一种电器设备的上电自检装置和电器设备的制作方法

1.本发明属于上电控制技术领域，具体涉及一种电器设备的上电自检装置和电器设备，尤其涉及一种用电设备的上电硬件自检电路、以及具有该上电硬件自检电路的电器设备。


背景技术：

2.随着科技的发展，在各种各样的场合都充斥着各种各样的电器设备，设备(如电器设备)的短路运行，会产生极大的危险，特别是大型设备，会产生烧毁，甚至爆炸的情况，严重危害到人身财产的安全。
3.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种电器设备的上电自检装置和电器设备，以解决电器设备可能会短路运行，存在极大的安全隐患的问题，从而，通过在电器设备上电的情况下使电器设备进行自检，以在自检通过的情况下才允许电器设备通电运行，至少能够提高电器设备自身的安全性。
5.本发明提供一种电器设备的上电自检装置中，所述电器设备，具有n个用电网络，n为正整数；n个所述用电网络中的当前待测用电网络，记为当前用电网络；所述电器设备的上电自检装置，包括：供电单元、隔离单元和开关单元；其中，所述供电单元，被配置为在所述电器设备上电的情况下，对所述隔离单元和所述开关单元进行供电；所述隔离单元，被配置为以所述供电单元提供的一个供电信号为第一待测信号，并以所述当前用电网络中的任一个测试点处的信号为第二待测信号，测试所述第一待测信号与所述第二待测信号之间是否发生短路故障：若所述第一待测信号与所述第二待测信号之间未发生短路故障，则输出第一隔离信号；若所述第一待测信号与所述第二待测信号之间发生短路故障，则输出第二隔离信号；所述开关单元，被配置为在接收到所述第一隔离信号的情况下，控制所述电器设备的设备主电源向所述电器设备供电；在接收到所述第二隔离信号的情况下，控制所述电器设备的设备主电源不向所述电器设备供电。
6.在一些实施方式中，所述供电电源，包括：单独设置的第一弱电电源，或者由所述电器设备的设备主电源转换得到的第二弱电电源。
7.在一些实施方式中，所述隔离单元，包括：电压转换模块和光耦模块；其中，所述电压转换模块，设置在所述供电单元的输出端，并输出两路供电信号；两路供电信号，包括：正供电信号和负供电信号；所述正供电信号，输入至所述光耦模块中二极管侧的阳极；所述第二待测信号，输入至所述光耦模块中二极管侧的阴极；所述负供电信号，作为所述第一待测信号；所述供电单元，还连接至所述光耦模块中晶体管侧的集电极；所述光耦模块中晶体管侧的发射极，连接至所述开关单元。
8.在一些实施方式中，所述隔离单元，还包括：第一限流模块和第二限流模块；其中，所述第一限流模块，设置在所述正供电信号与所述光耦模块中二极管侧的阳极之间；所述第二限流模块，设置在所述供电单元与所述光耦模块中晶体管侧的集电极之间。
9.在一些实施方式中，所述开关单元，包括：第一开关管模块和第二开关管模块；其中，所述光耦模块中晶体管侧的发射极，连接至所述第一开关管模块的控制端；所述供电单元，还连接至所述第一开关管模块的第一连接端；所述第一开关管模块的第二连接端，连接至所述第二开关管模块的控制端；所述第二开关管模块的第一连接端，连接至所述电器设备；所述第二开关管模块的第二连接端，连接至所述电器设备的设备主电源。
10.在一些实施方式中，所述第一开关管模块，包括：三极管，所述三极管为pnp型三极管；所述第二开关管模块，包括：继电器；所述第一开关管模块的控制端，为所述三极管的基极；所述第一开关管模块的第一连接端，为所述三极管的发射极；所述第一开关管模块的第二连接端，为所述三极管的集电极；所述第二开关管模块的控制端，为所述继电器的线圈端；所述第二开关管模块的第一连接端，为所述继电器的常开触点的第一连接端；所述第二开关管模块的第二连接端，为所述继电器的常开触点的第二连接端。
11.在一些实施方式中，所述开关单元，还包括：延时模块；所述延时模块，设置在所述供电单元与所述第一开关管模块的第一连接端之间。
12.在一些实施方式中，还包括：报警模块；所述报警模块，设置在所述光耦模块中晶体管侧的发射极。
13.在一些实施方式中，还包括：第三限流模块；所述第三限流模块，设置在所述光耦模块中晶体管侧的发射极与所述报警模块之间。
14.与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电器设备，包括：以上所述的电器设备的上电自检装置。
15.由此，本发明的方案，通过设置电器设备的自检电路，通过该自检电路，对电器设备内部的任一用电网络的两个待测点进行检测，以确定该用电网络的两个待测点之间是否短路：若短路则断开该用电网络的供电电源，若未短路则开通该用电网络的供电电源，从而，通过在电器设备上电的情况下使电器设备进行自检，以在自检通过的情况下才允许电器设备通电运行，至少能够提高电器设备自身的安全性。
16.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
17.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
18.图1为本发明的电器设备的上电自检装置的一实施例的结构示意图；
19.图2为上电自检电路的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做
出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.随着设备的使用年限增加，设备线路会无法避免的老化，且环境对设备也会产生许多的不利因素，特别是在一些工业应用场合，对设备而言环境极其恶劣，通过常规的防尘散热等规避环境影响方案，会随着时间的推移慢慢失效，或是因操作人员的失误，最终会导致一些情况如下：
22.(1)设备自然老化导致设备内部的线缆导线等连接线腐蚀受损，造成短路且常规的检查较难发现。
23.(2)就开发者而言，在开发调试阶段，因疏忽而造成重要的网络短路，导致上电造成危险。
24.(3)在许多应用场合会无法避免的产生各种导电性的杂质或是环境极为潮湿等情况，当设备的防护失效(防尘防潮)，就会导致设备内部线路短路，设备运行时产生危险。
25.(4)设备操作人员误操作导致线路连接错误，从而短路产生危险。
26.(5)设备密封或是环境拥挤导致设备内部的检查困难。
27.在设备的运行中，短路情况是最为危险的情况之一，一旦设备短路，在不知情的情况下给设备供电，将会导致及其严重的后果，特别对于大型设备，将会造成巨大的损失。硬件短路的原因很多，在通过普通的设备检查下，很多种的短路情况不易被发现。
28.考虑到，在设备运行前，必须确保设备的线路没有短路的情况发生，很多情况肉眼是无法判断的，而且很多场合也没有给操作工去检测的条件。因此，就需要设备自行去判断内部的线路情况。本发明的方案，提出一种上电的硬件自检方案，如一种电器设备的上电自检装置。
29.根据本发明的实施例，提供了一种电器设备的上电自检装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该电器设备的上电自检装置可以包括：所述电器设备，具有n个用电网络，n为正整数。n个所述用电网络中的当前待测用电网络，记为当前用电网络。所述电器设备的上电自检装置，包括：供电单元、隔离单元和开关单元。所述供电单元，分别为所述隔离单元和所述开关单元供电。所述隔离单元，设置在所述开关单元的前端。所述开关单元，设置在所述电器设备与所述电器设备的设备主电源之间。
30.其中，所述供电单元，被配置为在所述电器设备上电的情况下，对所述隔离单元和所述开关单元进行供电。
31.所述隔离单元，被配置为以所述供电单元提供的一个供电信号为第一待测信号，并以所述当前用电网络中的任一个测试点处的信号为第二待测信号，测试所述第一待测信号与所述第二待测信号之间是否发生短路故障：若所述第一待测信号与所述第二待测信号之间未发生短路故障，则输出第一隔离信号。若所述第一待测信号与所述第二待测信号之间发生短路故障，则输出第二隔离信号。
32.所述开关单元，被配置为在接收到所述第一隔离信号的情况下，控制所述电器设备的设备主电源向所述电器设备供电。在接收到所述第二隔离信号的情况下，控制所述电器设备的设备主电源不向所述电器设备供电。
33.在本发明的方案中，通过上电的硬件自检方案，在设备运行前检查重要位置是否短路，以在短路时禁止充电，防止设备损坏，进而保证设备及操作人员的安全。从而，解决了因设备自然老化，而导致的短路运行情况，至少能够提高电器设备自身的安全性。解决了因
短路带来的研发调试风险，防止因短路烧毁而影响开发进度。解决了因环境中带电物质造成的短路运行情况。解决了因操作人员误操作导致的短路行情况。也解决了因设备周围条件不允许而无法对设备内部情况进行排查的情况。
34.在一些实施方式中，所述供电电源，包括：单独设置的第一弱电电源，或者由所述电器设备的设备主电源转换得到的第二弱电电源。第一弱电电源、第二弱电电源，均可以是弱电电源vcc1、弱电电源vcc2和弱电电源vcc3等。也就是说，弱电电源vcc1、弱电电源vcc2和弱电电源vcc3，可以是共用一个电源提供的，当然也可以是相互独立的，共用的话会降低成本，而且上电的时序一致，对延时电路的延时控制比较方便。
35.在一些实施方式中，所述隔离单元，包括：电压转换模块和光耦模块。电压转换模块，如dc/dc隔离电源。光耦模块，如光耦oc1。
36.其中，所述电压转换模块，设置在所述供电单元的输出端，并输出两路供电信号。两路供电信号，包括：正供电信号和负供电信号。所述正供电信号，输入至所述光耦模块中二极管侧的阳极。所述第二待测信号，输入至所述光耦模块中二极管侧的阴极。所述负供电信号，作为所述第一待测信号。
37.所述供电单元，还连接至所述光耦模块中晶体管侧的集电极。所述光耦模块中晶体管侧的发射极，连接至所述开关单元。
38.图2为上电自检电路的一实施例的结构示意图。在图2所示的例子中，弱电电源vcc1，输入至dc/dc隔离电源。dc/dc隔离电源的正连接端，经限流电阻r1后连接至光耦oc1的二极管侧的阳极。dc/dc隔离电源的负连接端接第一待测信号(如待测信号1)。第二待测信号(如待测信号2)接光耦oc1的二极管侧的阴极。
39.其中，第一待测信号和第二待测信号，可以是电器设备内部的任一用电网络的两个待测点。
40.例如：第一待测信号和第二待测信号，可以是设备中的两个参考地，比如强电地和弱电地。设置两个参考地的前提是两个电源是相互隔离的，如不相互隔离，地之间就没有短路的说法，通常为了用电安全和降低干扰，强弱电的地是相互隔离的。
41.又如：第一待测信号和第二待测信号，可以是设备中的电源和地。
42.再如：第一待测信号和第二待测信号，可以是设备中的两个电源，比如强电电源、弱电电源、还有一些cpu外围需要的电源，等等。
43.另如：第一待测信号和第二待测信号，可以是cpu的一些输入信号和地，如果cpu的输入信号端和地短路，这个情况虽然不会产生风险，但是使得cpu的该输入信号引脚的电平时刻处于低电平(因为地是低电平)，使cpu不能正常工作。
44.在一些实施方式中，所述隔离单元，还包括：第一限流模块和第二限流模块。第一限流模块，如限流电阻r1。第二限流模块，如限流电阻r2。
45.其中，所述第一限流模块，设置在所述正供电信号与所述光耦模块中二极管侧的阳极之间。
46.所述第二限流模块，设置在所述供电单元与所述光耦模块中晶体管侧的集电极之间。
47.在一些实施方式中，所述开关单元，包括：第一开关管模块和第二开关管模块。第一开关管模块如pnp型三极管q1。第二开关管模块，如继电器k1。
48.其中，所述光耦模块中晶体管侧的发射极，连接至所述第一开关管模块的控制端。所述供电单元，还连接至所述第一开关管模块的第一连接端。所述第一开关管模块的第二连接端，连接至所述第二开关管模块的控制端。
49.所述第二开关管模块的第一连接端，连接至所述电器设备。所述第二开关管模块的第二连接端，连接至所述电器设备的设备主电源。
50.在一些实施方式中，所述第一开关管模块，包括：三极管，所述三极管为pnp型三极管，如pnp型三极管q1。所述第二开关管模块，包括：继电器，如继电器k1。
51.所述第一开关管模块的控制端，为所述三极管的基极。所述第一开关管模块的第一连接端，为所述三极管的发射极。所述第一开关管模块的第二连接端，为所述三极管的集电极。
52.所述第二开关管模块的控制端，为所述继电器的线圈端。所述第二开关管模块的第一连接端，为所述继电器的常开触点的第一连接端。所述第二开关管模块的第二连接端，为所述继电器的常开触点的第二连接端。
53.在图2所示的例子中，弱电电源vcc2，经限流电阻r2后，接光耦oc1的晶体管侧的集电极。光耦oc1的晶体管侧的发射极，经限流电阻r3后接短路报警灯d1的阳极。短路报警灯d1的阴极接地。光耦oc1的晶体管侧的发射极，还接pnp型三极管q1的基极。
54.在图2所示的例子中，弱电电源vcc3，经延时电路后，接pnp型三极管q1的发射极。pnp型三极管q1的集电极，接继电器k1的控制端。继电器k1的常开触点的第二连接端，接电器设备的设备主电源。继电器k1的常开触点的第一连接端，接电器设备的供电输入端。
55.在一些实施方式中，所述开关单元，还包括：延时模块，如延时电路。
56.所述延时模块，设置在所述供电单元与所述第一开关管模块的第一连接端之间。
57.在一些实施方式中，还包括：报警模块，如短路报警灯d1。
58.所述报警模块，设置在所述光耦模块中晶体管侧的发射极。
59.在一些实施方式中，还包括：第三限流模块，如限流电阻r3。
60.所述第三限流模块，设置在所述光耦模块中晶体管侧的发射极与所述报警模块之间。
61.如图2所示，上电自检电路，包括：dc/dc隔离电源，限流电阻r1、限流电阻r2、限流电阻r3，光耦oc1，继电器k1，pnp型三极管q1，延时电路，短路报警灯d11，弱电电源vcc1、弱电电源vcc2和弱电电源vcc3。弱电电源vcc1、弱电电源vcc2和弱电电源vcc3可以是相同的弱电电源，如3v、5v等，也可以是不同的弱电电源。
62.本发明的方案中，将如图2所示的上电自检电路的硬件电路，用于设备正常上电前的线路短路情况检测。具体使用过程如下：
63.过程1、设备(如电器设备)启动后弱电接通，弱电(如弱电电源vcc1)通过dc/dc隔离电源，转换出需要的第一待测信号(如待测信号1)，使用限流电阻r1限制输入光耦oc1的电流大小。
64.例如：第一待测信号是用电网络中的一个需要检测的点，把这个点连接到dc/dc电源的负极作为电源的参考地，如果待测信号1、2出现短路现象，就相当于这两个待测信号所属的网络变成了一个网络，dc/dc电源就会和光耦的二极管通过这两个待测信号形成回路，输出电压，如果没有短路时，这两个信号就会相互隔离(正常情况下就是相互隔离的)，上述
的回路就会处于一个短路的状态。
65.过程2、电源接入光耦oc1的发光二极管的阳极，将第二待测信号(如待测信号2)输入到光耦oc1的发光二极管的阴极。
66.过程3、光耦oc1的输出端的三极管的集电极，接弱电电源(如弱电电源vcc2)。光耦oc1的输出端的三极管的发射极，接pnp型三极管q1的基极和短路报警灯d1的阳极。
67.过程4、第二待测信号(如待测信号2)可多个信号并联。比如，选择了强电的参考地作为第一待测信号，那么，可以将强电电源作为待测信号，也可以将弱电地或是弱电电源同时和强电电源进行检测是否短路，并联使用需要加二极管，保证并联的信号之间不会因为并联检测这个操作而导致短路。
68.当第二待测信号(如待测信号2)与第一待测信号(如待测信号1)无短路故障时，光耦oc1的后端的三极管不导通，短路报警灯d1不亮，pnp型三极管q1的基极被拉低，pnp型三极管q1导通，经延时电路设定的延时后，弱电电源(如弱电电源vcc3)给继电器k1的控制端供电，继电器k1导通，设备主电源正常给设备供电。
69.其中，pnp型三极管的特性，通俗的来说就是基极加高电平时pnp型三极管截止，加低电平时导通，拉低的原因是该管的基极通过限流电阻和发光二极管接到了地上，呈低电平状态。
70.过程5、当第二待测信号(如待测信号2)与第一待测信号(如待测信号1)发生短路故障时，光耦oc1前端的二极管导通，光耦oc1内部的发光二极管发光，光耦oc1后端的光电三极管导通，短路报警灯d1发光报警，pnp三极管q1的基极被拉高，pnp三极管q1关断，继电器k1不导通，设备无法供电。由于延时电路存在，上电时继电器k1不会直接导通。
71.其中，pnp三极管q1的基极被拉高是因为光耦oc1的光敏器件导通，弱电电源给pnp三极管基级供电，呈高电平状态。
72.相关方案中，多是软件 硬件联合处理的模式，这就意味着，设备cpu必须处于正常工作模式，因为这样才能处理信号，发送指令，但是如果是cpu电源这部分短路，一样会造成危险，但设备无法去检测到这种风险。本发明的方案提出的上电自检电路，采用纯硬件的模式，保证设备所需电源供电前就能完成检测，不需要cpu参与，更加的安全。
73.本发明的方案提出一种用电设备的上电自检方案，在上电运行前由电源提供弱电，在短路不存在时，自检电路驱动继电器导通，给设备供电。当短路发生时，自检电路不驱动继电器，使设备无法正常供电，且报警灯打开提示短路。从而，可规避因人员操作、设备老化、环境等原因造成的短路，进而导致设备上电后运行产生故障、造成人身财产损失的情况。设备能够自行去检查设备内部短路情况，覆盖设备检查的盲区，提高设备的可靠性和安全性。至少解决了因人员操作、设备老化、环境等原因造成的短路后运行产生的危害，提高设备的可靠性和安全性。
74.采用本发明的技术方案，通过设置电器设备的自检电路，通过该自检电路，对电器设备内部的任一用电网络的两个待测点进行检测，以确定该用电网络的两个待测点之间是否短路：若短路则断开该用电网络的供电电源，若未短路则开通该用电网络的供电电源，从而，通过在电器设备上电的情况下使电器设备进行自检，以在自检通过的情况下才允许电器设备通电运行，至少能够提高电器设备自身的安全性。
75.根据本发明的实施例，还提供了对应于电器设备的上电自检装置的一种电器设
备。该电器设备可以包括：以上所述的电器设备的上电自检装置。
76.由于本实施例的电器设备所实现的处理及功能基本相应于装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
77.采用本发明的技术方案，通过设置电器设备的自检电路，通过该自检电路，对电器设备内部的任一用电网络的两个待测点进行检测，以确定该用电网络的两个待测点之间是否短路：若短路则断开该用电网络的供电电源，若未短路则开通该用电网络的供电电源，保证设备及操作人员安全。
78.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
79.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。