一种检测负载开短路的检测装置的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种检测负载开短路的检测装置。

背景技术：

在电子系统设计与应用中，电源端与负载端往往都是独立分工，没有关联的，为了避免整个电子系统的瘫痪，电源端一般需要检测负载状态，以便能够及时发现不良现象(例如，负载开路和短路)并进行处理。

现有的负载监测技术一般采用仪表放大器加模数转换器的方式进行检测。首先检测电阻检测负载电流并转换为弱电压信号，然后仪表放大器对此弱电压信号进行处理并输出幅值适中、低输出阻抗的电压信号；接着模数转换器将该电压信号转换为数字信号给中央处理器进行处理，中央处理器接收该数字信号，根据模数转换器的基准电压和比特位数计算仪表放大器输出的电压值，然后根据该电压值和仪表放大器的增益倍数计算检测电阻上的压降，进一步得到负载电流，进而计算出负载的大小。

中央处理器需要实时采集模数转换器的数据，进行一系列的浮点运算，导致中央处理的工作负担较重，因为实时监控的需求，中央处理器需要一直处理数据，仪表放大器和模数转换器需要长期工作，产生较高的功耗。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种检测负载开短路的检测装置，可以降低检测装置检测负载开短路的功耗。

本发明实施例第一方面，提供了一种检测负载开短路的检测装置，包括电压源、检测电路、微控制单元MCU和负载，其中：

所述检测电路包括检测电阻和比较电路；

所述电压源的正极连接所述检测电阻的一端，所述检测电阻的另一端连接所述比较电路的输入端和所述负载的一端，所述负载的另一端接地；

所述比较电路的输出端连接所述MCU的输入端，所述MCU的控制端连接所述电压源的使能端；

所述比较电路获取所述检测电阻检测的电压值，根据所述电压值确定所述负载的负载状态，所述负载状态包括开路状态、短路状态和正常状态中的一种；当所述负载为所述开路状态时，所述比较电路输出开路信号至所述MCU，所述MCU根据所述开路信号生成开路提示信息；当所述负载为所述短路状态时，所述比较电路输出短路信号至所述MCU，所述MCU根据所述短路信号输出使能信号至所述电压源，以控制所述电压源关闭。

本发明实施例中提供一种可以快速低功耗判断负载是否开短路的检测装置，MCU可以根据比较电路输出的短路信号或者开路信号确定负载是处于短路状态还是开路状态，在负载处于不正常状态(短路状态或者开路状态)时发出提示信息提醒用户，并在负载处于短路状态时输出使能信号至电压源，以控制电压源及时关闭，可以及时保护源端系统。本发明实施例中的MCU无需实时的检测负载的状态，无需长期进行浮点运算，只需根据比较电路输出的短路信号或者开路信号即可确定负载是处于短路状态还是开路状态，可以快速检测负载是否开短路，减轻MCU的工作负担，降低MCU的功耗，进而降低检测装置检测负载开短路的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种检测负载开短路的检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的另一种检测负载开短路的检测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的另一种检测负载开短路的检测装置的结构示意图；

图4是本发明实施例公开的一种开路比较电路的结构示意图；

图5是本发明实施例公开的一种短路比较电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种检测负载开短路的检测装置，可以降低检测装置检测负载开短路的功耗。以下分别进行详细说明。

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种检测负载开短路的检测装置的结构示意图。如图1所示，本实施例中所描述的检测负载开短路的检测装置，包括电压源101、检测电路102、微控制单元MCU103和负载104，其中：

检测电路102包括检测电阻1021和比较电路1022；

电压源101的正极连接检测电阻1021的一端，检测电阻1021的另一端连接比较电路1022的输入端和负载104的一端，负载104的另一端接地；

比较电路1022的输出端连接MCU103的输入端，MCU103的控制端连接电压源101的使能端；

比较电路1022获取检测电阻1021检测的电压值，根据电压值确定负载104的负载状态，负载状态包括开路状态、短路状态和正常状态中的一种；当负载104为开路状态时，比较电路1022输出开路信号至MCU103，MCU103根据开路信号生成开路提示信息；当负载104为短路状态时，比较电路1022输出短路信号至MCU103，MCU103根据短路信号输出使能信号至电压源101，以控制电压源101关闭，MCU103还可以输出短路提示信息。

本发明实施例中，电压源101可以是任何形式的供电设备，优选的，电压源101为直流电压源，可以输出直流电压信号。检测电路102用于连接电压源101和负载104，检测电路102用于检测负载104的负载状态，当检测电路102检测负载104为开路状态或短路状态时，中断MCU103，MCU103根据负载104为开路状态或短路状态执行不同的操作。负载104可以是容性阻抗、感性阻抗、也可以是纯电阻。

本发明实施例中的检测电阻1021与负载104串联，比较电路1022可以检测负载104两端的电压。举例来说，若电压源101的供电电压为3.3V，检测电阻为30Ω，负载阻抗为300Ω，则正常状态下，比较电路1022检测到负载104两端的电压为3V，如果负载104完全开路，则比较电路1022检测到负载104两端的电压为3.3V；如果负载104完全短路，则比较电路1022检测到负载104两端的电压为0V。

由于比较电路1022检测的结果可能会出现一定的偏差，为了保证检测结果的准确定，比较电路1022可以设置开路电压区间、短路电压区间和正常电压区间，例如，可以设置开路电压区间为3.25-3V、短路电压区间为0-2.8V和正常电压区间为2.8-3.25V。当比较电路1022检测到负载104两端的电压小于2.8V时，则判定负载104短路；当比较电路1022检测到负载104两端的电压大于3.25V时，则判定负载104开路；当比较电路1022检测到负载104两端的电压位于2.8-3.25V之间时，则判断负载104处于正常状态。

当比较电路1022判定负载104短路，比较电路1022输出短路信号至MCU103；当比较电路1022判定负载104开路，比较电路1022输出开路信号至MCU103。当MCU103接收到短路信号时，MCU103根据短路信号输出使能信号至电压源101，以控制电压源101关闭；当MCU103接收到开路信号时，MCU103根据开路信号生成开路提示信息，以提示用户负载104开路。

实施本发明实施例，MCU无需实时的检测负载的状态，无需长期进行浮点运算，只需根据比较电路输出的短路信号或者开路信号即可确定负载是处于短路状态还是开路状态，可以快速检测负载是否开短路，减轻MCU的工作负担，降低MCU的功耗，进而降低检测装置检测负载开短路的功耗。

在一个实施例中，如图2所示，图2是本发明实施例公开的另一种检测负载开短路的检测装置的结构示意图。如图2所示，本实施例中所描述的检测负载开短路的检测装置，包括电压源101、检测电路102、微控制单元MCU103和负载104，其中：

检测电路102包括检测电阻1021和比较电路1022；

电压源101的正极连接检测电阻1021的一端，检测电阻1021的另一端连接比较电路1022的输入端和负载104的一端，负载104的另一端接地；

比较电路1022的输出端连接MCU103的输入端，MCU103的控制端连接电压源101的使能端；

比较电路1022包括短路比较电路10221和开路比较电路10222，比较电路1022的输出端包括短路比较电路10221的输出端和开路比较电路10222的输出端，MCU103的输入端包括第一输入端和第二输入端，短路比较电路10221的输入端和开路比较电路10222的输入端连接检测电阻1021的另一端，短路比较电路10221的输出端连接第一输入端，开路比较电路10222的输出端连接第二输入端。

短路比较电路10221和开路比较电路10222都获取检测电阻1021检测的负载104两端的电压值，根据负载104两端的电压值确定负载104的负载状态，负载状态包括开路状态、短路状态和正常状态中的一种。

举例来说，当短路比较电路10221判断负载104两端的电压值位于短路电压区间时，短路比较电路10221的输出端输出高电平信号至MCU103的第一输入端，当MCU103的第一输入端输入高电平信号时，MCU103判定负载104处于短路状态，并输出使能信号至电压源101，以控制电压源101关闭；当短路比较电路10221判断负载104两端的电压值不位于短路电压区间时，短路比较电路10221的输出端输出低电平信号至MCU103的第一输入端，当MCU103的第一输入端输入低电平信号时，MCU103判定负载104不处于短路状态，MCU103忽略该低电平信号，不执行关断电压源101操作。在另一种实施方式中，当短路比较电路10221判断负载104两端的电压值位于短路电压区间时，短路比较电路10221的输出端输出低电平信号至MCU103的第一输入端，以使MCU103执行关断电压源101的操作；当短路比较电路10221判断负载104两端的电压值不位于短路电压区间时，短路比较电路10221的输出端输出高电平信号至MCU103的第一输入端，MCU103判定负载104不处于短路状态，MCU103忽略该高电平信号，MCU103不执行关断电压源101的操作。

举例来说，当开路比较电路10222判断负载104两端的电压值位于开路电压区间时，开路比较电路10222的输出端输出高电平信号至MCU103的第二输入端，当MCU103的第二输入端输入高电平信号时，MCU103判定负载104处于开路状态，MCU103根据高电平信号生成开路提示信息，以提示用户负载104开路；当开路比较电路10222判断负载104两端的电压值不位于开路电压区间时，开路比较电路10222的输出端输出低电平信号至MCU103的第二输入端，当MCU103的第二输入端输入低电平信号时，MCU103判定负载104不处于开路状态，MCU103忽略该低电平信号，MCU103不执行提示操作。在另一种实施方式中，当开路比较电路10222判断负载104两端的电压值位于开路电压区间时，开路比较电路10222的输出端输出低电平信号至MCU103的第二输入端，以使MCU103执行提示操作；当开路比较电路10222判断负载104两端的电压值不位于开路电压区间时，开路比较电路10222的输出端输出高电平信号至MCU103的第二输入端，MCU103判定负载104不处于开路状态，MCU103忽略该高电平信号，MCU103不执行提示操作。

举例来说，当短路比较电路10221和开路比较电路10222判断负载104两端的电压值位于正常电压区间时，短路比较电路10221的输出端输出高电平信号至MCU103的第一输入端，开路比较电路10222的输出端输出高电平信号至MCU103的第二输入端，当MCU103的第一输入端和第二输入端均输入高电平信号时，MCU103判定负载104处于正常状态，MCU103不被中断，不执行任何与负载104开短路有关的操作。在另一种实施方式中，当短路比较电路10221和开路比较电路10222判断负载104两端的电压值位于正常电压区间时，短路比较电路10221的输出端输出低电平信号至MCU103的第一输入端，开路比较电路10222的输出端输出低电平信号至MCU103的第二输入端，当MCU103的第一输入端和第二输入端均输入低电平信号时，MCU103判定负载104处于正常状态，MCU103不被中断，不执行任何与负载104开短路有关的操作。

本发明实施例中的检测电阻1021与负载104串联，短路比较电路10221和开路比较电路10222均可以检测负载104两端的电压。举例来说，若电压源101的供电电压为3.3V，检测电阻为30Ω，负载阻抗为300Ω，则正常状态下，短路比较电路10221和开路比较电路10222检测到负载104两端的电压为3V，如果负载104完全开路，则短路比较电路10221和开路比较电路10222检测到负载104两端的电压为3.3V；如果负载104完全短路，则短路比较电路10221和开路比较电路10222检测到负载104两端的电压为0V。

由于比较电路1022检测的结果可能会出现一定的偏差，为了保证检测结果的准确定，可以设置开路电压区间、短路电压区间和正常电压区间，例如，可以设置开路电压区间为3.25-3V、短路电压区间为0-2.8V和正常电压区间为2.8-3.25V。当短路比较电路10221检测到负载104两端的电压小于2.8V时，负载104处于短路状态，则短路比较电路10221输出短路信号(例如高电平)至MCU103，以使MCU103关断电压源101；当开路比较电路10222检测到负载104两端的电压大于3.25V时，负载104处于开路状态，则开路比较电路10222输出开路信号(例如高电平)至MCU103，以使MCU103执行提示(用户)操作。当短路比较电路10221和开路比较电路10222检测到负载104两端的电压位于2.8-3.25V之间时，则负载104处于正常状态。

在一个实施例中，如图3所示，图3是本发明实施例公开的另一种检测负载开短路的检测装置的结构示意图。如图3所示，本实施例中所描述的检测负载开短路的检测装置，包括电压源101、检测电路102、微控制单元MCU103和负载104和电平转换电路105，其中：

检测电路102包括检测电阻1021和比较电路1022；

电压源101的正极连接检测电阻1021的一端，检测电阻1021的另一端连接比较电路1022的输入端和负载104的一端，负载104的另一端接地；

比较电路1022的输出端连接MCU103的输入端，MCU103的控制端连接电平转换电路105的输入端，电平转换电路105的输出端连接电压源的使能端；

比较电路1022包括短路比较电路10221和开路比较电路10222，比较电路1022的输出端包括短路比较电路10221的输出端和开路比较电路10222的输出端，MCU103的输入端包括第一输入端和第二输入端，短路比较电路10221的输入端和开路比较电路10222的输入端连接检测电阻1021的另一端，短路比较电路10221的输出端连接第一输入端和电平转换电路105的输入端，开路比较电路10222的输出端连接第二输入端。

电平转换电路105用于将短路比较电路10221输出的短路信号反相到合适状态用于控制电压源101，由于短路比较电路10221输出为闭环控制，在电压源101尚未稳定建立输出之前，如果不使用电平转换电路105，则短路比较电路10221输出的短路信号会控制电压源101为禁能状态(即关闭输出)，从而误判为短路状态。使用电平转换电路105防止误判为短路状态。

在一个实施例中，如图4所示，图4是本发明实施例公开的一种开路比较电路的结构示意图，图4所示的开路比较电路适用于图2和图3，该开路比较电路包括第一电压比较器U1和第一开漏输出电路，第一电压比较器U1的同相输入端连接检测电阻1021的另一端，第一电压比较器U1的反相输入端连接开路电压基准，第一电压比较器U1的输出端连接第一开漏输出电路的输入端，第一开漏输出电路的输出端连接第二输入端。

第一开漏输出电路包括第一上拉电阻R1和第一下拉电阻R2，第一上拉电阻R1上的电压Vcc可以与电压源101的电压相等，例如，若电压源101的输出电压为3.3V，则可以设置第一上拉电阻R1上的电压Vcc为3.3V。开漏输出电路的输出电平可以由第一上拉电阻R1上的电压Vcc来决定。

在一个实施例中，如图5所示，图5是本发明实施例公开的一种短路比较电路的结构示意图，图5所示的短路比较电路适用于图2、图3，该短路比较电路包括第二电压比较器U2、第二开漏输出电路和延迟电路，第二电压比较器U2的反相输入端连接检测电阻1021的另一端，第二电压比较器U2的同相输入端连接短路电压基准，第二电压比较器U2的输出端连接第二开漏输出电路的输入端，第二开漏输出电路的输出端连接延迟电路的输入端，延迟电路的输出端连接第一输入端。

第二开漏输出电路包括第二上拉电阻R3和第二下拉电阻R4。第二上拉电阻R3上的电压Vcc可以与电压源101的电压相等，例如，若电压源101的输出电压为3.3V，则可以设置第二上拉电阻R3上的电压Vcc为3.3V。开漏输出电路的输出电平可以由第二上拉电阻R3上的电压Vcc来决定。延迟电路可以为RC并联电路，延迟电路的延迟时间τ＝1/RC。

其中，开路电压基准大于短路电压基准。例如，若电压源101的输出电压为3.3V，则可以设置开路电压基准为3.25V，设置短路电压基准为2.8V。

其中，在一般的电路应用中，因为电压比较器的虚短与虚断，使用分压电阻作为开路电压基准和短路电压基准，即可以满足电路的基本使用要求。开路电压基准由第一分压电路提供，短路电压基准由第二分压电路提供。第一分压电路和第二分压电路可以采用电阻和电容分压就可以实现，实现难度低，成本也较低。

其中，在门限标准稳定性较高的电路应用中，由于需要提高门限标准稳定性，需要电压基准源作为电压基准。开路电压基准由开路电压基准源提供，短路电压基准由短路电压基准源提供。电压源基准可以采用电压基准芯片，也可以采用电压源系统自带的电压基准源，以节省成本。

以上对本发明实施例所提供的一种检测负载开短路的检测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。