专利名称：隔离输入输出接口的电压输出电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种隔离输入输出接口的电压输出电路。
背景技术：
隔离输入输出(IO)接口为控制领域常用的接口，广泛应用于电子设备的控制领域。而现有技术中并没有一种对隔离IO接口电源电路的输出电压进行故障注入的方案。
实用新型内容本实用新型提供一种隔离输入输出接口的电压输出电路，要解决的技术问题是如何实现对隔离IO接口电源电路的输出电压进行故障注入。为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案一种隔离输入输出接口的电压输出电路，所述电压输出电路包括隔离输入输出接口的电源电路，其中所述电源电路还包括第一开关电路，位于所述用户开关输出电路和所述用户负载电路之间；负载单元，与所述用户负载电路并联，包括串联的第二开关单元和第一负载电路；电压采集电路以及电压控制电路，其中所述电压采集电路和电压控制电路的第一端均通过第三开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户电源的第一端相连，第二端均通过第四开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户电源的第二端相连； 其中所述电压采集电路，用于采集所述隔离输入输出接口的电源电路中输入电源的电压值；所述电压控制电路，用于根据所述输入电源的电压值，控制所述隔离输入输出接口的电源电路的输出电压。优选的，所述电压输出电路还具有如下特点所述第一开关电路、第三开关电路和所述第四开关电路中至少一个为继电器。优选的，所述电压输出电路还具有如下特点所述电压输出电路还包括第五开关电路，其中所述第三开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户开关输出电路并联。优选的，所述电压输出电路还具有如下特点所述第五开关电路与所述隔离输入输出(IO)接口的电源电路中用户开关输出电路相同。优选的，所述电压输出电路还具有如下特点所述第三开关电路为金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管。优选的，所述电压输出电路还具有如下特点所述电压输出电路还包括电流采集电路，位于所述用户开关输出电路和用户负载电路之间，用于采集所述隔离输入输出接口的电源电路的电流。优选的，所述电压输出电路还具有如下特点所述电压控制电路包括第一电压控制支路、第二电压控制支路、第三电压控制支路以及第四电压控制支路中至少一个，其中第一电压控制支路包括第一开关单元和第一调整单元，其中所述第一调整单元用于在输入电源的电压为正向时，输出与所述输入电源的电压成一次函数关系的电压；第二电压控制支路包括第二开关单元和第二调整单元，其中所述第二调整单元用于在输入电源的电压为正向时，输出恒定的正向电压；第三电压控制支路包括第三开关单元和第三调整单元，其中所述第三调整单元用于在输入电源的电压为负向时，输出与所述输入电源的电压成一次函数关系的电压；第四电压控制支路包括第四开关单元和第四调整单元，其中所述第四调整单元用于在输入电源的电压为负向时，输出恒定的负向电压。优选的，所述电压输出电路还具有如下特点所述第一开关单元、第二开关单元、 第三开关单元以及第四开关单元中至少一个为继电器。优选的，所述电压输出电路还具有如下特点所述第一调整单元和第四调整单元中至少一个，用于根据所述输入电源电压的模拟信号，输出与所述输入电压的电压成一次函数关系的电压。与现有技术相比，本实用新型提供的实施例，通过在现有技术的隔离IO接口电源电路上连接电压采集电路和电压控制电路，通过电压采集电路和电压控制电路实现故障注入，从而实现以低成本实现自动故障注入的目的；且该电路操作灵活，故障注入可重复实现，可量化操作。
图1为现有技术中隔离输入输出接口的电源电路的结构示意图；图2为现有技术中隔离输入输出接口的电源电路的另一结构示意图；图3为本实用新型提供的隔离输入输出接口的电压输出电路实施例的结构示意图；图4为图1所示实施例中电路的另一结构示意图；图5为图2所示实施例中电路的另一结构示意图；图6为本实用新型提供的隔离输入输出接口的电压输出电路实施例的另一结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。图1为现有技术中隔离输入输出接口的电源电路的结构示意图。图2为现有技术中隔离输入输出接口的电源电路的另一结构示意图。其中两图的区别在于，用户开关输出电路一个与用户电源的电源输入端相连，另一个与电源公共端相连。图1为本实用新型提供的隔离输入输出接口的电压输出电路实施例的结构示意图。图1所示电压输出电路实施例，包括隔离输入输出接口的电源电路，其中所述电源电路还包括第一开关电路，位于所述用户开关输出电路和所述用户负载电路之间；负载单元，与所述用户负载电路并联，包括串联的第二开关单元和第一负载电路；电压采集电路以及电压控制电路，其中所述电压采集电路和电压控制电路的第一端均通过第三开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户电源的第一端相连，第二端均通过第四开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户电源的第二端相连； 其中所述电压采集电路，用于采集所述隔离输入输出接口的电源电路中输入电源的电压值；所述电压控制电路，用于根据所述输入电源的电压值，控制所述隔离输入输出接口的电源电路的输出电压。其中所述电压控制电路包括第一电压控制支路、第二电压控制支路、第三电压控制支路以及第四电压控制支路中至少一个，其中第一电压控制支路包括第一开关单元和第一调整单元，其中所述第一调整单元用于在输入电源的电压为正向时，输出与所述输入电源的电压成一次函数关系的电压；第二电压控制支路包括第二开关单元和第二调整单元，其中所述第二调整单元用于在输入电源的电压为正向时，输出恒定的正向电压；第三电压控制支路包括第三开关单元和第三调整单元，其中所述第三调整单元用于在输入电源的电压为负向时，输出与所述输入电源的电压成一次函数关系的电压；第四电压控制支路包括第四开关单元和第四调整单元，其中所述第四调整单元用于在输入电源的电压为负向时，输出恒定的负向电压。其中所述一次函数对应关系为y = ax+b，其中χ表示输入电源的电压，y表示输出电压的电压值，a和b的取值可以预先设置。其中，所述第一调整单元和第四调整单元中至少一个，用于根据所述输入电源电压的模拟信号，输出与所述输入电压的电压成一次函数关系的电压。在描述输入电源电压值时，采用数字信号的表示精度小于采用模拟信号的表示精度，因此在对输出电压进行故障注入时，如果采集得到的输入电源电压值为数字信号，需将该数字信号转换为模拟信号，在进行后续处理。例如，所述第一调整单元包括数字-模拟(DA)转换器、第一电压生成电路以及模拟数字-数字(AD)转换器，其中所述DA转化器将得到的输入电源电压值的数字信号转换成输入电源电压值的模拟信号，由电压生成电路根据输入电源电压值的模拟信号处理得到具有一次函数对应关系的输出电压的数字信号，再由DA转换器将输出电压的数字信号转换为输出电压的模拟信号再输出；而所述第二调整单元无需包括AD转换器和DA转换器，只需一第二电压生成电路即可，由该第二电压生成电路生成恒定的输出电压。同理，第三调整单元与第一调整单元类似，第四调整单元与第二调整单元类似，区别在于输出的电压方向不同。其中，在得到采集的电压后，可以根据该输入电源的电压的方向以及所需的电压输出类型(即是与输入电源的电压为一次函数关系的电压还是恒定电压)来决定闭合哪个开关单元。例如，如果输入电源的方向为正向，而所需的输出电压为恒定，则可以闭合第二电压控制支路的第二开关单元，保持第一开关单元、第三开关单元和第四开关单元断开。其中本文中一次函数对应关系中的a和b的取值以及恒定电压的大小可以参照所述电压调整单元处理后得到的输出电压的取值范围(4V 60V或-60V -4V)来确定。当需要改变隔离IO接口的电源电路对输出电压进行故障注入时，断开第一开关电路，闭合第二开关电路、第三开关电路和第四开关开关电路，通过所述电压采集电路采集当前的输入电源的电压，电压控制电路根据采集得到的电压进行输出电压的调整。而当不进行故障注入时，断开所述第三开关电路和所述第四开关电路，其中所述第二开关电路的开关状态是可选的，即现有技术中所使用的隔离IO接口的电源电路。优选的，所述第一开关电路、第三开关电路和第四开关电路中至少一个为继电器。 当然，也可以使用其他具有断开和导通电路功能的元器件。其中所述第二开关电路可以与用户开关输出电路相同。本实用新型提供的电路在隔离IO接口的电源电路基础上，通过电压采集电路采集输入电压的电压值，再由电压控制模块根据采集得到的电压对输出电压进行控制，实现对输出电压的故障注入。图4为图3所示电路实施例的另一结构示意图。图3所示电压输出电路还包括第三开关电路，其中所述第三开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户开关输出电路并联。第三开关电路以及用户负载电路同样也可以构成隔离IO接口的电源电路，所以在用户开关电路处于断路时，同样也可以进行故障注入。其中，所述第三开关电路与所述隔离输入输出(IO)接口的电源电路中用户开关输出电路相同。优选的，所述第三开关电路为金属氧化物半导体(M0Q场效应晶体管。当然，也可以使用其他具有断开和导通电路功能的元器件。图5为图4所示电路实施例的另一结构示意图。图4所示电压输出电路还包括电流采集电路，其中电流采集电路位于所述隔离输入输出接口电路中用户开关输出电路和用户负载电路之间；所述电流采集电路，用于采集所述隔离输入输出接口的电源电路的电流。在对隔离IO接口的输出电压进行故障注入时，所述电流采集电路采集所述隔离 IO接口的电源电路的电流，如果采集得到的电流值为零，则确定所述用户开关输出电路处于断路状态；否则，确定所述用户开关输出电路处于通路状态。如果所述用户开关输出电路处于断路状态，则可以闭合所述第五开关电路，保证在用户开关输出电路为断路时仍可以进行故障注入。需要说明的是，本实用新型中实现开关功能的电路和单元优选使用继电器是因为继电器是通过较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，且继电器能够实现开关两端的电气隔离。需要说明的是，图3至5所示的电路中是以用户开关输出电路连接在电源输入端为例进行说明的，但不限于，对于用户开关输出电路连接在电源公共端同样适用。[0064]图6为本实用新型提供的隔离输入输出接口的电压输出电路实施例的另一结构示意图。图6所示的电压输出电路是以用户开关输出电路连接在电源公共端为例进行说明的，因与图3所示电路实施例相似，此处不再赘述。同理，上述图4和5中的元器件也可以应用在图6所示的电路中。与现有技术相比，本实用新型提供的电路实施例，通过在现有技术的隔离IO接口电源电路上连接两个开关电路，并通过这两个开关电路连接电压采集电路和电压控制电路，在正常工作时，断开这两个开关电路，在进行故障注入时，闭合这两个开关电路，通过电压采集电路和电压控制电路实现故障注入，从而实现以低成本实现自动故障注入的目的； 且该电路操作灵活，故障注入可重复实现，可量化操作。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
权利要求1.一种隔离输入输出接口的电压输出电路，其特征在于，所述电压输出电路包括隔离输入输出接口的电源电路，其中所述电源电路还包括第一开关电路，位于所述用户开关输出电路和所述用户负载电路之间；负载单元，与所述用户负载电路并联，包括串联的第二开关单元和第一负载电路；电压采集电路以及电压控制电路，其中所述电压采集电路和电压控制电路的第一端均通过第三开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户电源的第一端相连，第二端均通过第四开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户电源的第二端相连；其中所述电压采集电路，用于采集所述隔离输入输出接口的电源电路中输入电源的电压值；所述电压控制电路，用于根据所述输入电源的电压值，控制所述隔离输入输出接口的电源电路的输出电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关电路、第三开关电路和所述第四开关电路中至少一个为继电器。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压输出电路还包括第五开关电路， 其中所述第三开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户开关输出电路并联。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第五开关电路与所述隔离输入输出 (IO)接口的电源电路中用户开关输出电路相同。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第三开关电路为金属氧化物半导体 (MOS)场效应晶体管。
6.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电压输出电路还包括电流采集电路， 位于所述用户开关输出电路和用户负载电路之间，用于采集所述隔离输入输出接口的电源电路的电流。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压控制电路包括第一电压控制支路、第二电压控制支路、第三电压控制支路以及第四电压控制支路中至少一个，其中第一电压控制支路包括第一开关单元和第一调整单元，其中所述第一调整单元用于在输入电源的电压为正向时，输出与所述输入电源的电压成一次函数关系的电压；第二电压控制支路包括第二开关单元和第二调整单元，其中所述第二调整单元用于在输入电源的电压为正向时，输出恒定的正向电压；第三电压控制支路包括第三开关单元和第三调整单元，其中所述第三调整单元用于在输入电源的电压为负向时，输出与所述输入电源的电压成一次函数关系的电压；第四电压控制支路包括第四开关单元和第四调整单元，其中所述第四调整单元用于在输入电源的电压为负向时，输出恒定的负向电压。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元以及第四开关单元中至少一个为继电器。
9.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第一调整单元和第四调整单元中至少一个，用于根据所述输入电源电压的模拟信号，输出与所述输入电压的电压成一次函数关系的电压。
专利摘要本实用新型提供一种隔离输入输出接口的电压输出电路；所述电压输出电路，包括隔离输入输出接口的电源电路，其中所述电源电路还包括第一开关电路，位于所述用户开关输出电路和所述用户负载电路之间；负载单元，与所述用户负载电路并联，包括串联的第二开关单元和第一负载电路；电压采集电路以及电压控制电路，其中所述电压采集电路和电压控制电路的第一端均通过第三开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户电源的第一端相连，第二端均通过第四开关电路与所述隔离输入输出接口的电源电路中用户电源的第二端相连；其中所述电压采集电路，用于采集所述隔离输入输出接口的电源电路中输入电源的电压值；所述电压控制电路，用于根据所述输入电源的电压值，控制所述隔离输入输出接口的电源电路的输出电压。
文档编号H03K19/0185GK202050401SQ20112014251
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者付景志, 彭时涛 申请人:北京旋极信息技术股份有限公司