CN100569555C - 具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块 - Google Patents

具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块，属于汽车电子控制技术领域，该模块包括：负载驱动电路，分压电路，负载诊断电路；其中，输入信号SCTRL与输入功率PIN与负载驱动电路输入端连接，同时输入功率PIN与分压电路输入端连接；负载驱动电路的输出端输出信号POUT为模块输出功率电信号，同时负载驱动电路的输出端与负载诊断电路的输入端连接；分压电路两个输出端V1、V2，与负载诊断电路输入端连接；负载诊断电路输出端输出信号S1、S2为模块输出数字信号。本发明的电路结构简单，所用电子元器件均为最基本的常用元器件，成本低，易于实现。本发明适用于车载电器的智能化控制，尤其适用于车灯、散热器等阻性负载以及风扇、雨刮器等感性负载。

Description

具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块
技术领域
本发明属于汽车电子控制技术领域，特别涉及一种具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块。
背景技术
传统的汽车车身电气系统中，车载负载与开关串联，或者负载与开关所控制的继电器串联。通过开关按钮的通断操作，实现对负载的功率通断控制。这种控制方法简单，不存在对负载的故障诊断。
现有技术中，越来越多的车载电器实现智能化控制，使用数字信号实现对负载功率通断的控制。目前已经出现采用LIN总线实现通讯的车辆，利用LIN总线通讯模块与微处理单元实现对车载电器的控制。数字化的控制方式易于实现对负载的故障诊断。现有技术中对故障状态的诊断方式也有多种，比如测量电流电压进行故障诊断，或者采用专用芯片实现故障诊断。这些方法所涉及的电路复杂，或者专用芯片的成本昂贵。
发明内容
本发明的目的是为适应车载电器实现智能化控制的需求，提供一种具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块，作为普通微处理单元与车载电器之间的接口电路，实现通过数字信号驱动负载，检测车载电器工作状态，并判断负载和电路的故障类型。具有结构简单，应用价值高的特点。
本发明提出的一种具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块，其特征在于，包括：
负载驱动电路，用于实现数字信号SCTRL对功率电供输出POUT的控制；
分压电路，用于从输入电压PIN产生电阻分压V1和V2；
负载诊断电路，用于对负载供负载故障的诊断，以数字信号0、1输出；
其连接关系为：输入信号SCTRL与输入功率PIN与负载驱动电路输入端连接，同时输入功率PIN与分压电路输入端连接；负载驱动电路的输出端输出信号POUT为模块输出功率电信号，同时负载驱动电路的输出端与负载诊断电路的输入端连接；分压电路两个输出端V1、V2，与负载诊断电路输入端连接；负载诊断电路输出端输出信号S1、S2为模块输出数字信号。
本发明的特点及有益效果：
本发明提出的一种带诊断功能的车载电器驱动电路模块，是针对车载电器的智能化设计。该模块作为微处理单元的外围电路，是微处理单元和负载之间的接口电路，能够实现通过数字信号驱动负载，检测车载电器工作状态，并判断负载和电路的故障类型。
本发明的电路结构简单，所用电子元器件均为最基本的常用元器件，成本低，易于实现。本发明适用于车载电器的智能化控制，尤其适用于车灯、散热器等阻性负载以及风扇、雨刮器等感性负载。
附图说明
图1为本发明的带诊断功能的车载电器驱动模块电路结构图。
图2为本发明的负载驱动电路原理图。
图3为本发明的分压电路原理图。
图4为本发明的负载诊断电路原理图。
图5为本发明的一个应用实例结构图。
具体实施方式
本发明提出的一种带诊断功能的车载电器驱动电路模块，结合附图及实施例详细说明如下：
本发明提出的一种带诊断功能的车载电器驱动电路模块，其模块电路结构如图1，由
负载驱动电路、分压电路、和负载诊断电路三个部分组成。其中：
负载驱动电路，用于实现数字信号SCTRL对功率电供输出POUT的控制；
分压电路，用于从输入电压PIN产生电阻分压V1和V2；
负载诊断电路，用于对负载供负载故障的诊断，以数字信号0、1输出。
其连接关系为：输入信号SCTRL与输入功率PIN与负载驱动电路输入端连接，同时输入功率PIN与分压电路输入端连接；负载驱动电路的输出端输出信号POUT为模块输出功率电信号，同时负载驱动电路的输出端与负载诊断电路的输入端连接；分压电路两个输出端V1、V2，与负载诊断电路输入端连接；负载诊断电路输出端输出信号S1、S2为模块输出数字信号。
其中，SCTRL为数字信号，控制负载驱动的通断，PIN是功率电输入。PIN信号和SCTRL信号输入负载驱动电路，输出POUT输出的负载供电。PIN信号通过分压电路，输出电压信号V1、V2至负载诊断电路。负载诊断电路对POUT、V1、V2信号进行处理，输出数字信号S1、S2来指示负载的断路/短路故障状态。
本发明模块的各电路的具体构成实施例及实现的功能分别说明如下：
(1)负载驱动电路
所述负载驱动电路如图2所示，该电路用于实现数字信号SCTRL对功率电供输出POUT的控制。
该电路包括一个光电隔离芯片U1，用于数字电路与模拟电路的隔离，以及数字信号SCTRL对模拟电路部分通断的控制；一个MOSFET开关芯片U2，用于根据光电隔离芯片受控端通断来实现功率电供应的通断；一个泻放二极管D0，提供电荷泻放通路，保护MOSFET开关芯片，以及电阻R1、R2、R3。其连接关系为：光电隔芯片U1的输入端1通过电阻R1与电源Vcc相连，输入端2与数字信号SCTRL相连，输出端3通过电阻R3接地，受控端4与MOSFET开关芯片的栅极相连，同时通过串接一个电阻R2与MOSFET开关芯片的源极连接；泻放二极管D0连接在MOSFET开关芯片的漏极与数字地GND之间，MOSFET开关芯片的源极和漏极分别为负载驱动电路的输入端PIN和输出端POUT。
具体的工作过程为，当输入的数字控制信号SCTRL为低电平0时，光电隔离器U1导通，此时电阻R2两端建立起MOSFET开关芯片U2所需的导通电压VGS，MOSFET开关芯片导通，POUT有功率输出；当输入的数字控制信号SCTRL为高电平1时，光电隔离器U1断开，此时电阻R2两端无法建立起MOSFET开关芯片U2所需的导通电压VGS，MOSFET开关芯片截止，POUT无功率输出。
本实施例中，光电隔离芯片U1的型号为TLP521-1，MOSFET开关芯片U2根据负载的功率选择为IRFU9310，二极管D0选择型号为1N5401。
(2)分压电路
所述分压电路如图3所示，该电路用于从输入电压PIN产生电阻分压V1和V2。
该电路由四个电阻RH1、RL1、RH2、RL2组成两路分压电路，输出电压信号V1、V2。其连接关系为，RH1、RL1串联与PIN和地信号连接；RH2、RL2串联与PIN和地信号连接，RH1与RL1之间为输出端V1，RH2与RL2之间为输出端V2。
RH1、RL1、RH2、RL2电阻值的选取可根据实际电路中负载的阻性和负载驱动电路中的MOSFET开关芯片的特性进行设计，要求负载正常工作时，输出的功率供电POUT的电压处介于V1和V2之间。设计V1为正常工作时POUT电压范围的上限；而V2为正常工作时POUT电压范围的下限。
本实施例中，RH1的阻值为120Ω，RL1的阻值为47K，RH2的阻值为10K，RL2的阻值为47K。当负载成长工作时，POUT的电压处介于V1和V2之间；当负载出现断路故障时，POUT高于V1，当负载出现短路故障时，POUT低于V2。
(3)负载诊断电路
所述负载诊断电路如图4所示，该电路用于对负载供负载故障的诊断，以数字信号0、1输出。
该电路包括一个由两个运算放大器U3A、U3B构成的双运放比较器U3，用于实现比较POUT与V1、V2信号的电压比较；一个光电隔离芯片U4，用于模拟电路与数字电路的隔离，并以数字信号S1、S2形式输出比较结果；电阻R4～R8为上拉电阻；其连接关系为：双运放器件的两个运算放大器输出端1、7与光电隔离芯片U4的控制端2、4连接；运算放大器U3A反相输入端2与U3B的同相输入端5相互连接并通过电阻R4与输入功率PIN连接；运放U3A的同相输入3端接输出端V1，运放U3B的反相输入端6接输出端V2。
该电路的工作原理：对于POUT不同电压值的比较结果为：当POUT信号电压大于V1时，输出信号S1为低电平0，S2为高电平1；当POUT信号电压介于V1和V2之间时，输出信号S1为高电平1，S2为高电平1；当POUT信号电压低于V2时，输出信号S1为高电平1，S2输出为低电平0。
本实施例中，组成双运放比较器U3的运算放大器的型号为LM393D，实现POUT信号与V1、V2信号的比较；光电隔离芯片U4的型号为TLP521-2，隔离数字电路与模拟电路，输出数字信号S1、S2。
本发明的带诊断功能的车载电器驱动电路模块，能够对负载的工作状态进行检测，对故障类型进行判断。根据控制信号SCTRL、诊断电路输出信号S1、S2实现故障诊断，诊断结果如表1。
表1故障类型判断表
Figure C20081010639100061
应用本发明的具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块实现的基于LIN总线的智能化车灯，其应用实例结构如图5所示。该应用实例实现LIN总线数字信号对车灯的通断控制，同时车灯的故障信息通过LIN总线发出。
该应用实例包括依次连接的LIN总线通讯模块、微处理单元、带诊断功能的车载电器驱动电路模块、车灯。
LIN总线通讯模块实现LIN总线与微处理单元之间的通讯。该应用实例中，LIN总线通讯模块应用芯片MC33399实现其功能。
微处理单元根据LIN总线信号输出SCTRL信号实现对车灯负载的通断控制，同时接受带诊断功能的车载电器驱动电路模块发出的诊断信息S1和S2，并对故障类型进行判断，将诊断结果发送到LIN总线。该应用实例中，微处理单元应用芯片MC68HC908QL4实现其功能。
本发明的具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块实现数字信号SCTRL对车灯的功率通断控制，并且实现对车灯的故障诊断，诊断结果以S1、S2数字信号形式输出。
车灯为一普通阻性车载灯类电器，其一端与具有故障诊断的车载电器驱动电路模块连接，另一端接地。

Claims (4)

1、一种具有故障诊断功能的车载电器驱动电路模块，其特征在于，该模块包括：
负载驱动电路，用于实现数字信号SCTRL对功率电供输出POUT的控制；
分压电路，用于从输入电压PIN产生电阻分压V1和电阻分压V2；
负载诊断电路，用于对负载供负载故障的诊断，以数字信号0、数字信号1输出；
其连接关系为：输入信号SCTRL与输入功率PIN与负载驱动电路输入端连接，同时输入功率PIN与分压电路输入端连接；负载驱动电路的输出端输出信号POUT为模块输出功率电信号，同时负载驱动电路的输出端与负载诊断电路的输入端连接；分压电路输出端V1、分压电路输出端V2与负载诊断电路输入端连接；负载诊断电路输出端输出信号S1、负载诊断电路输出端输出信号S2为模块输出数字信号。
2、如权利要求1所述模块，其特征在于，所述负载驱动电路包括：一个光电隔离芯片(U1)，用于数字电路与模拟电路的隔离，以及数字信号SCTRL对模拟电路部分通断的控制；一个MOSFET开关芯片(U2)，用于根据光电隔离芯片受控端通断来实现功率电供应的通断；一个泻放二极管(D0)，提供电荷泻放通路，保护MOSFET开关芯片，以及3个电阻(R1、R2、R3)；其连接关系为：光电隔芯片(U1)的第一输入端(1)通过电阻(R1)与电源(Vcc)相连，光电隔芯片(U1)的第二输入端(2)与数字信号SCTRL相连，光电隔芯片(U1)的第三输出端(3)通过电阻R3接地，光电隔芯片(U1)的受控端(4)与MOSFET开关芯片的栅极相连，同时通过串接一个电阻R2与MOSFET开关芯片的源极连接；泻放二极管D0连接在MOSFET开关芯片的漏极与数字地GND之间，MOSFET开关芯片的源极和漏极分别为负载驱动电路的输入端PIN和输出端POUT。
3、如权利要求1所述模块，其特征在于，所述分压电路由电阻RH1、电阻RL1、电阻RH2、电阻RL2组成两路分压电路，输出电阻分压信号V1、电阻分压信号V2；其连接关系为，电阻RH1、电阻RL1串联与负载驱动电路的输入端PIN和地信号连接；电阻RH2、电阻RL2串联与PIN和地信号连接，电阻RH1与电阻RL1之间为输出端V1，电阻RH2与电阻RL2之间为输出端V2。
4、如权利要求1所述模块，其特征在于，所述负载诊断电路包括一个由运算放大器U3A、运算放大器U3B构成的双运放比较器U3，用于实现比较输出端POUT与电阻分压V1信号、电阻分压V2信号的电压比较；一个光电隔离芯片U4，用于模拟电路与数字电路的隔离，并以数字信号S1、数字信号S2形式输出比较结果；电阻R4～电阻R8为上拉电阻；其连接关系为：双运放器件的运算放大器第一输出端(1)、运算放大器第二输出端(7)与光电隔离芯片U4的第一控制端(2)、光电隔离芯片U4的第二控制端(4)连接；运算放大器U3A反相输入端(2)与U3B的同相输入端(5)相互连接并通过电阻R4与输入功率PIN连接；运算放大器U3A的同相输入端(3)接输出端V1，运算放大器U3B的反相输入端(6)接输出端V2。
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