CN113141287B - 一种节点负载短路自隔离电路、方法和多联机电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节点负载短路自隔离电路、方法和多联机电路，所述节点负载短路自隔离电路包括：电源总线，以及，设置在所述电源总线上的至少一个节点负载；在所述节点负载与所述电源总线之间还设有与所述节点负载一一对应的隔离保护电路；所述隔离保护电路用于监测与其连接的所述节点负载是否发生短路，并当所述节点负载发生短路时，将所述节点负载隔离出所述电源总线。本发明所述的节点负载短路自隔离电路能够实现当某一个节点负载发生短路时，有效的将该负载节点从电源总线上隔离出去，以保护其他负载输出不受影响，实现故障节点的完全隔离，避免控制器由于节点负载短路而出现误触发或功能紊乱的现象。

Description

一种节点负载短路自隔离电路、方法和多联机电路
技术领域
本发明涉及短路保护技术领域，具体涉及一种节点负载短路自隔离电路、方法和多联机电路。
背景技术
在实际的测试wifi mesh网络通信过程中发现，当模组受外部因素或自身原因发生短路时，会造成控制器主板无法正常输出。此外，多联机外机主控板搭载众多负载，这些负载大多又共用一组电源。一旦某一个负载节点发生短路，则会导致整个电源总线的其它负载处于瘫痪状态，而无法正常工作。
CAN通讯具有故障封闭的特点。CAN可以判断出错误的通讯节点，当总线上发生持续的数据错误时，可以将此故障节点从总线上隔离出去，保持总线上的通讯正常。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节点负载短路自隔离电路、方法和多联机电路，以解决现有控制器某一负载节点发生短路时，造成控制器自身无法正常工作的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种节点负载短路自隔离电路，包括：
电源总线，以及，设置在所述电源总线上的至少一个节点负载；
在所述节点负载与所述电源总线之间还设有与所述节点负载一一对应的隔离保护电路；
所述隔离保护电路用于监测与其连接的所述节点负载是否发生短路，并当所述节点负载发生短路时，将所述节点负载隔离出所述电源总线。
可选的，还包括：
设置在所述电源总线上的至少一个备用节点负载；
所述备用节点负载用于当所述节点负载发生短路故障，且被隔离出所述电源总线时，进行启动，以代替所述节点负载运行。
可选的，在所述备用节点负载与所述电源总线之间还设有与所述备用节点负载一一对应的隔离保护电路。
可选的，所述节点负载和所述备用节点负载相对应；
当所述节点负载发生短路故障，且被隔离出所述电源总线时，与该节点负载对应的所述备用节点负载启动，代替所述节点负载运行。
可选的，所述隔离保护电路包括：
保险丝、光耦、第一三极管、第二三极管和场效应管；
所述保险丝设置在所述电源总线的正极输入端与所述节点负载之间，所述保险丝的两端还分别与所述光耦的输入端相连，在所述光耦的发光二极管的阴极和所述保险丝之间还设有电阻R4；所述光耦的一个输出端分别与电阻R3的一端以及所述第一三级管的基极相连，所述电阻R3的另一端与所述电源总线的正极输入端相连，所述光耦的另一个输出端接地；所述第一三极管的发射极通过电阻R2与所述电源总线的正极输入端相连，所述第一三极管的集电极分别与所述场效应管的栅极和电阻R5的一端相连，所述场效应管的漏极与所述保险丝和所述电阻R4的连接点相连，所述场效应管的源极与所述节点负载相连；所述电阻R5的另一端与所述电源总线的负极输入端相连；所述第二三极管的集电极通过电阻R1与所述电源总线的正极输入端相连，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极与外部的控制器I/O口连接。
可选的，所述保险丝为自恢复保险丝。
本发明还提供了一种多联机电路，包括：
控制器，以及，如前面任一项所述的节点负载短路自隔离电路；
其中，所述节点负载短路自隔离电路与所述控制器的连接。
本发明还提供了一种节点负载短路自隔离方法，包括：
实时监测每个节点负载是否发生短路；
当有节点负载发生短路时，将发生短路的节点负载隔离出电源总线，并判断该节点负载的短路故障是否解除；
如果该节点负载的短路故障解除，则将该节点负载重新接入电源总线。
可选的，还包括：
当有节点负载发生短路，并被隔离出电源总线后，如果该节点负载的短路故障未解除且持续特定时长，则启用与该节点负载对应的备用节点负载，以使控制器正常工作。
本发明还提供了一种处理器，用于执行前面所述的一种节点负载短路自隔离方法。
本发明采用以上技术方案，所述一种节点负载短路自隔离电路，包括：电源总线，以及，设置在所述电源总线上的至少一个节点负载；在所述节点负载与所述电源总线之间还设有与所述节点负载一一对应的隔离保护电路；所述隔离保护电路用于监测与其连接的所述节点负载是否发生短路，并当所述节点负载发生短路时，将所述节点负载隔离出所述电源总线。本发明所述的节点负载短路自隔离电路能够实现当某一个节点负载发生短路时，有效的将该负载节点从电源总线上隔离出去，以保护其他负载输出不受影响，实现故障节点的完全隔离，避免控制器由于节点负载短路而出现误触发或功能紊乱的现象，此外，针对短路的节点负载还具有自隔离、自恢复的功能。
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是本发明一种节点负载短路自隔离电路实施例一提供的结构示意图；
图2是本发明一种节点负载短路自隔离电路实施例二提供的结构示意图；
图3是本发明一种多联机电路一个实施例提供的结构示意图；
图4是本发明一种节点负载短路自隔离方法实施例一提供的流程示意图；
图5是本发明一种节点负载短路自隔离方法实施例二提供的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
图1是本发明一种节点负载短路自隔离电路实施例一提供的结构示意图。
如图1所示，本实施例所述的一种节点负载短路自隔离电路，包括：
电源总线，以及，设置在所述电源总线上的至少一个节点负载；
在所述节点负载与所述电源总线之间还设有与所述节点负载一一对应的隔离保护电路；
所述隔离保护电路用于监测与其连接的所述节点负载是否发生短路，并当所述节点负载发生短路时，将所述节点负载隔离出所述电源总线。
本实施例所述的节点负载短路自隔离电路能够实现当某一个节点负载发生短路时，有效的将该负载节点从电源总线上隔离出去，以保护其他负载输出不受影响，实现故障节点的完全隔离，避免控制器由于节点负载短路而出现误触发或功能紊乱的现象。
图2是本发明一种节点负载短路自隔离电路实施例二提供的结构示意图。
如图2所示，本实施例所述的一种节点负载短路自隔离电路在图1的基础上，还包括：
设置在所述电源总线上的至少一个备用节点负载；
所述备用节点负载用于当所述节点负载发生短路故障，且被隔离出所述电源总线时，进行启动，以代替所述节点负载运行。
进一步的，在所述备用节点负载与所述电源总线之间还设有与所述备用节点负载一一对应的隔离保护电路。
进一步的，所述节点负载和所述备用节点负载相对应；
当所述节点负载发生短路故障，且被隔离出所述电源总线时，与该节点负载对应的所述备用节点负载启动，代替所述节点负载运行。
在实际使用中，所述节点负载和所述备用节点负载可以是一一对应的，这样能够保证当每个节点负载发生短路故障时，都有与之对应的备用节点负载代替该故障节点负载运行，保证电路的功能正常；可以理解的是，为了降低成本，还可以只对电路上关键重要的节点负载配置备用节点负载，对于已经配备了备用节点负载的节点负载，当该节点负载发生短路故障，且被隔离出电源总线时，与该节点负载对应的所述备用节点负载启动，代替所述节点负载运行，以此来保证控制器稳定可靠的输出。
进一步的，所述隔离保护电路包括：
保险丝、光耦U1、第一三极管Q1、第二三极管Q2和场效应管Q3；
所述保险丝设置在所述电源总线的正极输入端与所述节点负载之间，所述保险丝的两端还分别与所述光耦U1的输入端相连，在所述光耦U1的发光二极管的阴极和所述保险丝之间还设有电阻R4；所述光耦U1的一个输出端分别与电阻R3的一端以及所述第一三级管的基极相连，所述电阻R3的另一端与所述电源总线的正极输入端相连，所述光耦U1的另一个输出端接地；所述第一三极管Q1的发射极通过电阻R2与所述电源总线的正极输入端相连，所述第一三极管Q1的集电极分别与所述场效应管Q3的栅极和电阻R5的一端相连，所述场效应管Q3的漏极与所述保险丝和所述电阻R4的连接点相连，所述场效应管Q3的源极与所述节点负载相连；所述电阻R5的另一端与所述电源总线的负极输入端相连；所述第二三极管Q2的集电极通过电阻R1与所述电源总线的正极输入端相连，所述第二三极管Q2的发射极接地，所述第二三极管Q2的基极与外部的控制器I/O口连接。
进一步的，所述保险丝为自恢复保险丝。
需要说明的是，图2中，备用节点负载C1是节点负载B1的备用负载，隔离保护电路A1与隔离保护电路A2的结构完全相同，他们的工作方式也是一样的。每个负载节点都有对应的备用负载节点，相当于一套冗余系统，当节点负载B1发生短路故障后，会被自动隔离，然后备用节点负载C1会开启，以保证控制器稳定工作。
本实施例所述的节点负载短路自隔离电路的具体工作过程如下：
1)电源总线上输入为直流电源，电压为VCC。电源总线上挂接多个节点负载以及备用节点负载。节点负载以及备用节点负载均通过隔离保护电路与电源总线连接。
2)自恢复保险丝在常温下维持较低的阻值。当流经保险丝的电流过大时，则会引起自恢复保险丝内部晶体结构超出临界值，致使内部晶体发生改变，造成电阻急剧上升至近似断路的情况，从而阻断电流回路。当温度恢复正常时，自恢复保险丝内部晶体重新冷却结晶，自身电阻值又降到极低的水平。
3)电源上电后，光耦U1的输入端被自恢复保险丝短路而无法工作。即第一三极管Q1的基极电平通过上拉电阻R3拉高，故第一三极管Q1处于截止状态，同时，第二三极管Q2也无法工作。PMOS场效应管Q3的栅极被电阻R5拉低而导通。故上电后，电源可以为节点负载正常供电。
4)当节点负载B1发生短路时，此时回路中会产生很大的短路电流，即自恢复保险丝电阻在极短的时间内急剧增加处于断路状态。光耦U1输入端上电导通后，与光耦U1输出端相连的电阻R3被拉到电源地。第一三极管Q1导通，第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的基极处于高电平状态，第二三极管Q2导通，使得第一三极管Q1的基极被拉到电源地，即完成一次状态自锁。此时PMOS场效应管Q3的栅极会一直保持高电平，而使场效应管Q3关断。完成电源隔离保护。
5)场效应管Q3关断后，自恢复保险丝会恢复正常，光耦U1不工作，但第一三极管Q1和第二三极管Q2会一直维持导通状态不发生变化，即场效应管Q3一直处于关断状态。
6)CPU-Pin1连接控制器的准双向的I/O口，正常情况下处于输入检测状态，当节点负载B1发生短路时，CPU-Pin1管脚的电平会一直被拉高。当CPU-Pin1检测高电平时间大于设置阈值(特定时长)时，则认为此节点负载发生短路，此时会根据实际需求选择是否启用备用节点负载C1。
当节点负载B1短路故障解除时，CPU-Pin1则可以发出一个低电平来打破第一三极管Q1和第二三极管Q2的工作状态。CPU-Pin1为低电平时，第二三极管Q2截止，第一三极管Q1的基极被电阻R3拉高，第一三极管Q1截止，场效应管Q3导通，电源总线正常为节点负载B1正常供电。
本实施例所述的节点负载短路自隔离电路能够当某一个节点负载发生短路时，有效的将该负载节点从电源总线上隔离出去，以保护其他负载输出不受影响，实现故障节点的完全隔离，避免控制器由于节点负载短路而出现误触发或功能紊乱的现象。此外，针对短路的节点负载还具有自隔离、自恢复的功能；本实施例所述的电路鲁棒特性好，在完全隔离故障节点的同时，还可通过启用对应的备用节点负载来保证控制器稳定可靠的输出。
图3是本发明一种多联机电路一个实施例提供的结构示意图。
如图3所示，本实施例所述的一种多联机电路，包括：
控制器01，以及，如图1或图2所述的节点负载短路自隔离电路；
其中，所述节点负载短路自隔离电路与所述控制器01的连接。
具体的，所述控制器01的准双向的I/O口与图1或图2中所述的CPU-Pin1口相连。
本实施例中，当控制器01的电源输入后，负载节点处于正常工作状态。此时隔离保护电路会实时监测负载是否发生短路的情况，一旦有节点负载发生短路，则短路节点负载会被自动隔离出电源总线。如果被短路的节点负载一直未被解除故障，则会启用与其对应的备用节点负载，以保证控制器01正常工作。
图4是本发明一种节点负载短路自隔离方法实施例一提供的流程示意图。
如图4所示，本实施例所述的一种节点负载短路自隔离方法，包括：
S41：当电源输入后，实时监测每个节点负载是否发生短路；
S42：当有节点负载发生短路时，将发生短路的节点负载隔离出电源总线；
S43：判断该节点负载的短路故障是否解除；
S44：如果该节点负载的短路故障解除，则将该节点负载重新接入电源总线，以使控制器正常工作。
本实施例所述的节点负载短路自隔离方法能够实现当某一个节点负载发生短路时，有效的将该负载节点从电源总线上隔离出去，以保护其他负载输出不受影响，实现故障节点的完全隔离，避免控制器由于节点负载短路而出现误触发或功能紊乱的现象。
本实施例还能够实现对被隔离后的故障节点负载进行监测，以判断该节点负载的短路故障是否解除；并当该节点负载的短路故障解除后，将该节点负载重新接入电源总线。本实施例所述的方法实现了短路故障节点负载的自隔离、自恢复功能。
图5是本发明一种节点负载短路自隔离方法实施例二提供的流程示意图如图5所示，本实施例所述的一种节点负载短路自隔离方法，包括：
S51：当电源输入后，实时监测每个节点负载是否发生短路；
S52：当有节点负载发生短路时，将发生短路的节点负载隔离出电源总线；
S53：判断该节点负载的短路故障是否解除；
S54：如果该节点负载的短路故障解除，则将该节点负载重新接入电源总线，以使控制器正常工作；
S55：如果该节点负载的短路故障未解除且持续特定时长，则启用与该节点负载对应的备用节点负载，以使控制器正常工作。
本发明所述的一种节点负载短路自隔离方法的工作原理与上文所述的一种节点负载短路自隔离电路的工作原理相同，在此不再赘述。
本实施例所述的节点负载短路自隔离方法能够实现当某一个节点负载发生短路时，有效的将该负载节点从电源总线上隔离出去，以保护其他负载输出不受影响，实现故障节点的完全隔离，避免控制器由于节点负载短路而出现误触发或功能紊乱的现象；针对短路的节点负载还具有自隔离、自恢复的功能；鲁棒特性好，在完全隔离故障节点的同时，还可通过启用对应的备用节点负载来保证控制器稳定可靠的输出。
本发明还提供了一种处理器，用于执行图4或图5所述的一种节点负载短路自隔离方法。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种节点负载短路自隔离电路，其特征在于，包括：
电源总线，以及，设置在所述电源总线上的至少一个节点负载；
在所述节点负载与所述电源总线之间还设有与所述节点负载一一对应的隔离保护电路；
所述隔离保护电路用于监测与其连接的所述节点负载是否发生短路，并当所述节点负载发生短路时，将所述节点负载隔离出所述电源总线；
所述隔离保护电路包括：
保险丝、光耦、第一三极管、第二三极管和场效应管；
所述保险丝设置在所述电源总线的正极输入端与所述节点负载之间，所述保险丝的两端还分别与所述光耦的输入端相连，在所述光耦的发光二极管的阴极和所述保险丝之间还设有电阻R4；所述光耦的一个输出端分别与电阻R3的一端以及所述第一三级管的基极相连，所述电阻R3的另一端与所述电源总线的正极输入端相连，所述光耦的另一个输出端接地；所述第一三极管的发射极通过电阻R2与所述电源总线的正极输入端相连，所述第一三极管的集电极分别与所述场效应管的栅极和电阻R5的一端相连，所述场效应管的漏极与所述保险丝和所述电阻R4的连接点相连，所述场效应管的源极与所述节点负载相连；所述电阻R5的另一端与所述电源总线的负极输入端相连；所述第二三极管的集电极通过电阻R1与所述电源总线的正极输入端相连，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极与外部的控制器I/O口连接；
所述第二三极管的基极正常情况下处于输入检测状态，当节点负载发生短路时，所述第二三极管的基极的电平会一直被拉高；当检测高电平时间大于设置阈值时，则认为此节点负载发生短路。
2.根据权利要求1所述的节点负载短路自隔离电路，其特征在于，还包括：
设置在所述电源总线上的至少一个备用节点负载；
所述备用节点负载用于当所述节点负载发生短路故障，且被隔离出所述电源总线时，进行启动，以代替所述节点负载运行。
3.根据权利要求2所述的节点负载短路自隔离电路，其特征在于，
在所述备用节点负载与所述电源总线之间还设有与所述备用节点负载一一对应的隔离保护电路。
4.根据权利要求2所述的节点负载短路自隔离电路，其特征在于，
所述节点负载和所述备用节点负载相对应；
当所述节点负载发生短路故障，且被隔离出所述电源总线时，与该节点负载对应的所述备用节点负载启动，代替所述节点负载运行。
5.根据权利要求1所述的节点负载短路自隔离电路，其特征在于，所述保险丝为自恢复保险丝。
6.一种多联机电路，其特征在于，包括：
控制器，以及，如权利要求1至5任一项所述的节点负载短路自隔离电路；
其中，所述节点负载短路自隔离电路与所述控制器的连接。
7.一种节点负载短路自隔离方法，适用于权利要求1～5任一项所述的节点负载短路自隔离电路中，其特征在于，包括：
实时监测每个节点负载是否发生短路；
当有节点负载发生短路时，将发生短路的节点负载隔离出电源总线，并判断该节点负载的短路故障是否解除；
如果该节点负载的短路故障解除，则将该节点负载重新接入电源总线。
8.根据权利要求7所述的节点负载短路自隔离方法，其特征在于，还包括：
当有节点负载发生短路，并被隔离出电源总线后，如果该节点负载的短路故障未解除且持续特定时长，则启用与该节点负载对应的备用节点负载，以使控制器正常工作。
9.一种处理器，其特征在于，用于执行权利要求7或8所述的一种节点负载短路自隔离方法。
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