專利名稱：使用數字輸出模塊提供冗余的功率控制的系統、方法和裝置的制作方法
使用數字輸出模塊提供冗余的功率控制的系統、方法和裝
背景技術：
本文描述的實施例通常涉及數字輸出模塊，更具體地說，涉及在單個數字輸出模塊內使用I-型電路將冗余的電源提供給負載。至少某些已知的輸出模塊僅僅能夠將電流匯集到負載或者從該負載發出電流，但是不能兩者都實現。這樣的已知的輸出模塊包括接收預定義輸入信號的輸入電路，以及基于輸入信號產生源信號或者匯信號的其它電路。此外，這樣的已知的輸出模塊包括從功率源發出功率到負載或者通過返回路徑將功率從負載匯集到功率源的輸出級電路。然而，這樣的已知的輸出模塊并不在單個模塊內既提供源驅動器又提供匯驅動器。此外，至少某些已知的控制系統既包括源輸出模塊又包括匯輸出模塊，連接源輸出模塊和匯輸出模塊形成用于提供冗余手段以便從負載移走功率的I型。然而，這樣的已 知的控制系統需要兩種模塊的獨立控制和編程以控制負載。這增加了控制系統的開發和試運行成本。此外，至少某些已知的輸出模塊能夠進行脈沖測試以證明負載的狀態改變能力。然而，必須對控制系統編程以便一前一后地操作獨立的源輸出驅動器模塊和獨立的匯輸出模塊用于在這樣的I型中配置的每個負載。這也增加了控制系統的開發和試運行成本，并且影響了控制器性能。

發明內容
在一個方面，提供了一種使用數字輸出模塊向負載提供冗余的功率控制的方法，該方法包括將至少一個源驅動器耦合至電壓供給(voltage supply)和第一輸出端子，將至少一個匯驅動器耦合至電壓返回(voltage return)和第二輸出端子，并且將負載耦合至第一輸出端子和第二輸出端子。該方法還包括感測至少一個源驅動器和至少一個匯驅動器的其中之一中的故障。在另一個方面，提供了一種數字輸出模塊，該數字輸出模塊包括各自配置成耦合至負載的第一輸出端子和第二輸出端子。該數字輸出模塊還包括耦合至第一輸出端子和電壓供給的至少一個源驅動器，以及耦合至第二輸出端子和電壓返回的至少一個匯驅動器，其中至少一個源驅動器和至少一個匯驅動器被配置成以通電-運行(energized-to-run)配置向負載提供冗余的功率控制。在又一個方面，提供了一種系統，該系統包括具有電壓供給和電壓返回的電壓電源、至少一個負載以及第一數字輸出模塊。該數字輸出模塊包括具有電壓供給端子、電壓返回端子、第一輸出端子和第二輸出端子的接線板，其中電壓供給端子耦合至電壓供給，電壓返回端子耦合至電壓返回，并且第一輸出端子和第二輸出端子耦合至至少一個負載。該數字輸出模塊還包括耦合至電壓供給端子和第一輸出端子的至少一個源驅動器，以及耦合至電壓返回端子和第二輸出端子的至少一個匯驅動器，其中第一數字輸出模塊被配置成通過第一輸出端子和第二輸出端子選擇性地向至少一個負載提供冗余的功率控制。


通過參考結合附圖的以下描述，可以更好地理解本文描述的實施例。圖I是具體為單個模塊的示范的數字輸出模塊的電路圖。圖2是在圖I所示的數字輸出模塊內設置的示范的I-型電路的電路圖。圖3是使用兩個圖2所示的I-型電路形成的示范的H-型電路的電路圖。圖4是說明使用圖2所示的I-型電路向負載提供冗余的功率的示范的方法的流程圖。
具體實施例方式本文描述了用于使用單個數字輸出模塊向負載提供冗余的功率的系統、方法和裝置的示范實施例。本文描述的實施例便于使用單個匯驅動器和單個源驅動器來在 以通電-運行(energized-to-run)配置提供功率控制冗余的單個數字輸出模塊內產生I-型電路。此外，本文描述的實施例便于使用兩個I-型電路來產生以通電-運行(energized-to-run)配置和通電-停機(energized-to-shutdown)配置提供功率控制功率冗余和可用性的H-型電路。此外，本文描述的實施例使得能夠進行脈沖測試I-型電路而無需處理器或者網絡接口裝置。本文描述的系統、方法和裝置的示范的技術效果包括以下至少其一 (a)為單個數字輸出模塊內的多個源驅動器和多個匯驅動器定向，使得源驅動器和相關聯的匯驅動器形成用于向負載提供冗余功率的I-型電路；(b)感測操作期間I-型電路的源驅動器或者匯驅動器中的故障；(c)向控制器指示驅動器的故障；(d)在未與外部處理器相互作用的情況下，在源驅動器或者匯驅動器上執行脈沖測試；以及(e)感測通過驅動器的電流，并且在過載狀態或者短路狀態下將驅動器斷電。圖I是具體為單個模塊的示范的數字輸出模塊100的電路圖。在示范的實施例中，數字輸出模塊100包括接線板102、多個源驅動器104和多個匯驅動器106。在示范的實施例中，源驅動器104的數量和匯驅動器106的數量相等。接線板102包括各自被配置成耦合至電壓電源(圖I未示出)的電壓供給端子108和電壓返回端子110。更具體地，電壓供給端子108被配置成耦合至電壓供給(圖I未示出)，并且電壓返回端子110被配置成耦合至電壓返回(圖I未示出)。此外，在示范的實施例中，接線板102包括各自被配置成耦合至負載(圖I未示出)的多個輸出端子112。例如，接線板102包括第一輸出端子114和第二輸出端子116。在示范的實施例中，每個源驅動器104耦合至電壓供給端子108和相關聯的第一輸出端子114。此外，每個源驅動器104包括開關裝置118和感測電阻120。開關裝置118被配置成耦合至外部處理器(未示出)。在示范的實施例中，開關裝置118是晶體管。作為備選，開關裝置118可以具體為機電式繼電器、固態繼電器、繼電器驅動器或者智能開關。在示范的實施例中，開關裝置118在第一端122處耦合至電壓供給端子108。感測電阻120在第一端124處耦合至開關裝置118的第二端126。此外，感測電阻120在第二端128處耦合至第二端128處的第一輸出端子114。另外，每個源驅動器104包括第一診斷端子130和第二診斷端子132。第一診斷端子130耦合至感測電阻第一端124，第二診斷端子132耦合至感測電阻第二端128。第一診斷端子130和第二診斷端子132使得通過感測電阻120的電流的測量能夠便于診斷短路保護、無負載檢測、過電流、開關裝置118的故障、和/或脈沖測試。在示范的實施例中，每個匯驅動器106耦合至電壓返回端子110和相關聯的第二輸出端子116。此外，每個匯驅動器106包括與源驅動器104相似的元件。具體地，每個匯驅動器106包括開關裝置134和感測電阻136。開關裝置134被配置成耦合至外部處理器(圖I未示出)。在示范的實施例中，開關裝置134在第一端138處耦合至電壓返回端子110。感測電阻136在第一端140處耦合至開關裝置134的第二端142。此外，感測電阻136在第二端144處耦合至第二輸出端子116。另外，每個匯驅動器106包括第一診斷端子146和第二診斷端子148。第一診斷端子146耦合至感測電阻第一端140，第二診斷端子148耦合至感測電阻第二端144。第一診斷端子146和第二診斷端子148使得通過感測電阻136的電流的測量能夠便于診斷短路保護、無負載檢測、過電流、開關裝置134的故障、和/或脈沖測試。
圖2是在單個數字輸出模塊(例如圖I所示的數字輸出模塊100)內設置的示范的I-型電路200的電路圖。I-型電路200以通電-運行(energized-to-run)配置提供功率控制冗余。更具體地，在示范的實施例中，I-型電路200包括源驅動器104和匯驅動器106。如上所述，源驅動器104包括第一開關裝置(例如開關裝置118)，其通過電壓供給端子108耦合至電壓供給202。源驅動器104還包括第一感測電阻(例如感測電阻120)，其耦合至第一開關裝置118和第一輸出端子114。第一輸出端子114 I禹合至負載204。此外，以及如上所述，匯驅動器106包括第二開關裝置(例如開關裝置134)，其通過電壓返回端子Iio耦合至電壓返回206。匯驅動器106還包括第二感測電阻(例如感測電阻136)，其耦合至第二開關裝置134和第二輸出端子116。第二輸出端子116耦合至負載204。在操作期間，利用流過第一感測電阻120和第二感測電阻136的電流的診斷來感測源驅動器104或者匯驅動器106中的故障。例如，如果感測到故障，例如第一開關裝置118短路故障或者第一輸出端子114耦合至電壓供給202，則將故障狀態傳遞給控制器(圖2未示出)。同樣地，如果感測到故障，例如第二開關裝置134短路故障或者第二輸出端子116耦合至電壓返回206，則將故障狀態傳遞給控制器。此外，在未使用外部處理器的情況下，I-型電路可用來脈沖測試源驅動器104和/或匯驅動器106。例如，為了在負載204被斷電時脈沖測試源驅動器104，起動匯驅動器106，并且通過脈沖啟動和脈沖關斷源驅動器104來快速起動和停用負載204，同時通過第一診斷端子130和146測量流過負載204的電流。如果檢測到電流通過負載204，則源驅動器104是工作的。同樣地，為了在負載204被斷電時脈沖測試匯驅動器106，起動源驅動器104，并且通過脈沖啟動和脈沖關斷匯驅動器106來快速起動和停用負載204，同時通過第一診斷端子130和146測量流過負載204的電流。如果檢測到電流通過負載204，則匯驅動器106是工作的。圖3是使用兩個數字輸出模塊(例如兩個圖I所示的數字輸出模塊100)形成的示范的H-型電路300的電路圖。H-型電路300以通電-運行(energized-to-run)配置和通電-停機(energized-to-shutdown)配置提供功率冗余。如圖3所示，H-型電路300包括兩個I-型電路200，例如第一 I-型電路302和第二 I-型電路304。相應地，H-型電路300包括第一源驅動器306、第二源驅動器308、第一匯驅動器310和第二匯驅動器312。第一源驅動器306和第一匯驅動器310各自包括實質上如圖2所示的相同的元件。具體地，第一源驅動器306包括第一開關裝置118、第一感測電阻120和第一輸出端子114。同樣地，第一匯驅動器310包括第二開關裝置134、第二感測電阻136和第二輸出端子116。第二源驅動器308包括第三開關裝置314、第三感測電阻316和第三輸出端子318。同樣地，第二匯驅動器312包括第四開關裝置320、第四感測電阻322和第四輸出端子324。在示范的實施例中，H-型電路300耦合至處理器326。具體地，每個開關裝置118、134、314和320都耦合至處理器326，并且被配置成接收來自處理器326的起動和停用命令。此外，H-型電路300包括多個阻塞二極管328、330、332和334。在示范的實施例中，當第二 I-型電路304為了維護而斷電或者處于任何其它非標準操作模式時，阻塞二極管328、330、332和334阻止來自第一 I-型電路302的電流給第二 I-型電路304加電。
在操作期間，流過第一感測電阻120和第三感測電阻316的電流的診斷用來分別感測第一源驅動器306或者第二源驅動器310中的故障。例如，如果感測到故障，如第一輸出端子114耦合至電壓供給202，則將故障狀態傳遞給處理器326。此外，如果在源驅動器306中感測到過載或者過電流狀態，則將源驅動器306斷電并且將故障狀態傳遞給處理器326。此外，在未使用外部處理器情況下，可將H-型電路300用于脈沖測試第一源驅動器306和第一匯驅動器308，或者脈沖測試第二源驅動器310和第二匯驅動器312。如上所述，每個I-型電路302和304的脈沖測試獨立操作。對于快速響應負載204，脈沖測試的獨立操作可非有意地給負載204通電。具體地，如果第一 I-型302的脈沖測試與第二 I-型304的脈沖測試重疊，則可給負載204通電。為了防止H-型電路300中負載204的不必要起動，處理器326調度不同模塊中的脈沖測試。在某些實施例中，脈沖測試不同模塊被調度成發生在這天的不同時間。例如，可在偶數小時測試第一 I-型電路302，以及可在奇數小時測試第二 I-型電路304。圖4是說明使用在單個模塊數字輸出模塊100(圖I所示)中設置的I-型電路200(圖2所示)向負載204 (圖2所示)提供冗余的功率控制的示范方法的流程圖400。在示范的實施例中，并且參考圖I和圖2，將至少一個源驅動器104耦合402至電壓供給202和第一輸出端子114。更具體地，將第一開關裝置118的第一端122耦合至電壓供給端子108，電壓供給端子108耦合至電壓供給202。此外，將第一感測電阻120的第一端124耦合至第一開關裝置118的第二端126。另外，將第一感測電阻120的第二端128耦合至第一輸出端子114。同樣地，將至少一個匯驅動器106耦合404至電壓返回206和第二輸出端子116。更具體地，將第二開關裝置134的第一端138耦合至電壓返回端子110，電壓返回端子110耦合至電壓返回206。此外，將第二感測電阻136的第一端140耦合至第二開關裝置134的第二端142。另外，將第二感測電阻136的第二端144耦合至第二輸出端子 116。此外,在不范的實施例中，將負載204 f禹合406至與第一輸出端子114和第二輸出端子116。然后I-型電路200通過源驅動器104和匯驅動器106向負載204提供408功率。在操作期間，基于經由第一診斷端子130和146測量的通過負載204的電流和/或負載204兩端的電壓，I-型電路200感測410源驅動器104或者匯驅動器106中的故障。更具體地，測量通過負載204、第一感測電阻120和第二感測電阻136的電流，以及測量第二診斷端子132和148處的電壓。如果沒有感測到故障410，則I-型電路200繼續操作和/或執行診斷。如果感測到故障412，則將故障消息傳遞給處理器326。上面詳細描述了使用單個數字輸出模塊向負載提供冗余的功率的系統、方法和裝置的示范實施例。系統、方法和裝置不限于本文描述的特定實施例，而是可以與本文描述的其它操作和/或部件無關地并且分開地來利用方法的操作和/或系統的部件和/或裝置。此外，所描述的操作和/或部件也可以在其他系統、方法和/或裝置中被限定，或者與其它系統、方法和/或裝置結合使用，并且不限于僅僅利用如本文描述的系統、方法和存儲介質來實施。除非另有說明，本文說明和描述的本發明實施例中的操作的執行或實施的順序并不是必需的。換句話說，可以任何順序實施操作，除非另有說明，并且本發明實施例可包括 額外的操作或者比本文公開的操作更少的操作。例如，預計了在另一個操作之前、同時、或者之后執行或者實施特定操作是在本發明多個方面的范圍內的。在某些實施例中，術語“處理器”通常指包括系統和微型控制器、精簡指令集電路(RISC)、特定用途集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路以及能夠執行本文所描述的功能的任何其它電路或者處理器的任何可編程系統。上述示例僅僅是示范性的，因此不打算以任何方式限制術語“處理器”的定義和/或含義。當介紹本發明或者其中的實施例的多個方面的要素時，冠詞“8”、“&11”、“訪6”和“所述”旨在表示存在有一個或者多個要素。術語“包含”、“包括”和“具有”旨在包含在內并且表示除了列示的要素可能還存在有另外的要素。本書面說明書使用示例(包括最佳方式)來公開本發明，并且還使用示例來使得任何本領域技術人員能夠實施本發明(包括制作和使用任何裝置或者系統以及執行任何合并的方法)。通過權利要求書來限定本發明的可取得專利權的范圍，并且本發明的可取得專利權的范圍可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其他示例具有未與權利要求書的字面語言不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求書的字面語言無實質性區別的相當的結構要素，則這樣的其他示例確定為在權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種使用數字輸出模塊向負載提供冗余的功率控制的方法，所述方法包括將至少一個源驅動器耦合至電壓供給和第一輸出端子；將至少一個匯驅動器耦合至電壓返回和第二輸出端子；將負載耦合至所述第一輸出端子和所述第二輸出端子；以及感測所述至少一個源驅動器和所述至少一個匯驅動器的其中之一中的故障。
2.根據權利要求I所述的方法，其中將至少一個源驅動器耦合至電壓供給和第一輸出端子包括將第一開關裝置的第一端耦合至所述電壓供給；將第一感測電阻的第一端耦合至所述第一開關裝置的第二端；以及將所述第一感測電阻的第二端耦合至所述第一輸出端子。
3.根據權利要求I所述的方法，其中將至少一個匯驅動器耦合至電壓返回和第二輸出端子包括將第二開關裝置的第一端耦合至所述電壓返回；將第二感測電阻的第一端耦合至所述第二開關裝置的第二端；以及將所述第二感測電阻的第二端耦合至所述第二輸出端子。
4.根據權利要求3所述的方法，其中感測所述至少一個源驅動器和所述至少一個匯驅動器的其中之一中的故障包括測量通過所述負載、以及所述第一感測電阻和所述第二感測電阻中至少之一的電流；基于所測量的電流，感測所述至少一個源驅動器和所述至少一個匯驅動器的其中之一中的故障。
5.根據權利要求I所述的方法，還包括響應于感測所述至少一個源驅動器和所述至少一個匯驅動器的其中之一中的故障而將故障狀態傳遞給處理器。
6.一種數字輸出模塊，包括配置成耦合至負載的第一輸出端子；配置成耦合至所述負載的第二輸出端子；耦合至所述第一輸出端子和電壓供給的至少一個源驅動器；以及耦合至所述第二輸出端子和電壓返回的至少一個匯驅動器，所述至少一個源驅動器和所述至少一個匯驅動器被配置成以通電-運行配置向所述負載提供冗余的功率控制。
7.根據權利要求6所述的數字輸出模塊，其中所述至少一個源驅動器包括被配置成產生功率以便向所述負載提供的第一開關裝置，所述第一開關裝置在第一端處耦合至所述電壓供應。
8.根據權利要求7所述的數字輸出模塊，其中所述至少一個源驅動器還包括具有第一端和第二端的第一感測電阻，所述第一感測電阻的所述第一端耦合至所述第一開關裝置的第二端，所述第一感測電阻的所述第二端耦合至所述第一輸出端子；耦合至所述第一感測電阻的所述第一端的第一診斷端子；以及耦合至所述第一感應電阻的所述第二端的第二診斷端子。
9.根據權利要求7所述的數字輸出模塊，其中所述至少一個匯驅動器包括配置成從所述負載返回功率的第二開關裝置，所述第二開關裝置在第一端處耦合至所述電壓返回。
10.根據權利要求9所述的數字輸出模塊，其中所述至少一個匯驅動器還包括具有第一端和第二端的第二感測電阻，所述第一端耦合至所述第二開關裝置的第二端，所述第二感測電阻的所述第二端耦合至所述第二輸出端子；耦合至所述第二感測電阻的所述第一端的第一診斷端子；以及耦合至所述第二感測電阻的所述第二端的第二診斷端子。
11.根據權利要求6所述的數字輸出模塊，其中將所述數字輸出模塊被配置成感測所述至少一個源驅動器和所述至少一個匯驅動器的其中之一中的故障；以及響應于感測到故障而將故障狀態傳遞給處理器。
12.根據權利要求6所述的數字輸出模塊，其中所述至少一個源驅動器包括多個源驅動器，以及所述至少一個匯驅動器包括多個匯驅動器，所述多個源驅動器中的每個源驅動器與所述多個匯驅動器中的相應的匯驅動器配對。
13.根據權利要求6所述的數字輸出模塊，其中所述數字輸出模塊被配置成在沒有處理器介入的情況下執行脈沖測試。
14.一種系統,包括電壓電源，所述電壓電源包括電壓供給和電壓返回；至少一個負載；第一數字輸出模塊，所述第一數字輸出模塊包括接線板，所述接線板包括電壓供給端子、電壓返回端子、第一輸出端子和第二輸出端子，所述電壓供給端子耦合至所述電壓供給，所述電壓返回端子耦合至所述電壓返回，所述第一輸出端子和所述第二輸出端子耦合至所述至少一個負載；至少一個源驅動器，耦合至所述電壓供給端子和所述第一輸出端子；以及至少一個匯驅動器，耦合至所述電壓返回端子和所述第二輸出端子，所述第一數字輸出模塊被配置成通過所述第一輸出端子和所述第二輸出端子選擇性地向所述至少一個負載提供冗余的功率控制。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述至少一個源驅動器包括配置成產生功率以便向所述至少一個負載提供的第一開關裝置，所述第一開關裝置在第一端處耦合至所述電壓供給端子；具有第一端和第二端的第一感測電阻，所述第一感測電阻的所述第一端耦合至所述第一開關裝置的第二端，所述第一感測電阻的所述第二端耦合至所述第一輸出端子；耦合至所述第一感測電阻的所述第一端的第一診斷端子；以及耦合至所述第一感測電阻的所述第二端的第二診斷端子。
16.根據權利要求15所述的系統，其中所述至少一個匯驅動器包括配置成從所述至少一個負載返回功率的第二開關裝置，所述第二開關裝置在第一端處耦合至所述電壓返回端子；具有第一端和第二端的第二感測電阻，所述第二感測電阻的所述第一端耦合至所述第二開關裝置的第二端，所述感測電阻的所述第二端耦合至所述第二輸出端子；耦合至所述第二感測電阻的所述第一端的第一診斷端子；以及耦合至所述第二感測電阻的所述第二端的第二診斷端子。
17.根據權利要求16所述的系統，其中所述第一開關裝置和所述第二開關裝置各自包括下列項中的至少一種晶體管、機電式繼電器、固態繼電器、繼電器驅動器和智能開關。
18.根據權利要求14所述的系統，其中所述第一數字輸出模塊被配置成感測所述至少一個源驅動器和所述至少一個匯驅動器的其中之一中的故障；以及響應于感測到故障而將故障狀態傳遞給處理器。
19.根據權利要求14所述的系統，其中所述至少一個源驅動器包括多個源驅動器，以及所述至少一個匯驅動器包括多個匯驅動器，所述多個源驅動器的每個源驅動器與所述多個匯驅動器的相應的匯驅動器配對。
20.根據權利要求14所述的系統，還包括第二數字輸出模塊，所述第二數字輸出模塊包括第二接線板，所述第二接線板包括電壓供給端子、電壓返回端子、第一輸出端子和第二輸出端子，所述電壓供給端子耦合至所述電壓供給，所述電壓返回端子耦合至所述電壓返回，所述第一輸出端子和所述第二輸出端子耦合至所述至少一個負載；至少一個源驅動器，耦合至所述電壓供給端子和所述第一輸出端子；以及至少一個匯驅動器，耦合至所述電壓返回端子和所述第二接線板的所述第二輸出端子，所述第二數字輸出模塊被配置成響應于所述第一數字輸出模塊的故障而通過所述第二接線板的所述第一輸出端子和所述第二輸出端子來選擇性地向所述至少一個負載提供冗余的功率控制。
全文摘要
一種使用數字輸出模塊向負載提供冗余的功率控制的方法，包括將至少一個源驅動器耦合至電壓供給和第一輸出端子，將至少一個匯驅動器耦合至電壓返回和第二輸出端子以及將負載耦合至第一輸出端子和第二輸出端子。該方法還包括感測至少一個源驅動器和至少一個匯驅動器的其中之一中的故障。
文檔編號G01R31/317GK102933976SQ201080063547
公開日2013年2月13日 申請日期2010年11月10日 優先權日2009年12月11日
發明者W.H.呂肯巴赫 申請人:通用電氣智能平臺有限公司