CN105093048A - 端口检测系统及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端口检测系统，包括：基准模块，用于产生基准电压信号；比较模块，比较模块包括第一子比较模块，用于根据端口电压信号和基准电压信号生成第一比较结果电压信号，并根据第一检测结果电压信号和基准电压信号生成第二比较结果电压信号；第一检测模块，用于根据第一检测信号对端口电压信号进行检测，并生成第一检测结果电压信号；控制模块，用于根据第一比较结果电压信号判定端口电压信号为高电平时生成第一检测信号，并根据第二比较结果电压信号判定端口正常还是对电源短路。根据本发明实施例的系统可以准确地检测并判断出端口的多种异常，具有检测精度高、检测速度快的优点。本发明还提出了一种车辆。

Description

端口检测系统及具有其的车辆

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种端口检测系统及具有其的车辆。

背景技术

目前，随着电动汽车的不断发展，电动汽车的功能也日趋完善和多样化，整车各零部件的联系越来越紧密，各零部件的连接需要用到形式各样的电源或信号端口。当端口由于各种原因导致短路或断路时，将可能影响电动汽车正常工作，甚至影响电动汽车的可靠性和安全性。常规的解决方法一般为在回路上串联保险或限流电阻。

采用上述方法存在以下缺点：

1、串联保险或限流电阻的方法一般只能防止端口短路，但针对端口断路的情况无法检测。另外，可能会造成回路压降，导致信号传输异常。

2、串联保险的方法属于自主破坏型电路，发生保护后需要频繁的售后服务，大大增加了人工成本，不利于产品竞争。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种端口检测系统。该系统可以准确地检测并判断出端口是否处于正常状态，或者处于对电源短路、对地短路以及断线状态。具有检测精度高，并可检测出端口的多种异常类型的优点。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种端口检测系统，包括：基准模块，所述基准模块用于产生基准电压信号；比较模块，所述比较模块包括第一子比较模块，所述第一子比较模块用于根据端口电压信号和所述基准电压信号生成第一比较结果电压信号，并根据第一检测结果电压信号和所述基准电压信号生成第二比较结果电压信号；第一检测模块，所述第一检测模块用于根据第一检测信号对所述端口电压信号进行检测，并生成所述第一检测结果电压信号；以及控制模块，所述控制模块用于根据所述第一比较结果电压信号判定所述端口电压信号为高电平时生成所述第一检测信号，并根据所述第二比较结果电压信号判定端口正常还是对电源短路。

根据本发明实施例的端口检测系统，可以准确地检测并判断出端口是否处于正常状态，或者处于对电源短路、对地短路以及断线状态。具有检测精度高，并可检测出端口的多种异常类型。

本发明的第二方面的实施例公开了一种车辆，包括：如上述实施例所述的端口检测系统。该车辆可以准确地检测并判断出车辆上的端口是否处于正常状态，或者处于对电源短路、对地短路以及断线状态。具有检测精度高，并可检测出端口的多种异常类型。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的端口检测系统的电路图；

图2是根据本发明一个实施例的端口检测系统的端口检测步骤图；以及

图3是根据本发明另一个实施例的端口检测系统的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的端口检测系统及车辆。

图1是根据本发明一个实施例的端口检测系统的电路图。如图1所示，根据本发明一个实施例的端口检测系统，包括：基准模块110、比较模块120、第一检测模块130和控制模块140。控制模块140为但不限于单片机。

其中，基准模块110用于产生基准电压信号。比较模块120包括第一子比较模块121，第一子比较模块121用于根据端口电压信号和基准电压信号生成第一比较结果电压信号，并根据第一检测结果电压信号和基准电压信号生成第二比较结果电压信号。第一检测模块130用于根据第一检测信号对端口电压信号进行检测，并生成第一检测结果电压信号。控制模块140用于根据第一比较结果电压信号判定端口电压信号为高电平时生成第一检测信号，并根据第二比较结果电压信号判定端口正常还是对电源短路。

如图1所示，比较模块120还包括：第二子比较模块122，第二子比较模块122用于根据第二检测结果电压信号和基准电压信号生成第三比较结果电压信号。端口检测系统还包括：第二检测模块150，第二检测模块150用于根据第二检测信号对端口电压信号进行检测，并生成第二检测结果电压信号；控制模块140还用于在根据第一比较结果电压信号判定端口电压信号为低电平时生成第二检测信号，并根据第三比较结果电压信号判断端口断路还是对地短路。

再次结合图1，端口检测系统还包括：驱动模块160，驱动模块160用于根据驱动信号将端口电压信号置为低电平以使端口可正常工作，其中，控制模块140用于在判定端口正常时，生成驱动信号。

具体地说，结合图1所示，第一子比较模块包括第一运算放大器U1B，第一运算放大器U1B的正向输入端与端口电压信号相连，第一运算放大器U1B的输出端与控制模块140相连。

基准模块110包括：第一电阻R2和第二电阻R5。第一电阻R2的一端与电源VCC相连。第二电阻R5的一端与第一电阻R2的另一端相连，第二电阻R5的另一端接地(GND)，第一电阻R2和第二电阻R5之间的节点与第一运算放大器U1B的反向输入端相连。

第一检测模块130包括：第三电阻R17、第一MOS管Q3、第四电阻R18和第五电阻R19。第三电阻R17的一端与端口电压信号相连。第一MOS管Q3的漏极与第三电阻R17的另一端相连，第一MOS管Q3的源极接地(GND)。第四电阻R18的一端与控制模块140相连且另一端与第一MOS管Q3的栅极相连。第五电阻R19的一端与第四电阻R18和第一MOS管Q3的栅极之间的节点相连且另一端与第一MOS管Q3的源极相连。

第二子比较模块122包括第二运算放大器U1A，第二运算放大器U1A的反向输入端与基准电压信号相连，第二运算放大器U1A的输出端与控制模块140相连。

第二检测模块150包括：第六电阻R6、第二MOS管Q1、二极管D1、第七电阻R3和第八电阻R4。其中，第六电阻R6的一端与电源VCC相连。第二MOS管Q1的漏极与第六电阻R6的另一端相连。第二MOS管Q1的漏极和第六电阻R6之间的节点与第二运算放大器U1A的正向输入端相连。二极管D1的阳极与第二MOS管Q1的源极相连，二极管D1的阴极与端口电压信号相连。

第七电阻R3的一端与控制模块140相连且另一端与第二MOS管的栅极相连。第八电阻R4的一端与第七电阻R3和第二MOS管Q1的栅极之间的节点相连，第八电阻R4的另一端接地。

驱动模块160包括：第九电阻R11、第三MOS管Q2和第十电阻R16。其中，第九电阻R11的一端与控制模块140相连。第三MOS管Q2的栅极与第九电阻R11的另一端相连，第三MOS管Q2的漏极与端口电压信号相连，第三MOS管Q2的源极接地(GND)。第十电阻R16的一端与第九电阻R11的另一端相连，第十电阻R16的另一端与第三MOS管Q2的源极相连。

当然，本发明实施例的端口检测系统，还可包括：报警模块(图中未示出)，报警模块与控制模块140相连，以在控制模块140判定端口非正常时，进行报警。

也就是说，第二检测模块160由电阻R3，R4，R6，MOS管Q1和二极管D1组成。第一检测模块130由电阻R17，R18，R19，MOS管Q3组成。驱动模块160由电阻R11，R16和MOS管Q2组成。基准模块110由电阻R2和R5组成.比较模块由运算放大器U1A，U1B，电阻R7，R8，R9，R10，R12，R13，R14，R15组成。控制模块140为单片机，当然也可为MCU等微控单元。

本端口检测系统的工作原理如下：

本端口检测系统可准确判断端口处于正常状态、对电源短路状态、对地短路状态或者断路状态。端口检测系统(简称系统)上电后，当端口处于对电源短路或正常状态时，端口电压Vo近似于电源电压VCC，当端口对地短路或端口断路时，端口电压Vo近似于0。

由图1可知，基准模块产生一个基准电压Vref，0<Vref<VCC，当端口处于对电源短路或正常状态时，Vo＝VCC>Vref，此时运算放大器U1B输出高电平，即控制模块140的back2端口检测到高电平。

结合图2所示，控制模块140的back2端口检测到高电平后，使端口check2发出高电平，MOS管Q3导通，此时：当端口正常时，由于电阻R17的存在，端口电压Vo＝VCC*R17/(R1+R17)，根据R1的阻抗特征，选择合适的R17使Vo<Vref，此时运算放大器U1B输出低电平，即控制模块back2检测到低电平，此时控制模块140撤消端口check2的高电平，让端口drive发出高电平使MOS管Q2导通，端口输出低电平，系统开始正常工作。

当端口对电源短路时，无论R1和R17阻抗如何匹配，Vo恒等于VCC>Vref，此时运算放大器U1B输出高电平，即控制模块140的端口back2检测到高电平。因此通过第一检测模块130可以准确判断端口处于正常状态或对电源短路。

当端口处于对地短路状态或者断路状态时，Vo＝0<Vref,此时运算放大器U1B输出低电平，即控制模块140的端口back2检测到低电平。

控制模块140的端口back2检测到低电平后，让端口check1发出高电平，此时：当端口对地短路时，MOS管Q1导通，Vo1电压为二极管D1管压降，接近于0，即Vo1<Vref，此时运算放大器U1A输出低电平，即控制模块140的端口back1检测到低电平；当端口处于断路状态时，MOS管Q1不能导通，Vo1＝VCC>Vref，此时运算放大器U1A输出高电平，即控制模块140的端口back1检测到高电平；因此通过第二检测模块160可以准确判断端口处于对地短路状态或者断线状态。

综上所述，该系统可以准确判断端口是否处于正常状态，或者处于对电源短路、对地短路以及断线状态。

作为一个具体的例子，如图3所示，假设电路应用于12V系统，控制模块140的电压为5V，端口正常状态下需要输出一个低电平信号让外围继电器导通，继电器等效阻抗100R，最低导通电压8V。选择R2＝10K，R5＝30K，则Vref＝VCC*R5/(R2+R5)＝9V；选择R17与继电器等效阻抗匹配100R，选择R9＝R10＝15K，R14＝R15＝10K。

系统上电后，当端口处于对电源短路或正常状态时，端口电压Vo近似于电源电压VCC，当端口对地短路或端口断路时，端口电压Vo近似于0。

当端口处于对电源短路或正常状态时，Vo＝VCC＝12V>Vref＝6V，此时运算放大器U1B输出高电平，即控制模块back2检测到高电平电压Vback2＝VCC*R15/(R9+R15)＝4.8V。

控制模块140检测到back2为高电平后，让check2发出高电平，MOS管Q3导通，此时：当端口正常时，由于电阻R17的存在，端口电压Vo＝VCC*R17/(R1+R17)＝6V，因此继电器两端压降Vrelay＝VCC-Vo＝<8V，因此本方案电路进行检测时不会引起继电器误动作。

因为Vo＝6V<Vref＝9V，此时运算放大器U1B输出低电平，即控制模块140的back2检测到低电平，此时控制模块140撤消check2的高电平，让drive发出高电平使MOS管Q2导通，端口输出低电平，系统开始正常工作。

当端口对电源短路时，无论R1和R17阻抗如何匹配，Vo恒等于VCC＝12V>Vref＝9V，此时运算放大器U1B输出高电平，即控制模块140的人back2检测到高电平Vback2＝VCC*R15/(R9+R15)＝4.8V。因此通过第一检测模块130可以准确判断端口处于正常状态或对电源短路。

当端口处于对地短路状态或者断路状态时，Vo＝0<Vref＝9V,此时运算放大器U1B输出低电平，即控制模块140的back2检测到低电平。

控制模块140检测到back2为低电平后，让check1发出高电平，此时：当端口对地短路时，MOS管Q1导通，Vo1电压为二极管D1管压降，典型值为0.7V，即Vo1＝0.7V<Vref＝9V，此时运算放大器U1A输出低电平，即控制模块140的back1检测到低电平；当端口处于断路状态时，MOS管Q1不能导通，Vo1＝VCC＝12V>Vref＝9V，此时运算放大器U1A输出高电平，即控制模块140的back1检测到高电平Vback1＝VCC*R14/(R10+R14)＝4.8V；因此通过第二检测模块160可以准确判断端口处于对地短路状态或者断线状态。

由以上可看出，控制模块140通过判断back1、back2的状态，配合check1、check2的状态可准确判断出端口正常，或者对电源短路、对地短路及断线4种状态。并且只有在端口检测无异常状态下才会让MOS管Q2导通，进入工作状态，如果检测过程中发现任何异常，Q2均不会导通，即不会损坏器件；并且控制模块会向外发出故障信息，便于维修人员查看。

根据本发明实施例的端口检测系统，可以准确地检测并判断端口是否处于正常状态，或者处于对电源短路、对地短路以及断线状态。

本发明的进一步实施例提供了一种车辆，包括：如上述的实施例中的端口检测系统。

根据本发明实施例的车辆，可以准确地检测并判断出车辆上的端口是否处于正常状态，或者处于对电源短路、对地短路以及断线状态。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种端口检测系统，其特征在于，包括：

基准模块，所述基准模块用于产生基准电压信号；

比较模块，所述比较模块包括第一子比较模块，所述第一子比较模块用于根据端口电压信号和所述基准电压信号生成第一比较结果电压信号，并根据第一检测结果电压信号和所述基准电压信号生成第二比较结果电压信号；

第一检测模块，所述第一检测模块用于根据第一检测信号对所述端口电压信号进行检测，并生成所述第一检测结果电压信号；以及

控制模块，所述控制模块用于根据所述第一比较结果电压信号判定所述端口电压信号为高电平时生成所述第一检测信号，并根据所述第二比较结果电压信号判定端口正常还是对电源短路。

2.根据权利要求1所述的端口检测系统，其特征在于，所述比较模块还包括：第二子比较模块，所述第二子比较模块用于根据第二检测结果电压信号和所述基准电压信号生成第三比较结果电压信号；

所述端口检测系统还包括：

第二检测模块，所述第二检测模块用于根据第二检测信号对所述端口电压信号进行检测，并生成所述第二检测结果电压信号；

所述控制模块还用于在根据所述第一比较结果电压信号判定所述端口电压信号为低电平时生成所述第二检测信号，并根据所述第三比较结果电压信号判断端口断路还是对地短路。

3.根据权利要求1或2所述的端口检测系统，其特征在于，还包括：驱动模块，所述驱动模块用于根据驱动信号将所述端口电压信号置为低电平以使所述端口可正常工作，

所述控制模块用于在判定所述端口正常时，生成所述驱动信号。

4.根据权利要求1或2所述的端口检测系统，其特征在于，所述第一子比较模块包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正向输入端与所述端口电压信号相连，所述第一运算放大器的输出端与所述控制模块相连；

所述基准模块包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与电源相连；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第二电阻的另一端接地，所述第一电阻和所述第二电阻之间的节点与所述第一运算放大器的反向输入端相连。

5.根据权利要求1或2所述的端口检测系统，其特征在于，所述第一检测模块包括：

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述端口电压信号相连；

第一MOS管，所述第一MOS管的漏极与所述第三电阻的另一端相连，所述第一MOS管的源极接地；

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述控制模块相连且另一端与所述第一MOS管的栅极相连；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第四电阻和所述第一MOS管的栅极之间的节点相连且另一端与所述第一MOS管的源极相连。

6.根据权利要求2所述的端口检测系统，其特征在于，所述第二子比较模块包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的反向输入端与所述基准电压信号相连，所述第二运算放大器的输出端与所述控制模块相连，

所述第二检测模块包括：

第六电阻，所述第六电阻的一端与电源相连；

第二MOS管，所述第二MOS管的漏极与所述第六电阻的另一端相连，所述第二MOS管的漏极和所述第六电阻之间的节点与所述第二运算放大器的正向输入端相连；

二极管，所述二极管的阳极与所述第二MOS管的源极相连，所述二极管的阴极与所述端口电压信号相连；

第七电阻，所述第七电阻的一端与所述控制模块相连且另一端与所述第二MOS管的栅极相连；

第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第七电阻和所述第二MOS管的栅极之间的节点相连，所述第八电阻的另一端接地。

7.根据权利要求3所述的端口检测系统，其特征在于，所述驱动模块包括：

第九电阻，所述第九电阻的一端与所述控制模块相连；

第三MOS管，所述第三MOS管的栅极与所述第九电阻的另一端相连，所述第三MOS管的漏极与所述端口电压信号相连，所述第三MOS管的源极接地；

第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第九电阻的另一端相连，所述第十电阻的另一端与所述第三MOS管的源极相连。

8.根据权利要求2所述的端口检测系统，其特征在于，还包括：

报警模块，所述报警模块与所述控制模块相连，以在所述控制模块判定所述端口非正常时，进行报警。

9.根据权利要求1或2所述的端口检测系统，其特征在于，所述控制模块为单片机。

10.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的端口检测系统。