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CN1279820A - 监视交流开关的电路 - Google Patents

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Abstract

用于监视交流开关的状态－断开或闭合－的电路具有通过二极管和第一电阻器连接到第一数字部件的高电阻输入端的输入端。交流开关的一端连接到电源电压的相位,另一端连接到电路的输入端。第一数字部件的高电阻输入端通过第二电阻器连接到第二数字部件的输出端。根据一预定时期,第二数字部件的输出端或连接到电源电压的中性点,或带有一大于第一数字部件的输入端的阈值电压。在第一数字部件的输出端展示的、与输入端相联系的是一个信号,从该信号可以推断出,交流开关是否闭合以及二极管和第二电阻器是否完整或者交流开关是否断开。

Description

监视交流开关的电路
本发明涉及一种监视交流开关的电路，特别涉及一种用于监视交流开关状态的电路。
这种类型的开关例如用在用于控制和监视以石油为燃料和以天然气为燃料的系统的燃烧器和点火设备、以及用于监视诸如燃料阀和风门片的控制部件的开关的设备中，其中，微处理器评价通过电源电压传送信号线提供的信息项目(item)，并产生适当的控制命令。尤其对于在启动过程和石油和天然气燃烧器的操作中需要的安全方面，为了能在危险情况出现之前检测开关设备的故障，必须经常检查诸如燃油阀之类的开关设备的断开性能，其中，这些开关设备切换在安全方面是非常关键的负载。
较早优先权的德国专利说明书No 30 44 047和德国专利说明书No 3041 521 C2公开了一种用于燃油炉的控制设备，如监视交流开关状态的电路，其中，通过放大器将关于继电器和传感器触点的开关状态的信息项目发送给微处理器。将继电器触点的开关状态通过电源电压传送信令线提供给相应的放大器，该放大器将其输出端连接到微处理器的输入端，从而后者必须具有对应于放大器数目的多个输入端。将诸如光耦合器或变压器的分隔构件用于信令线和微处理器的电流分隔。在该设备中，每个信号电压有一个分隔构件。将微处理器编程为实施多个检查操作，以确认带有切换负载的系统是否在实际上以正确的方式通过一个接通相位(phase)。出于这个目的，由微处理器读入信号，并与基准值进行比较。在有缺陷负载状态的情况下，微处理器切断该负载。
另外，在一种已知于德国公开申请(DE-OS)No 41 37 204的用于监视交流开关的设备中，电源电压传送信令线通过光耦合器连接到一个交流电压检测器的询问单元。在该设备中，信令线通过各自的低通构件连接到光耦合器，其中低通构件包括电阻器和与其串联的电容器。交流开关的开关状态通过信令线询问并存储。在连接询问单元下游的评价单元中，将开关状态与一个基准状态-断开或闭合-进行比较，并据此形成开关状态信号，该开关状态信号对于所涉及的所有交流开关包括至少一项信息-差错或无差错。从开关状态信号确定出哪一个交流开关在需要时可以不再切断是不可能的，所以出于诊断目的的简单显示是不可能的。
欧洲专利EP 660 043和660 044也公开了用于监视交流开关的电路。然而，这些电路不能以连续的方式对在安全方面相关的部件的正确的可操作性进行检查。
本发明的目的是提供用于监视交流开关的电路，通过该开关可以将一个负载切换到电源电压，该开关可以被相对于电源电压的中性点进行馈电，并且可以在任何时候以电路操作的连续方式就其可操作性检查其在安全方面相关的部件。
为实现本发明的目的，本发明提供一种用于监视交流形状(2)的状态-断开或闭合-的电路，其中交流开关的一端连接到电源电压的相位，其另一端连接到电路的输入端，其特征在于，输入端通过二极管和第一电阻器连接到第一数字部件的高电阻输入端，第一数字部件的高电阻输入端通过第二电阻器连接到第二数字部件的输出端，根据一个预定时期，第二数字部件的输出端或者连接到电源电压的中性点，或者带有一个大于第一数字部件的输入端的阈值电压，以便可以从在第一数字部件的输出端的、与输入端相联系的信号推断出交流开关是否闭合以及二极管和第二电阻器是否完整或者交流开关是否断开。
下面参照附图更详细地说明本发明的实施例，其中：
图1显示了用于监视交流开关的电路，
图2、3a、3b和4显示了电压和信号图，
图5显示了电路的第一个延伸，以及
图6显示了电路的第二个延伸。
图1显示了用于监视交流开关2的电路1。电路1由相位P和中性点N之间的电源电压UPN供电。交流开关2可以例如如图1中的虚线所示地将负载3连接到电源电压UPN。在这种情况下，交流开关2和负载3串联连接，交流开关2的一端连接到相位P，负载3的一端连接到中性点N。在交流开关2和负载3之间的抽头连接到电路1的输入端4。
然而，交流开关2还可以是一个其位置-断开或闭合用作为一个信令或控制信号的开关。举例来说，可能会提到，交流开关2是一个一旦超过预定温度则断开的过热开关，或者交流开关2是一个一旦设备项目达到预定位置则断开(或闭合)的限位开关。在这种情况下，负载3仅仅在图1中象征性地省略。因此，在所有情况下，交流开关2的一端与电源电压UPN的相位P相连，另一端与电路1的输入端4相连。
具有通常的馈压端VDD和Vss的电路1以已知方式由电压UPN馈电，例如是从二极管5、电阻器6、齐纳二极管7和电容器8形成的电压部分，并且馈压端Vss与中性点N相连。而电路1的馈电还可以以另一种方式起作用，例如通过变压器，随后进行整流、稳定和对中性点N的电流耦合。
输入端4通过二极管9和第一电阻器10连接到第一数字部件12的高电阻输入端11。第二电阻器13将高电阻输入端11连接到第二数字部件15的输出端14。两个数字部件12和15的输入端11和输出端14分别通过保护性二极管16照常连接到馈压端VDD和中性点N。
出于安全的原因，部件缺陷将不会得到这样的结果，即，电路1将断开的交流开关2解释为一个闭合的交流开关2。因此，从安全角度考虑会导致一个危险结果的所有部件缺陷必须由电路1自动检测。部件测试的实施是为这个目的而提供的。例如，如果作为缺陷的结果而使二极管9短路，则在电路1的输入端4电容耦合的信号将不会得到电路1不正确地通知交流开关2闭合的结果。在电阻器13中的中断也导致在第一数字部件12的输入端11的电压的改变。这也将不会导致关于交流开关2的位置的在安全方面很危险的结果。采用一种作为缺陷只允许中断而不是短路的技术来产生电阻器10和13。因此，为中断而测试电阻器10和13就足够了。
查询交流开关2的位置的操作的实施以及与部件9、10和13的可操作性有关的部件测试的实施可以以在时间上分开的过程实现，或通过一个常用过程实现。
在不检查部件的情况下对交流开关2的状态-断开或闭合-的询问可以由连接到中性点N的数字部件15的输出14来实现。图2显示了作为时间t的函数的交流开关2的两个状态，闭合或断开：
a)在二极管9的输入端的电压配置，
b)在二极管9的输出端的电压配置，
c)在第一数字部件12的输入端11的电压配置，
d)采样脉冲，以及
e)在第一数字部件12的输出端17(图1)的二进制信号0或1，该信号是以采样脉冲对加到第一数字部件12的输入端11上的电压进行采样而产生的。
因为数字部件12和15(图1)中的保护性二极管16，在第一数字部件12的输入端11的当交流开关2闭合时的电压配置在实际上成矩形，并与电压UPN同相。电阻器10和13用作为分压器。在每个扫描脉冲，在数字部件12的输出端17出现一个二进制信号0或1，该二进制信号指明在输出端11的电压是比阈值电压Us低还是高，其中阈值电压Us是由输入端11确定的，例如为2．5V。对采样的进一步评价例如可以通过对在一给定时段内出现的信号0和1分别进行求和而实现，该时段长于电源周期的一半。当交流开关2断开时，该和必须为零。当交流开关2闭合时，在一方面，该和必须给出一个不同于零的有限值，在另一方面，在所述时段内的信号值必须既包含值0又包含值1。
通过部件测试可以检查是二极管9未短路还是电阻器10或13之一被中断，为了执行部件测试，将一个大于阈值电压Us的正电压加到第二数字部件15的输出端14上。如果电阻器13是完整的(intact)，则在第一数字部件12的输入端11的电压也大于阈值电压Us。将正电压加到输出端14上的时段比电源半波时间长，比电源全波时间短。当在第一数字部件12的输出端17出现的信号并不对应于所期望的信号时，则出现部件故障，这将在下面进行更详细的说明。
图3a和3b再次对交流开关2的两个状态-闭合和断开-显示了完整和短路二极管9的情况，作为时间温度的函数：
a)在二极管9的输出端的电压配置，
b)在第一数字部件15的输出端14的电压配置，
c)在第一数字部件12的输入端11的电压配置，
a)采样脉冲，以及
e)在第一数字部件12的输出端17的信号。
如果交流开关2闭合，二极管9和电阻器10和13是完整的(图3a)，则当输入端11的电压超过阈值电压Us时，作为电流正电源半波的结果或作为第二数字部件15的输出端14的正电压的结果，值为1的信号出现在第一数字部件12的输出端17。
相反，在二极管9短路的情况下(图3b)，值为1的信号只出现在正电源半波期间：在负电源半波期间，在第一数字部件12的输入端11的电压低于阈值Us，从而值为0的信号出现在第一数字部件12的输出端17。
如果电阻器10被中断，则在第一数字部件12的输入端11的电压与交流开关2的位置无关，等于在第二数字部件15的输出端14的电压，即，与在第二数字部件15的输出端14的电压同相的信号1或0出现在第二数字部件12的输出端17。
如果电阻器13被中断，则在第一数字部件12的输入端11的电压与在第二数字部件15的输出端14的电压无关。则在第一数字部件12的输出端17的信号与在电路1的输入端4的电压同相。
如果交流开关2断开，则在第一数字部件12的输入端11的电压只依赖于在第二数字部件15的输出端14的电压以及电阻器13是完整的还是中断的。如果电阻器13是完整的，则在第一数字部件12的输出端17的电压必须与在第二数字部件15的输出端14的电压同相。如果电阻器13被中断，则只有信号0可以出现在第一数字部件12的输出端17。
下表给出了关于各种选项的概述。第一列用符号显示了交流开关2是断开的还是闭合的，以及二极管9和电阻器10和13是否是完整的。在第二列中的数N指明，当在每个电源全波提供二十个采样脉冲时，以及在一个包括十四个采样脉冲的时段期间当在第二数字部件15的输出端14的电压在阈值电压Us之上时，有多少值为1的信号出现在第一数字部件12的输出端17。
Figure 9881123100081
因此，部件测试必须给出一个数N，该数N大于或等于14。如果交流开关2闭合，那么，如果数N≥14则二极管9和电阻器10和13是完整的。如果交流开关2断开，则只有电阻器13能被检查。如果数N=14，则它是完整的。如果部件测试给出一个小于14的数N，则存在部件故障。如果部件测试给出一个大于或等于14的数N，则如上所述，交流开关2的状态-断开或闭合-可以由一个询问操作来建立，在询问操作中，第二数字部件15的输出端14连接到中性点N。
现在参考图4说明一个实施例，其中，以一单个过程执行对交流开关2的位置的询问和对部件可操作性的检查。第二数字部件15的输出端14一般能达到中性点N的电平，但在频率R以规则的间隔将其设置到一个较高电平，持续时间为一单个采样脉冲的持续时间，在该较高电平，在第一数字部件12的输入端11的电压超过阈值电压Us。在电源全波TN期间，产生M个采用脉冲，并对在第一数字部件12的输出端17的二进制采样值进行求和，给出和Z。附图分别显示了作为时间t的函数的交流开关2的两个状态，闭合和断开：
a)在二极管9的输出端的电压配置，
b)在第二数字部件15的输出端14的电压配置，
c)在第一数字部件12的输入端11的电压配置，
d)采样脉冲，以及
e)在第一数字部件12的输出端17的信号。
下表显示了和Z的可能值及其意义，其中，在可普遍应用的细节之外，该表还描述了关于特定例子M=32和R=8的细节。
和Z 对于M=32和R=8 交流开关2     部件状态
的和Z
 Z=0     Z=0  ?     电阻器13中断
 Z=R     Z=8  断开     电阻器13完整；
    二极管9和电阻器10未知
 Z=M／2     Z=16  闭合     二极管9的短路或电阻器13的中断；
    电阻器10完整
 Z=M／2+R／2     Z=20  闭合     二极管9、电阻器10和13完整
 Z=M     Z=32  ?     输入端11或输出端14与VDD永久相连
因此，Z=M／2+R／2表示交流开关2“闭合”，部件9、10和13完整。Z=R表示交流开关2“断开”，在这种情况下，二极管9和电阻器10的状态不能确定。然而，另外，如果一旦在输出端14的电压高于阈值电压Us，则进行检查以确定输出端17是否带有采样值“1”，则有可能从其确定是二极管9短路还是电阻器13中断。相反，电阻器10的中断总被解释为交流开关2“断开”。这个过程具有如下优点，即，有可能在一个电源波内确定是否存在破坏部件缺陷以及交流开关2正采取哪个位置。从安全的角度考虑，如果Z的值从正确值偏离±1，则是可以容忍的。更具体地，则没有必要使采样脉冲的频率与电源电压同步。
图5显示了电路1的一个延伸，通过该延伸可以监视多个交流开关。这个电路的特性在于第二电阻器13都连到一个公共输出端14。这里采用了晶体管级18、19来代替也可以使用的数字部件12、15(图1)。
图6显示了电路1的一个延伸，其中，第一数字部件12的输入端11还可以作为输出端连接，第二数字部件15的输出端14还可以作为输入端连接。因此，输入端11和输出端14是双向端口20、21。第一电阻器10的端子通过电阻器22连接到第一端口20，通过又一个电阻器23连接到第二端口21。关于端口20、21的电路配置因此是对称的，使得端口20、21的功能-“输入”或“输出”-是可互换的。因此，测试的重复、以及两个端口20、21的电路可以分别作为输入端和输出端互换表示也有可能检查数字部件12和15的可操作性。
电路1(图1和6)比已知电路具有如下优势，当交流开关2断开时，有可能抑制以电容接入的作为寄生线电容的结果的交流电压。接入的交流电压由二极管9整流。线电容被极化，从而使接入的交流电压在直流上移位接入交流电压的峰值。以这样一种方式安排二极管9，使得接入交流电压具有一个负的直流电压分量。电容接入的交流电压因此不能影响在第一数字部件12的输出端17的信号。

Claims (4)

1．一种用于监视交流开关(2)的状态-断开或闭合-的电路(1)，其中交流开关(2)的一端连接到电源电压(UPN)的相位(P)，其另一端连接到电(1)的输入端(4)，其特征在于，输入端(4)通过二极管(9)和第一电阻器(10)连接到第一数字部件(12)的高电阻输入端(11)，第一数字部件(12)的高电阻输入端(11)通过第二电阻器(13)连接到第二数字部件(15)的输出端(14)，根据一个预定时期，第二数字部件(15)的输出端(14)或者连接到电源电压(UPN)的中性点(N)，或者带有一个大于第一数字部件(12)的输入端(11)的阈值电压(Us)，以便可以从在第一数字部件(12)的输出端(17)的、与输入端(11)相联系的信号推断出交流开关(2)是否闭合以及二极管(9)和第二电阻器(13)是否完整或者交流开关(2)是否断开。
2．如权利要求1所述的适于监视多个交流开关(2)的电路(1)，其特征在于，与每个交流开关(2)相联系的是其本身的第一数字部件(12)的高电阻输入端(11)，第二数字部件(15)的输出端(14)用作为所有交流开关(2)的公共输出端(14)。
3．如权利要求1或权利要求2所述的电路(1)，其特征在于，第一数字部件(12)的输入端(11)和第二数字部件(15)的输出端(14)是双向端口(20；21)。
4．如权利要求1至3中的一个所述的电路(1)，其特征在于，采用晶体管级(18；19)来代替数字部件(12；15)。
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