[发明专利]一种具有物理断开方式的安全输出电路及实现方法

说明书

一种具有物理断开方式的安全输出电路及实现方法，属于安全输出电路技术领域，包括熔断器、动态驱动电路、回采模块、CPU电路、看门狗电路、自我防护电路，其中CPU电路与动态驱动电路相连，驱动动态驱动电路；动态驱动电路通过回采模块与CPU电路相连，CPU电路采集动态驱动电路输出；CPU电路与看门狗电路相连，为看门狗电路提供喂狗信号；看门狗电路与自我防护电路连接，自我防护电路输出端两个端子分别与电源、地相连；熔断器安装于电源通路上。通过熔断熔断器的物理断开方式去除非预期情况的输出，以保证动态驱动电路实现固有“失效—安全”。

技术领域

本发明属于安全输出电路技术领域，具体为一种具有物理断开方式的安全输出电路及实现方法。

背景技术

动态工作方式是在铁路信号系统中普遍采用的、非常有效的故障检测和安全防护措施，尤其在采集单元电路、驱动单元电路及其控制电路的设计和实现方面，能够对静态故障特别是控制输出的“错误保留”，在相当程度上起到固有“失效——安全”的防护作用。

实际上，在各种导致错误输出的故障之中，输出的“错误保留”是计算机控制系统中特有的一种容易发生而不容忽视的情况。

“动态驱动”，就是在给出非限制性“危险侧”的驱动控制时，需要由软件按照一定的周期，对驱动电路交替地给出“ON”和“OFF”控制命令的驱动方式。与静态驱动方式不同，动态驱动电路实现的是动态逻辑电平脉冲序列与静态驱动电平的转换与隔离；动态驱动的关键，也主要在于其驱动单元电路中实现这种转换的方式及其安全性。由于动态驱动方式对于静态故障而言，本质上是具有固有“失效—安全”性质的驱动方式，通常都可以实现采用某种固有“失效—安全”的技术措施，使驱动单元电路只在有一定频率的脉冲序列或某种交变信号输入时，才能给出有效的驱动输出（电平），而任何不便的静态电平/电流输入（固定ON或固定OFF）对其都是无效的，因而也是安全的。

数字计算机类的硬件随机故障通常都是静态故障，而在并不复杂的驱动程序中，因软件bug而造成的持续有规律的脉冲输出可能性极低，因而动态驱动方式是对驱动电路包括“错误保留”在内的任何导致“固定ON”或“固定OFF”的软硬件故障而进行安全防护的最彻底的方法；特别是对雷击甚至牵引电流侵入等可能造成多子系、多级控制器件同时击穿的极端情况，也具有良好的安全防护能力。动态驱动方式，也多用于对强制系统到安全状态的“拒绝”机制进行控制，通常在系统正常时驱动一个接通其控制电源的继电器，脉冲驱动一旦停止则切断控制电源。

实现动态驱动方式的关键环节，在于能够实现脉冲—电平的（固有）“失效—安全”电路。由该电路将计算机给出的逻辑电压标准的驱动脉冲序列，以“失效—安全”的方式转换为继电电压标准的能量驱动电平，最终实现对安全型继电器的安全控制。由于脉冲驱动方式通常抗干扰能力稍差，且定时回读检测的方式，对频率较高脉冲的干扰作用，无法做到完全有效的监测，理论上还存在干扰违背发现而电路已经误动的可能，因此对前级脉冲驱动电路的抗干扰能力有严格要求。

铁路信号等对安全输出要求严格，一旦判断输出与预期不一致，则要求不能通过再判断、重启等方式解决。CPU错误+动态驱动电路两点故障，电源脉冲干扰+动态驱动电路故障均有可能将安全输出错误输出出去，使动态驱动电路无法实现“失效—安全”。

发明内容

针对现有技术中动态电路无法实现“失效—安全”问题，本发明提出一种具有物理断开方式的安全输出电路及实现方法，通过熔断熔断器的物理断开方式去除非预期情况的输出，以保证动态驱动电路实现固有“失效—安全”。

本发明采用如下技术方案：

一种具有物理断开方式的安全输出电路，包括熔断器、动态驱动电路、回采模块、CPU模块、看门狗电路、自我防护电路，其中CPU模块与动态驱动电路相连，驱动动态驱动电路；动态驱动电路通过回采模块与CPU模块相连，CPU模块采集动态驱动电路输出；CPU模块与看门狗电路相连，为看门狗电路提供喂狗信号；看门狗电路与自我防护电路连接，自我防护电路输出端两个端子分别与电源、地相连；熔断器安装于电源通路上。