專利名稱：一種互鎖電路及包含該互鎖電路的互鎖系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及信號互鎖領域，尤其涉及一種互鎖電路及包含該互鎖電路的互鎖系統。
背景技術：
目前，高頻開關電源模塊即高頻開關電源大量應用于鐵路系統，由于鐵路系統信號電源要求所有高頻開關電源模塊必須進行熱備份，所以必須把所有高頻開關電源模塊的輸出端并聯。然而，鐵路用高頻開關電源模塊的并聯屬于先進技術，而且技術難點多，實現起來比較困難。這樣一來，如果要實現高頻開關電源模塊的并聯，就必須滿足并聯的高頻開關電源模塊中只有一個高頻開關電源模塊在工作，另一個高頻開關電源模塊雖然開機但是并沒有輸出，而達到上述目的就需要互鎖電路來實現。傳統的互鎖電路有如下三種
(I) IGBT (絕緣柵雙極性晶體管)互鎖方式。如圖I所示，圖I為IGBT互鎖方式示意圖，并聯的兩個高頻開關電源模塊分別命名為第一電源模塊和第二電源模塊，Ul和U2均為與門，U3和U4均為非門，Ul連接第一電源模塊的繼電器即第一輸出繼電器，U2連接第二電源模塊的繼電器即第二輸出繼電器。此互鎖電路原本用于避免橋式電路上下橋臂同時開通，通過四個門電路的組合和邏輯判斷實現第一輸出繼電器觸發信號和第二輸出繼電器觸發信號的互鎖。但是，該互鎖電路存在以下不足一、成本高。當兩個高頻開關電源模塊并聯時，需要八個集成的門電路芯片，而門電路集成芯片的價格較高。二、結構復雜。八個門電路芯片均需供電，使得整個互鎖電路的線路復雜；另外，門電路一般不能直接驅動高頻開關電源模塊內部的輸出繼電器，需要擴流電路進行擴流，后端電路將繼續增加，整個互鎖電路更加復雜，可靠性下降。(2)器件互鎖方式。如圖2所示，圖2為器件互鎖方式示意圖，并聯的兩個高頻開關電源模塊分別命名為第一電源模塊和第二電源模塊，圖中Pl和P2分別為第一電源模塊的繼電器即第一輸出繼電器和第二電源模塊的繼電器即第二輸出繼電器，Hl為第一電源模塊的模塊口，H2為第二電源模塊的模塊口，Gl為第一電源模塊的模塊最終輸出端口，G2為第二電源模塊的模塊最終輸出端口，0UT_1與0UT_2分別為第一輸出繼電器的觸發信號輸出端和第二輸出繼電器的觸發信號輸出端，第一輸出繼電器和第二輸出繼電器均是前端連接對應高頻開關電源模塊的模塊口，后端連接對應高頻開關電源模塊的模塊最終輸出端口，當0UT_1輸出低電平觸發信號時，晶體管Ql導通，這樣觸發晶體管Q2導通，從而第一輸出繼電器輸出。此時，如果0UT_2輸出低電平,欲使第二輸出繼電器也輸出時,第二電源模塊的后端被二極管D3以及晶體管Ql拉低，從而晶體管Q4的基極無法得到高電壓，第二輸出繼電器將無法輸出，最終實現互鎖。器件互鎖方式雖然易于實現，但是互鎖電路中的元器件太多，電路結構交復雜，而且只能用于高頻開關電源模塊的外部，若應用于高頻開關電源模塊內部，則控制電路輸出的信號為高阻態時，該互鎖電路狀態不明確，兩個并聯的高頻開關電源模塊可能同時輸出，無法實現互鎖。(3)改進的器件互鎖方式。如圖3所示，圖3為改進的器件互鎖方式示意圖。并聯的兩個高頻開關電源模塊分別命名為第一電源模塊和第二電源模塊，圖中Pl和P2分別為第一電源模塊的繼電器即第一輸出繼電器和第二電源模塊的繼電器即第二輸出繼電器，Hl為第一電源模塊的模塊口，H2為第二電源模塊的模塊口，Gl為第一電源模塊的模塊最終輸出端口，G2為第二電源模塊的模塊最終輸出端口，0UT_1與0UT_2分別為第一輸出繼電器的觸發信號輸出端和第二輸出繼電器的觸發信號輸出端，第一輸出繼電器和第二輸出繼電器均是如端連接對應聞頻開關電源1旲塊的1旲塊口，后端連接對應聞頻開關電源1旲塊的1旲塊最終輸出端口，當0UT_1輸出高電平觸發信號時，晶體管Ql導通，晶體管Q2不能導通，從而第一輸出繼電器不能輸出，但是，晶體管Q4導通,第二輸出繼電器輸出；當0UT_2輸出高電平觸發信號時，晶體管Q3導通，晶體管Q4不能導通，從而第二輸出繼電器斷開，晶體管Q2導通，第一輸出繼電器輸出。該互鎖方式與傳統的器件互鎖方式相比，結構相對簡單，也易于實現，但是需要對0UT_1和0UT_2輸出的觸發信號進行處理，以免出現邏輯混亂狀態，因為當其中一個信號是高電平時，另一個信號如果也給出高電平，則兩個輸出繼電器將全部被鎖定，致使并聯的兩個高頻開關電源模塊均無法輸出
發明內容
針對上述技術問題，本發明的目的在于提供一種互鎖電路及包含該互鎖電路的互鎖系統，其能夠在電源模塊的內部精確實現信號互鎖，而且結構簡單，成本低。為達此目的，本發明采用以下技術方案一種互鎖電路，包括控制端口、互鎖端口、驅動電路、電平調整電路及輸出控制電路；所述控制端口與驅動電路輸入端連接，用于將控制器發出的電平信號輸入驅動電路；所述互鎖端口與電平調整電路連接，用于向電平調整電路輸入互鎖信號；所述驅動電路與輸出控制電路連接，用于根據輸入端的電平信號，控制輸出控制電路導通或關閉；所述電平調整電路與驅動電路輸入端連接，用于根據互鎖信號調整驅動電路輸入端的電平信號，使驅動電路輸出關閉輸出的控制信號；所述輸出控制電路與驅動電路輸出端及電源模塊輸出端連接，用于根據驅動電路輸出端的控制信號，控制電源模塊的輸出。特別地，所述電平調整電路為下拉電路。特別地，所述輸出控制電路為接觸器。特別地，所述輸出控制電路包括輸出繼電器和第一二極管，其中，第一二極管并聯連接在輸出繼電器一次側的兩個輸入端之間，其一端與電平調整電路連接，另一端與驅動電路輸出端連接，輸出繼電器二次側的一端與電源模塊內部輸出端連接，另一端與電源模塊最終輸出端連接。特別地，所述驅動電路包括第一三極管、第一電阻和第二二極管；其中，第一電阻的一端與第一二極管的一端連接，另一端與第一三極管的基極、第一三極管的發射極和第二二極管的一端連接，第二二極管的另一端與電平調整電路和控制端口連接，第一三極管的集電極接地。
特別地，所述電平調整電路為上拉電路。特別地，所述上拉電路包括上拉電壓輸入端、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第
三二極管、第四二極管以及第二三極管；其中，上拉電壓輸入端與第二電阻的一端、第三電阻的一端和第一二極管的一端連接，第二電阻的另一端與第四電阻的一端和第二三極管的基極連接，第三電阻的另一端與第二二極管的發射極連接，第四電阻的另一端與第三二極管的一端連接，第三二極管的另一端與互鎖端口連接；第四二極管的一端與第二三極管的集電極連接，另一端與第二二極管的一端和控制端口連接。特別地，所述控制端口和第二二極管及第四二極管之間串聯接入有第五電阻，第五電阻的一端與控制端口連接，另一端與第二二極管的一端和第四二極管的一端連接。特別地，所述第一三級管和第二三極管均選用金屬-氧化物-半導體(MOS)管。本發明還公開了一種包含兩個上述互鎖電路的互鎖系統，其中，所述兩個互鎖電路包括第一互鎖電路和第二互鎖電路，第一互鎖電路的控制端口連接到第二互鎖電路的互鎖端口，第一互鎖電路的互鎖端口連接到第二互鎖電路的控制端口。本發明的有益效果(I)整個互鎖電路由幾個三極管、二極管及電阻構成，結構簡單，成本低廉，而且易于控制，直接驅動繼電器實現互鎖。(2)可靠，靈活。本發明可以嵌入到高頻開關電源模塊內部，隨高頻開關電源模塊一起工作，不在背板實現。(3)在互鎖狀態下，無論給被鎖定的高頻開關電源塊開通信號還是關斷信號，該模塊將始終被鎖定，除非該模塊獲得輸出控制權。
圖I為IGBT互鎖方式示意圖；圖2為器件互鎖方式示意圖；圖3為改進的器件互鎖方式示意圖；圖4為本發明實施例提供的第一互鎖電路的結構圖；圖5為本發明實施例提供的互鎖系統的結構圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。在實際應用中，本發明可以設置于高頻開關電源模塊的內部。現將并聯的兩個高頻開關電源模塊分別命名為第一高頻開關電源模塊和第二高頻開關電源模塊，設置于第一聞頻開關電源1旲塊和第~■聞頻開關電源1旲塊內部的互鎖電路分別命名為第一互鎖電路和第二互鎖電路。控制第一互鎖電路和第二互鎖電路的控制器分別為第一控制器和第二控制器。第一互鎖電路和第二互鎖電路均指本發明的互鎖電路，只是應用在了兩個高頻開關電源模塊中。如圖4所不,本實施例中第一互鎖電路包括第一控制端口 0UT_N1、第一互鎖端口0UT_L1、第一驅動電路401、第一電平調整電路402以及第一輸出控制電路403。所述第一控制端口 0UT_N1與第一驅動電路401輸入端連接，用于將第一控制器發出的電平信號輸入第一驅動電路401。所述第一互鎖端口 0UT_L1與第一電平調整電路402連接，用于向電平調整電路402輸入互鎖信號。所述第一驅動電路401與第一輸出控制電路403連接，用于根據輸入端的電平信號，控制第一輸出控制電路403導通或關閉。所述第一電平調整電路402與第一驅動電路401輸入端連接，用于根據互鎖信號調整第一驅動電路401輸入端的電平信號，使第一驅動電路401輸出關閉輸出的控制信號。所述第一輸出控制電路403與第一驅動電路401輸出端、第一高頻開關電源模塊的內部輸出端HOl和最終輸出端GOl連接，用于根據第一驅動電路401輸出端的控制信號，控制第一高頻開關電源模塊的輸出。
所述第一驅動電路401包括第一三極管Q01、第一電阻ROl和第二二極管D02。所述第一電平調整電路402為上拉電路，該上拉電路由第一上拉電壓輸入端V01、第一電阻R02、第三電阻R03、第四電阻R04、第三二極管D03、第四二極管D04以及第二三極管Q02組成。所述第一輸出控制電路403由第一輸出繼電器POl和第一二極管DOl組成。所述第一控制端口 0UT_N1和第二二極管D02及第四二極管D04之間還串聯接入有第五電阻R05，第五電阻R05的一端與第一控制端口 0UT_N1連接,另一端與第二二極管D02的一端和第四二極管D04的一端連接。其中，第一電阻ROl的一端與第一輸出繼電器POl的一端連接,另一端與第一三極管QOl的基極、第一三極管QOl的發射極和第二二極管D02的一端連接，第二二極管D02的另一端與第四二極管D04的一端和第五電阻R05的一端連接,第一三極管QOl的集電極接地。第一上拉電壓輸入端VOl與第一電阻R02的一端、第三電阻R03的一端和第一二極管DOl的一端連接，第一電阻R02的另一端與第四電阻R04的一端和第二三極管Q02的基極連接，第三電阻R03的另一端與第二二極管D02的發射極連接，第四電阻R04的另一端與第三二極管D03的一端連接，第三二極管D03的另一端與第一互鎖端口 0UT_L1連接；第四二極管D04的一端與第二三極管Q02的集電極連接，另一端與第二二極管D02的一端和第五電阻R05的一端連接。第一二極管DOl并聯連接在第一輸出繼電器POl —次側的兩個輸入端之間，其一端與第一上拉電壓輸入端VOl連接，另一端與第一電阻ROl的一端連接,第一輸出繼電器POl 二次側的一端與第一高頻開關電源模塊的內部輸出端HOl連接，另一端與第一高頻開關電源模塊的最終輸出端GOl連接。如圖5所示，圖5為本發明實施例提供的互鎖系統的結構圖。該互鎖系統應用于第一高頻開關電源模塊和第二高頻開關電源模塊的并聯，包括第一互鎖電路和第二互鎖電路。與第一互鎖電路相對應，本實施例中第二互鎖電路包括第二控制端口 0UT_N2、第二互鎖端口 0UT_L2、第二驅動電路501、第二電平調整電路502以及第二輸出控制電路503。所述第二驅動電路501包括第三三極管Q03、第六電阻R06和第六二極管D06。所述第二電平調整電路502為上拉電路，該上拉電路由第二上拉電壓輸入端V02、第七電阻R07、第八電阻R08、第九電阻R09、第七二極管D07、第八二極管D08以及第四三極管Q04組成。所述第二輸出控制電路503由第二輸出繼電器P02和第五二極管D05組成。第二輸出繼電器P02的一端與第五二極管D05的一端、第六電阻R06的一端、第八電阻R08的一端、第二上拉電壓輸入端V02及第三三極管Q03的發射極連接，另一端與第二高頻開關電源模塊的模塊內部輸出端H02及其模塊最終輸出端G02連接。所述第二控制端口 OUT_N2和第六二極管D06及第八二極管D08之間還串聯接入有第十電阻R010，第十電阻ROlO的一端與第二控制端口 OUT_N2連接，另一端與第六二極管D06的一端和第八二極管D08的一端連接。所述第一控制端口 0UT_N1與第一控制器和第二互鎖端口 0UT_L2連接，用于將第一控制器發出的驅動第一高頻開關電源模塊輸出的電平信號輸入第一驅動電路401和第二互鎖端口 0UT_L2。所述第一互鎖端口 0UT_L1與第一電平調整電路 402和第二控制端口 0UT_N2連接，用于將第二控制端口 0UT_N2輸入的電平信號輸入第一電平調整電路402。所述第一驅動電路401，與第一控制端口 0UT_N1和第一輸出控制電路403連接，用于根據輸入端的電平信號驅動第一輸出控制電路403導通，從而使第一高頻開關電源模塊輸出。所述第二電平調整電路502與第二互鎖端口 0UT_L2和第二驅動電路501連接，用于接收第二互鎖端口 0UT_L2輸入的電平信號，并根據該電平信號調整第二驅動電路501輸入端的電平信號，使第二驅動電路501關閉，最終第二輸出控制電路503關閉，第二高頻開關電源模塊無法輸出。以第一高頻開關電源模塊先啟動為例，該互鎖系統的具體工作過程如下第一控制器向第一控制端口 0UT_N1輸入低電平信號,此時，由于第一控制端口 0UT_N1與第二互鎖端口 0UT_L2相連，而第一互鎖端口 0UT_L1和第二控制端口 0UT_N2又處于高阻態，所以第一三極管QOl處于低電平，第一三極管QOl導通,第一輸出繼電器POl得電導通,第一高頻開關電源模塊開始輸出。此時如果第二控制器向第一控制端口 0UT_N1輸入低電平信號,欲使第二高頻開關電源模塊輸出，由于第一控制端口 0UT_N1已經將第一控制器輸出的低電平信號輸入給了第二互鎖端口 0UT_L2，而且第二互鎖端口 0UT_L2也接收了該低電平信號，即互鎖信號，因此，第二電平調整電路502開始工作，第四三極管Q04導通，第二上拉電壓輸入端V02將上拉電壓輸入第三三極管Q03的基極，因為上拉電壓是根據第二輸出繼電器P02的驅動電壓設定的，為高電平，所以無論第二控制器向第二控制端口 0UT_N2輸出低電平信號還是高電平信號，第二驅動電路501輸入端的電平信號將始終為高電平信號，從而第三三極管Q03無法導通，第二驅動電路501也就無法驅動第二輸出繼電器P02導通，第二高頻開關電源模塊不能輸出。需要說明的是，雖然本實施例中第一輸出控制電路403和第二輸出控制電路503均選用的是繼電器，第一三極管QOl至第四三極管Q04均選用的是NPN晶體管，第一二極管DOl至第五二極管D05均選用的是常用的普通二極管，但是本發明并不局限于此，第一輸出控制電路403和第二輸出控制電路503還可以選用接觸器來控制高頻開關電源模塊的輸出，第一三極管QOl至第四三極管Q04還可以選用MOS管，由于互鎖電路中二極管是用來防止并聯的兩個高平開關電源模塊中的互鎖電路交叉相連時形成回路，所以第一二極管DOl至第五二極管D05均可替換為其他的具有單向導電性的器件或可控開關器件如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、MOS管等。
本發明通過幾個三極管、二極管及電阻的相互配合就能實現并聯的兩個高頻開關電源模塊的互鎖，在互鎖狀態下，無論給被鎖定的高頻開關電源塊開通信號還是關斷信號，該模塊將始終被鎖定。以上所述僅為本發明的較佳實施 例，并 不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種互鎖電路，其特征在于，包括控制端口、互鎖端口、驅動電路、電平調整電路及輸出控制電路； 所述控制端口與驅動電路輸入端連接，用于將控制器發出的電平信號輸入驅動電路； 所述互鎖端口與電平調整電路連接，用于向電平調整電路輸入互鎖信號； 所述驅動電路與輸出控制電路連接，用于根據輸入端的電平信號，控制輸出控制電路導通或關閉； 所述電平調整電路與驅動電路輸入端連接，用于根據互鎖信號調整驅動電路輸入端的電平信號，使驅動電路輸出關閉輸出的控制信號； 所述輸出控制電路與驅動電路輸出端及電源模塊輸出端連接，用于根據驅動電路輸出端的控制信號，控制電源模塊的輸出。
2.根據權利要求I所述的互鎖電路，其特征在于，所述電平調整電路為下拉電路。
3.根據權利要求I或2所述的互鎖電路，其特征在于，所述輸出控制電路為接觸器。
4.根據權利要求I所述的互鎖電路，其特征在于，所述輸出控制電路包括輸出繼電器和第一二極管,其中,第一二極管并聯連接在輸出繼電器一次側的兩個輸入端之間，其一端與電平調整電路連接，另一端與驅動電路輸出端連接，輸出繼電器二次側的一端與電源模塊內部輸出端連接，另一端與電源模塊最終輸出端連接。
5.根據權利要求4所述的互鎖電路，其特征在于，所述驅動電路包括第一三極管、第一電阻和第二二極管； 其中，第一電阻的一端與第一二極管的一端連接，另一端與第一三極管的基極、第一三極管的發射極和第二二極管的一端連接，第二二極管的另一端與電平調整電路和控制端口連接，第一三極管的集電極接地。
6.根據權利要求5所述的互鎖電路，其特征在于，所述電平調整電路為上拉電路。
7.根據權利要求6所述的互鎖電路，其特征在于，所述上拉電路包括上拉電壓輸入端、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第三二極管、第四二極管以及第二三極管； 其中，上拉電壓輸入端與第二電阻的一端、第三電阻的一端和第一二極管的一端連接，第二電阻的另一端與第四電阻的一端和第二三極管的基極連接，第三電阻的另一端與第二二極管的發射極連接，第四電阻的另一端與第三二極管的一端連接，第三二極管的另一端與互鎖端口連接；第四二極管的一端與第二三極管的集電極連接，另一端與第二二極管的一端和控制端口連接。
8.根據權利要求7所述的互鎖電路，其特征在于，所述控制端口和第二二極管及第四二極管之間串聯接入有第五電阻，第五電阻的一端與控制端口連接，另一端與第二二極管的一端和第四二極管的一端連接。
9.根據權利要求8所述的互鎖電路，其特征在于，所述第一三級管和第二三極管均選用金屬-氧化物-半導體(MOS)管。
10.一種包括兩個如權利要求I所述的互鎖電路的互鎖系統，其特征在于，所述兩個互鎖電路包括第一互鎖電路和第二互鎖電路，第一互鎖電路的控制端口連接到第二互鎖電路的互鎖端口，第一互鎖電路的互鎖端口連接到第二互鎖電路的控制端口。
全文摘要
本發明公開一種互鎖電路及包含該互鎖電路的互鎖系統，其中，所述互鎖電路包括控制端口，與驅動電路輸入端連接，用于將控制器發出的電平信號輸入驅動電路；互鎖端口，與電平調整電路連接，用于向電平調整電路輸入互鎖信號；驅動電路，與輸出控制電路連接，用于根據輸入端的電平信號，控制輸出控制電路導通或關閉；電平調整電路，與驅動電路輸入端連接，用于根據互鎖信號調整驅動電路輸入端的電平信號，使驅動電路輸出關閉輸出的控制信號；輸出控制電路，與驅動電路輸出端及電源模塊輸出端連接，用于根據驅動電路輸出端的控制信號，控制電源模塊的輸出。本發明不僅結構簡單，成本低廉，而且靈活性高。
文檔編號H03K17/56GK102723932SQ201210202530
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年6月15日
發明者湯益鋒, 馬治國, 魏學業 申請人:北京鼎漢技術股份有限公司