具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本实施例提供一种基于分立器件的动态安全开关装置，包括直流隔离电路、负压生成电路、前级驱动电路和执行器件；

所述直流隔离电路的一端作为控制输入端，用于在正常工作时输入PWM信号；所述直流隔离电路的另一端连接所述负压生成电路，以在直流隔离电路过滤掉直流信号后，作用于负压生成电路生成负压信号；所述负压生成电路还用于在控制输入端的PWM信号异常或者电路内部自身异常时不生成负压信号；所述负压生成电路连接所述前级驱动电路，以根据负压信号的有无驱动前级驱动电路的启闭；所述前级驱动电路连接所述执行器件的控制端，以根据所述前级驱动电路的启闭，驱动执行器件的通断；所述执行器件的通断连接端作为本动态安全开关装置的开关连接端。

具体的，所述直流隔离电路包括电容C1；所述负压生成电路包括二极管D1、二极管D2和电容C2；所述前级驱动电路包括三极管Q1；所述执行器件包括电阻R1、电阻R2和PMOS管Q2；所述电容C1的一端作为控制输入端；所述电容C1的另一端连接所述二极管D2的阴极，所述二极管D1的阳极连接所述二极管D2的阴极，所述二极管D1的阴极接地，所述电容C2的一端连接所述二极管D2的阳极，所述电容C2的另一端接地；所述二极管D2的阳极连接所述三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的基极接地，所述三极管Q1的集电极连接所述电阻R2的一端；所述电阻R2的另一端连接所述PMOS管Q2的栅极，所述电阻R1并接在所述PMOS管Q2的漏极和栅极之间；所述PMOS管Q2的漏极和源极作为本动态安全开关装置的开关连接端。

本发明的动态安全开关装置所要解决的问题是使用分立器件实现了一种动态开关电路，实现了在输入端发生异常时，能够自动进入关断状态，解决了在控制系统中，当输入单元失效时，设备可以有效地导入故障安全状态，使设备运行在一种更高的安全级别。

为了方便理解本发明动态安全开关装置，下面将首先从图1的设计框图来对整个设计思想以及如何避免危险失效产生进行原理性描述。

为解决失效后设备能够正常关闭输出，导向失效安全状态，本方案采用了以下的设计思路和方法：

如图1所示，该发明从功能上使用了四部分电路进行设计，分别是：直流隔离电路、负压生成电路、前级驱动电路和执行器件；电路正常工作时，PWM信号经过直流隔离电路，过滤掉可能出现的直流信号，使通过的交流信号作用于负压生成电路，交流信号可以使负压生成电路产生小于-1V的负压信号，从而驱动依靠负压才能开启的前级驱动电路，使前级驱动开启驱动执行器件工作。当外部PWM信号异常或者电路内部自身异常时，负压电路将无法正常生成负压，失去负压后驱动电路将停止工作，从而不能够正常开启执行器件，使执行器件关闭导向失效安全状态。

直流隔离电路的作用是隔离外部的直流信号，该电路可以通过有高低电平变化的交流信号阻隔因前级失效或者正常关闭输出的直流信号，对于外部信号来说，一般外部的PWM控制信号的失效模型包括开路、短路到低电平、短路到高电平或者短路到某个固定电平等形式，在上述任何失效的情况下，电容C1的后端都会出现一个固定的电平值，依靠动态生成负压的负压生成电路，遇到固定电平时将停止负压生成工作。

负压生成电路的作用是通过输入的交流信号产生出一个小于-1V的电压信号，当经过电容C1高电平时，二极管D1瞬间放电，此时电容C1上充电达到VCC-VD1，VD1为二极管D1上的正向压降，一般为0.2~0.3V，如果VCC为5V时，电容C1一般充电后能有4.7~4.8V左右的电压，当经过电容C1的高电平瞬间变成低电平时，此时，电容C1给通过二极管D1给电容C2充电，充电后电容C2上便可以聚集上一个负向的电压，通过该负向电压便可以启动前级驱动电路。

前级驱动电路的作用是通过产生的负压信号进行开启，从而驱动后级的执行器件，使执行器件启动；三极管Q1的基极固定于0电平处，正常情况下三极管Q1是处于关闭状态的，即基极和发射极电位相等，当三极管Q1的发射极有一个负压信号产生时，三极管Q1的基极和发射极将形成一个电压差，当压差大于三极管Q1的启动电压时，三极管Q1将正常驱动后级执行器件进行导通工作。

执行器件是本发明装置的最终执行元件，PMOS管Q2为最终关断器件，电阻R1用于上拉分压电阻，电阻R2用于分压限流，当前级驱动电路启动后将PMOS管Q2的G极拉低，使其S极和G极之间形成压差，从而使其正常导通开启。

本发明装置运行过程中PWM的外部输入异常已经通过上面进行了分析，现在对该装置内部各个器件失效时所造成的影响进行分析：

当电容C1失效时，电容C1短路，此时不影响该装置的正常运行和安全关断，电容C1开路时，负压生成电路无法工作，执行器件进入故障安全模式。负压生成电路中的任何一个元件发生开路、短路故障时，该负压生成电路都将无法正常生成负压电压信号，从而无法驱动执行器件关断，使其进入故障安全状态。

本发明装置可以有效的应用到多种场合及设备当中，如图3所示，便是一种典型的使用场景，其中，该装置可以由MCU或者其它的逻辑电路控制，Vin和Vout可以串接接入到相关安全电路的供电回路中，如图3所示，当MCU输出的PWM波异常时，Vin和Vout之间便可以快速的切断，切断后，将使安全回路导向故障安全状态，从而保护后级设备安全。例如，可以将图3所述的场景使用到工业仪表当中，在工业仪表中，对于大多数场合来说，4-20mA电流输出和继电器节点输出便是常见的安全输出量，同样的如图3所述的场景用于将Vin和Vout串接接入到4-20mA电流输出回路的供电，或者切断继电器输出回路的供电当中，在设备运行过程中，对于MCU而言容易受到工业现场的各种辐射、磁场以及宇宙射线等影响造成MCU的工作异常，一旦MCU输出的PWM波形出现异常或失效，对应的安全仪表中的4-20mA或者继电器将快速的断开供电，从而使正常的4-20mA的输出变为0mA输出，使仪表导向故障安全状态，保证次级设备识别故障并进入安全状态。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。