交流负载检测电路及其检测方法、家电设备

技术领域

本申请涉及故障诊断技术领域，特别是涉及一种交流负载检测电路及其检测方法、家电设备。

背景技术

交流负载即为在交流电路中，将交流电能转换为其他形式的能量进行工作的器件。随着科学技术的飞速发展，交流负载在人们日常生活中使用越来越广泛，比如日常生活中常用的电热水器中的发热管、一些家用电器中常用的罩极电机等，给人们日常生活带来了极大的便利。

然而，这些交流负载在使用过程中，往往会由于使用不当或者器件老化等，出现短路或断路故障，使得家电设备无法正常运行。用户在使用过程中，并无法得知交流负载的工作状态，也就难以实现交流负载的故障判断。

发明内容

基于此，有必要针对交流负载在使用过程中难以进行故障判断的问题，提供一种交流负载检测电路及其检测方法、家电设备。

一种交流负载检测电路，包括：交流负载；续流二极管，所述交流负载的第一端连接所述续流二极管的阴极，所述交流负载的第二端连接外部交流电源的火线，所述续流二极管的阳极连接所述外部交流电源的零线；开关装置，所述开关装置的第一端连接所述续流二极管的阴极，所述开关装置的第二端连接所述续流二极管的阳极，所述开关装置的第三端连接电源，所述开关装置的接地端接地；控制器，所述控制器的第一端连接所述交流负载的第二端，所述控制器的第二端连接所述外部交流电源的零线，所述控制器的第三端连接所述电源，所述控制器的第四端连接所述开关装置的第四端，所述控制器的接地端接地；所述开关装置用于根据所述外部交流电源所处的电源半周期，向所述控制器输出对应的电平信号，所述控制器用于根据所述电平信号判断所述交流负载是否发生故障。

在一个实施例中，交流负载检测电路还包括保险丝，所述交流负载的第二端通过所述保险丝连接所述外部交流电源的火线。

在一个实施例中，所述开关装置包括光耦器件和开关器件，所述光耦器件的发光器的第一端作为所述开关装置的第一端，所述光耦器件的发光器的第二端作为所述开关装置的第二端，所述光耦器件的受光器的第一端连接所述开关器件的第一端且公共端作为所述开关装置的第三端，所述光耦器件的受光器的第二端连接所述开关器件的第二端和所述开关器件的第三端，所述开关器件的第三端作为所述开关装置的接地端，所述开关器件的第一端作为所述开关装置的第四端。

在一个实施例中，所述开关装置还包括第一直流限流电阻和第二直流限流电阻，所述光耦器件的受光器的第二端连接所述第一直流限流电阻的第一端和所述开关器件的第三端，所述第一直流限流电阻的第二端连接所述开关器件的第二端，所述开关器件的第一端连接所述第二直流限流电阻的第一端和所述电源，所述第二直流限流电阻的第二端连接所述控制器的第四端。

在一个实施例中，所述开关装置还包括偏置电阻和上拉电阻，所述偏置电阻的第一端连接所述光耦器件的受光器的第二端和所述第一直流限流电阻的第一端，所述偏置电阻的第二端连接所述开关器件的第三端，所述上拉电阻的第一端连接所述第二直流限流电阻的第一端和所述开关器件的第一端，所述上拉电阻的第二端连接所述光耦器件的受光器的第一端且公共端连接所述电源。

在一个实施例中，交流负载检测电路还包括交流限流电阻，所述交流限流电阻的第一端连接所述交流负载的第一端和所述续流二极管的阴极，所述交流限流电阻的第二端连接所述续流二极管的阳极。

在一个实施例中，交流负载检测电路还包括信息提示装置，所述信息提示装置连接所述控制器。

一种交流负载检测电路的检测方法，所述交流负载检测电路如上所述，所述检测方法包括：实时获取所述开关装置输出的电平信号；判断预设时长内所述电平信号是否发生变化；当预设时长内所述电平信号未发生变化时，输出交流负载断路的故障信息。

在一个实施例中，所述判断预设时长内所述电平信号是否发生变化的步骤之后，还包括：当预设时长内所述电平信号发生变化时，返回所述实时获取所述开关装置输出的电平信号的步骤。

在一个实施例中，所述检测方法还包括：根据所述交流负载所处家电设备的工作状态，分析所述交流负载是否发生短路故障；当所述交流负载出现短路故障时，输出交流负载短路的故障信息。

在一个实施例中，所述根据所述交流负载所处家电设备的工作状态，分析所述交流负载是否发生短路故障的步骤，包括：获取所述交流负载所处家电设备的工作参数；根据所述工作参数分析所述家电设备是否正常工作，所述家电设备正常工作即表征所述交流负载未发生短路故障，所述家电设备未正常工作即表征所述交流负载发生短路故障。

一种家电设备，包括上述的交流负载检测电路，所述控制器用于根据上述的检测方法对所述交流负载进行故障检测。

上述交流负载检测电路及其检测方法、家电设备，当交流负载未发生故障使得交流负载检测电路正常运行时，在外部交流电源的正半周期时，交流电源通过火线流入交流负载，之后由交流负载流入开关装置的第一端，经开关装置的第二端流回零线，使得开关装置向控制器输出第一种电平信号。而当外部交流电源工作在负半周期时，交流电源通过零线流入续流二极管，之后由续流二极管流入交流负载，流回到火线，此时开关装置没有电源输入，将会向控制器输出另外一种电平信号。控制器最终根据实时接收到的电平信号进行判断，即可以直接得到交流负载是否发生故障的信息，实现交流负载的故障检测。通过上述方案，可通过接收的电平信号，实时对交流负载进行故障检测，在交流负载发生故障时能够及时得知。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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为一实施例中交流负载检测电路结构示意图；

图2为另一实施例中交流负载检测电路结构示意图；

图3为又一实施例中交流负载检测电路结构示意图；

图4为再一实施例中交流负载检测电路结构示意图；

图5为一实施例中交流负载检测电路的检测方法流程示意图；

图6为另一实施例中交流负载检测电路的检测方法流程示意图；

图7为又一实施例中交流负载检测电路的检测方法流程示意图；

图8为一实施例中家电设备工作状态检测流程示意图；

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种交流负载检测电路，包括：交流负载10；续流二极管20，交流负载10的第一端连接续流二极管20的阴极，交流负载10的第二端连接外部交流电源的火线L，续流二极管20的阳极连接外部交流电源的零线N；开关装置30，开关装置30的第一端连接续流二极管20的阴极，开关装置30的第二端连接续流二极管20的阳极，开关装置30的第三端连接电源，开关装置30的接地端接地；控制器40，控制器40的第一端连接交流负载10的第二端，控制器40的第二端连接外部交流电源的零线N，控制器40的第三端连接电源，控制器40的第四端连接开关装置30的第四端，控制器40的接地端接地；开关装置30用于根据外部交流电源所处的电源半周期，向控制器40输出对应的电平信号，控制器40用于根据电平信号判断交流负载10是否发生故障。

具体地，交流负载10即为通过交流电源提供的交流电进行工作，将交流电能转化为其他形式的能量的器件。交流负载10的具体类型并不是唯一的，在不同家用电器中，交流负载10的类型也不相同，例如，在一个实施例中，交流负载10可以是交流发热管、交流罩极电机或者交流卤素灯等。交流电源在为交流负载10进行供电时，在同一个周期内，既包括通过交流火线L进行供电的正半周期，也包括交流零线N进行供电的负半周期。当交流电源工作在正半周期时，由于续流二极管20的反向截止，从交流电源的火线L流出的交流电能将会从交流负载10的第二端流入，从交流负载10的第一端流出，之后流入开关装置30的第一端，从开关装置30的第二端流回外部交流电源的零线N，实现对交流负载10的供电。在该过程中，将会使得开关装置30受电处于工作状态，开关装置30的第三端与开关装置30的接地端之间导通，使得开关装置30向控制器40输出第一种电平信号。

而当交流电源工作在负半周期时，由于续流二极管20的正向导通，从交流电源的零线N流出的交流电能将会从续流二极管20的阳极流入，从续流二极管20的阴极流出，之后流入交流负载10的第一端，从交流负载10的第二端流回外部交流电源的火线L，实现对交流负载10的供电。在该过程中，开关装置30的第一端与第二端之间没有电源流入，开关装置30将会处于截止状态，第三端与开关装置30的接地端之间并未，使得开关装置30向控制器40输出第二种电平信号。最终，控制只需分析在同一周期内接收到的电平信号是否在第一种电平信号与第二种电平信号之间转换，即可得到交流负载10是否发生故障的检测结果。

请参阅图2，在一个实施例中，交流负载检测电路还包括保险丝50，交流负载10的第二端通过保险丝50连接外部交流电源的火线L。

具体地，保险丝50(fuse)也被称为电流保险丝，其主要是起过载保护作用，通过在交流电源的火线L上设置保险丝50，保险丝50就会在电流异常升高到一定的高度和热度的时候，自身熔断切断电流，保护了交流负载检测电路的安全运行。

应当指出的是，开关装置30的具体类型并不是唯一的，只要能够在外部交流电源的正半周期与负半周期分别向控制器40输出不同类型的电平信号均可。例如，在一个实施例中，请结合参阅图3，开关装置30包括光耦器件U1和开关器件Q，光耦器件U1的发光器的第一端作为开关装置30的第一端，光耦器件U1的发光器的第二端作为开关装置30的第二端，光耦器件U1的受光器的第一端连接开关器件Q的第一端且公共端作为开关装置30的第三端，光耦器件U1的受光器的第二端连接开关器件Q的第二端和开关器件Q的第三端，开关器件Q的第三端作为开关装置30的接地端，开关器件Q的第一端作为开关装置30的第四端。

具体地，本实施例通过光耦器件U1以及开关器件Q两者配合来实现开关装置30的功能，在外部交流电源处于正半周期时，外部交流电源的火线L流出的交流电能经交流负载10流入光耦器件U1的发光器的第一端，经光耦器件U1的发光器的第二端流出，最终流回到外部交流电源的零线N。在该过程中，由于光耦器件U1的发光器的第一端与第二端之间有电能流过，光耦器件U1的发光器将会发出光信号，由于光电转换将会使得光耦器件U1的受光器的第一端与受光器的第二端之间导通。此时电源将会从光耦器件U1的受光器的第一端流入，从光耦器件U1的受光器的第二端流出，最终流至开关器件Q的第二端，控制开关器件Q处于导通状态。进一步地，当开关器件Q导通时，开关器件Q的第一端的电源将会流到开关器件Q的第三端，最终流到地形成闭合回路。此时，由于开关器件Q的第三端接地，开关器件Q的第一端流入控制器40的电能将会被拉低，此时开关器件Q向控制器40输出低电平信号。

而当交流负载10工作在负半周期时，交流电源从零线N流入续流二极管20，经续流二极管20将会直接流入交流负载10对交流负载10进行供电，最终流回外部交流电源的火线L。此时由于交流电源并未流入光耦器件U1的发光器，整个光耦器件U1将会处于截止状态，相应的开关器件Q的第二端为低电平，使得开关器件Q也处于断开状态。由于开关器件Q的第一端直接接入电源，在该电源的上拉作用下，将会使得控制器40的第四端接收到高电平信号。

本实施例的方案中，采用隔离型的光耦器件U1以及开关器件Q实现交流负载10的故障检测，可将交流部分与直流部分安全隔离，适用于绝大多数产品，保障使用者安全。而具体光耦器件U1以及开关器件Q采用何种型号，则可结合实际交流负载10进行选型。

可以理解，开关器件Q的具体类型并不是唯一的，只要是能够在光耦器件U1导通时进入导通状态的器件均可，也即在高电平信号控制下处于导通状态的开关器件Q，具体可以是高电平导通的晶体三极管或者场效应管等。

请参阅图4，在一个实施例中，交流负载检测电路还包括交流限流电阻R1，交流限流电阻R1的第一端连接交流负载10的第一端和续流二极管20的阴极，交流限流电阻R1的第二端连接续流二极管20的阳极。

具体地，本实施例中，在续流二极管20的两端还并联有一个交流限流电阻R1，通过该电阻的限流作用，实现对交流负载检测电路的交流侧的保护，从而有效提高交流负载检测电路的工作可靠性。

请参阅图4，在一个实施例中，开关装置30还包括第一直流限流电阻R2和第二直流限流电阻R3，光耦器件U1的受光器的第二端连接第一直流限流电阻R2的第一端和开关器件Q的第三端，第一直流限流电阻R2的第二端连接开关器件Q的第二端，开关器件Q的第一端连接第二直流限流电阻R3的第一端和电源，第二直流限流电阻R3的第二端连接控制器40的第四端。

具体地，本实施例在开关装置30中还设置有第一直流限流电阻R2和第二直流限流电阻R3，通过两个直流限流电阻的限流作用，实现对交流负载检测电路的直流侧的保护，进一步提高交流负载检测电路的工作可靠性。

进一步地，请结合参阅图4，在一个实施例中，开关装置30还包括偏置电阻R4和上拉电阻R5，偏置电阻R4的第一端连接光耦器件U1的受光器的第二端和第一直流限流电阻R2的第一端，偏置电阻R4的第二端连接开关器件Q的第三端，上拉电阻R5的第一端连接第二直流限流电阻R3的第一端和开关器件Q的第一端，上拉电阻R5的第二端连接光耦器件U1的受光器的第一端且公共端连接电源。

具体地，本实施例在开关器件Q的第二端与开关器件Q的第三端之间设置有偏置电阻R4，通过调整偏置电阻R4从而为开关器件Q提供大小适当的基极电流，以使开关器件Q获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置，从而有效提高开关器件Q的工作可靠性。同时，在开关器件Q的第一端与电源之间设置有上拉电阻R5，使得开关器件Q处于截止状态时，能够有效保证开关器件Q的第一端向控制器40的第四端输出高电平信号，进一步提高开关装置30的工作可靠性。

在一个实施例中，交流负载检测电路还包括信息提示装置，信息提示装置连接控制器40(图未示)。

具体地，本实施例中，控制器40还连接有一信息提示装置，当控制器40根据开关装置30输出的电平信号进行分析，得到交流负载10发生故障时，控制器40将会通过信息提示装置输出提示信息，及时将交流负载10的故障状态告知用户。

应当指出的是，信息提示装置的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，信息提示装置具体可以是声音报警器和/或指示灯等，只要能够及时将交流负载10的故障信息告知用户均可。

上述交流负载检测电路，当交流负载10未发生故障使得交流负载检测电路正常运行时，在外部交流电源的正半周期时，交流电源通过火线L流入交流负载10，之后由交流负载10流入开关装置30的第一端，经开关装置30的第二端流回零线N，使得开关装置30向控制器40输出第一种电平信号。而当外部交流电源工作在负半周期时，交流电源通过零线N流入续流二极管20，之后由续流二极管20流入交流负载10，流回到火线L，此时开关装置30没有电源输入，将会向控制器40输出另外一种电平信号。控制器40最终根据实时接收到的电平信号进行判断，即可以直接得到交流负载10是否发生故障的信息，实现交流负载10的故障检测。通过上述方案，可通过接收的电平信号，实时对交流负载10进行故障检测，在交流负载10发生故障时能够及时得知。

请参阅图5，一种交流负载检测电路的检测方法，交流负载检测电路如上所述，检测方法包括步骤S100、步骤S200和步骤S300。

步骤S100，实时获取开关装置输出的电平信号。

步骤S200，判断预设时长内电平信号是否发生变化。

步骤S300，当预设时长内电平信号未发生变化时，输出交流负载断路的故障信息。

具体地，交流负载10即为通过交流电源提供的交流电进行工作，将交流电能转化为其他形式的能量的器件。交流电源在为交流负载10进行供电时，在同一个周期内，既包括通过交流火线L进行供电的正半周期，也包括交流零线N进行供电的负半周期。当交流电源工作在正半周期时，由于续流二极管20的反向截止，从交流电源的火线L流出的交流电能将会从交流负载10的第二端流入，从交流负载10的第一端流出，之后流入开关装置30的第一端，从开关装置30的第二端流回外部交流电源的零线N，实现对交流负载10的供电。在该过程中，将会使得开关装置30受电处于工作状态，开关装置30的第三端与开关装置30的接地端之间导通，使得开关装置30向控制器40输出第一种电平信号。而当交流电源工作在负半周期时，由于续流二极管20的正向导通，从交流电源的零线N流出的交流电能将会从续流二极管20的阳极流入，从续流二极管20的阴极流出，之后流入交流负载10的第一端，从交流负载10的第二端流回外部交流电源的火线L，实现对交流负载10的供电。在该过程中，开关装置30的第一端与第二端之间没有电源流入，开关装置30将会处于截止状态，第三端与开关装置30的接地端之间并未，使得开关装置30向控制器40输出第二种电平信号。

由于外部交流电源在正常供电过程中，会在正半周期与负半周期之间来回进行切换，也会使得控制器40接收到开关装置30输出的电平信号在第一种电平信号与第二种电平信号之间来回进行切换。若控制器40在预设时长内接收到的电平信号不再发生变化(预设时长应当大于或等于外部交流电源的电源周期)，即表示此时交流负载10发生断路，控制器40将会输出交流负载10断路的故障信息，具体可以通过信息提示装置告知用户。

应当指出的是，预设时长的大小并不是唯一的，在一个实施例中，预设时长与交流电源的周期相同。以50Hz交流电源为例，此时交流电源的周期为0.02秒，也即在0.02秒内交流电源的正半周期将会由火线L输出交流电能，而在负半周期将会由零线N输出交流电能。

请结合参阅图6，在一个实施例中，步骤S200之后，该方法还包括：当预设时长内电平信号发生变化时，返回步骤S100。

具体地，当预设时长内电平信号发生变化，也即表示随着外部交流电源在正半周期与负半周期之间进行切换时，控制器40接收到的开关装置30的输出电平也会随着变化，此时外部交流电源将处于正常工作状态。此时控制器40将会返回执行实时获取开关装置30输出的电平信号的操作，以便于交流负载10发生故障时能够及时得知。

请参阅图7，在一个实施例中，交流负载检测电路的检测方法还包括步骤S400和步骤S500。

步骤S400，根据交流负载所处家电设备的工作状态，分析交流负载是否发生短路故障；步骤S500，当交流负载出现短路故障时，输出交流负载短路的故障信息。

具体地，本实施例中，通过控制器40还能实现交流负载10的短路故障检测操作，此时结合交流负载10所处家电设备的工作状态进行交流负载10的短路故障检测。在运行过程中，若发生交流段短路，保险管将会被熔断，家用电器整机会呈现不工作状态；若发生直流段短路，例如+12V或+5V短路，电器同样会呈现不工作状态。因此，控制器40只需获取家用电器上电之后的工作状态进行分析，即可得到交流负载10是否发生短路故障的检测结果。在控制器40分析得到交流负载10发生短路故障时，将会输出交流负载10短路的故障信息以告知用户，具体可以通过信息提示装置告知用户。

请参阅图8，在一个实施例中，步骤S400包括步骤S410和步骤S420。

步骤S410，获取交流负载所处家电设备的工作参数；步骤S420，根据工作参数分析家电设备是否正常工作；家电设备正常工作即表征交流负载未发生短路故障，家电设备未正常工作即表征交流负载发生短路故障。

具体地，交流负载10所处家电设备的工作状态的获取方式并不是唯一的，由于家电设备在正常工作状态或者未正常工作状态时，家电设备内部的工作参数(例如电压、电流等参数)会存在一定的区别，故在本实施例中，通过获取家电设备的工作参数的方式实现家电设备是否正常工作的分析判断，在家电设备未正常工作时即认为交流负载10处于短路状态，反之则认为交流负载10正常运行。

上述交流负载检测电路的检测方法，当交流负载10未发生故障使得交流负载检测电路正常运行时，在外部交流电源的正半周期时，交流电源通过火线L流入交流负载10，之后由交流负载10流入开关装置30的第一端，经开关装置30的第二端流回零线N，使得开关装置30向控制器40输出第一种电平信号。而当外部交流电源工作在负半周期时，交流电源通过零线N流入续流二极管20，之后由续流二极管20流入交流负载10，流回到火线L，此时开关装置30没有电源输入，将会向控制器40输出另外一种电平信号。控制器40最终根据实时接收到的电平信号进行判断，即可以直接得到交流负载10是否发生故障的信息，实现交流负载10的故障检测。通过上述方案，可通过接收的电平信号，实时对交流负载10进行故障检测，在交流负载10发生故障时能够及时得知。

一种家电设备，包括上述的交流负载检测电路，控制器40用于根据上述的检测方法对交流负载10进行故障检测。

具体地，交流负载检测电路的具体结构如上述各个实施例以及附图所示，交流负载10即为通过交流电源提供的交流电进行工作，将交流电能转化为其他形式的能量的器件。交流电源在为交流负载10进行供电时，在同一个周期内，既包括通过交流火线L进行供电的正半周期，也包括交流零线N进行供电的负半周期。当交流电源工作在正半周期时，由于续流二极管20的反向截止，从交流电源的火线L流出的交流电能将会从交流负载10的第二端流入，从交流负载10的第一端流出，之后流入开关装置30的第一端，从开关装置30的第二端流回外部交流电源的零线N，实现对交流负载10的供电。在该过程中，将会使得开关装置30受电处于工作状态，开关装置30的第三端与开关装置30的接地端之间导通，使得开关装置30向控制器40输出第一种电平信号。而当交流电源工作在负半周期时，由于续流二极管20的正向导通，从交流电源的零线N流出的交流电能将会从续流二极管20的阳极流入，从续流二极管20的阴极流出，之后流入交流负载10的第一端，从交流负载10的第二端流回外部交流电源的火线L，实现对交流负载10的供电。在该过程中，开关装置30的第一端与第二端之间没有电源流入，开关装置30将会处于截止状态，第三端与开关装置30的接地端之间并未，使得开关装置30向控制器40输出第二种电平信号。

由于外部交流电源在正常供电过程中，会在正半周期与负半周期之间来回进行切换，也会使得控制器40接收到开关装置30输出的电平信号在第一种电平信号与第二种电平信号之间来回进行切换。若控制器40在预设时长内接收到的电平信号不再发生变化(预设时长应当大于或等于外部交流电源的电源周期)，即表示此时交流负载10发生断路，控制器40将会输出交流负载10断路的故障信息，具体可以通过信息提示装置告知用户。

应当指出的是，家电设备的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，家电设备具体可以是使用交流发热管、交流罩极电机或者交流卤素灯作为交流负载10的家电设备，例如电热水器等。

上述家电设备，当交流负载10未发生故障使得交流负载检测电路正常运行时，在外部交流电源的正半周期时，交流电源通过火线L流入交流负载10，之后由交流负载10流入开关装置30的第一端，经开关装置30的第二端流回零线N，使得开关装置30向控制器40输出第一种电平信号。而当外部交流电源工作在负半周期时，交流电源通过零线N流入续流二极管20，之后由续流二极管20流入交流负载10，流回到火线L，此时开关装置30没有电源输入，将会向控制器40输出另外一种电平信号。控制器40最终根据实时接收到的电平信号进行判断，即可以直接得到交流负载10是否发生故障的信息，实现交流负载10的故障检测。通过上述方案，可通过接收的电平信号，实时对交流负载10进行故障检测，在交流负载10发生故障时能够及时得知。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。