置。用于检测测试信号的装置140可以向例如微处理器的评估部件提供检测到的测试信号。评估部件评估和/或处理检测到的测试信号，并且确定第一组两个开关元件120a、120b的开关状态。
安全开关装置100还包括控制电路180，控制电路180包括变压器驱动器150和变压器112。变压器驱动器150被配置成经由变压器112向安全电路110提供测试信号。测试信号可以是连续AC测试信号、临时AC测试信号、脉冲或经调制的测试信号。变压器驱动器150可以包括微处理器和驱动器(未示出)。
本发明的优点可以是可以利用变压器解决方案实现的更高且连续的测试信号的电流，这便于测试信号的检测。相对地，具有电容器的常规配置仅提供难以检测的作为测试信号的小脉冲。
安全开关装置100包括将控制电路180从负载132的电源134电流去耦的去耦装置，其中，去耦装置包括变压器112。去耦装置不仅确保控制电路180在继电器的时间开关差的情况下去耦，而且如果继电器故障并且造成短路，则去耦装置同样确保用于负载132的电源134与控制电路及其类似变压器驱动器的部件去耦。
图2描绘了本发明的另一个实施方式。具体地，图2示出了包括两个安全电路110和210以及两个负载电路130和230的安全开关装置200。
第一负载电路130包括输出端子236a和236b。这些端子可以连接至负载和电源。第二负载电路230包括输出端子238a和238b。两个负载电路130和230可以分别通过开关元件120a/120b和220a/220b被电连接。
第一安全电路包括电连接至开关元件120b的光耦合器240。光耦合器240可以为微处理器(未示出)提供输入，以自动验证开关元件的开关状态。输入可以是检测到的信号。输入可以是开关元件120a和120b的开关状态的指示，用于验证开关元件120的开关状态。此外，光耦合器提供安全电路将微处理器(未示出)从安全电路和负载电路电流去耦的部件。光耦合器240和242不仅确保微处理器和/或评估电路在继电器的时间开关差的情况下去耦，而且如果继电器故障并且造成短路，则光耦合器240和242同样确保用于负载的电源从包括用于评估测试信号的微处理器的监视电子器件去耦。
在一个实施方式中，接收来自光耦合器的输入的微处理器可以评估输入并且确定开关元件或继电器的开关状态。微处理器可以使用来自其他源的其他信号以验证开关元件的开关状态。其他信号可以包括指示开关状态的信号，其中，假设继电器是例如继电器状态信号。
在一个实施方式中，接收来自光耦合器的输入的微处理器可以与包括在控制电路和/或变压器驱动器150中的微处理器分离。在另一实施方式中，接收来自光耦合器的输入的微处理器可以与包括在变压器驱动器150中的微处理器是同一微处理器。这允许集成的反馈回路以评估来自光耦合器的输入并且确定开关元件或继电器的开关状态。
第二安全电路210也包括变压器112，并且还包括开关元件220a和220b。如果开关装置220a和220b闭合安全电路，则这些开关元件220a和220b可以电连接至光耦合器242和电容器268。
例如，开关元件120a、120b、220a和220b可以连接至一个或更多个继电器。具体地，开关元件120a可以是用于第一继电器的第一触点，开关元件220a可以是用于第一继电器的第二触点。此外，开关元件120b可以是用于第二继电器的第一触点，开关元件220b可以是用于第二继电器的第二触点。因此，第一继电器和第二继电器中的每个形成包括在不同安全电路中的一组开关元件。第一继电器被配置成同时断开两个安全电路或两个负载电路，第二继电器被配置成同时断开相同的两个安全电路或两个负载电路。然而，为了使两个安全电路或两个负载电路闭合，两个继电器必须处于同一开关位置。
可替选地，一个继电器被配置成控制仅一个开关元件。因此，开关元件120a、120b、220a和220b各自由单独的继电器控制。
这些继电器包括转换触点。在继电器的通电状态下，继电器通过将负载与电源电连接来闭合负载电路并断开安全电路。在继电器的断电状态下，继电器闭合安全电路，并且通过将负载与电源电断开来断开负载电路。在一个实施方式中，如果继电器被断电，则可以仅执行继电器的测试。
如图2描绘的，相应的开关元件120a、120b、220a和220b的继电器当前处于断电状态并且允许经由安全电路验证开关状态。因此，可以使用安全电路作为反馈回路，以验证开关元件和/或继电器的断电开关状态。
如图2描绘的，安全电路还可以包括一个或更多个电容器262、264、266和268。电容器262、264、266和268可以电连接至光耦合器240和242和变压器112。电容器262、264、266和268与变压器112的组合允许以改进的方式将安全电路从负载的电源电流去耦。变压器112可以被视为初级绝缘，电容器262、264、266和268可以被视为次级绝缘。因此，电容器262、264、266和268在安全电路与负载电路之间提供附加绝缘。包括变压器112和电容器262、264、266和268的去耦装置允许减少变压器112的线圈。因此，这种组件可以节省成本和/或允许更便宜的变压器。
在另一个实施方式中，替代作为次级绝缘的电容器262、264、266和268，换能器例如光耦合器或变压器作为次级绝缘是同样能想到的。
此外，使用变压器112和一个或更多个电容器262、264、266和268提供双重绝缘并且控制反馈电流。这可以提高继电器预期寿命。
图3描绘了本发明的另一个实施方式。图3的安全开关装置300包括两个安全电路和两个负载电路。与示出了闭合安全电路的开关元件的开关位置的图1和图2相比，图3示出了闭合负载电路的开关元件120和220的开关位置。如图3描绘的，开关元件120a、120b、220a和220b，特别地相应的继电器，当前处于通电状态。这个开关位置断开相应的安全电路，并且不允许经由安全电路借助于测试信号来验证开关状态。
此外，安全开关装置300包括用于经由变压器312向安全电路提供测试信号的变压器驱动器150。变压器驱动器150包括电源350和配置和/或生成用于安全电路的测试信号的PWM控制晶体管390。
变压器312包括形成第一变压器314的初级绕组和形成第二变压器316的次级绕组。第一变压器314电连接至光耦合器240和第一安全电路的开关元件120a，第二变压器316电连接至光耦合器242和第二安全电路的开关元件220a。因此，第一变压器形成第一安全电路的一部分，第二变压器形成第二安全电路的一部分。
图4描绘了本发明的另一个实施方式。安全开关装置400包括形成第一变压器314和第二变压器316的变压器312，以将控制电路从负载的电源电流去耦。此外，安全开关装置400包括四个安全电路和四个负载电路。两个安全电路包括第一变压器314，并且两个安全电路包括第二变压器316。
如图4描绘的，可以通过四个安全电路来验证四对开关元件120a/120b、420a/420b、220a/220b和422a/422b的开关位置。第一安全电路包括光耦合器240、开关元件120a和120b以及第一变压器314；第二安全电路包括光耦合器440、开关元件420a和420b以及第一变压器314；第三安全电路包括光耦合器242、开关元件220a和220b以及第二变压器316；第四安全电路包括光耦合器442、开关元件422a和422b以及第二变压器316。
根据实施方式，一个或更多个安全电路可以包括次级绝缘，其中，包括第一变压器和第二变压器的变压器是保护安全电路免受负载的电源影响的初级绝缘。
例如，关于图4，包括开关元件420a和420b的第二安全电路和包括开关元件422a/422b的第四安全电路还包括次级绝缘。更详细地，包括开关元件420a和420b的第二安全电路还包括作为次级绝缘的电容器462和464，包括开关元件422a/422b的第四安全电路还包括作为次级绝缘的电容器466和468。
根据一个实施方式，多个开关元件可以连接至一个继电器。例如，图4的安全开关装置可以包括控制全部八个开关元件120a、120b、220a、220b、420a、420b、422a和422b的四个继电器(未示出)。更详细地，第一继电器(继电器的线圈)可以连接至两个开关元件120a和420a，第二继电器可以连接至两个开关元件120b和420b，第三继电器可以连接至两个开关元件220a和422a，第四继电器可以连接至两个开关元件220b和422b。因此，两个开关元件属于一个继电器并且被共同驱动。
有利地，这可以允许交叉故障检测。具体地，与不同安全电路的两个开关元件接触的一个继电器允许更精确地确定继电器是否是有缺陷的或是否不能正常工作。例如，关于图4，连接至两个开关元件120a和420a的第一继电器是有缺陷的和/或处于故障开关状态。由于第一继电器连接至两个开关元件120a和420a并且这些开关元件被共同驱动，因此两个开关元件120a和420a的哪个开关元件发生错误都无关紧要。两个开关元件120a和420a处于故障开关位置。有利地，提供改进的安全开关装置来以冗余且可靠的方式验证开关元件的开关位置。
因此，测试信号将不能由光耦合器240检测，并且测试信号也将不能由光耦合器440检测。因此，将在两个安全电路中检测故障开关位置。因而，不能验证第一组两个开关元件120a和120b(第一安全电路)的开关状态和第二组两个开关元件420a和420b(第二安全电路)的开关状态。安全开关装置确定错误。有利地，可以提供用于检测错误的冗余***。具体地，即使光耦合器240和440中的一个也是有缺陷的，仍然可以检测和确定有缺陷的状态或情况。不能向用于评估的微处理器发送任何信号以验证开关状态的光耦合器可能不是大问题，原因是这将由微处理器检测到(丢失信号)。然而，如果有缺陷的光耦合器指示与正常情况(无故障情况)下的信号类似的错误信号，则这种有缺陷的情况只能用该冗余***通过用其他仍然起作用的光耦合器检测这种有缺陷的情况来检测。
根据另一个实施方式，开关元件120a、120b、220a、220b、420a、420b、422a和422b中的每个连接至仅一个继电器。因此，通过相应继电器的线圈单独地驱动每个开关元件。以这种方式，使用八个继电器来驱动八个开关元件。开关元件可以是继电器、继电器的一部分或连接至继电器。
为了进一步增加安全开关装置的安全性，可以向图4的四个安全电路提供不同的测试信号。例如，为了向每个安全电路提供不同信号，变压器314和316可以不同。例如，变压器314和316可以具有不同的线圈。因此，可以通过用于相应的安全电路的不同部件和/或部件的不同布置和/或部件的不同组合来改变用于每个安全电路的测试信号。此外，安全开关装置可以包括保护安全开关装置免受负载的电源的影响的附加过电压保护。
此外，可以在一个或更多个安全电路中包括类似电容器462、464、466和468或滤波器的其他部件，以将测试信号改变为对每个安全电路而言唯一的改变的测试信号。因此，光耦合器中的每个光耦合器检测唯一的信号。这可以允许更精确地确定故障情况。这还可以允许汇总来自每个光耦合器的信号，这可以节省空间和部件。
例如，微处理器可以评估来自多个安全电路的组合信号或者单独评估每个信号。如果对于每个安全电路而言测试信号不同，则组合信号也可以指示在哪个安全电路中发生错误。这允许更精确地检测开关元件的错误或有缺陷状态。
可以在开关操作将被执行之前(例如，在闭合负载电路之前)和/或在开关操作将被执行之后(例如，在断开负载电路之后)执行测试。可以在开关操作之前/之后直接执行测试，或者可以在开关操作之前/之后的特定时间量之前/之后执行测试。在一些情况下，测试信号可以类似于负载电路信号。因此，可能难以确定有缺陷的开关状态。为了检查负载电路信号是否可以被解释为测试信号，可以另外执行没有测试信号的测量。另外，不同安全电路的信号可以不同。如上面已经描述的，这使得可以确定短路。
如果继电器被断电，则可以仅执行开关状态的测试。这确保来自信号源的测试信号绝不被施加至负载电路。有利地，使用转换开关来在正常操作期间将负载电路与安全电路完全隔离。因此，当在继电器的已知开关时间之后已经安全执行开关操作的情况下，将仅提供来自信号源的测试信号。
安全开关装置被配置成：确定和/或验证断电状态下的两个串联连接的开关元件是否处于开关元件闭合安全电路的开关位置。如果开关元件的开关状态被验证，则可以仅执行用于闭合负载电路或用于将电源与负载连接的开关操作。具体地，关于评估，例如由微处理器影响继电器的开关时间。然后控制器可以检查来自安全电路的信号是否如预定的被设置。
在这种布置中，开关元件的触点连接至安全电路。仅当安全电路检测到闭合的安全电路时，优选地执行转换到其他状态的操作。当安全电路的所有开关元件闭合时，可以闭合安全电路。否则，安全开关装置可以指示错误信号和/或启动适当的对策。
在一个实施方式中，虽然继电器处于通电状态，但是微控制器确定有缺陷状态。开关元件在通电状态下闭合负载电路并且断开安全电路。因此，在正常情况(无故障情况)下，应当没有信号被光耦合器检测到。然而，由光耦合器检测到的信号将被提供至微处理器。微处理器基于当安全电路应当断开时检测到信号来确定故障情况。
此外，安全电路可以包括两组两个串联连接的开关元件，形成具有四个或更多个开关元件的安全电路。因此，一个安全电路可以验证两组两个开关元件的开关状态。两组中的每组的两个开关元件可以是不同负载电路的一部分。两组中的每组的两个开关元件可以被配置成将负载连接至电源以及将负载与电源断开。
可以以多个组合将关于图1至图4说明的实施方式或描绘的实施方式的部件进行组合，以有利地实现技术效果。例如，图4所示的变压器也可以用在图2的安全开关装置中，其中，第一次级变压器连接至第一安全电路，第二次级变压器连接至第二安全电路。关于这样的特征的组合的另一个示例是提供用于如图2中描绘的次级绝缘的电容器，其可以另外在图1、图3和/或图4的安全开关装置中实现。作为另一个示例，PWM控制晶体管也可以用在图1和/或图2的安全开关装置中，以生成用于安全电路的测试信号。
图5示出了根据本发明的方法。具体地，图5示出了用于验证一组或更多组两个开关元件的开关状态的方法。步骤502包括生成测试信号。测试信号可以由控制电路生成。例如，测试信号可以由包括在控制电路中的变压器驱动器生成。此外，测试信号可以由PWM控制晶体管来配置。生成的测试信号可以是连续AC测试信号、经调制的测试信号和临时测试信号中至少之一。
步骤504包括经由变压器向安全电路提供测试信号，该变压器用作将控制电路从负载的电源电流去耦的去耦装置。这种变压器解决方案的优势可以是测试信号的高且连续的电流，这便于测试信号的检测。变压器可以具有形成两个或更多个相应的次级变压器的初级绕组和两个或更多个次级绕组。这允许向两个或更多个次级变压器的相应的安全电路提供不同的测试信号。
步骤506包括：用信号通知或提供开关状态的指示，以验证第一组两个开关元件的开关状态。可以通过用于检测测试信号的装置来提供开关状态的指示。用于检测测试信号的装置可以是一个或更多个光耦合器。
具体地，光耦合器可以通过检测测试信号来指示特定开关状态。特定开关状态可以是开关元件闭合安全电路的开关状态。开关元件的特定开关状态可以是断电状态。具体地，如果安全电路闭合并且负载电路断开，则在实施方式的继电器中的开关元件处于断电状态，如果负载电路闭合并且安全电路断开，则在实施方式的继电器中的开关元件处于通电状态。因此，断电的开关元件在无故障状态下闭合安全电路。
根据该方法的步骤508，可以在微处理器处接收开关状态的指示，其中，开关状态的指示由光耦合器提供。更详细地，由于闭合的开关元件形成闭合的安全电路，因此光耦合器接收经由变压器从变压器驱动器提供的测试信号。光耦合器被配置成：向微处理器提供基于接收到的测试信号的信号以用于信号评估。如果开关元件处于特定位置，即，如果开关元件闭合安全电路并且在光耦合器与变压器之间提供电连接，则光耦合器仅接收和/或检测测试信号。
如果光耦合器不接收测试信号，则开关元件可能处于故障位置。如果光耦合器接收测试信号，则它可以向微处理器提供信号作为指示开关元件处于预期位置的输入。微处理器可以评估接收到的信号并且基于接收到的信号来确定开关元件的开关状态。此外，微处理器可以基于由光耦合器提供的接收到的信号和一个或更多个附加信号来验证和/或确定开关状态。这些附加信号可以包括开关元件的目标状态。微处理器可以将接收到的信号与一个或更多个附加信号进行比较。
此外，一个或更多个附加信号可以触发验证开关元件的开关状态的过程。被触发的过程可以包括直接验证开关元件的开关状态和/或在已经接收到一个或更多个附加信号之后的预定义的时间量之后验证开关元件的开关状态的方法。
此外，可以在负载电路闭合之前执行验证开关状态的测试。例如，指示闭合负载电路的信号可以被接收，并且触发验证开关状态的测试。在测试已经被执行之后，如果开关元件处于无故障状态和/或断电开关位置，则可以闭合负载电路。
此外，微处理器可以指示开关元件的功能状态和/或微处理器可以指示开关元件的验证的开关状态。

Claims (12)

1.一种安全开关装置(100；200；300；400)，被配置成执行将负载(132)连接至电源(134)以及将所述负载(132)与所述电源(134)断开中至少之一，所述安全开关装置(100；200；300；400)包括：
第一组两个串联连接的可控开关元件(120a，120b)；
验证所述第一组两个开关元件(120a，120b)的开关状态的安全电路(110)，其中，所述第一组两个开关元件(120a，120b)中的每个开关元件(120a，120b)被配置为拨动式开关，所述拨动式开关具有电连接至第二触点(124a，124b)或第三触点(126a，126b)的第一触点(122a，122b)，其中，所述第二触点(124a，124b)被包括在所述安全电路(110)中并且所述第三触点(126a，126b)被包括在包括所述负载(132)的负载电路(130)中；
控制电路(180)，被配置成向所述安全电路(110)提供测试信号，并且所述安全电路(110)包括用于检测所述测试信号的检测装置(140)；
去耦装置，被配置成将所述负载电路(130)与所述控制电路(180)电流去耦，
其中，所述去耦装置包括变压器(112)，并且所述控制电路(180)包括被配置成经由所述变压器(112)向所述安全电路(110)提供所述测试信号的变压器驱动器(150)，所述变压器具有形成第一变压器(314)和第二变压器(316)的初级绕组和两个次级绕组；以及
第二安全电路(210)，其中，所述第二安全电路(210)包括电连接至所述第二变压器的第二组两个串联连接的可控开关元件(220a，220b)，以及
其中，所述第一组两个串联连接的可控开关元件电连接至所述第一变压器。
2.根据权利要求1所述的安全开关装置，其中，所述安全电路包括被配置成接收所述测试信号的光耦合器(240；440)。
3.根据权利要求2所述的安全开关装置，其中，所述光耦合器被配置成如果所述第一组两个开关元件中的两个开关元件均闭合所述安全电路，则仅接收所述测试信号。
4.根据权利要求2所述的安全开关装置，其中，所述光耦合器被配置成指示以下中至少之一：
在所述安全电路中检测到的电流；
所接收到的测试信号；
所述第一组两个开关元件的所述开关状态；以及
所述第一组两个串联连接的可控开关元件是否处于断电状态的开关位置，在所述断电状态的开关位置处所述第一组两个开关元件闭合所述安全电路。
5.根据权利要求2至4中的一项所述的安全开关装置，还包括微处理器，其中，所述微处理器接收来自所述光耦合器的信号并且基于来自所述光耦合器的信号来验证所述开关状态。
6.根据权利要求1所述的安全开关装置，还包括：
第三安全电路(410)，其中，所述第三安全电路(410)包括电连接至所述第一变压器的第三组两个串联连接的可控开关元件(420a，420b)；以及
第四安全电路(412)，其中，所述第四安全电路(412)包括电连接至所述第二变压器的第四组两个串联连接的可控开关元件(422a，422b)。
7.根据权利要求1至4中的一项所述的安全开关装置，其中，至少一个安全电路还包括提供次级绝缘的一个或更多个电容器(262，264，266，268；462，464，466，468)，其中，所述变压器提供初级绝缘。
8.根据权利要求1至4中的一项所述的安全开关装置，其中，所述开关元件中的一个或更多个由一个或更多个继电器控制。
9.根据权利要求1至4中的一项所述的安全开关装置，
其中，所述变压器驱动器(150)包括用于生成所述测试信号的驱动器和第二微处理器，并且/或者
其中，所述测试信号是以下中至少之一：
连续AC测试信号，
经调制的测试信号，以及
临时测试信号。
10.根据权利要求1至4中的一项所述的安全开关装置，其中，所述控制电路(180)还包括用于生成所述测试信号的PWM控制晶体管(390)。
11.一种用于验证根据权利要求1至10中任一项所述的安全开关装置的开关元件的开关状态的方法(500)，其中，所述第一组两个开关元件(120a，120b)执行将负载(132)连接至电源(134)以及将所述负载(132)与所述电源(134)断开中至少之一，所述方法(500)包括：
由控制电路(180)生成(502)测试信号；
经由变压器(112)将所述测试信号提供(504)至安全电路(110)，所述变压器(112)用作将所述控制电路(180)与所述负载(132)的电源(134)电流去耦的去耦装置；以及
用信号通知(506)开关状态的指示，以验证所述第一组两个开关元件(120a，120b)的开关状态。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
由被包括在所述控制电路(180)中的PWM控制晶体管(390)生成(502)所述测试信号；和/或
在微处理器处接收(508)所述开关状态的所述指示，其中，由光耦合器(240；440)提供所述开关状态的所述指示。
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