CN113098489A - 数字量输出电路、数字量输出设备及数字量输出系统 - Google Patents

数字量输出电路、数字量输出设备及数字量输出系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字量输出电路、数字量输出设备及数字量输出系统，所述数字量输出电路包括：数字量输出功能电路和数字量输出漏电流检测电路，所述数字量输出功能电路与所述数字量输出漏电流检测电路电连接，其中，所述数字量输出功能电路，用于接通输入电源和上位机之间的电连接，以为所述上位机提供数字量信号；所述数字量输出漏电流检测电路，用于对所述数字量信号进行漏电流检测，以供基于漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。本发明通过数字量输出漏电流检测电路对数字量输出功能电路的数字量信号进行漏电流检测，提高了数字量输出的功能安全性。

Description

数字量输出电路、数字量输出设备及数字量输出系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数字量输出电路、数字量输出设备及数字量输出系统。
背景技术
随着通信技术的快速发展，对通信的安全性要求越来越高。尤其随着工业现场环境不断升级，对工业应用现场的安全性要求越来越高，即功能安全越来越重要。而在功能安全的应用上，安全的数字量输出是一个极为重要的功能。可以理解，安全的数字量输出可确保上位机接收到可靠的安全信号。因此，需要构建一种安全的数字量输出电路。
目前，大多数的安全数字量输出方案均是在数字量输出功能电路上进行改进，以改进成安全的数字量输出架构。由于数字量输出电路中存在半导体器件，而半导体器件在关断时常存在漏电流，导致半导体器件处于关断状态时误输出不期望的电平，进而导致安全的数字量输出功能失效，从而降低了数字量输出的功能安全性。因此，如何提高数字量输出的功能安全性是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种数字量输出电路、数字量输出设备及数字量输出系统，旨在提高数字量输出的功能安全性。
为实现上述目的，本发明提供一种数字量输出电路，所述数字量输出电路包括：数字量输出功能电路和数字量输出漏电流检测电路，所述数字量输出功能电路与所述数字量输出漏电流检测电路电连接，其中，
所述数字量输出功能电路，用于接通输入电源和上位机之间的电连接，以为所述上位机提供数字量信号；
所述数字量输出漏电流检测电路，用于对所述数字量信号进行漏电流检测，以供基于漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
可选地，所述数字量输出功能电路包括：第一光电耦合器、第一分压电阻、第二分压电阻和第一三极管，所述第一光电耦合器的输入端的正极与控制集成电路IC电连接，所述第一光电耦合器的输入端的负极接地，所述第一光电耦合器的输出端的正极通过所述第一分压电阻与所述输入电源的正极电连接，所述第一光电耦合器的输出端的负极与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第一光电耦合器的输出端的负极与所述第一三极管的基极电连接，所述第一三极管的发射极与所述输入电源的正极电连接，所述第一三极管的集电极与所述上位机电连接，其中，
所述第一光电耦合器，用于接收所述控制IC发送的第一路控制信号，以基于所述第一路控制信号控制所述第一光电耦合器的第一导通截止状态；
所述第一分压电阻，用于与所述第二分压电阻构成第一分压电路，以在所述第一导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第一分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第一三极管的基极电平；
所述第一三极管，用于基于所述第一导通截止状态，控制所述第一三极管的第二导通截止状态，以控制所述数字量信号的电平。
可选地，所述数字量输出功能电路还包括：第二光电耦合器、第三分压电阻、第四分压电阻和第二三极管，所述第二光电耦合器的输入端的正极与所述控制IC电连接，所述第二光电耦合器的输入端的负极接地，所述第二光电耦合器的输出端的正极通过所述第三分压电阻与所述第一三极管的集电极电连接，所述第二光电耦合器的输出端的负极与所述第四分压电阻的第一端电连接，所述第四分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第二光电耦合器的输出端的负极与所述第二三极管的基极电连接，所述第二三极管的发射极与所述第一三极管的集电极电连接，所述第二三极管的集电极与所述上位机电连接，其中，
所述第二光电耦合器，用于接收所述控制IC发送的第二路控制信号，以基于所述第二路控制信号控制所述第二光电耦合器的第三导通截止状态；
所述第三分压电阻，用于与所述第四分压电阻构成第二分压电路，以在所述第三导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第二分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第二三极管的基极电平；
所述第二三极管，用于基于所述第三导通截止状态，控制所述第二三极管的第四导通截止状态，以控制所述数字量信号的电平。
可选地，所述数字量输出漏电流检测电路包括：第五分压电阻和差分运算放大器，所述第五分压电阻的第一端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述第五分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述差分运算放大器的同相输入端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述差分运算放大器的反相输入端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述差分运算放大器的输出端与控制IC电连接，其中，
所述第五分压电阻，用于对所述数字量信号进行分压，以将分压得到的分压电平作为所述差分运算放大器的同相输入端电平；
所述差分运算放大器，用于将所述同相输入端电平进行放大，并输出放大后的模拟量至所述控制IC，以供所述控制IC基于所述模拟量进行漏电流检测。
可选地，所述数字量输出漏电流检测电路还包括：第六分压电阻，所述第六分压电阻的第一端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述第六分压电阻的第二端与所述第五分压电阻的第一端电连接，其中，
所述第六分压电阻，用于与所述第五分压电阻构成第三分压电路，以将所述数字量信号进行分压得到的分压电平作为所述差分运算放大器的同相输入端电平。
可选地，所述数字量输出电路还包括：数字量输出电源控制电路，所述数字量输出电源控制电路与所述输入电源电连接，所述数字量输出电源控制电路与所述数字量输出功能电路电连接，其中，
所述数字量输出电源控制电路，用于基于所述数字量输出漏电流检测电路的漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
可选地，所述数字量输出电源控制电路包括：第三光电耦合器、第七分压电阻、第八分压电阻、第三三极管、第九分压电阻、金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和第十分压电阻，所述第三光电耦合器的输入端的正极与控制IC电连接，所述第三光电耦合器的输入端的负极接地，所述第三光电耦合器的输出端的正极通过所述第七分压电阻与所述输入电源的正极电连接，所述第三光电耦合器的输出端的负极与所述第八分压电阻的第一端电连接，所述第八分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第三光电耦合器的输出端的正极与所述第三三极管的基极电连接，所述第三三极管的发射极与所述输入电源的正极电连接，所述第三三极管的集电极与所述第九分压电阻的第一端电连接，所述第九分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述MOS的源极与所述输入电源的正极电连接，所述MOS的栅极通过所述第十分压电阻与所述输入电源的正极电连接，所述MOS的栅极与所述第三三极管的集电极电连接，所述MOS的漏极与所述数字量输出功能电路的输入电源端电连接，其中，
所述第三光电耦合器，用于接收所述控制IC发送的电源控制信号，以基于所述电源控制信号控制所述第三光电耦合器的第五导通截止状态；
所述第七分压电阻，用于与所述第八分压电阻构成第四分压电路，以在所述第五导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第四分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第三三极管的基极电平；
所述第三三极管，用于基于所述第五导通截止状态，控制所述第三三极管的第六导通截止状态，以基于所述第六导通截止状态，确定所述MOS的门极电平；
所述第九分压电阻，用于与所述第十分压电阻构成第五分压电路，以在所述第六导通截止状态为截止状态时，将所述输入电源经所述第五分压电路进行分压得到的分压电平作为所述MOS的门极电平；
所述MOS，用于基于所述第六导通截止状态，控制所述MOS的第七导通截止状态，以基于所述第七导通截止状态控制所述输入电源的开关状态。
可选地，所述数字量输出电路还包括：控制IC，所述控制IC的第一路控制输出引脚与所述数字量输出功能电路电连接，所述控制IC的第二路控制输出引脚与所述数字量输出功能电路电连接，所述控制IC的模拟量输入引脚与所述数字量输出漏电流检测电路电连接，所述控制IC的电源控制输出引脚与所述数字量输出电源控制电路电连接，其中，
所述控制IC，用于基于所述第一路控制输出引脚的第一路控制信号和所述第二路控制输出引脚的第二路控制信号，控制所述数字量信号的电平；
所述控制IC，还用于接收所述数字量输出漏电流检测电路发送的模拟量，并基于所述模拟量确定漏电流检测结果；
所述控制IC，还用于基于所述漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种数字量输出设备，所述数字量输出设备包括：如上任一项所述的数字量输出电路。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种数字量输出系统，所述数字量输出系统包括：输入电源设备、上位机和如上任一项所述的数字量输出电路，其中，
所述输入电源设备，用于对所述数字量输出电路进行供电；
所述上位机，用于接收所述数字量输出电路输出的数字量信号。
本发明提供一种数字量输出电路、数字量输出设备及数字量输出系统，该数字量输出电路包括：数字量输出功能电路和数字量输出漏电流检测电路，该数字量输出功能电路与该数字量输出漏电流检测电路电连接，其中，数字量输出功能电路，用于接通输入电源和上位机之间的电连接，以为上位机提供数字量信号；数字量输出漏电流检测电路，用于对该数字量信号进行漏电流检测，以供基于漏电流检测结果控制输入电源的开关状态。通过上述数字量输出漏电流检测电路对数字量输出功能电路的数字量信号进行漏电流检测，以确保输入至上位机的数字量信号不会受到漏电流的影响，即确保数字量信号可靠安全，从而提高了数字量输出的功能安全性。
附图说明
图1为本发明数字量输出电路第一实施例的结构示意图；
图2为本发明数字量输出电路第二实施例的结构示意图；
图3为本发明数字量输出电路第三实施例的结构示意图；
图4为本发明数字量输出电路第四实施例的结构示意图；
图5为本发明数字量输出电路第五实施例的结构示意图；
图6为本发明数字量输出电路第六实施例的结构示意图；
图7为本发明实施例涉及的电源控制电路的结构示意图；
图8为本发明数字量输出电路第七实施例的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在下述实施例及说明书附图中，DO_VCC+为数字量输出功能电路的输入电源，DO_OUT为数字量输出功能电路输出的数字量信号，VCC-为整个数字量输出电路的输入电源的负极，VSS+为差分运算放大器的输入电源的正极，VSS-为差分运算放大器的输入电源的负极，VCC+为整个数字量输出电路的输入电源正极，DO_VCC为数字量输出电源控制电路接收的电源控制信号。
本发明提供一种数字量输出电路。
参照图1，图1为本发明数字量输出电路第一实施例的结构示意图。
在本实施例中，该数字量输出电路包括：数字量输出功能电路10和数字量输出漏电流检测电路20。
在本实施例中，数字量输出功能电路10与数字量输出漏电流检测电路20电连接，具体的，数字量输出功能电路10的输出端与数字量输出漏电流检测电路20的输入端电连接，也就是说，数字量输出功能电路10输出的数字量信号，可作为数字量输出漏电流检测电路20的待检测信号，以检测数字量信号中是否存在漏电流信号。其中，数字量输出功能电路10的输出端用于输出数字量信号，以提供安全的数字量信号给上位机，该上位机也就是受控设备，用于接收数字量信号并执行对应的功能。数字量输出漏电流检测电路20的输入端用于接收数字量输出功能电路10输出的数字量信号，以检测数字量信号是否安全，即是否存在漏电流。
其中，所述数字量输出功能电路，用于接通输入电源和上位机之间的电连接，以为所述上位机提供数字量信号；
所述数字量输出漏电流检测电路，用于对所述数字量信号进行漏电流检测，以供基于漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
需要说明的是，数字量输出功能电路10中包括半导体器件，该半导体器件在关断状态时，可能会产生漏电流，以使数字量输出功能电路10输出漏电流，即输出的数字量信号为不期望的电平，导致接入的上位机发生错误。
在一实施例中，数字量输出功能电路10可以为已经改进后的安全数字量输出电路，例如，双通道数字量输出架构，以用双路控制信号同时控制数字量的输出，从而提高数字量输出功能电路10的功能安全性。在其他实施方式中，数字量输出功能电路10也可以为单通道数字量输出架构，或者其他包括半导体器件的数字量输出功能电路，此处不作具体限定。
需要说明的是，数字量输出功能电路10的输入电源为进行供电的外部电源，其可以直接对该数字量输出功能电路10进行供电，即该外部电源直接接入该数字量输出功能电路10。当然，也可以间接对该数字量输出功能电路10进行供电，即该输入电源经过其他电路的处理后，再接入该数字量输出功能电路10，例如，通过数字量输出电源控制电路对输入电源预处理后，再将预处理后的输入电源接入数字量输出功能电路10。
此外，还需要说明的是，数字量输出功能电路10用于接通输入电源和上位机之间的电连接，该数字量输出功能电路10可以控制输入至上位机的数字量信号的电平，即控制该数字量电平是高电平还是低电平，例如5V(伏)为高电平、0V为低电平，当然，高低电平的设定可以根据实际需要进行设定，此处不作限定。
此外，还需要说明的是，数字量输出漏电流检测电路20主要用于漏电流检测，以基于该数字量输出漏电流检测电路20，对数字量输出功能电路10输出的数字量信号进行漏电流检测，以实时获取数字量输出的漏电流状态。
此外，还需要说明的是，输入电源的开关状态包括开启状态和关闭状态，例如，若漏电流检测结果表示存在漏电流，则切断该输入电源，即不让输入电源与数字量输出功能电路10接通，从而保证数字量无输出。
在一实施例中，基于漏电流检测结果控制输入电源的开关状态可以由中央处理器实施，例如，由控制IC(Integrated Circuit，集成电路)接收漏电流检测结果，然后基于漏电流检测结果控制输入电源的开关状态，最后，控制IC可以通过数字量输出电源控制电路控制输入电源的开关状态。在其他实施方式中，也可以直接由数字量输出漏电流检测电路20控制输入电源的开关状态。
本发明实施例提供一种数字量输出电路，该数字量输出电路包括：数字量输出功能电路和数字量输出漏电流检测电路，该数字量输出功能电路与该数字量输出漏电流检测电路电连接，其中，数字量输出功能电路，用于接通输入电源和上位机之间的电连接，以为上位机提供数字量信号；数字量输出漏电流检测电路，用于对该数字量信号进行漏电流检测，以供基于漏电流检测结果控制输入电源的开关状态。通过上述数字量输出漏电流检测电路对数字量输出功能电路的数字量信号进行漏电流检测，以确保输入至上位机的数字量信号不会受到漏电流的影响，即确保数字量信号可靠安全，从而提高了数字量输出的功能安全性。
进一步地，基于上述第一实施例，提出本发明数字量输出电路的第二实施例。
参照图2，图2为本发明数字量输出电路第二实施例的结构示意图。
在本实施例中，上述数字量输出功能电路包括：第一光电耦合器11、第一分压电阻12、第二分压电阻13和第一三极管14。
在本实施例中，所述第一光电耦合器11的输入端的正极与控制集成电路IC电连接，所述第一光电耦合器11的输入端的负极接地，所述第一光电耦合器11的输出端的正极通过所述第一分压电阻12与所述输入电源的正极电连接，所述第一光电耦合器11的输出端的负极与所述第二分压电阻13的第一端电连接，所述第二分压电阻13的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第一光电耦合器11的输出端的负极与所述第一三极管14的基极电连接，所述第一三极管14的发射极与所述输入电源的正极电连接，所述第一三极管14的集电极与所述上位机电连接。其中，第一三极管14的集电极与上位机电连接可以为直接连接，也可以通过其他电路间接连接。
在一实施例中，第一三极管14为PNP型三极管，在其他实施方式中，也可以为其他类型的三极管，具体的执行流程与本实施例基本相同，此处不再一一赘述。
其中，所述第一光电耦合器，用于接收所述控制IC发送的第一路控制信号，以基于所述第一路控制信号控制所述第一光电耦合器的第一导通截止状态；
需要说明的是，第一光电耦合器11，还用于将控制IC发送的第一路控制信号与输入电源进行隔离，以防止静电或者其他电气故障，从而提高数字量输出的稳定性，以进一步提高数字量输出的功能安全性。
第一路控制信号包括高电平信号及低电平信号，例如，高电平信号为5V、低电平信号为0V，该高电平信号及低电平信号可以根据实际需要进行设定，此处不作限定。
具体的，当第一光电耦合器11的输入端的正极接收到高电平信号(第一路控制信号为高电平信号)时，该第一光电耦合器11的第一导通截止状态为导通状态。当第一光电耦合器11的输入端的正极接收到低电平信号(第一路控制信号为低电平信号)时，该第一光电耦合器11的第一导通截止状态为截止状态。
所述第一分压电阻，用于与所述第二分压电阻构成第一分压电路，以在所述第一导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第一分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第一三极管的基极电平；
需要说明的是，第一分压电阻12与第二分压电阻13构成的第一分压电路，可用于在第一导通截止状态为导通状态时，确保第一三极管14的发射极电平大于第一三极管14的基极电平，以使第一三极管14导通。
例如，第一三极管14的发射极电平为12V，第一分压电阻12与第二分压电阻13相同的话，则第一三极管14的基极电平为6V。
具体的，当第一光电耦合器11的第一导通截止状态为导通状态时，第一三极管14的基极电平为输入电源经第一分压电阻12与第二分压电阻13的分压电平，以使第一三极管14导通。当第一光电耦合器11的第一导通截止状态为截止状态时，第一三极管14为截止状态。
所述第一三极管，用于基于所述第一导通截止状态，控制所述第一三极管的第二导通截止状态，以控制所述数字量信号的电平。
需要说明的是，当第一光电耦合器11的第一导通截止状态为导通状态时，第一三极管14的基极电平为输入电源经第一分压电阻12与第二分压电阻13的分压电平，由于第一三极管14的发射极电平为输入电源的电平，所以第一三极管14的第二导通截止状态为导通状态，此时，输入电源导通，即输出的数字量信号的电平为高电平。当第一光电耦合器11的第一导通截止状态为截止状态时，第一三极管14的第二导通截止状态也为截止状态，此时，输入电源无法流通，即输出的数字量信号的电平为低电平。
可以理解，只有在控制IC发送的第一路控制信号为高电平信号时，输出的数字量信号才为高电平。相应的，在控制IC发送的第一路控制信号为低电平信号时，输出的数字量信号为低电平。
本实施例中，通过第一光电耦合器可以将第一路控制信号与输入电源进行隔离，以确保该数字量输出功能电路的稳定性，从而进一步提高数字量输出的功能安全性。
进一步地，基于上述第二实施例，提出本发明数字量输出电路的第三实施例。
参照图3，图3为本发明数字量输出电路第三实施例的结构示意图。
在本实施例中，上述数字量输出功能电路还包括：第二光电耦合器15、第三分压电阻16、第四分压电阻17和第二三极管18。
在本实施例中，所述第二光电耦合器的输入端的正极与所述控制IC电连接，所述第二光电耦合器的输入端的负极接地，所述第二光电耦合器的输出端的正极通过所述第三分压电阻与所述第一三极管的集电极电连接，所述第二光电耦合器的输出端的负极与所述第四分压电阻的第一端电连接，所述第四分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第二光电耦合器的输出端的负极与所述第二三极管的基极电连接，所述第二三极管的发射极与所述第一三极管的集电极电连接，所述第二三极管的集电极与所述上位机电连接。
在一实施例中，第二三极管18为PNP型三极管，在其他实施方式中，也可以为其他类型的三极管，具体的执行流程与本实施例基本相同，此处不再一一赘述。
其中，所述第二光电耦合器，用于接收所述控制IC发送的第二路控制信号，以基于所述第二路控制信号控制所述第二光电耦合器的第三导通截止状态；
需要说明的是，第二光电耦合器15，还用于将控制IC发送的第二路控制信号与第一三极管14的集电极电平进行隔离，以防止静电或者其他电气故障，从而提高数字量输出的稳定性，以进一步提高数字量输出的功能安全性。
第二路控制信号包括高电平信号及低电平信号，例如，高电平信号为5V、低电平信号为0V，该高电平信号及低电平信号可以根据实际需要进行设定，此处不作限定。
具体的，当第二光电耦合器15的输入端的正极接收到高电平信号(第二路控制信号为高电平信号)时，该第二光电耦合器15的第三导通截止状态为导通状态。当第二光电耦合器15的输入端的正极接收到低电平信号(第二路控制信号为低电平信号)时，该第二光电耦合器15的第三导通截止状态为截止状态。
所述第三分压电阻，用于与所述第四分压电阻构成第二分压电路，以在所述第三导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第二分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第二三极管的基极电平；
需要说明的是，第三分压电阻16与第四分压电阻17构成的第二分压电路，可用于在第三导通截止状态为导通状态时，确保第二三极管18的发射极电平大于第二三极管18的基极电平，以使第二三极管18导通。
例如，第二三极管14的发射极电平为6V，第三分压电阻16与第四分压电阻17相同的话，则第二三极管18的基极电平为3V。
具体的，当第二光电耦合器15的第三导通截止状态为导通状态时，同时，当第一三极管14的第二导通截止状态为导通状态时，第二三极管18的基极电平为第一三极管14的集电极电平经第三分压电阻16与第四分压电阻17的分压电平，以使第二三极管18导通。当第二光电耦合器15的第三导通截止状态为截止状态时，第二三极管18为截止状态。
所述第二三极管，用于基于所述第三导通截止状态，控制所述第二三极管的第四导通截止状态，以控制所述数字量信号的电平。
需要说明的是，当第二光电耦合器15的第三导通截止状态为导通状态时，同时，当第一三极管14的第二导通截止状态为导通状态时，第二三极管18的基极电平为第一三极管14的集电极电平经第三分压电阻16与第四分压电阻17的分压电平，由于第二三极管18的发射极电平为第一三极管14的集电极电平，所以第二三极管18的第四导通截止状态为导通状态，此时，输入电源导通，即输出的数字量信号的电平为高电平。当第二光电耦合器15的第二导通截止状态为截止状态时，第二三极管18的第四导通截止状态也为截止状态，此时，输入电源无法流通，即输出的数字量信号的电平为低电平。
可以理解，只有在控制IC发送的第一路控制信号与第二路控制信号均为高电平信号时，输出的数字量信号才为高电平。相应的，在控制IC发送的第一路控制信号为低电平信号时，或者，控制IC发送的第二路控制信号为低电平信号时，输出的数字量信号为低电平。
本实施例中，数字量输出功能电路为双通道数字量输出架构，即数字量输出功能电路通过双路信号进行控制，相比单路信号进行控制，本实施例可进一步提高数字量输出的功能安全性。
进一步地，基于上述第一实施例，提出本发明数字量输出电路的第四实施例。
参照图4，图4为本发明数字量输出电路第四实施例的结构示意图。
在本实施例中，上述数字量输出漏电流检测电路包括：第五分压电阻21和差分运算放大器22。
在本实施例中，所述第五分压电阻的第一端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述第五分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述差分运算放大器的同相输入端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述差分运算放大器的反相输入端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述差分运算放大器的输出端与控制IC电连接。其中，第五分压电阻21的第一端与数字量输出功能电路的输出端电连接，其为接收数字量输出功能电路输出的数字量信号，其可以为直接连接，也可以再通过其他器件进行间接连接，例如，在第五分压电阻21的第一端上再串联一个分压电阻。差分运算放大器22的输出端可以与控制IC的模拟量输入引脚电连接，以将数字量输出漏电流检测电路输出的模拟量信号输入至控制IC，从而完整漏电流检测。
需要说明的是，差分运算放大器22中包括：同相输入端上的第一电阻R1及第二电阻R2、反相输入端上的第三电阻R3及反馈电阻R4，具体的参照图4。
其中，所述第五分压电阻，用于对所述数字量信号进行分压，以将分压得到的分压电平作为所述差分运算放大器的同相输入端电平；
需要说明的是，第五分压电阻21用于确保差分运算放大器的同相输入端电平为符合要求的电平，防止该同相输入端电平为无效电平，例如0V。
所述差分运算放大器，用于将所述同相输入端电平进行放大，并输出放大后的模拟量至所述控制IC，以供所述控制IC基于所述模拟量进行漏电流检测。
需要说明的是，差分运算放大器22将分压过后的数字量信号进行差分运算后，得到放大的差分结果，该差分结果为模拟量信号。然后，将该模拟量输入至控制IC，以使控制IC将模拟量转换为数字量信号，从而判断在数字量输出功能电路处于关断状态时，该数字量信号的电平是否大于预设阈值，若数字量信号的电平大于预设阈值，则判定存在漏电流；若数字量信号的电平小于或等于预设阈值，则判定不存在漏电流。其中，该预设阈值可以根据实际情况进行设定，此处不作限定。
在一实施例中，控制IC可通过对数字量输出功能电路的控制情况判断其是否处于关断状态。例如，当控制IC的第一路控制信号为低电平或控制IC的第二路控制信号为低电平，此时可判定数字量输出功能电路处于关断状态。
在另一实施例中，控制IC也可以通过其他方法判定是否存在漏电流，例如，若数字量信号的电平大于第一预设阈值且小于第二预设阈值，则判定存在漏电流；若数字量信号的电平小于或等于第一预设阈值，则判定不存在漏电流。其中，第二预设阈值大于第一预设阈值，该第二预设阈值用于判断数字量输出功能电路是否处于关断状态，若数字量信号的电平小于第二预设阈值，则判定数字量输出功能电路处于关断状态；若数字量信号的电平大于或等于第二预设阈值，则判定数字量输出功能电路处于开启状态。
本实施例中，通过差分运算放大器对输出的数字量信号进行漏电流检测，由于差分运算放大器存在增益效果，因此，可提高漏电流检测的准确性，从而进一步提高数字量输出的功能安全性。
进一步地，基于上述第一实施例，提出本发明数字量输出电路的第五实施例。
参照图5，图5为本发明数字量输出电路第五实施例的结构示意图。
在本实施例中，上述数字量输出漏电流检测电路还包括：第六分压电阻23，所述第六分压电阻的第一端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述第六分压电阻的第二端与所述第五分压电阻的第一端电连接。
其中，所述第六分压电阻，用于与所述第五分压电阻构成第三分压电路，以将所述数字量信号进行分压得到的分压电平作为所述差分运算放大器的同相输入端电平。
需要说明的是，在第五分压电阻21失效时，由于存在第六分压电阻，可确保差分运算放大器22的同相输入端电平存在。相应的，第六分压电阻23失效时，由于第五分压电阻21仍正常工作，可确保数字量输出漏电流检测电路正常工作。
本实施例中，在接收数字量输出功能电路的数字量信号时，加入该第六分压电阻，可确保其他电阻失效时数字量输出漏电流检测电路仍可正常工作，从而进一步提高数字量输出的功能安全性。
进一步地，基于上述第一实施例，提出本发明数字量输出电路的第六实施例。
参照图6，图6为本发明数字量输出电路第六实施例的结构示意图。
在本实施例中，该数字量输出电路还包括：数字量输出电源控制电路30，所述数字量输出电源控制电路与所述输入电源电连接，所述数字量输出电源控制电路与所述数字量输出功能电路电连接。
需要说明的是，数字量输出电源控制电路30与输入电源电连接，数字量输出电源控制电路与数字量输出功能电路10电连接，也就是说，输入电源通过数字量输出电源控制电路30间接对数字量输出功能电路10进行供电。
其中，所述数字量输出电源控制电路，用于基于所述数字量输出漏电流检测电路的漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
在一实施例中，可以通过接收控制IC的电源控制信号，以基于该电源控制信号控制输入电源的开关状态。该电源控制信号的高电平与低电平可用于表示数字量输出漏电流检测电路的漏电流检测结果。
具体的，参照图7，图7为本发明实施例涉及的电源控制电路的结构示意图。上述数字量输出电源控制电路30包括：第三光电耦合器31、第七分压电阻32、第八分压电阻33、第三三极管34、第九分压电阻35、金属氧化物半导体场效应晶体管MOS 36和第十分压电阻37。
在本实施例中，所述第三光电耦合器31的输入端的正极与控制IC电连接，所述第三光电耦合器的输入端的负极接地，所述第三光电耦合器31的输出端的正极通过所述第七分压电阻32与所述输入电源的正极电连接，所述第三光电耦合器31的输出端的负极与所述第八分压电阻33的第一端电连接，所述第八分压电阻33的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第三光电耦合器31的输出端的正极与所述第三三极管34的基极电连接，所述第三三极管34的发射极与所述输入电源的正极电连接，所述第三三极管34的集电极与所述第九分压电阻35的第一端电连接，所述第九分压电阻35的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述MOS 36的源极与所述输入电源的正极电连接，所述MOS 36的栅极通过所述第十分压电阻37与所述输入电源的正极电连接，所述MOS 36的栅极与所述第三三极管34的集电极电连接，所述MOS 36的漏极与所述数字量输出功能电路的输入电源端电连接。
在一实施例中，第三三极管34为PNP型三极管，在其他实施方式中，也可以为其他类型的三极管，具体的执行流程与本实施例基本相同，此处不再一一赘述。
其中，所述第三光电耦合器31，用于接收所述控制IC发送的电源控制信号，以基于所述电源控制信号控制所述第三光电耦合器31的第五导通截止状态；
需要说明的是，第三光电耦合器31，还用于将控制IC发送的电源控制信号与输入电源进行隔离，以防止静电或者其他电气故障，从而提高数字量输出电源控制电路30的稳定性，以进一步提高数字量输出的功能安全性。
电源控制信号包括高电平信号及低电平信号，例如，高电平信号为5V、低电平信号为0V，该高电平信号及低电平信号可以根据实际需要进行设定，此处不作限定。
具体的，当第三光电耦合器31的输入端的正极接收到高电平信号(电源控制信号为高电平信号)时，该第三光电耦合器31的第五导通截止状态为导通状态。当第三光电耦合器31的输入端的正极接收到低电平信号(电源控制信号为低电平信号)时，该第三光电耦合器31的第五导通截止状态为截止状态。
所述第七分压电阻32，用于与所述第八分压电阻33构成第四分压电路，以在所述第五导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第四分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第三三极管34的基极电平；
需要说明的是，第七分压电阻32与第八分压电阻33构成的第四分压电路，可用于在第五导通状态为导通状态时，确保第三三极管34的发射极电平大于第三三极管34的基极电平，以使第三三极管34导通。
例如，第三三极管34的发射极电平为24V，第七分压电阻31与第八分压电阻33相同的话，则第三三极管34的基极电平为12V。
具体的，当第三光电耦合器31的第五导通截止状态为导通状态时，第三三极管34的基极电平为输入电源经第七分压电阻32与第八分压电阻33的分压电平，以使第三三极管34导通。当第三光电耦合器31的第五导通截止状态为截止状态时，第三三极管34为截止状态。
所述第三三极管34，用于基于所述第五导通截止状态，控制所述第三三极管34的第六导通截止状态，以基于所述第六导通截止状态，确定所述MOS36的门极电平；
需要说明的是，当第三光电耦合器31的第五导通截止状态为导通状态时，第三三极管34的基极电平为输入电源经第七分压电阻32与第八分压电阻33的分压电平，由于第三三极管34的发射极电平为输入电源的电平，所以第三三极管34的第六导通截止状态为导通状态。当第三光电耦合器31的第五导通截止状态为截止状态时，第三三极管34的第六导通截止状态也为截止状态。
所述第九分压电阻35，用于与所述第十分压电阻37构成第五分压电路，以在所述第六导通截止状态为截止状态时，将所述输入电源经所述第五分压电路进行分压得到的分压电平作为所述MOS 36的门极电平；
具体的，当第三三极管34的第六导通截止状态为截止状态时，MOS 36的门极电平为输入电源经第九分压电阻35与第十分压电阻37的分压电平，以使MOS 36导通。当第三三极管34的第六导通截止状态为导通状态时，MOS36的门极电平为输入电源的电平，此时，MOS36为截止状态(关断)。
例如，输入电源为24V，第九分压电阻35与第十分压电阻37相同的话，则MOS 36的门极电平为12V。
所述MOS 36，用于基于所述第六导通截止状态，控制所述MOS 36的第七导通截止状态，以基于所述第七导通截止状态控制所述输入电源的开关状态。
需要说明的是，当第三三极管34的第六导通截止状态为截止状态时，MOS36的门极电平为输入电源经第九分压电阻35与第十分压电阻37的分压电平，所以MOS 36的第七导通截止状态为导通状态，此时，输入电源导通，即将输入电源成功接入数字量输出功能电路。当第三三极管34的第六导通截止状态为导通状态时，MOS 36的门极电平为输入电源的电平，所以MOS 36的第七导通截止状态为截止状态，此时，输入电源不导通，即无法将输入电源成功接入数字量输出功能电路，也就是说切断输入电源。
可以理解，只有在控制IC发送的电源控制信号为低电平信号时，才可以接通数字量输出功能电路的输入电源。相应的，在控制IC发送的电源控制信号为高电平信号时，将输入电源进行切断，即数字量输出功能电路无输入电源。
本实施例中，通过数字量输出电源控制电路，可基于漏电流检测结果控制输入电源的开关状态，以确保存在漏电流时，及时关闭输入电源，从而进一步提高数字量输出的功能安全性。
进一步地，基于上述第一实施例至第六实施例，提出本发明数字量输出电路的第七实施例。
参照图8，图8为本发明数字量输出电路第七实施例的结构示意图。
在本实施例中，该数字量输出电路还包括控制IC 40，所述控制IC 40的第一路控制输出引脚与所述数字量输出功能电路电连接，所述控制IC 40的第二路控制输出引脚与所述数字量输出功能电路电连接，所述控制IC的模拟量输入引脚与所述数字量输出漏电流检测电路电连接，所述控制IC的电源控制输出引脚与所述数字量输出电源控制电路电连接。
具体的，参照图8，控制IC 40的第一路控制输出引脚DO_1与数字量输出功能电路10中的第一光电耦合器11的输入端的正极电连接，控制IC 40的第二路控制输出引脚DO_2与数字量输出功能电路中的第二光电耦合器15的输入端的正极电连接，控制IC 40的模拟量输入引脚DO_FB与数字量输出漏电流检测电路20中的差分运算放大器22的输出端电连接，控制IC 40的电源控制输出引脚DO_VCC与数字量输出电源控制电路30中的第三光电耦合器31的输入端的正极电连接。
其中，所述控制IC 40，用于基于所述第一路控制输出引脚的第一路控制信号和所述第二路控制输出引脚的第二路控制信号，控制所述数字量信号的电平；
在本实施例中，基于第一路控制输出引脚的第一路控制信号和第二路控制输出引脚的第二路控制信号，控制数字量信号的电平的具体执行流程可参照上述第二实施例和第三实施例，此处不再一一赘述。
所述控制IC 40，还用于接收所述数字量输出漏电流检测电路发送的模拟量，并基于所述模拟量确定漏电流检测结果；
在本实施例中，接收数字量输出漏电流检测电路发送的模拟量，并基于模拟量确定漏电流检测结果的具体执行流程可参照上述第四实施例和第五实施例，此处不再一一赘述。
所述控制IC 40，还用于基于所述漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
在本实施例中，接收基于漏电流检测结果控制输入电源的开关状态的具体执行流程可参照上述第六实施例，此处不再一一赘述。
本实施例中，通过控制IC集中控制数字量输出电路，以使数字量输出电路更加准确地执行相应的信号功能，从而进一步提高数字量输出的功能安全性。
本发明还提供一种数字量输出设备，该数字量输出设备包括：如以上任一项实施例所述的数字量输出电路。
本发明数字量输出设备的具体实施例与上述数字量输出电路各实施例基本相同，在此不作赘述。
本发明还提供一种数字量输出系统，该数字量输出系统包括：输入电源设备、上位机和如以上任一项实施例所述的数字量输出电路。
所述输入电源设备，用于对所述数字量输出电路进行供电；
需要说明的是，该输入电源设备为提供输入电源的设备，该输入电源为以上任一项实施例所述的数字量输出电路中的输入电源。
所述上位机，用于接收所述数字量输出电路输出的数字量信号。
需要说明的是，该上位机为受控设备，该上位机为以上任一项实施例所述的数字量输出电路中的上位机。
本发明数字量输出系统的具体实施例与上述数字量输出电路各实施例基本相同，在此不作赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种数字量输出电路，其特征在于，所述数字量输出电路包括：数字量输出功能电路和数字量输出漏电流检测电路，所述数字量输出功能电路与所述数字量输出漏电流检测电路电连接，其中，
所述数字量输出功能电路，用于接通输入电源和上位机之间的电连接，以为所述上位机提供数字量信号；
所述数字量输出漏电流检测电路，用于对所述数字量信号进行漏电流检测，以供基于漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
2.如权利要求1所述的数字量输出电路，其特征在于，所述数字量输出功能电路包括：第一光电耦合器、第一分压电阻、第二分压电阻和第一三极管，所述第一光电耦合器的输入端的正极与控制集成电路IC电连接，所述第一光电耦合器的输入端的负极接地，所述第一光电耦合器的输出端的正极通过所述第一分压电阻与所述输入电源的正极电连接，所述第一光电耦合器的输出端的负极与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第一光电耦合器的输出端的负极与所述第一三极管的基极电连接，所述第一三极管的发射极与所述输入电源的正极电连接，所述第一三极管的集电极与所述上位机电连接，其中，
所述第一光电耦合器，用于接收所述控制IC发送的第一路控制信号，以基于所述第一路控制信号控制所述第一光电耦合器的第一导通截止状态；
所述第一分压电阻，用于与所述第二分压电阻构成第一分压电路，以在所述第一导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第一分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第一三极管的基极电平；
所述第一三极管，用于基于所述第一导通截止状态，控制所述第一三极管的第二导通截止状态，以控制所述数字量信号的电平。
3.如权利要求2所述的数字量输出电路，其特征在于，所述数字量输出功能电路还包括：第二光电耦合器、第三分压电阻、第四分压电阻和第二三极管，所述第二光电耦合器的输入端的正极与所述控制IC电连接，所述第二光电耦合器的输入端的负极接地，所述第二光电耦合器的输出端的正极通过所述第三分压电阻与所述第一三极管的集电极电连接，所述第二光电耦合器的输出端的负极与所述第四分压电阻的第一端电连接，所述第四分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第二光电耦合器的输出端的负极与所述第二三极管的基极电连接，所述第二三极管的发射极与所述第一三极管的集电极电连接，所述第二三极管的集电极与所述上位机电连接，其中，
所述第二光电耦合器，用于接收所述控制IC发送的第二路控制信号，以基于所述第二路控制信号控制所述第二光电耦合器的第三导通截止状态；
所述第三分压电阻，用于与所述第四分压电阻构成第二分压电路，以在所述第三导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第二分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第二三极管的基极电平；
所述第二三极管，用于基于所述第三导通截止状态，控制所述第二三极管的第四导通截止状态，以控制所述数字量信号的电平。
4.如权利要求1所述的数字量输出电路，其特征在于，所述数字量输出漏电流检测电路包括：第五分压电阻和差分运算放大器，所述第五分压电阻的第一端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述第五分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述差分运算放大器的同相输入端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述差分运算放大器的反相输入端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述差分运算放大器的输出端与控制IC电连接，其中，
所述第五分压电阻，用于对所述数字量信号进行分压，以将分压得到的分压电平作为所述差分运算放大器的同相输入端电平；
所述差分运算放大器，用于将所述同相输入端电平进行放大，并输出放大后的模拟量至所述控制IC，以供所述控制IC基于所述模拟量进行漏电流检测。
5.如权利要求4所述的数字量输出电路，其特征在于，所述数字量输出漏电流检测电路还包括：第六分压电阻，所述第六分压电阻的第一端与所述数字量输出功能电路的输出端电连接，所述第六分压电阻的第二端与所述第五分压电阻的第一端电连接，其中，
所述第六分压电阻，用于与所述第五分压电阻构成第三分压电路，以将所述数字量信号进行分压得到的分压电平作为所述差分运算放大器的同相输入端电平。
6.如权利要求1所述的数字量输出电路，其特征在于，所述数字量输出电路还包括：数字量输出电源控制电路，所述数字量输出电源控制电路与所述输入电源电连接，所述数字量输出电源控制电路与所述数字量输出功能电路电连接，其中，
所述数字量输出电源控制电路，用于基于所述数字量输出漏电流检测电路的漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
7.如权利要求6所述的数字量输出电路，其特征在于，所述数字量输出电源控制电路包括：第三光电耦合器、第七分压电阻、第八分压电阻、第三三极管、第九分压电阻、金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和第十分压电阻，所述第三光电耦合器的输入端的正极与控制IC电连接，所述第三光电耦合器的输入端的负极接地，所述第三光电耦合器的输出端的正极通过所述第七分压电阻与所述输入电源的正极电连接，所述第三光电耦合器的输出端的负极与所述第八分压电阻的第一端电连接，所述第八分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述第三光电耦合器的输出端的正极与所述第三三极管的基极电连接，所述第三三极管的发射极与所述输入电源的正极电连接，所述第三三极管的集电极与所述第九分压电阻的第一端电连接，所述第九分压电阻的第二端与所述输入电源的负极电连接或接地，所述MOS的源极与所述输入电源的正极电连接，所述MOS的栅极通过所述第十分压电阻与所述输入电源的正极电连接，所述MOS的栅极与所述第三三极管的集电极电连接，所述MOS的漏极与所述数字量输出功能电路的输入电源端电连接，其中，
所述第三光电耦合器，用于接收所述控制IC发送的电源控制信号，以基于所述电源控制信号控制所述第三光电耦合器的第五导通截止状态；
所述第七分压电阻，用于与所述第八分压电阻构成第四分压电路，以在所述第五导通截止状态为导通状态时，将所述输入电源经所述第四分压电路进行分压得到的分压电平作为所述第三三极管的基极电平；
所述第三三极管，用于基于所述第五导通截止状态，控制所述第三三极管的第六导通截止状态，以基于所述第六导通截止状态，确定所述MOS的门极电平；
所述第九分压电阻，用于与所述第十分压电阻构成第五分压电路，以在所述第六导通截止状态为截止状态时，将所述输入电源经所述第五分压电路进行分压得到的分压电平作为所述MOS的门极电平；
所述MOS，用于基于所述第六导通截止状态，控制所述MOS的第七导通截止状态，以基于所述第七导通截止状态控制所述输入电源的开关状态。
8.如权利要求1至7中任一项所述的数字量输出电路，其特征在于，所述数字量输出电路还包括：控制IC，所述控制IC的第一路控制输出引脚与所述数字量输出功能电路电连接，所述控制IC的第二路控制输出引脚与所述数字量输出功能电路电连接，所述控制IC的模拟量输入引脚与所述数字量输出漏电流检测电路电连接，所述控制IC的电源控制输出引脚与所述数字量输出电源控制电路电连接，其中，
所述控制IC，用于基于所述第一路控制输出引脚的第一路控制信号和所述第二路控制输出引脚的第二路控制信号，控制所述数字量信号的电平；
所述控制IC，还用于接收所述数字量输出漏电流检测电路发送的模拟量，并基于所述模拟量确定漏电流检测结果；
所述控制IC，还用于基于所述漏电流检测结果控制所述输入电源的开关状态。
9.一种数字量输出设备，其特征在于，所述数字量输出设备包括：如权利要求1至8中任一项所述的数字量输出电路。
10.一种数字量输出系统，其特征在于，所述数字量输出系统包括：输入电源设备、上位机和如权利要求1至8中任一项所述的数字量输出电路，其中，
所述输入电源设备，用于对所述数字量输出电路进行供电；
所述上位机，用于接收所述数字量输出电路输出的数字量信号。
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