[go: up one dir, main page]

WO2025199990A1 - Digital output device, fault detection circuit and method thereof, and computing device - Google Patents

Digital output device, fault detection circuit and method thereof, and computing device

Info

Publication number
WO2025199990A1
WO2025199990A1 PCT/CN2024/084945 CN2024084945W WO2025199990A1 WO 2025199990 A1 WO2025199990 A1 WO 2025199990A1 CN 2024084945 W CN2024084945 W CN 2024084945W WO 2025199990 A1 WO2025199990 A1 WO 2025199990A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
digital
digital output
controller
power stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/CN2024/084945
Other languages
French (fr)
Inventor
Ze Wei LIU
Yu Zhou LEI
Hong Jin LIANG
Xiu Xiu LYU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Ltd China
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Ltd China
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Ltd China, Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens Ltd China
Priority to PCT/CN2024/084945 priority Critical patent/WO2025199990A1/en
Publication of WO2025199990A1 publication Critical patent/WO2025199990A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/382—Information transfer, e.g. on bus using universal interface adapter
    • G06F13/385—Information transfer, e.g. on bus using universal interface adapter for adaptation of a particular data processing system to different peripheral devices

Definitions

  • the present disclosure relates to the technical field of digital output, and more specifically, relates to a digital output device, a fault detection circuit and method therefor, and a computing device.
  • the first switching apparatus is connected between an output end of the current detection element and a positive terminal of an output voltage and receives a driving signal from a controller of the digital output device;
  • a fault detection method for a digital output device including:
  • the input voltages, a channel circuit, and the output voltages may be monitored in real time by using the fault detection circuit according to the embodiments of the present disclosure.
  • the fault detection circuit according to the embodiment of the present disclosure does not detect faults by using a conventional digital method, is simpler in principle, has a simplified hardware circuit design, and saves the Printed circuit board (PCB) area required, so that the cost of related hardware is saved.
  • PCB Printed circuit board
  • the controller 104 is configured to receive a control instruction from the exterior of the digital output device 100, and the control instruction is configured to control switching on or off of a switching apparatus of the power stage 1046.
  • the controller 104 may receive an instruction from the exterior of the device through a Profinet bus and then transmits the instruction to the power stage through the SPI.
  • the architecture of the digital output device may be extended to more analog-digital conversion modules and I/O extension modules conveniently, so as to support monitoring of more analog signals and the I/O signals between the controller and the power stage according to a system requirement.
  • the current detection element Rcs is connected between a positive terminal VBB of an input voltage and the first switching apparatus Q1.
  • the current detection element Rcs may be an electronic element such as a resistor and a Hall element as required.
  • the current detection module 202 is connected to the current detection element Rcs and is configured to detect a current flowing through the current detection element Rcs.
  • the current detection module 202 may be achieved by selecting an appropriate circuit as required, for example, may acquire the current of the current detection element by measuring voltages at both ends of the current detection element, which is not described in detail here.
  • the first switching apparatus Q1 may be an appropriate apparatus as required, for example, an apparatus such as a triode and a Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) .
  • an apparatus such as a triode and a Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) .
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor
  • the fault detection circuit 200 may further includes a reverse protection circuit 208, connected between the ground terminal GND_VBB of the input voltage and a ground terminal GND_VOUT of the output voltage, including a second switching apparatus Q2 and a drive circuit Rd thereof, and configured to perform anti-reverse connection protection on the digital output device.
  • a reverse protection circuit 208 connected between the ground terminal GND_VBB of the input voltage and a ground terminal GND_VOUT of the output voltage, including a second switching apparatus Q2 and a drive circuit Rd thereof, and configured to perform anti-reverse connection protection on the digital output device.
  • the current detection module 202, the input voltage detection module 206, and the output voltage detection module 204 are respectively connected to the analog-digital conversion module of the digital output device and provide data detected respectively to the analog-digital conversion module, and then the analog-digital conversion module provides the data to the controller for subsequent processing such as monitoring and controlling, which is not described in detail here.
  • FIG. 3 is a schematic flowchart of a fault detection method 300 for a digital output device according to another embodiment of the present disclosure.
  • the fault detection circuit as described above is arranged in the power stage of the digital output device.
  • step S302 a status of an instruction signal received by a first switching apparatus in a fault detection circuit from a controller of the digital output device is inspected.
  • step S304 in a case that the controller gives a “switching off” instruction signal (non-activated mode) , an output voltage value measured by an output voltage detection module is extracted.
  • step S306 if the output voltage value is greater than a normal output voltage value range when a load is connected, it may be determined that the load is disconnected.
  • step S308 if the output voltage value is greater than or equal to the minimum input voltage value, it is determined that in the digital output module, the input and output of the power stage are short-circuited.
  • step S310 in a case that the controller gives a “switching on” instruction signal (activated mode) , a detected current value measured by the current detection module is extracted, and if the detected current value is approximately equal to zero, it is determined that in the digital output module, the load is disconnected or the input and output of the power stage are short-circuited.
  • the detected current value here may be slightly greater than zero.
  • a threshold may be set as the circumstances may require. In a case that the detected current value is less than the threshold, it may be considered that in the digital output module, the load is disconnected or the input and output of the power stage are short-circuited.
  • the step S308 (if the output voltage value is greater than or equal to the minimum input voltage value, it is determined that the fault detection circuit is short-circuited) may further include:
  • the input voltage value is detected by using the input voltage detection module and if the measured output voltage value is approximately equal to the measured input voltage value, it is determined that in the digital output module, the input and output of the power stage are short-circuited.
  • FIGs. 4-7 A principle of the fault detection method for a digital output device according to another embodiment of the present disclosure will be described next in conjunction with FIGs. 4-7.
  • FIG 4 and FIG. 5 are schematic topological graphs of the fault detection circuit in a non-activated mode, and in the non-activated mode, the first switching apparatus receives the switching off instruction signal from the controller.
  • the output voltage Vout is as follows:
  • Vout represents the output voltage
  • VBB represents the input voltage
  • Z aux2 //Z out_v_sen //Z load represents the parallel equivalent resistance of the second auxiliary module, the output voltage detection module, and the load resistor
  • Z aux1 represents the equivalent resistance of the second auxiliary module
  • Rcs is the current detection element.
  • an appropriate output voltage Vout may be obtained, and the output voltage value has a reasonable voltage range.
  • the output voltage Vout is substantially equal to the input voltage VBB. Therefore, if the measured output voltage value Vout is greater than or equal to a preset minimum input voltage value, it may be determined that in the digital output module, the input and output of the power stage are short-circuited.
  • a technician may set an appropriate minimum input voltage value in advance according to a rated voltage of the power supply used.
  • the current input voltage measured value may also be measured by using the input voltage detection module in the fault detection circuit. If the measured output voltage value Vout is substantially equal to the input voltage measured value, it may be determined that in the digital output module, the input and output of the power stage are short-circuited.
  • FIG. 6 is a schematic topological graph of the fault detection circuit 200 in the activated mode with the disconnected load.
  • the output current Iout (the current of the Rcs measured by the current detection module) is as follows:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

The present disclosure relates to a digital output device, a fault detection circuit and method thereof, and a computing device. A digital output device includes a controller and at least one digital output module. The controller communicates with each digital output module through a Serial Peripheral Interface (SPI). The digital output module includes: an analog-digital conversion module, an Input/Output (I/O) extension module, and at least one power stage, where the controller receives a control instruction from the exterior of the digital output device, and the control instruction is configured to control switching on or off of a switching apparatus of the power stage; the analog-digital conversion module has the SPI, receives an analog feedback signal from the power stage, and converts the indicated analog feedback signal into a digital quantity signal provided to the controller; the I/O extension module has the SPI, processes a bidirectional digital signal, converts the serial control instruction from the controller into a parallel signal and transmits the parallel signal to the power stage, and transmits a digital signal from the power stage to the controller; and the power stage is configured to connect an input power supply and a load.

Description

DIGITAL OUTPUT DEVICE, FAULT DETECTION CIRCUIT AND METHOD THEREOF, AND COMPUTING DEVICE TECHNICAL FIELD
The present disclosure relates to the technical field of digital output, and more specifically, relates to a digital output device, a fault detection circuit and method therefor, and a computing device.
BACKGROUND
A distributed Input/Output (I/O) module is always an indispensable part of automation. In an industry network, the I/O module is crucial to synchronization of all devices. A distributed I/O system provides digital and analog input and output signals. Taking a digital output module as an example, it may directly turn on/off a power supply outputted to a device according to a command of a Programmable Logic Controller (PLC) through Profinet or other protocols.
With the development and application of the distributed I/O system, the requirement on a distributed I/O digital output module is increasingly high, for example, output current and voltage monitoring, and more protective and diagnostic functions. Therefore, how to develop a system structure which controls and monitors the distributed I/O digital output module becomes a key problem needed to be solved urgently.
To date, most digital modules, particularly a module with two isolated output power supplies, only have a simple switching function. Thanks to limitation of IO pins of the controller, neither simulated measurement is available nor mass digital feedback signals from a power stage are support.
SUMMARY
A brief overview of the present disclosure is given below to provide a basic understanding of certain aspects of the present disclosure. It should be understood that this summary is not an exhaustive overview of the present disclosure. It is not intended to determine key or important parts of the present disclosure, nor is it intended to limit the scope of the present disclosure. The purpose is merely to present some concepts in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is discussed later.
In view of this, the present disclosure provides a digital output device capable of controlling and monitoring a distributed digital output module and a fault detection circuit  and a fault detection method for the digital output device.
According to one aspect of the present disclosure, a digital output device includes a controller and at least one digital output module. The controller communicates with each digital output module through a Serial Peripheral Interface (SPI) .
The digital output module includes: an analog-digital conversion module, an Input/Output (I/O) extension module, and at least one power stage, where
the controller receives a control instruction from the exterior of the digital output device, and the control instruction is configured to control switching on or off of a switching apparatus of the power stage;
the analog-digital conversion module has the SPI, receives an analog feedback signal from the power stage, and converts the indicated analog feedback signal into a digital quantity signal provided to the controller;
the I/O extension module has the SPI, processes a bidirectional digital signal, converts the serial control instruction from the controller into a parallel signal and transmits the parallel signal to the power stage, and transmits a digital signal from the power stage to the controller; and the power stage is configured to connect an input power supply and a load.
Optionally, an example of the above aspect further includes: a digital isolator arranged between the controller and the digital output modules, the digital isolator being configured to isolate the digital output modules (104) with different potentials.
Optionally, in an example of the above aspect, the analog feedback signal includes at least one of the following: a voltage, a current, and a temperature of the power stage.
According to another aspect of the present disclosure, provided is a fault detection circuit for a digital output device, including: a current detection element, a first switching apparatus, a current detection module, an output voltage detection module, a first auxiliary module, and a second auxiliary module, where
the current detection element is connected between a positive terminal of an input voltage and the first switching apparatus;
the current detection module is connected to the current detection element and detects a current flowing through the current detection element;
the first switching apparatus is connected between an output end of the current detection element and a positive terminal of an output voltage and receives a driving signal from a controller of the digital output device;
the first auxiliary module is in parallel connection to the first switching apparatus is configured to detect a fault state in an auxiliary manner; and
the second auxiliary module and the output voltage detection module are in parallel connection between the positive terminal of the output voltage and a ground terminal of the output voltage, the output voltage detection module is configured to detect a voltage value of the output voltage, and the second auxiliary module is configured to adjust equivalent resistance of a parallel circuit of the second auxiliary module and the output voltage detection module.
Optionally, an example of the above aspect further includes: an input voltage detection module, connected between the positive terminal of the input voltage and the ground terminal of the input voltage and configured to measure a voltage value of the input voltage.
Optionally, an example of the above aspect further includes: a reverse protection circuit, connected between the ground terminal of the input voltage and a ground terminal of the output voltage, including a second switching apparatus and a drive circuit thereof, and configured to perform anti-reverse connection protection on the digital output device.
Optionally, in an example of the above aspect, the current detection module, the input voltage detection module, and the output voltage detection module are respectively connected to the analog-digital conversion module of the digital output device to provide data detected respectively to the analog-digital conversion module.
According to another aspect of the present disclosure, provided is a fault detection method for a digital output device, including:
inspecting a status of an instruction signal received by a first switching apparatus in a fault detection circuit from a controller of the digital output device;
in a case that the controller gives a “switching off” instruction signal, extracting an output voltage value measured by an output voltage detection module;
if the output voltage value is greater than a normal output voltage value range when a load is connected, determining that the load is disconnected;
if the output voltage value is greater than or equal to the minimum input voltage value, determining that the fault detection circuit is short-circuited; and
in a case that the controller gives a “switching on” instruction signal, extracting a detected current value measured by the current detection module, and if the detected current value is approximately equal to zero, determining that in the digital output module, the load is disconnected or the input and output of the power stage are short-circuited.
The digital output device according to the embodiment of the present disclosure cannot only monitor the analog voltages and currents inputted into and outputted by the digital output modules, but also provide enough digital input and output signals to control the  controller and the power stage.
Each of the inputted and outputted current and voltage signals may be conveniently monitored through the architecture of the digital output device according to the embodiment of the present disclosure, and each of the outputted switching on/off control signals and feedback signals (for example, overcurrents or short circuits) may be transmitted by SPI communication, which, thus, reduces the complexity of the connection between the power stage and the controller.
The input voltages, a channel circuit, and the output voltages may be monitored in real time by using the fault detection circuit according to the embodiments of the present disclosure. The fault detection circuit according to the embodiment of the present disclosure does not detect faults by using a conventional digital method, is simpler in principle, has a simplified hardware circuit design, and saves the Printed circuit board (PCB) area required, so that the cost of related hardware is saved.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Referring to the descriptions of the embodiments of the present disclosure in combination with the accompanying drawings, the above and other objectives, features, and advantages of the present disclosure may be more easily understood. Components in the accompanying drawings are merely used for demonstrating the principle of the present disclosure. In the accompanying drawings, the same or similar technical features or components may be represented by using the same or similar reference numerals. In the accompanying drawings:
FIG. 1 is a schematic architecture diagram of a digital output device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 2 is a schematic topological graph of a fault detection circuit 200 for a digital output device according to another embodiment of the present disclosure.
FIG. 3 is a schematic flowchart of a fault detection method 300 for a digital output device according to another embodiment of the present disclosure.
FIG. 4-FIG. 7 are schematic topological graphs of the fault detection circuit in different modes and statuses according to the embodiments of the present disclosure.
FIG. 8 is a block diagram of an electronic device 800 for executing fault detection of the digital output device according to the embodiment of the present disclosure.
Reference numerals are as follows:
100: digital output device                102: controller
104: digital output module                1042: analog-digital conversion module
1044: I/O extension module                1046: power stage
1048: digital isolator                    200: fault detection circuit
Rcs: current detection element            Q1: first switching apparatus
202: current detection module             204: output voltage detection module
Aux1: first auxiliary module              Aux2: second auxiliary module
206: input voltage detection module       208: reverse protection circuit
Rd:drive circuit                          Q2: second switching apparatus
300: fault detection method               S302, S304, S306, S308, S310: steps
800: computing device                     802: processor
804: memory
DETAILED DESCRIPTION
A subject described in this specification will now be discussed with reference to exemplary implementations. It should be understood that, discussion of the implementations is merely intended to make a person skilled in the art better understand and implement the subject described in this specification, and is not intended to limit the protection scope of the claims, the applicability, or examples. Changes may be made to the functions and arrangements of the discussed elements without departing from the protection scope of the content of the present disclosure. Various processes or components may be omitted, replaced, or added in each example according to requirements. For example, the described method may be executed according to a sequence different from the sequence described herein, and steps may be added, omitted, or combined. In addition, features described in some examples may also be combined in other examples.
As used in this specification, the term "include" and variants thereof represent open terms, and means "include but is not limited to" . The term "based on" represents "at least partially based on" . The terms "one embodiment" and "an embodiment" represent "at least one embodiment" . The term "another embodiment" represents "at least one another embodiment" . The terms "first" , "second" , and the like may represent different objects or the same object. Other definitions may be included explicitly or implicitly in the following. Unless otherwise clearly specified, the definition of one term is consistent in the entire specification.
The present disclosure provides a digital output device capable of controlling and monitoring a distributed digital output module and a fault detection circuit and a fault detection method for the digital output device.
The digital output device, the fault detection circuit, and the fault detection method according to the embodiments of the present disclosure will be described below in conjunction with the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic architecture diagram of a digital output device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
As shown in FIG. 1, the digital output device 100 according to the embodiment of the present disclosure includes a controller 102 and at least one digital output module 104. The controller 102 communicates with the digital output modules through serial peripheral interfaces (SPI) .
The digital output module 104 includes: an analog-digital conversion module 1042, an Input/Output (I/O) extension module 1044, and at least one power stage 1046.
The controller 104 is configured to receive a control instruction from the exterior of the digital output device 100, and the control instruction is configured to control switching on or off of a switching apparatus of the power stage 1046.
For example, the controller 104 may receive an instruction from the exterior of the device through a Profinet bus and then transmits the instruction to the power stage through the SPI.
The controller 104 may have one or more SPI interfaces. Using one SPI interface may reduce time and Master Output Slave Input (MOSI) /Master Input Slave Output (MISO) signals of redundancy and only provide a chip with corresponding chip selection signals. If a shorter communication periodic time is needed, a controller with a plurality of SPI interfaces may also be used.
The analog-digital conversion module 1042 has the SPI, receives an analog feedback signal from the power stage, and converts the indicated analog feedback signal into a digital quantity signal provided to the controller 104.
The analog feedback signal includes, for example, a voltage, a current, and a temperature of the power stage and the like. The status of the power stage may be monitored through the analog feedback signal, so that corresponding control may be performed.
The I/O extension module 1044 has the SPI, is capable of processing a bidirectional digital signal, and converts the serial control instruction from the controller 104 into a parallel signal and transmits the parallel signal to the power stage 1046, so as to control switching  on/off of the switching apparatus of the power stage 1046; the I/O extension module transmits the digital signal from the power stage 1046 to the controller, for example, all necessary signals such as a fault signal and a status signal of the power stage.
The power stage 1046 is configured to connect an input power supply and a load.
Optionally, the digital output device according to the embodiment of the present disclosure further include an digital isolator 1048 arranged between the controller and the digital output modules, the digital isolator being configured to isolate the digital output modules 104 with different potentials.
Specifically, in some application scenarios, for example, the power stage with different potentials, a digital isolator may be arranged between the controller and the digital output modules to prevent the digital output modules from being affected by overvoltage.
The digital output device according to the embodiment of the present disclosure cannot only monitor the analog voltages and currents inputted into and outputted by the digital output modules, but also provide enough digital input and output signals to control the controller and the power stage.
Through the architecture of the digital output device according to the embodiment of the present disclosure, a plurality of distributed digital output modules may be controlled and monitored only in a case that the controller and the power stage are connected by a plurality of electric wires, which, thus, may significantly reduce the complexity of the architecture. Therefore, the cost and the layout area of the PCB are saved.
The architecture of the digital output device according to the embodiment of the present disclosure may be extended to more analog-digital conversion modules and I/O extension modules conveniently, so as to support monitoring of more analog signals and the I/O signals between the controller and the power stage according to a system requirement.
Each of the inputted and outputted current and voltage signals may be conveniently monitored through the architecture of the digital output device according to the embodiment of the present disclosure, and each of the outputted switching on/off control signals and feedback signals (for example, overcurrents or short circuits) may be transmitted by SPI communication, which, thus, reduces the complexity of the connection between the power stage and the controller.
The short circuit or disconnection faults of the input voltage in the digital output module are conventionally detected by using digital signals. According to another embodiment of the present disclosure, provided is an analog solution which may monitor input and output short circuit or output disconnection faults in the digital output module. In addition, analog currents  and voltages may also be monitored in real time.
FIG. 2 is a schematic topological graph of a fault detection circuit 200 for a digital output device according to another embodiment of the present disclosure. The fault detection circuit 200 is arranged in the power stage of the digital output device and may detect whether the digital output device has the output disconnection or input and output short circuit faults and the like.
As shown in FIG. 2, the fault detection circuit 200 includes: a current detection element Rcs, a first switching apparatus Q1, a current detection module 202, an output voltage detection module 204, a first auxiliary module Aux1, and a second auxiliary module Aux2.
The current detection element Rcs is connected between a positive terminal VBB of an input voltage and the first switching apparatus Q1. The current detection element Rcs may be an electronic element such as a resistor and a Hall element as required.
The current detection module 202 is connected to the current detection element Rcs and is configured to detect a current flowing through the current detection element Rcs. The current detection module 202 may be achieved by selecting an appropriate circuit as required, for example, may acquire the current of the current detection element by measuring voltages at both ends of the current detection element, which is not described in detail here.
The first switching apparatus Q1 is connected between an output end of the current detection element Rcs and a positive terminal Vout of an output voltage and may receive a driving signal from a controller of the digital output device. The driving signal is configured to control switching on or off of the first switching apparatus. In a case that the controller gives a “switching off” output signal, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, the first switching apparatus receives a “0” signal and does not provide a load to the power supply, and this situation is called a non-activated mode. In a case that the controller gives a “switching on” output signal, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the first switching apparatus receives a “1” signal and provides the power supply to the load, and this situation is called an activated mode.
The first switching apparatus Q1 may be an appropriate apparatus as required, for example, an apparatus such as a triode and a Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) .
The first auxiliary module Aux1 is in parallel connection to the first switching apparatus Q1 and is configured to detect a fault status in an auxiliary manner.
The second auxiliary module Aux2 and the output voltage detection module 204 are in parallel connection between the positive terminal Vout of the output voltage and a ground  terminal GND_VOUT of the output voltage, the output voltage detection module 204 is configured to detect a voltage value of the output voltage, and the second auxiliary module Aux2 is configured to adjust equivalent resistance of a parallel circuit of the second auxiliary module Aux2 and the output voltage detection module 204.
Optionally, the fault detection circuit 200 may further includes an input voltage detection module 206, connected between the positive terminal VBB of the input voltage and the ground terminal GND_VBB of the input voltage and configured to measure a voltage value of the input voltage. The input voltage detection module may be achieved by selecting an appropriate circuit as required, which is not described in detail here.
Optionally, the fault detection circuit 200 may further includes a reverse protection circuit 208, connected between the ground terminal GND_VBB of the input voltage and a ground terminal GND_VOUT of the output voltage, including a second switching apparatus Q2 and a drive circuit Rd thereof, and configured to perform anti-reverse connection protection on the digital output device.
The current detection module 202, the input voltage detection module 206, and the output voltage detection module 204 are respectively connected to the analog-digital conversion module of the digital output device and provide data detected respectively to the analog-digital conversion module, and then the analog-digital conversion module provides the data to the controller for subsequent processing such as monitoring and controlling, which is not described in detail here.
FIG. 3 is a schematic flowchart of a fault detection method 300 for a digital output device according to another embodiment of the present disclosure.
The fault detection circuit as described above is arranged in the power stage of the digital output device.
As shown in FIG. 3, the fault detection method 300 includes the following steps.
In step S302, a status of an instruction signal received by a first switching apparatus in a fault detection circuit from a controller of the digital output device is inspected.
In step S304, in a case that the controller gives a “switching off” instruction signal (non-activated mode) , an output voltage value measured by an output voltage detection module is extracted.
In step S306, if the output voltage value is greater than a normal output voltage value range when a load is connected, it may be determined that the load is disconnected.
In step S308, if the output voltage value is greater than or equal to the minimum input voltage value, it is determined that in the digital output module, the input and output of the  power stage are short-circuited.
In step S310, in a case that the controller gives a “switching on” instruction signal (activated mode) , a detected current value measured by the current detection module is extracted, and if the detected current value is approximately equal to zero, it is determined that in the digital output module, the load is disconnected or the input and output of the power stage are short-circuited.
It may be understood that in considering errors, the detected current value here may be slightly greater than zero. A threshold may be set as the circumstances may require. In a case that the detected current value is less than the threshold, it may be considered that in the digital output module, the load is disconnected or the input and output of the power stage are short-circuited.
Optionally, the step S308 (if the output voltage value is greater than or equal to the minimum input voltage value, it is determined that the fault detection circuit is short-circuited) may further include:
The input voltage value is detected by using the input voltage detection module and if the measured output voltage value is approximately equal to the measured input voltage value, it is determined that in the digital output module, the input and output of the power stage are short-circuited.
A principle of the fault detection method for a digital output device according to another embodiment of the present disclosure will be described next in conjunction with FIGs. 4-7.
FIG 4 and FIG. 5 are schematic topological graphs of the fault detection circuit in a non-activated mode, and in the non-activated mode, the first switching apparatus receives the switching off instruction signal from the controller.
In the non-activated status, in a case that the load is normally connected, the output voltage Vout is as follows:
because of RCS＜＜Zaux1+ (Zaux1//Zout_v_sen) ,
where Vout represents the output voltage, VBB represents the input voltage, Zaux2//Zout_v_sen//Zload represents the parallel equivalent resistance of the second auxiliary module, the output voltage detection module, and the load resistor, Zaux1 represents the equivalent resistance of the second auxiliary module, and Rcs is the current detection  element.
By adjusting the first auxiliary module Aux1 and the second auxiliary module Aux2, an appropriate output voltage Vout may be obtained, and the output voltage value has a reasonable voltage range.
In the fault detection circuit shown in FIG. 4, the load is disconnected, and in this case,
there is no load resistance Zload. The parallel equivalent resistance of the second auxiliary module Aux2 and the output voltage detection module Out-v_sen is increased, and the measured output voltage will be greater than a normal output voltage value range. Therefore, if the measured output voltage value is greater than the normal output voltage value range when the load is connected, it may be determined that the load is disconnected.
In the fault detection circuit shown in FIG. 5, there is one short-circuit line 210 between the output voltage and the input voltage, and in this case, the output voltage Vout is substantially equal to the input voltage VBB. Therefore, if the measured output voltage value Vout is greater than or equal to a preset minimum input voltage value, it may be determined that in the digital output module, the input and output of the power stage are short-circuited.
A technician may set an appropriate minimum input voltage value in advance according to a rated voltage of the power supply used.
In addition, the current input voltage measured value may also be measured by using the input voltage detection module in the fault detection circuit. If the measured output voltage value Vout is substantially equal to the input voltage measured value, it may be determined that in the digital output module, the input and output of the power stage are short-circuited.
FIG. 6 is a schematic topological graph of the fault detection circuit 200 in the activated mode with the disconnected load.
In the activated mode, the first switching apparatus receives the switching off instruction signal from the controller CU, and the output voltage Vout is as follows:
Vout=VBB
In a case that the load is not connected, the output current Iout (the current of the Rcs measured by the current detection module) is as follows:
In a case that the load is disconnected, the detected output current Iout is as follows:
Because the parallel equivalent resistance of the second auxiliary module and the output voltage detection module is quite great, in this case, the output current Iout is close to 0.
FIG. 7 is a schematic topological graph of the fault detection circuit 200 in the activated mode in a case that there is a short circuit 210 between the input voltage and the output voltage.
In this case, the Rcs is short-circuited. Therefore, the output current Iout measured by the current detection module is zero.
That is, in a case that the fault detection circuit 200 is in the activated mode, the output current Iout measured by the current detection module is zero because the load may be disconnected or there is the short circuit between the output voltage and the input voltage. In the technical solution of the present disclosure, the two faults are not distinguished.
The input voltages, a channel circuit, and the output voltages may be monitored in real time by using the fault detection circuit according to the embodiments of the present disclosure.
In a normal working status, the data monitored in real time may be used to evaluate the input and the load of the digital output device and the working status of the device itself. Besides, the information may also be shared with other systems in a communication mode (for example, Ethernet) .
The input voltages, a channel circuit, and the output voltages may be monitored in real time by using the fault detection circuit according to the embodiments of the present disclosure.
The fault detection circuit according to the embodiment of the present disclosure does not detect faults by using a conventional digital method, is simpler in principle, has a simplified hardware circuit design, and saves the Printed circuit board (PCB) area required, so that the cost of related hardware is saved.
FIG. 8 is a block diagram of an electronic device 800 for executing fault detection of the digital output device according to the embodiment of the present disclosure. According to an embodiment, the electronic device 800 may include at least one processor 802, and the processor 802 executes at least one computer-readable instruction stored or encoded in a computer-readable storage medium (i.e., a memory 804) .
It should be understood that the computer-executable instruction stored in the memory 804, when executed, causes the at least one processor 802 to execute various operations and  functions described in the above embodiments of the present disclosure in conjunction with FIG. 3.
According to an embodiment, provided is a non-transitory machine-readable medium. The non-transitory machine-readable medium may be provided with a machine-readable instruction (that is, the above element implemented in the form of software) , and the instruction, when executed by a machine, causes the machine to execute various operations and functions described in the above embodiments of the present disclosure in conjunction with FIG. 3.
According to an embodiment, provided is a computer program, including a computer-executable instruction, where the computer-executable instruction, when executed, causes the at least one processor to execute various operations and functions described in the above embodiments of the present disclosure in conjunction with FIG. 3.
According to an embodiment, provided is a computer program product, including the computer-executable instruction, where the computer-executable instruction, when executed, causes the at least one processor to execute various operations and functions described in the above embodiments of the present disclosure in conjunction with FIG. 3.
Not all above units in the structural diagrams are necessary, and some of them may be omitted according to an actual requirement. The apparatus structure described in the above embodiments may be a physical structure or a logical structure. That is, some units may be implemented by the same physical entity, or some units may be implemented by a plurality of physical entities, or may be implemented by some components in a plurality of independent devices together.
The above descriptions of the content of the present disclosure are provided to allow any person of ordinary skill in the art to implement or use the content of the present disclosure. For a person of ordinary skill in the art, various modifications on the content of the present disclosure are obvious. In addition, a general principle defined in this specification may be applied to other variants without departing from the protection scope of the content of the present disclosure. Therefore, the content of the present disclosure is not limited to the examples and designs described in this specification, but is consistent with the widest range conforming to the principle and novelty disclosed in this specification.
The above descriptions are merely preferred embodiments of the present disclosure, but are not intended to limit the present disclosure. Any modification, equivalent replacement, or improvement made within the spirit and principle of the present disclosure shall fall within the protection scope of the present disclosure.
Nouns and pronouns about people in the patent application are not limited to specific genders.

Claims (11)

  1. A digital output device (100) , comprising a controller (102) and at least one digital output module (104) , the controller (102) communicating with each digital output module (104) through a Serial Peripheral Interface (SPI) , wherein
    the digital output module (104) comprises: an analog-digital conversion module (1042) , an Input/Output (I/O) extension module (1044) , and at least one power stage (1046) , wherein
    the controller (102) receives a control instruction from the exterior of the digital output device (100) , and the control instruction is configured to control switching on or off of a switching apparatus of the power stage (1046) ;
    the analog-digital conversion module (1042) has the SPI, receives an analog feedback signal from the power stage (1046) , and converts the indicated analog feedback signal into a digital quantity signal provided to the controller (102) ;
    the I/O extension module (1044) has the SPI, processes a bidirectional digital signal, converts the serial control instruction from the controller (102) into a parallel signal and transmits the parallel signal to the power stage (1046) , and transmits the digital signal from the power stage (1046) to the controller (102) ; and the power stage (1046) is configured to connect an input power supply and a load.
  2. The digital output device (100) according to claim 1, further comprising: a digital isolator (1048) arranged between the controller (102) and the digital output modules (104) , the digital isolator (1048) being configured to isolate the digital output modules (104) with different potentials.
  3. The digital output device (100) according to claim 1 or 2, wherein the analog feedback signal comprises at least one of the following: a voltage, a current, and a temperature of the power stage.
  4. A fault detection circuit (200) for an digital output device, comprising: a current detection element (Rcs) , a first switching apparatus (Q1) , a current detection module (202) , an output voltage detection module (204) , a first auxiliary module (Aux1) , and a second auxiliary module (Aux2) , wherein
    the current detection element (Rcs) is connected between a positive terminal (VBB) of an input voltage and the first switching apparatus (Q1) ;
    the current detection module (202) is connected to the current detection element (Rcs) and detects a current flowing through the current detection element (Rcs) ;
    the first switching apparatus (Q1) is connected between an output end of the current detection element (Rcs) and a positive terminal (Vout) of an output voltage and receives a driving signal from a controller of the digital output device;
    the first auxiliary module (Aux1) is in parallel connection to the first switching apparatus (Q1) and is configured to detect a fault status in an auxiliary manner; and
    the second auxiliary module (Aux2) and the output voltage detection module (204) are in parallel connection between the positive terminal (Vout) of the output voltage and a ground terminal (GND_VOUT) of the output voltage, the output voltage detection module (204) is configured to detect a voltage value of the output voltage, and the second auxiliary module (Aux2) is configured to adjust equivalent resistance of a parallel circuit of the second auxiliary module (Aux2) and the output voltage detection module (204) .
  5. The fault detection circuit (200) according to claim 4, further comprising: an input voltage detection module (206) , connected between the positive terminal (VBB) of the input voltage and the ground terminal (GND_VBB) of the input voltage and configured to measure a voltage value of the input voltage.
  6. The fault detection circuit (200) according to claim 4 or 5, further comprising: a reverse protection circuit (208) , connected between the ground terminal (GND_VBB) of the input voltage and a ground terminal (GND_VOUT) of the output voltage, comprising a second switching apparatus (Q2) and a drive circuit (Rd) thereof, and configured to perform anti-reverse connection protection on the digital output device.
  7. The fault detection circuit (200) according to claim 4 or 5, wherein the current detection module (202) , the input voltage detection module (206) , and the output voltage detection module (204) are respectively connected to the analog-digital conversion module of the digital output device to provide data detected respectively to the analog-digital conversion module.
  8. A fault detection method (300) for a digital output device, comprising:
    inspecting a status of an instruction signal received by a first switching apparatus in a fault detection circuit from a controller of the digital output device;
    in a case that the controller gives a “switching off” instruction signal, extracting an output voltage value measured by an output voltage detection module;
    if the output voltage value is greater than a normal output voltage value range when a load is connected, determining that the load is disconnected;
    if the output voltage value is greater than or equal to the minimum input voltage value, determining that the fault detection circuit is short-circuited; and
    in a case that the controller gives a “switching on” instruction signal, extracting a detected current value measured by the current detection module, and if the detected current value is approximately equal to zero, determining that in the digital output module, the load is disconnected or the input and output of the power stage are short-circuited.
  9. A computing device (800) , comprising:
    at least one processor (802) ; and
    a memory (804) coupled to the at least one processor (802) , the memory being configured to store instructions, the instructions, when executed by the at least one processor (802) , causing the at least one processor (802) to execute the method according to claim 8.
  10. A non-transitory machine-readable storage medium storing executable instructions, the instructions, when executed, causing a machine to execute the method according to claim 8.
  11. A computer program product tangibly stored on a computer-readable medium and comprising computer-executable instructions, the computer-executable instructions, when executed, causing at least one processor to execute the method according to claim 8.
PCT/CN2024/084945 2024-03-29 2024-03-29 Digital output device, fault detection circuit and method thereof, and computing device Pending WO2025199990A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2024/084945 WO2025199990A1 (en) 2024-03-29 2024-03-29 Digital output device, fault detection circuit and method thereof, and computing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2024/084945 WO2025199990A1 (en) 2024-03-29 2024-03-29 Digital output device, fault detection circuit and method thereof, and computing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025199990A1 true WO2025199990A1 (en) 2025-10-02

Family

ID=97217965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2024/084945 Pending WO2025199990A1 (en) 2024-03-29 2024-03-29 Digital output device, fault detection circuit and method thereof, and computing device

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2025199990A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201335959Y (en) * 2009-01-16 2009-10-28 武汉电信器件有限公司 Multi-channel digital switch signal controller
US20150057822A1 (en) * 2013-08-26 2015-02-26 Micropac Industries, Inc. Power controller
CN110955185A (en) * 2019-12-11 2020-04-03 中国科学院合肥物质科学研究院 Superconducting switch heater power supply based on operational amplifier
CN213426127U (en) * 2020-07-30 2021-06-11 苏州华兴源创科技股份有限公司 Driving device and driving system of power switch device
CN114553198A (en) * 2020-11-24 2022-05-27 英飞凌科技股份有限公司 Smart Electronic Switch
CN115237036A (en) * 2022-09-22 2022-10-25 之江实验室 Full-digitalization management device for wafer-level processor system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201335959Y (en) * 2009-01-16 2009-10-28 武汉电信器件有限公司 Multi-channel digital switch signal controller
US20150057822A1 (en) * 2013-08-26 2015-02-26 Micropac Industries, Inc. Power controller
CN110955185A (en) * 2019-12-11 2020-04-03 中国科学院合肥物质科学研究院 Superconducting switch heater power supply based on operational amplifier
CN213426127U (en) * 2020-07-30 2021-06-11 苏州华兴源创科技股份有限公司 Driving device and driving system of power switch device
CN114553198A (en) * 2020-11-24 2022-05-27 英飞凌科技股份有限公司 Smart Electronic Switch
CN115237036A (en) * 2022-09-22 2022-10-25 之江实验室 Full-digitalization management device for wafer-level processor system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3088727B2 (en) Quiescent current measuring device
US20060200688A1 (en) Power distribution system using solid state power controllers
US8607081B2 (en) Power control for PXI express controller
CN102611600A (en) Method and device for locating short circuit position of CAN (Controller Area Network) network
KR20260002329A (en) Apparatus for determining fault types in power distribution line
CN111602125B (en) Voltage diagnostic circuit
WO2025199990A1 (en) Digital output device, fault detection circuit and method thereof, and computing device
CN110658439B (en) Test method and system for protection circuit
CN107024258A (en) Weighing sensor input block
JP2012068907A (en) Bus connection circuit and bus connection method
JP2012088181A (en) Inspection device for overcurrent detection cutoff circuit
US20230042972A1 (en) Interconnection element, PSE component and method for monitoring and protecting a PoDL network
US9852036B2 (en) Configurable input/output sub-channels for optimized diagnostics
US20100204934A1 (en) Semiconductor device, power supply current measuring device and method of measuring power supply
KR100851147B1 (en) a dual power system using smart junction box and a line short detection method of the system
CN211264169U (en) Automatic testing device for logic control unit
CN115236438A (en) Function switching circuit, function switching method and electric equipment
JPH11202027A (en) Ic tester
EP4571520A1 (en) Device for automatic detection of the connection of a unit intended for flashing and a method of automatic detection using this device
KR101601274B1 (en) Display device
CN211606384U (en) Secondary current-sharing power module
KR102807126B1 (en) Voltage convert circuit for inspecting display of smart watch
CN218648565U (en) Overcurrent protection circuit of optical module and optical module
JP7639353B2 (en) IO Unit and End Unit
US7362558B2 (en) Protective device in a controller

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24931834

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1