CN106646076B - 高压互锁检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高压互锁检测电路，包括：高压互锁环路，具有环路输入端和环路输出端；高压互锁电路，包括监控芯片和滤波电容，具有PWM信号输出端和信号回检输入端，PWM信号输出端经第一限流电阻与环路输入端连通，环路输出端经第二限流电阻与信号回检输入端连通，PWM信号输出端输出的PWM信号经高压互锁环路返回信号回检输入端，并经滤波电容滤波后进入监控芯片。本发明可简化高压互锁检测电路，减少了MCU运算资源占用，降低对MCU硬件端口资源的要求。

Description

高压互锁检测电路
【技术领域】
本发明涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种高压互锁检测电路。
【背景技术】
高压供电电路的完整性是高压回路工作的基础，若高压回路不完整，如连接器未连接等，则回路无法正常工作，严重时甚至会造成部件损坏。
相关技术中一般采用高压互锁电路来进行高压回路完整性的检测，高压互锁电路一般采用模拟型和数字型。模拟型指高压连接关系确定后，电路工作时的电位稳定不变的类型，例如，单纯的电阻分压型、光耦导通型等，但是，其抗干扰能力相对较差。
数字型指高压连接关系确定后，电路工作时电位会周期性变化的类型，例如PWM输出型、通信网络回路型等。其中，对于通信网络回路型，若该通信网络仅用于高压互锁检测，则电路复杂成本高，若该通信网络同时也作为其他重要通信通道，则会使高压互锁和其他通信功能相互参杂，易产生相互影响，同时，实际应用时也会面临布线困难、干扰大等问题，故相关技术中采用PWM输出型的情况较多。
因此，如何降低高压互锁检测电路的复杂度，减少测试成本，成为目前亟待解决的技术问题。
【发明内容】
本发明实施例提供了一种高压互锁检测电路，旨在解决如何降低高压互锁检测电路的复杂度的技术问题，能够简化高压互锁检测电路，从而减少测试成本。
一方面，本发明实施例提供了一种高压互锁检测电路，包括：高压互锁环路，所述高压互锁环路具有环路输入端和环路输出端；高压互锁电路，所述高压互锁电路具有PWM信号输出端和信号回检输入端，所述PWM信号输出端经第一限流电阻与所述环路输入端连通，所述环路输出端经第二限流电阻与所述信号回检输入端连通，其中，所述高压互锁电路包括监控芯片和滤波电容，所述监控芯片和所述滤波电容与所述信号回检输入端连通，所述PWM信号输出端输出的PWM信号经所述高压互锁环路返回所述信号回检输入端，并经所述滤波电容滤波后进入所述监控芯片。
在本发明上述实施例中，所述高压互锁电路还包括：反相器，位于所述PWM信号输出端和所述第一限流电阻之间。
在本发明上述实施例中，所述高压互锁电路还包括：传输门，位于所述PWM信号输出端和所述第一限流电阻之间。
在本发明上述实施例中，所述高压互锁电路还包括：第一回检模块，所述第一回检模块的一端连接在所述第一限流电阻与所述环路输入端之间，另一端连接至所述信号回检输入端。
在本发明上述实施例中，所述第一回检模块还包括第三限流电阻。
在本发明上述实施例中，所述第一限流电阻、所述第二限流电阻和所述第三限流电阻的阻值大于或等于100欧姆。
在本发明上述实施例中，所述高压互锁电路还包括：第二回检模块，所述第二回检模块的一端连接至所述第二限流电阻的输出端，另一端连接至所述信号回检输入端，与所述监控芯片并联。
在本发明上述实施例中，所述第二回检模块包括：第一比较器，所述第一比较器的同相输入端连接至所述第二限流电阻的输出端；第二比较器，与所述第一比较器并联，所述第二比较器的反相输入端连接至所述第二限流电阻的输出端；以及所述第二限流电阻的外侧端口连接线短路到地或短路到供电正极。
在本发明上述实施例中，所述第一回检模块和/或所述第二回检模块还包括箝位二极管。
在本发明上述实施例中，所述箝位二极管为肖特基二极管。
针对相关技术中的高压互锁检测电路的复杂度较高等问题，可在高压互锁电路的信号回检输入端增加监控芯片(看门狗芯片)。
具体来说，高压回路连接良好即高压互锁环路为低阻抗时，高压互锁电路中MCU(微控制单元)输出的PWM(脉冲宽度调制)信号经第一限流电阻至高压互锁环路，再回到本电路的第二限流电阻，经滤波电容滤波后给到监控芯片，经滤波电容滤波后的波形最大电压值高于监控芯片输入信号的高电平判定阀值，波形最小电压值低于监控芯片输入信号的低电平判定阀值。经滤波后的波形满足监控芯片的喂狗时序要求，其Reset(复位)输出为无效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接良好，可以正常工作。
而高压回路连接断路时，高压互锁环路为高阻抗，MCU输出PWM信号经第一限流电阻至高压互锁环路，但因为该环路为高阻抗，信号无法回到本回路的第二限流电阻。经滤波电容滤波后的波形为某直流电压，无法满足监控芯片的喂狗时序要求，其Reset输出为有效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接出现问题，进而可以采取报警、切断输出等措施。
通过以上技术方案，采用单路PWM输出和监控芯片，以简化高压互锁检测电路，MCU仅检测看门狗输出的电平信号，减少了MCU运算资源占用，并且，MCU检测输出仅使用通用数字输入口即可，降低了对MCU硬件端口资源的要求。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了根据本发明的一个实施例的高压互锁检测电路的电路图；
图2示出了根据本发明的另一个实施例的高压互锁检测电路的电路图；
图3示出了根据本发明的再一个实施例的高压互锁检测电路的电路图；
图4示出了根据本发明的还一个实施例的高压互锁检测电路的电路图；
图5示出了根据本发明的又一个实施例的高压互锁检测电路的电路图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的高压互锁检测电路包括高压互锁环路和高压互锁电路，高压互锁环路具有环路输入端和环路输出端，高压互锁电路具有PWM信号输出端和信号回检输入端，PWM信号输出端经第一限流电阻与环路输入端连通，环路输出端经第二限流电阻与信号回检输入端连通，其中，高压互锁电路包括监控芯片和滤波电容，监控芯片和滤波电容与信号回检输入端连通，PWM信号输出端输出的PWM信号经高压互锁环路返回信号回检输入端，并经滤波电容滤波后进入监控芯片。
针对相关技术中的高压互锁检测电路的复杂度较高等问题，可在高压互锁电路的信号回检输入端增加监控芯片(看门狗芯片)。
图1示出了根据本发明的一个实施例的高压互锁检测电路的电路图。
如图1所示，高压回路连接良好即高压互锁环路为低阻抗时，MCU输出PWM信号经电阻R11至高压互锁环路，再回到本电路的R12，经C11滤波后给到看门狗芯片。
经C11滤波后的波形最大电压值高于看门狗芯片输入信号的高电平判定阀值VOH，波形最小电压值低于看门狗芯片输入信号的低电平判定阀值VOL。经滤波后的波形满足看门狗芯片U11的喂狗时序要求，其Reset输出为无效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接良好，可以正常工作。
高压回路连接断路时，高压互锁环路也体现为高阻抗，MCU输出PWM信号经电阻R11至高压互锁环路，但因为该环路为高阻抗，信号无法回到本回路的R12，经C11滤波后的波形为某直流电压，无法满足看门狗芯片U11的喂狗时序要求，其Reset输出为有效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接出现问题，进而采取报警、切断输出等措施。
通过以上技术方案，采用单路PWM输出和监控芯片，以简化高压互锁检测电路，MCU仅检测看门狗输出的电平信号，减少了MCU运算资源占用，并且，MCU检测输出仅使用通用数字输入口即可，降低了对MCU硬件端口资源的要求。
需要补充的是，电容C11的取值要结合RC时间常数进行选取，使其与MCU输出PWM的周期的一半接近，这样能最大程度滤波增强抗扰度，并有利于支持进行高压互锁接口的短路到地、短路到电源等诊断
如图2所示，高压回路连接良好即高压互锁环路为低阻抗时，MCU输出PWM信号，经反相器U21放大驱动能力后，经电阻R22至高压互锁环路，再回到本电路的R23，经电容C21滤波后给到看门狗芯片U22。
其中，反相器U21位于PWM信号输出端和R22之间，用于放大驱动能力，这样，使电路可以有更强的PWM输出能力，便于完成PWM的输出电路诊断。
经电容C21滤波后的波形最大电压值高于看门狗芯片输入信号的高电平判定阀值VOH，波形最小电压值低于看门狗芯片输入信号的低电平判定阀值VOL。经滤波后的波形满足看门狗芯片U22的喂狗时序要求，其Reset输出为无效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接良好，可以正常工作。
高压回路连接断路时，高压互锁环路也体现为高阻抗，MCU输出PWM信号，经反相器U21放大驱动能力后，经电阻R22至高压互锁环路，但因为该环路为高阻抗，信号无法回到本回路的R23。经电容C21滤波后的波形为某直流电压，无法满足看门狗芯片U22的喂狗时序要求，其Reset输出为有效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接出现问题，进而采取报警、切断输出等措施。
需要补充的是，电容C21的取值要结合RC时间常数进行选取，使其与MCU输出PWM的周期的一半接近，这样能最大程度滤波增强抗扰度，并有利于支持进行高压互锁接口的短路到地、短路到电源等诊断
如图3所示，高压回路连接良好即高压互锁环路为低阻抗时，MCU输出PWM信号，经传输门U31放大驱动能力后，经电阻R32至高压互锁环路，再回到本电路的电阻R33，经电容C31滤波后给到看门狗芯片U32。
其中，传输门U31位于PWM信号输出端和R22之间，用于放大驱动能力，这样，使电路可以有更强的PWM输出能力，便于完成PWM的输出电路诊断。
经电容C31滤波后的波形最大电压值高于看门狗芯片输入信号的高电平判定阀值VOH，波形最小电压值低于看门狗芯片输入信号的低电平判定阀值VOL。经滤波后的波形满足看门狗芯片U32的喂狗时序要求，其Reset输出为无效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接良好，可以正常工作。
高压回路连接断路时，高压互锁环路也体现为高阻抗，MCU输出PWM信号，经传输门U31放大驱动能力后，经电阻R32至高压互锁环路，但因为该环路的高阻抗，信号无法回到本回路的R33。经电容C31滤波后的波形为某直流电压，无法满足看门狗芯片U32的喂狗时序要求，其Reset输出为有效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接出现问题，进而采取报警、切断输出等措施。
需要补充的是，电容C31的取值要结合RC时间常数进行选取，使其与MCU输出PWM的周期的一半接近，这样能最大程度滤波增强抗扰度，并有利于支持进行高压互锁接口的短路到地、短路到电源等诊断
在本发明的一个实施例中，在高压互锁检测电路中还可以包括第一回检模块，第一回检模块的一端连接在第一限流电阻与环路输入端之间，另一端连接至信号回检输入端。
具体地，在图2中，当MCU输出的PWM信号经R22输出的同时，可以经由电阻R21被MCU回检，并与当前PWM输出状态对比即可得知输出电路是否出现了故障。
其中，R21、R22和R23的阻值大于或等于100欧姆，这样可以将输出电流限制在较小的范围以防输出功率过大损坏电路，也可以在断开有短路到电源等异常时限制输入电流从而保护电路不致损坏。
在图3中，当MCU输出的PWM信号经R32输出的同时，可以经由电阻R31被MCU回检，并与当前PWM输出状态对比即可得知输出电路是否出现了故障。
需要补充的是，R31、R32和R33的阻值大于或等于100欧姆，这样可以将输出电流限制在较小的范围以防输出功率过大损坏电路，也可以在断开有短路到电源等异常时限制输入电流从而保护电路不致损坏。
在本发明的一个实施例中，高压互锁检测电路中还可以包括第二回检模块，第二回检模块的一端连接至第二限流电阻的输出端，另一端连接至信号回检输入端，与监控芯片并联。这样，可以有更强的PWM输出能力，以及可以完成PWM的输出电路诊断、端口短路到电源诊断、端口短路到地诊断等。
如图4所示，高压回路连接良好即高压互锁环路为低阻抗时，MCU输出PWM信号，经传输门U51放大驱动能力后，经电阻R52至高压互锁环路，再回到本电路的电阻R53，经电容C51滤波后给到看门狗芯片U52。
经电容C51滤波后的波形最大电压值高于看门狗芯片输入信号的高电平判定阀值VOH，波形最小电压值低于看门狗芯片输入信号的低电平判定阀值VOL。经滤波后的波形满足看门狗芯片U52的喂狗时序要求，其Reset输出为无效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接良好，可以正常工作。
高压回路连接断路时，高压互锁环路也体现为高阻抗，MCU输出PWM信号，经传输门U51放大驱动能力后，经电阻R52至高压互锁环路，但因为该环路为高阻抗，信号无法回到本回路的R53，经电容C51滤波后的波形为某直流电压，无法满足看门狗芯片U52的喂狗时序要求，其Reset输出为有效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接出现问题，进而采取报警、切断输出等措施。
当MCU输出的PWM信号经R52输出的同时，可以经由电阻R51被MCU回检，并与当前PWM输出状态对比即可得知输出电路是否出现了故障。
当R53外侧端口连接线短路到地时，看门狗U52的输入端电压接近0，该电压同时提供给MCU进行检测，MCU检测到该信号持续接近0则判定为R43外侧端口连接线短路到地。
当R43外侧端口连接线短路到供电正极例如12V或24V时，看门狗U52的输入端电压接近VCC，该电压同时提供给MCU进行检测，MCU检测到该信号持续接近VCC则判定为R43外侧连接线短路到供电正极。
在本发明的一个实施例中，第二回检模块包括第一比较器和第二比较器，第一比较器的同相输入端连接至第二限流电阻的输出端，第二比较器与第一比较器并联，第二比较器的反相输入端连接至第二限流电阻的输出端，第二限流电阻的外侧端口连接线短路到地或短路到供电正极。
这样，可以有更强的PWM输出能力，以及可以完成PWM的输出电路诊断、端口短路到电源诊断、端口短路到地诊断等。
具体地，如图5所示，高压回路连接良好即高压互锁环路为低阻抗时，MCU输出PWM信号，经传输门U41放大驱动能力后，经电阻R42至高压互锁环路，再回到本电路的电阻R43，经电容C41滤波后给到看门狗芯片U42。
经电容C41滤波后的波形最大电压值高于看门狗芯片输入信号的高电平判定阀值VOH，波形最小电压值低于看门狗芯片输入信号的低电平判定阀值VOL。经滤波后的波形满足看门狗芯片U42的喂狗时序要求，其Reset输出为无效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接良好，可以正常工作。
高压回路连接断路时，高压互锁环路也体现为高阻抗，MCU输出PWM信号，经传输门U41放大驱动能力后，经电阻R42至高压互锁环路，但因为该环路为高阻抗，信号无法回到本回路的R43。经电容C41滤波后的波形为某直流电压，无法满足看门狗芯片U42的喂狗时序要求，其Reset输出为有效电平，MCU检测该Reset信号的状态即可得知高压回路连接出现问题，进而采取报警、切断输出等措施。
当MCU输出的PWM信号经R42输出的同时，可以经由电阻R41被MCU回检，并与当前PWM输出状态对比即可得知输出电路是否出现了故障。
当R43外侧端口连接线短路到地时，比较器U43的同相输入端电压接近0，低于设定电压V1，比较器U43输出下拉报警信号给MCU，MCU检测到该报警信号则判定为R43外侧端口连接线短路到地。
当R43外侧端口连接线短路到供电正极例如12V或24V时，比较器U44的反相输入端电压接近VCC，高于设定电压V2，比较器U44输出下拉报警信号给MCU，MCU检测到该报警信号则判定为R43外侧连接线短路到供电正极。
需要补充的是，在本发明上述实施例中，第一回检模块和/或第二回检模块还包括箝位二极管，箝位二极管优选为肖特基二极管，其较低的正向导通压降使其具有更强的箝位保护能力。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，采用单路PWM输出和监控芯片，以简化高压互锁检测电路，MCU仅检测看门狗输出的电平信号，减少了MCU运算资源占用，并且，MCU检测输出仅使用通用数字输入口即可，降低了对MCU硬件端口资源的要求。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种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。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种高压互锁检测电路，其特征在于，包括：
高压互锁环路，所述高压互锁环路具有环路输入端和环路输出端；
高压互锁电路，所述高压互锁电路具有PWM信号输出端和信号回检输入端，所述PWM信号输出端经第一限流电阻与所述环路输入端连通，所述高压互锁电路包括看门狗芯片和滤波电容，所述环路输出端经第二限流电阻和所述看门狗芯片与所述信号回检输入端连通，其中，
所述PWM信号输出端输出的PWM信号经所述高压互锁环路，并经所述滤波电容滤波后进入所述看门狗芯片，并返回所述信号回检输入端。
2.根据权利要求1所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述高压互锁电路还包括：
反相器，位于所述PWM信号输出端和所述第一限流电阻之间。
3.根据权利要求1所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述高压互锁电路还包括：
传输门，位于所述PWM信号输出端和所述第一限流电阻之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述高压互锁电路还包括：
第一回检模块，所述第一回检模块的一端连接在所述第一限流电阻与所述环路输入端之间，另一端连接至所述信号回检输入端。
5.根据权利要求4所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述第一回检模块还包括第三限流电阻。
6.根据权利要求5所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述第一限流电阻、所述第二限流电阻和所述第三限流电阻的阻值大于或等于100欧姆。
7.根据权利要求4所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述高压互锁电路还包括：
第二回检模块，所述第二回检模块的一端连接至所述第二限流电阻的输出端，另一端连接至所述信号回检输入端，与所述看门狗芯片并联。
8.根据权利要求7所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述第二回检模块包括：
第一比较器，所述第一比较器的同相输入端连接至所述第二限流电阻的输出端；
第二比较器，与所述第一比较器并联，所述第二比较器的反相输入端连接至所述第二限流电阻的输出端；以及
所述第二限流电阻的外侧端口连接线短路到地或短路到供电正极。
9.根据权利要求7所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述第一回检模块和/或所述第二回检模块还包括箝位二极管。
10.根据权利要求9所述的高压互锁检测电路，其特征在于，所述箝位二极管为肖特基二极管。
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