CN103529281B - 一种全覆盖实时自我诊断的电压检测电路、电子设备及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障全覆盖并实时自我诊断的电压检测电路，以及包括该电压检测电路的电子设备和汽车，该电压检测电路包括电压反馈模块、二选一开关切换器、电压检测模块和逻辑运算模块，二选一开关切换器包括开关S1和S2。该检测电路不论是被检测电压还是检测电路出现任何可能的故障的情况下，中央控制器都能够实时得到故障信号，该电路可以将单点故障和残余故障变成了可检测故障，大大提高了电路的安全等级。

Description

一种全覆盖实时自我诊断的电压检测电路、电子设备及汽车

技术领域

本发明涉及一种汽车用品，尤其涉及一种汽车电子产品，尤其涉及一种电压检测电路。

背景技术

随着现代化和科技化的高速发展，各种电子设备广泛应用于人民的生活生产中。因此实时的电压监控比较电路也广泛的应用于几乎所有的电子设备中。随着，生活水平的提高，人们对电器设备的安全和故障率提出了越来越高的要求。特别在汽车电子产品的应用中，更是提出了ISO26262安全等级标准，要求不仅是被检测的电压异常要被实时检查出来，而且检测电路的故障也要实时被检查出来，进而提高整个电路的安全等级和降低可能导致生命健康危害的故障发生。

传统的电压检测电路，只能检查出被检测电压的异常情况，比如过压或者欠压情况。但是如果检测电路出现故障，就可能导致被检测电压的故障不能被检查出来，比如，在检测电路输出信号出现开路情况，那么故障信息就不会被输出给中央控制器，从而失去了故障检测功能。在ISO26262中，这种完全不能被监测的故障称为单点故障(SPFM：single point fault metric)，有监测机制 但不能完全监测的故障称为残余故障(LFM：latent fault metric)。这两种故障率的下降，对提升整个产品的安全等级是至关重要的。

任何电子系统都会对特定的电压做检测，一般都会包括过压(OVER VOLTAGE)保护和欠压(UNDER VOLATGE)保护，传统的电压检测电路就是电压比较器，电路结构如图1所示。该检测电路包括三个模块：模块一：为电压反馈级，包括R1，R2，R3；模块二：为电压检测级，包括比较器1，比较器2；模块三：为逻辑运算级，一般为或非门。

该检测电路对的检测原理是：

当系统开始工作，马上会使能芯片，图1中两个比较器1(COMPARATOR1)和比较器2(COMPARATOR2)开始工作，当被检测电压、例如电池电压在正常工作范围内，即VREF电压小于VUV_FB电压，会使比较器1(COMARATOR1)输出为低“0”电平，同时VREF电压大于VOV_FB电压，会使比较器2(COMPARATOR2)的输出也为低“0”电平，即COMP1_OUT和COMP2OUT都为低“0”电平，后级的或非门逻辑输出一个高“1”电平即OK信号，该信号反馈到控制系统，使系统知道该电池是在正常工作范围；

如果被检测电压、例如电池低于一定值后，即VREF电压大于VUV_FB电压，会使比较器1(COMPARATOR1)输出为高“1”电平，后级的或非门逻辑会输出一个低“0”电平给出一个低“0”电平即NOT OK信号；使系统知道该电压不是在正常工作范围，然后系统会马上做出后续的响应；

如果被检测电压、例如电池高于一定值后，即VREF电压小于VOV_FB电压， 会使比较器2(COMPARATOR2)输出为高“1”电平，后级的或非门逻辑会输出一个低“0”电平给出一个低“0”电平即NOT OK信号；使系统知道该电压不是在正常工作范围，然后系统会马上做出后续的响应；

综上，该电路是可以正常检测被检测电压、例如电池过压(OV)和欠压(UV)情况。

但是该电路无法检测到两个比较器自身内部是否发生异常和输出点到下一级逻辑运算输出之间的连接线是否发生异常，如以下场景：较器1(COMPARATOR1)的输出或者是比较器2(COMPARATOR2)的输出由于芯片自身问题(包括内部电路器件或者是连接器件的金属线)发生内部对参考地(GND)短路时，即CMOP1_OUT和COMP2_OUT其中一个或者都为低“0”电平，这种场景下，电路就失去电压检测的功能。这样，在芯片本身的可靠性和安全性上存在较大隐患。

发明内容

本发明提供了一种故障全覆盖并实时自我诊断的电压检测电路，采用该检测电路，不论是被检测电压还是检测电路出现任何可能的故障的情况下，中央控制器都能够实时得到故障信号，该电路可以将单点故障和残余故障变成了可检测故障，大大提高了电路的安全等级。

本发明的全覆盖实时自我诊断的电压检测电路包括：电压反馈模块、二选一开关切换器、电压检测模块和逻辑运算模块，二选一开关切换器包括开关 S1和S2，其中，

电压反馈模块输出过压反馈点VOV_FB和欠压反馈点VUV_FB；

二选一开关切换器的两个输入分别接过压反馈点VOV_FB和欠压反馈点VUV_FB，二选一开关切换器，的开关S1的控制信号CLOCK为外部引入，开关S2的控制信号是S1的控制信号CLOCK取反，S1，S2的控制信号为高“1”电平表示该开关导通，为低“0”电平表示该开关关断；

二选一开关切换器的输出接电压检测模块的正输入端，电压检测模块的负输入端接参考电压VREF；

电压检测模块的输出COMP_OUT接逻辑运算模块的一个输入端，逻辑运算模块的另一个输入端接控制信号CLOCK。

在优选实施例中，电压反馈模块包括电阻R1，R2，R3；R1、R2、R3串联连接，一端连接至检测电压，一端连接只至地。

在优选实施例中，电压检测级模块包括比较器COMPARATOR。

在优选实施例中，逻辑运算模块包括异或门。

逻辑运算模块输出为低“0”电平表示系统电压是在规定范围内，系统是OK状态；输出是与控制信号CLOCK同相或者反相的信号，表示系统是NOT OK状态。

本发明还公开了一种电子设备，其包括上述电压检测电路。

本发明还公开了一种汽车，其包括上述电子设备。

附图说明

图1为现有技术中的电压检测电路的电路图；

图2为本发明的全覆盖实时自我诊断的电压检测电路的电路图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明的技术方案，下面结合附图描述其具体实施方式。

本发明提供了一种实时，并故障全覆盖自我检测的电压比较器电路。

在一个具体实施例中，具体电路如图2所示：

该检测电路包括四个模块：

模块一：电压反馈级：R1，R2，R3；

模块二：二选一开关切换器；

模块二：电压检测级：比较器；

模块三：逻辑运算级：异或门；

具体连接实现：R1、R2、R3串联连接，一端连接至被检测电压、例如电池电压，一端连接地；二选一开关切换器的两个输入分别接过压反馈点(VOV_FB)，欠压反馈点(VUV_FB)，开关S1的控制信号(CLOCK)为外部引入，开关S2的控制信号是S1的控制信号(CLOCK)取反，S1，S2的控制信号为高“1”电平表示该开关导通，为低“0”电平表示该开关关断，二选一开关切换器的输出接比较器(COMPARATOR)的正输入端，(COMPARATOR)的负输入端接参考电压(VREF)，比较器输出COMP_OUT接下一级异或门的一个输入端，异或门的另一个输入端接控制信号(CLOCK)，控制信号(CLOCK)为一时钟信号，频率可以按照不同要求调整。异或门输出为系统输出，为低“0”电平表示系统电压是在规定范围内，系统是OK的；如果输出是一个与控制信号(CLOCK)同相或者反相的信号，表示系统是NOTOK的，这时会上报，系统会马上做出后续的响应

本发明的电压检测电路的电路功能为：

二选一开关切换器的两个输入端分别是被检测电压、例如电池电压过压(OV)和欠压(UV)的参考点即VOV_FB和VUV_FB，二选一开关切换器将随着控制信号(CLOCK)不停的切换电池(或检测点)电压的过压参考点(VOV_FB)和欠压参考点(VUV_FB)到比较器的正输入端，比较器会不停的比较输入端的情况，输出比较结果，比较器输出(COMP_OUT)会与二选一开关切换器的控制信号做异或运算，得到输出(SYS_OUT)来判断是否有异常发生。

正常监测检测电池电压功能如下：

判断场景1：当被检测电压低于设置安全电压时，VUV_FB小于VREF电压，无论控制信号(CLOCK)是高还是低，监测比较器输出恒定为低“0”电平，经过异或门运算，最后系统输出SYS_OUT等于控制信号(CLOCK)，即表示系统是NO OK的；

判断场景2：当被检测电压在安全电压范围内，当控制信号(CLOCK)为高“1”电平时，S1开关导通，VUV_FB电压进入比较器的正输入端，这是由 于VREF电压低于VUV_FB电压，比较器输出为高“1”电平，比较器输出信号和控制信号(CLOCK)，经过异或门逻辑输出后得到一个恒定的低“0”电平信号；当控制信号(CLOCK)为低“0”电平时，S2开关导通，VOV_FB电压进入比较器的正输入端，这是由于VREF电压高于VOV_FB电压，比较器输出为低“0”电平，比较器输出信号(COMP_OUT)和控制信号(CLOCK)，经过异或门逻辑输出后得到一个恒定的低“0”电平信号。综上，当系统是OK状态，比较器(COMPARATOR)输出信号(COMP_OUT)始终和控制信号(CLOCK)是同频率同相位的，因此，经过异或门运算后，系统输出端(SYS_OUT)始终输出一个恒定(大于一个CLOCK周期)的低“0”电平，即表示系统是OK的。

判断场景3：当被检测电压高于设置安全电压时，VOV_FB电压始终大于VREF电压，无论控制信号(CLOCK)是高还是低，监测比较器输出恒定为高“1”电平，经过异或门运算，最后系统输出(SYS_OUT)等于控制信号(CLOCK)的反，即表示系统是NO OK的；

同时本发明的电压检测电路还能监测芯片内部金属连线是否有异常：包括短路到低，短路到高，以及断路等异常，提高了芯片的安全等级，具体分析如下：

判断场景4：芯片内部以下五个点

VUV_FB

VOV_FB

VFB

VREF

COMP_OUT

有一个点或者多个点同时断路到VBAT(芯片电源或者是芯片检测电压)时，系统输出(SYS_OUT)是无法给出恒定的低“0”电平即OK信号；

判断场景5：芯片内部以下五个点

VUV_FB

VOV_FB

VFB

VREF

COMP_OUT

有一个点或者多个点同时断路到GND(芯片内部参考地)时，系统输出(SYS_OUT)是无法给出恒定的低“0”电平即OK信号；

判断场景6：当二选一开关切换器或者比较器(COMPARATOR)中有一个或者都发生异常时，比较器输出都无法给出一个有效信号，同样系统输出(SYS_OUT)是无法给出恒定的低“0”电平即OK信号；

综上所述，该发明电路不仅能满足检测正常被检测电压、例如电池电压功能，还能实时检测整个电压比较器内部器件和所有金属连线是否正常，实现了故障的实时全覆盖检测，按照ISO26262标准，本发明电路消除了电路自身的所有单点故障(SPFM：single point fault metric)和残余故障(LFM：latent fault metric)，最大限度的提高了整体芯片安全性和可靠性。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种全覆盖实时自我诊断的电压检测电路，其特征在于，包括：电压反馈模块、二选一开关切换器、电压检测模块、逻辑运算模块，所述二选一开关切换器包括开关S1和开关S2，其中，

所述电压反馈模块输出过压反馈点VOV_FB和欠压反馈点VUV_FB；

所述二选一开关切换器的两个输入分别接所述过压反馈点VOV_FB和所述欠压反馈点VUV_FB，所述二选一开关切换器的所述开关S1的控制信号CLOCK为外部引入，所述开关S2的控制信号是所述开关S1的控制信号CLOCK取反，所述开关S1，及所述开关S2的控制信号均为高“1”电平表示该开关导通，为低“0”电平表示该开关关断；

所述二选一开关切换器的输出接所述电压检测模块的正输入端，所述电压检测模块的负输入端接参考电压VREF；

所述电压检测模块的输出COMP_OUT接所述逻辑运算模块的一个输入端，所述逻辑运算模块的另一个输入端接控制信号CLOCK。

2.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压反馈模块包括电阻R1，R2，R3。

3.如权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于，所述R1、R2、R3串联连接，其一端连接至检测电压，另一端连接至地。

4.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测级模块包括比较器COMPARATOR。

5.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述逻辑运算模块包括异或门。

6.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述逻辑运算模块输出为恒定低“0”电平表示系统电压是在规定范围内，系统是OK状态；输出是与控制信号CLOCK同频率，但同相或者反相的信号，系统是NOT OK状态。

7.一种电子设备，其特征在于，包括上述任一项权利要求所述的电压检测电路。

8.一种汽车，其特征在于，包括权利要求7所述的电子设备。