集中共地设备的保护系统及保护方法

技术领域

本申请涉及电子设备技术领域，特别是涉及集中共地设备的保护系统及保护方法。

背景技术

目前很多电子设备都是非隔离的共地设备。比如：摄像机、DVR、报警装置等；其中，共地是指电子设备主板的信号/电源公共端是连接在一起的，可以直接连接在一起，或者可以通过电阻等非隔离器件连接在一起。在共地设备中，由于存在很多路回流路径，如果电源输出端的某台设备发生短路，由于其他供地设备都能正常工作，导致该发生短路的设备无法及时发现，导致短路大电流流经其他设备，造成持续发热，存在安全风险。

针对相关技术中存在共地设备中发生短路的设备无法被及时发现，导致短路大电流流经其他设备，造成持续发热，存在安全风险的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种集中共地设备的保护系统及保护方法，以解决相关技术中共地设备中发生短路的设备无法被及时发现，导致短路大电流流经其他设备，造成持续发热，存在安全风险的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种集中共地设备的保护系统，包括供电电源、若干前端装置、后端装置以及保护电路；

所述供电电源，通过每个所述前端装置与所述后端装置连接，并形成回流路径；

所述后端装置中的回流路径与所述前端装置的数量对应；

所述保护电路包括：控制模块和检测执行模块；所述检测执行模块设置在所述后端装置中的每个所述回流路径中；

所述控制模块，与所述检测执行模块连接，用于接收所述检测执行模块获取的所述回流路径的回流电压，并根据所述回流电压和预设电压阈值，生成控制信号；

所述检测执行模块，用于接收所述控制电路的控制信号，并根据所述控制信号控制对应的所述回流路径连通或断开。

在其中的一些实施例中，所述检测执行模块包括：电流检测单元和执行单元；

所述电流检测单元，设置在所述后端装置中的所述回流路径中，分别与所述控制模块和所述执行单元连接，用于获取的所述回流路径的回流电压，并将所述回流电压传输至所述控制模块；

所述执行单元，设置在所述后端装置中的所述回流路径中，与所述控制模块连接，用于接收所述控制电路的控制信号，并根据所述控制信号控制对应的所述回流路径连通或断开。

在其中的一些实施例中，所述电流检测单元包括采样电阻RS和运算放大器；

所述采样电阻RS的一端，分别与所述运算放大器的正端和对应的所述前端装置的输入端连接；所述采样电阻RS的另一端，分别与运算放大器的负端和所述执行单元连接；

所述运算放大器的输出端与所述控制模块连接；

所述运算放大器的输出端与所述控制模块之间施加有偏置电压。

在其中的一些实施例中，所述执行单元包括：MOS管；

所述MOS管的栅极与所述控制器连接；

所述MOS管的源极与所述电流检测单元连接；

所述MOS管的漏极与其他所述执行单元连接。

在其中的一些实施例中，所述保护电路还包括保护模块；

所述保护模块，设置于所述检测执行模块和所述控制模块之间，用于设置电压保护阈值，基于所述电压保护阈值保护所述控制模块。

在其中的一些实施例中，所述供电电源包括电源模块和热敏电阻PTC；

所述电源模块的正端，通过所述回流路径与每个所述前端装置连接；

所述电源模块的负端，通过所述回流路径与每个所述前端装置连接；

所述热敏电阻PTC，设置在所述电源模块的负端的每个回流路径中。

在其中的一些实施例中，所述前端装置为摄像机；所述后端装置为录像机。

第二个方面，在本实施例中提供了一种集中共地设备的保护方法，包括：

获取回流路径的回流电压，并根据所述回流电压和预设电压阈值，生成控制信号；

根据所述控制信号控制对应的回流路径连通或断开。

在其中的一些实施例中，所述根据所述回流电压和预设电压阈值，生成控制信号，包括：

在所述回流电压超过所述预设电压阈值时，生成的所述控制信号为断开信号；

在所述回流电压属于所述预设电压阈值时，生成的所述控制信号为保持信号。

在其中的一些实施例中，所述方法还包括：

在所述回流路径处于断开时，响应于用户操作确定恢复模式；

在所述恢复模式为自动恢复，且定时器累加的断开时间到达预设时间阈值时，获取所述回流路径的回流电压；并根据所述回流电压和预设电压阈值，生成控制信号；

在所述恢复模式为手动恢复时，且响应于用户操作得到手动恢复指令时，获取所述回流路径的回流电压；并根据所述回流电压和预设电压阈值，生成控制信号。

与相关技术相比，在本实施例中提供的集中共地设备的保护系统及保护方法，包括供电电源、若干前端装置、后端装置以及保护电路；供电电源，通过每个前端装置与后端装置连接，并形成回流路径；后端装置中的回流路径与前端装置对应；保护电路包括：控制模块和检测执行模块；检测执行模块设置在后端装置中的每个回流路径中；控制模块，与检测执行模块连接，用于接收检测执行模块获取的回流路径的回流电压，并根据回流电压和预设电压阈值，生成控制信号；检测执行模块，用于接收控制电路的控制信号，并根据控制信号控制对应的回流路径连通或断开；解决了相关技术中共地设备中发生短路的设备无法被及时发现，导致短路大电流流经其他设备，造成持续发热，存在安全风险的问题；通过设置的控制模块和检测执行模块，来检测每条回流路径的情况，从而能够及时发现短路的共地设备，进而降低安全风险。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一实施例提供的集中共地设备的保护系统的结构示意图；

图2是本申请一优选实施例提供的集中共地设备的保护系统的结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的保护电路的结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的控制模块的各电压分布对比示意图；

图5是本申请一实施例提供的集中共地设备的保护方法的流程图；

图6是本申请一实施例提供的异常恢复的流程示意图。

图中：10、供电电源；20、前端装置；30、后端装置；41、电流检测单元；42、执行单元；43、控制模块；44、保护模块。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、设备或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、设备或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

在本实施例中提供了一种集中共地设备的保护系统，图1是本实施例的集中共地设备的保护系统的结构框图，如图1所示，该系统包括供电电源10、若干前端装置20、后端装置30以及保护电路；

供电电源10，通过每个前端装置20与后端装置30连接，并形成回流路径；

后端装置30中的回流路径与前端装置20的数量对应；

保护电路包括：控制模块和检测执行模块；检测执行模块设置在后端装置30中的每个回流路径中；

控制模块，与检测执行模块连接，用于接收检测执行模块获取的回流路径的回流电压，并根据回流电压和预设电压阈值，生成控制信号；

检测执行模块，用于接收控制电路的控制信号，并根据控制信号控制对应的回流路径连通或断开。

需要说明的是，前端装置20包括但不限于音视频采集装置、制造装置、监控装置等；具体的，可以是摄像机、枪机、球机、探头、生产机组等。前端装置20的数量至少为两个；这些前端装置20的信号/电源公共端都是连接在一起，可以认为前端装置20的之间是并联的连接方式。其中，后端装置30一般作为数据处理终端，其包括但不限于摄像机、电脑、手机等数据处理终端。

由供电电源10为保护系统中的其他用电装置供电，若干前端装置20和后端装置30的信号/电源公共端都是连接在一起；这些供电线路和信号通信线路合在一起，可以形成回流路径。由于若干前端装置20和后端装置30是共地的；因此，后端装置30的回流路径与前端装置20的数量对应。比如：前端装置20的数量是两个，那么后端装置30的回流路径有两条，每条回流路径的一端与一个前端装置20，且回流路径的另一端相互连接。前端装置20的数量是四个，那么后端装置30的回流路径有四条，每条回流路径的一端与一个前端装置20，且回流路径的另一端相互连接。

为了方便管理，一般将控制模块设置在后端装置30中，控制模块可以自己单独设置。检测执行模块设置在后端装置30中的每个回流路径中，检测执行模块能够对每个回流路径中的回流电流进行检测，并将回流电流转换成回流电压反馈给控制模块，在控制模块中根据回流电压和预设电压阈值，生成控制信号；以发现该回流路径上是否有短路发生，从而根据控制信号控制对应的回流路径的连通或断开。

通过上述系统，包括供电电源10、若干前端装置20、后端装置30以及保护电路；供电电源10，通过每个前端装置20与后端装置30连接，并形成回流路径；后端装置30中的回流路径与前端装置20的数量对应；保护电路包括：控制模块和检测执行模块；检测执行模块设置在后端装置30中的每个回流路径中；通过检测执行模块检测回流路径的回流电压，结合控制模块根据回流电压和预设电压阈值的比较，来得知该回流路径的状态(该回流路径中是否有短路发生)，进而生成控制信号；最后，将控制信号返回给检测执行模块，检测执行模块根据控制信号控制对应的回流路径连通或断开；实现了及时发现短路的共地设备，进而降低安全风险；以解决相关技术中共地设备中发生短路的设备无法被及时发现，导致短路大电流流经其他设备，造成持续发热，存在安全风险的问题。

下面以三个前端装置20(设备1#、设备2#以及设备3#)、后端装置30(设备4#)的优选实施例为例，对集中共地设备的保护系统的结构进行说明：

如图2所示，是本实施例的集中共地设备的保护系统的结构示意图，系统包括供电电源10(AC-DC电源和热敏电阻PTC)、三个前端装置20(设备1#、设备2#以及设备3#)、后端装置30(设备4#)以及保护电路。因回流路径中传输线线阻的存在，为了区分开来，将设备1#的地命名为GND_1，设备2#的地命名为GND_2，设备3#的地命名为GND_3，设备4#的地命名为GND_4。

其中，设备1#供电电流的回流路径会存在多条。比如：三条回流路径，电流一部分从a->b->c->d->e->o回流，一部分从a->b->c->d->f->g->h->i->j->k->o回流，还有一部分从a->b->c->d->f->g->m->n->p->q->o回流。并且随着共地设备数量的增加，回流路径也会增加。其中，-表示回流，a-为从a的位置回流。a->b-即表示a到b位置的回流。

如果没有在设备4#中设置保护电路；此时，如果设备1#电源出现短路，即c->d短路的情况。此时，有3条电流的回流路径，假设3条回流路径的阻抗都相等时，那么流经PTC1、PTC2以及PTC3的电流均为I/3安培，均无法触发PTC的保护点。那么，短路设备1#会长时间、持续发热，引发危险。

如果供电电源10的第1路短路，即b->e短路情况。存在如下几个风险点：

1、如果供电电源10的总功率足够大，短路的回流路径a->b->e->o阻抗很小，会让PTC1进入保护状态，但是设备1#仍存在回流路径a->b->c->d->f->g->h->i->j->k->o和a->b->c->d->f->g->m->n->p->q->o；又因为供电、传输线缆一般都是长线，有一定的线阻存在；所以PTC2、PTC3难以触发保护，若设备1#在短路状态下仍没有损坏，是可以正常工作的，短路问题不会暴露，但是每条回流路径的电流却比较大，会导致线缆过流持续发热的风险。

2、在供电电源10中的短路持续阶段，存在a->b->e->o、a->b->e->d->f->g->h->i->j->k->o以及a->b->e->d->f->g->m->n->p->q->o这三条短路电流的回流路径，因为第一条回流路径的近端短路阻抗很小，PTC1很快进入保护，但是另外两条回流路径因为线阻的存在而不会触发PTC2、PTC3保护，仍会持续一个较大的电流I1，但是信号线一般的通流一般都不大，在电流I1的作用下会长时间持续发热，产生风险。

3、由于e->d一般都是长线，且布线情况复杂所以e->d会有存在一个不可忽略较大的寄生电感L存在。那么当b->e短路的情况被人为解决掉后，因为解决短路时间t很短，根据电感电压电流公式V＝-L*di/dt，所以会在设备1#供电c->d端产生一个很大的压差，设备1#很可能出现烧短路的情况，出现风险。

而在本实施例中，会在设备4#中设置保护电路，那么就可以解决上述问题，下面进行具体说明：

在其中的一些实施例中，检测执行模块包括：电流检测单元41和执行单元42；

电流检测单元41，设置在后端装置30中的回流路径中，分别与控制模块43和执行单元42连接，用于获取的回流路径的回流电压，并将回流电压传输至控制模块43；

执行单元42，设置在后端装置30中的回流路径中，与控制模块43连接，用于接收控制电路的控制信号，并根据控制信号控制对应的回流路径连通或断开。

具体的，电流检测单元41和执行单元42串联在设备4#的各路信号输入共地端；也就是串联在设备4#的回流路径中。一般情况下电流检测单元41设置在靠近前端装置20的一侧，也就是说前端装置20通过电流检测单元41与执行单元42连接，能够提高电流检测单元41检测的准确性。当然，电流检测单元41和执行单元42的设置位置可以互换。

电流检测单元41，检测回流路径的回流电流，并将其转换为回流电压输出至控制模块43。执行单元42，主要是根据控制信号控制对应的回流路径连通或断开。比如：设备1#电源出现短路，即c->d短路的情况。此时，由于在g->h-的回流路径上设置有两个检测执行模块；在g->m-的回流路径上设置有两个检测执行模块；在h->m-的回流路径上设置有两个检测执行模块。利用上述电流检测单元41检测各回流路径上的回流电流，以判断各回流路径上是否发生短路。

在其中的一些实施例中，供电电源10包括电源模块和热敏电阻PTC；

电源模块的正端，通过回流路径与每个前端装置20连接；

电源模块的负端，通过回流路径与每个前端装置20连接；

热敏电阻PTC，设置在电源模块的负端的每个回流路径中。

具体的，热敏电阻PTC是正温度系数的热敏电阻，用于过流保护的，达到某个触发条件PTC阻值变得很大，起到断开电路的作用。每个回流路径均设置一个；比如：电源模块的负端与e、k以及q之间均设有一个热敏电阻PTC。

如图3所示，为本实施例的保护电路的结构示意图，参考该结构示意图对保护电路进行详细说明。

在其中的一些实施例中，电流检测单元41包括采样电阻RS和运算放大器；

采样电阻RS的一端，分别与运算放大器的正端和对应的前端装置的输入端连接；采样电阻RS的另一端，分别与运算放大器的负端和执行单元42连接；

运算放大器的输出端与控制模块43连接；

运算放大器的输出端与控制模块43之间施加有偏置电压。

具体的，通过采样电阻RS、运算放大器以及偏置电压的配合将采样电阻RS的电阻阻值为RS检测的回流电流调制成回流电压输出。比如：采样电阻RS检测的回流电流为I2；运算放大器的运放增益比例为A；偏置电压为Voffset；那么电流检测单元41输出的回流电压为Uo2；其中，Uo2＝RS*I*A+Voffset。在其他实施例中，也可以采用其他电路实现，对此并不进行限制。

在其中的一些实施例中，执行单元42包括：MOS管；MOS管的栅极与控制器连接；MOS管的源极与电流检测单元41连接；MOS管的漏极与其他执行单元42连接。

在执行单元42为MOS管时，控制信号可以为高低电平信号；在低电平信号作用在MOS管的栅极时，保持回流路径连通。在高电平信号作用在MOS管的栅极时，保持回流路径断开。在其他实施例中，也可以采用其他电路实现，对此并不进行限制。

在其中的一些实施例中，控制模块43包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。在图3中，控制模块43采用微处理器MCU，利用微处理器MCU的GPIO端输出控制信号给MOS管的栅极。并且可以在控制模块43中预设延迟时间△t；延迟时间△t为整个关断过程时间，对于延迟时间的设置，不限定硬件或软件实现，对此不进行限制。

执行单元42经过延迟时间△t后关断，可以有效解决传输线路寄生电感di/dt的变化产生的过压问题；有效解决共地过流问题；将执行单元42工作在线性区，可以实现共地回路各回路电流阻抗的变化，实现调节回流电流的功能，可以解决线缆均流问题；解决由于某台设备短路时无法保护，线缆和共地设备持续发热存在风险问题。

在其中的一些实施例中，保护电路还包括保护模块44；

保护模块44，设置于检测执行模块和控制模块43之间，用于设置电压保护阈值，基于电压保护阈值保护控制模块43。

具体的，为了保护控制模块43，避免回流路径上的大电流存在损坏控制模块43，而设置保护模块44。保护模块44可以为下钳位保护。比如：控制模块43的ADC端运行的最大输入电压为Vadc；那么保护模块44的下钳位点的电压保护阈值为：Vmin、Vmax。即超过(Vmin,Vmax)的电压被削掉。当控制模块43的ADC接收的回流电压超过预设电压阈值(Vthmin,Vthmax)的范围时，控制模块43通过GPIO端输出控制信号控制执行单元42断开该回流路径。Vnormal为设备正常工作的时Vadc采样到的值。控制模块43中涉及判断保护系统正常工作的各电压分布如图4所示。

通过上述各类电路器件构建结构简单，且实用的保护电路，来保障在其中的一些实施例中，长期使用的稳定性。

在其中的一些实施例中，集中共地设备的保护系统可以为集中共地设备的摄像系统。前端装置为摄像机；后端装置为录像机。通过设置保护电路，来解决集中共地设备的摄像系统中传输线路寄生电感di/dt的变化产生的过压问题；有效解决共地过流问题；将执行单元42工作在线性区，可以实现共地回路各回路电流阻抗的变化，实现调节回流电流的功能，可以解决线缆均流问题。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

在本实施例中还提供了一种集中共地设备的保护方法，该方法用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。

图5是本实施例的集中共地设备的保护方法的流程图，如图5所示，该方法包括：

步骤S210，获取回流路径的回流电压，并根据回流电压和预设电压阈值，生成控制信号；

步骤S220，根据控制信号控制对应的回流路径连通或断开。

具体的，获取回流路径的回流电压的步骤可以为：采集回流路径的回流电流，并基于偏置电压对回流电流进行转换，得到回流路径的回流电压。

通过上述方法，实现了及时发现短路的共地设备，进而降低安全风险；以解决相关技术中共地设备中发生短路的设备无法被及时发现，导致短路大电流流经其他设备，造成持续发热，存在安全风险的问题。

在其中的一些实施例中，根据回流电压和预设电压阈值，生成控制信号，包括以下步骤：

在回流电压超过预设电压阈值时，生成的控制信号为断开信号；

在回流电压属于预设电压阈值时，生成的控制信号为保持信号。

具体的，预设电压阈值为(Vthmin,Vthmax)，在回流电压超过(Vthmin,Vthmax)时，生成的控制信号为断开信号。在回流电压属于(Vthmin,Vthmax)时，生成的控制信号为保持信号。并且可以增加延迟时间△t；在延迟时间△t后，根据生成的控制信号控制对应的回流路径连通或断开。

在其中的一些实施例中，集中共地设备的保护方法还包括以下步骤：

在回流路径处于断开时，响应于用户操作确定恢复模式；

在恢复模式为自动恢复，且定时器累加的断开时间到达预设时间阈值时，获取回流路径的回流电压；并根据回流电压和预设电压阈值，生成控制信号；

在恢复模式为手动恢复时，且响应于用户操作得到手动恢复指令时，获取回流路径的回流电压；并根据回流电压和预设电压阈值，生成控制信号。

具体的，在控制模块中可以执行如图6所示的异常恢复的流程示意图，以实现回流路径关断后的恢复。S61，检测ADC端接收的回流电压；S62，判断回流电压是否属于电压阈值(Vthmin,Vthmax)；如果超过电压阈值(Vthmin,Vthmax)，则继续检测回流电压；S63，如果属于电压阈值(Vthmin,Vthmax)，则滤毛刺；S64，控制GPIO关断执行单元；S65，判断用户设置的异常恢复模式；S66，如果是自动恢复模式，自恢复定时器累计；S67，判断自恢复定时器的累加的断开时间大于预设时间阈值；如果是，则回到步骤S67；如果否，则回到步骤S61；S68，如果是手动恢复模式，判断接到响应于用户操作得到手动恢复指令；如果是，则回到步骤S68；如果否，则回到步骤S61。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

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专利保护范围的限制。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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。