CN106771784B - 用于诊断电负载状态的电路以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于诊断电负载状态的电路，其包括输出端子脚、第一电阻、第二电阻、开闭部件、电容、电源、开关和第一诊断模块。输出端子脚用于构成与电负载的电连接。电负载、开闭部件、第一电阻和第二电阻构成一个串联电路。第一电阻和开闭部件相邻接。第二电阻和电负载位于开闭部件和第一电阻的两侧。电容用于防止输出端子脚受到电磁干扰。电容的一端接地、另一端电连接到输出端子脚。电源的一端接地、另一端与电容的非接地端电连接。当为低边驱动时，电源用于对电容的充电；当为高边驱动时，电源用于对电容的放电。第一诊断模块用于测量输出端子脚处的电压。本发明的电路可以避免对电负载的误诊断。

Description

用于诊断电负载状态的电路以及方法

技术领域

本发明涉及一种用于诊断电负载状态的电路以及方法。

背景技术

在现有技术的ECU(Engine Control Unit，发动机控制单元)电路中，当输出端子脚所连的电负载的另一端连接到电源Vb时，这种驱动方式为低边驱动。当所连电负载的另一端接到地时，称这种驱动方式为高边驱动。

但是，不论何种驱动方式，都可能存在三种错误诊断，即SCG(short to ground,即输出端子脚短路到地)、SCB(short to battery，即输出端子脚短路到电源)和OL(openload，即输出端子脚空悬，电负载开路)。

美国专利US4574266公开了一种用于诊断电负载状态的电路，该电路结构复杂、组装麻烦且组装成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、且可以避免错误诊断的电路和方法。

根据本发明的一个方面，提供一种用于诊断电负载状态的电路，其包括：

输出端子脚，所述输出端子脚用于构成与电负载的电连接；

第一电阻；

第二电阻，所述电负载、开闭部件、第一电阻和第二电阻构成一个串联电路，所述第一电阻和开闭部件相邻接，所述第二电阻和电负载位于开闭部件和第一电阻的两侧；

开闭部件，所述开闭部件用于控制串联电路的导通或断开；

电容，所述电容用于防止输出端子脚受到电磁干扰，所述电容的一端接地、另一端电连接到输出端子脚；

电源，所述电源的一端接地、另一端与电容的非接地端电连接，当为低边驱动时，所述电源可用于对电容的充电，当为高边驱动时，所述电源可用于对电容的放电；

开关，所述开关用于控制电源与电容的导通或者断开，所述电源和开关构成对电容进行充电或放电的支路；

第一诊断模块，所述第一诊断模块通过测量输出端子脚处的电压来判定电路的状态。

优选地，所述开闭部件和第一电阻组成的部件设有第一端点和第二端点，所述电源包括第一电源和第二电源，所述开关包括第一开关和第二开关，所述第一电源通过第一开关连接到第一端点，所述第二电源通过第二开关连接到第二端点，所述电路还包括使第一电源的电通过第一端点流向电容以对电容充电的第一单向二极管以及使电容的电通过第二端点和第二电源连接到地以对电容进行放电的第二单向二极管，所述电路还包括第三开关和第四开关，所述第三开关用于控制第一诊断模块与第一端点的连接或断开，所述第四开关用于控制第一诊断模块与第二端点的连接或断开，当为低边驱动时，所述电负载与电容与第一端点电连接，第二电阻与第二端点电连接，第三开关处于长闭状态、第二开关和第四开关处于常断状态；当为高边驱动时，所述电负载与电容与第二端点电连接，第二电阻与第一端点电连接，第一开关和第三开关处于长断状态、第四开关处于常闭状态。

优选地，所述开闭部件和第一电阻组成的部件设有第一端点和第二端点，所述电路还设有第四端点，所述开关包括将电源电连接到第一端点的第一开关、将电源电连接到第二端点的第二开关以及将电源接地的第五开关，所述电路还包括第三开关和第四开关，所述第三开关用于控制第一诊断模块与第一端点的连接或断开，所述第四开关用于控制第一诊断模块与第二端点的连接或断开，所述电路还包括可使电源的电经第一端点对电容进行充电或经第二端点对电容进行放电的单向二极管，所述单向二极管位于电源和第四端点之间，所述第一开关位于电源和第一端点之间，第五开关位于电源和接地之间，当为低边驱动时，所述电负载和电容与第一端点电连接，第二电阻与第二端点电连接，第三开关处于常闭状态、第二开关、第四开关和第五开关处于常断状态；当为高边驱动时，所述电负载与电容与第二端点电连接，第二电阻与第一端点电连接，第一开关和第三开关处于长断状态、第二开关和第四开关处于长闭状态。

优选地，所述第三开关和第四开关之间设有第三端点，所述第一诊断模块电连接到第三端点。

优选地，所述电源为电流源。

优选地，所述电路还包括用于测量第一电阻两端电压来进行过流检测的第二诊断模块。

优选地，所述开闭部件包括场效应管和用于控制场效应管的导通或断开的栅极驱动。

优选地，所述电路包括第一区域和位于第一区域内的第二区域，所述电容、第二电阻位于第二区域的外侧，所述开闭部件、第一电阻、电源、开关和第一诊断模块位于第二区域的上面。，

根据本发明的一个方面，提供一种在低边驱动时用上述的电路对电负载进行诊断的方法，其包括：

断开闭合部件，测量输出端子脚处的电压；

若电压为第一数值时，闭合开关通过电源对电容充电，若此时的电压仍为第一数值，则判定为短路到地；

若电压为第二数值时，则判定为开路，其中，第一数值小于第二数值；

若电压为电源电压时，则判定为正常连接。

根据本发明的一个方面，提供一种在高边驱动时用上述的电路对电负载进行诊断的方法，其包括：

断开闭合部件，测量输出端子脚处的电压；

若电压为第一数值时，则判定为正常连接；

若电压为第二数值时，则判定为开路，其中，第一数值小于第二数值；

若电压为电源电压时，闭合开关通过电源对电容放电，若此时的电压仍为电源电压，则判定为短接到电源。

本发明提供的电路结构简单，且可以避免错误诊断。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1为本发明的第一实施例在低边驱动时用于诊断电负载状态的电路示意图。

图2为本发明的第一实施例在高边驱动时用于诊断电负载状态的电路示意图。

图3为本发明的第二实施例在低边驱动时用于诊断电负载状态的电路示意图。

图4为本发明的第二实施例在高边驱动时用于诊断电负载状态的电路示意图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。

参见图1至图4所示，本发明提供一种用于诊断电负载3状态的电路，其包括输出端子脚4、开闭部件、第一电阻16、第二电阻21、电容C_EMI、电源、开关和第一诊断模块11。电负载3、开闭部件、第一电阻16和第二电阻21构成一个串联电路。

输出端子脚4用于构成与电负载3的电连接，即电负载3接到输出端子脚4上。电负载3可以通过导线插接、焊接或者其它的方式连接到输出端子脚4上。

开闭部件用于控制串联电路的导通或断开。在优选的实施方式中，开闭部件包括场效应管15和用于控制场效应管15的导通或断开的栅极驱动13。本领域的技术人员很容易知道，也可以将开闭部件设计成其它方式。

第一电阻16和开闭部件相邻接，第二电阻21和电负载3位于开闭部件和第一电阻16的两侧。

电容C_EMI用于防止输出端子脚4受到电磁干扰。电容C_EMI的一端接地、另一端与电负载3电连接。在优选的实施方式中，电容C_EMI的另一端与输出端子脚4相邻接。

电源的一端接地、另一端与电容C_EMI的非接地端电连接。当为低边驱动时，电源可用于对电容C_EMI的充电。当为高边驱动时，电源可用于对电容C_EMI的放电。在优选的实施方式中，电源为电流源。

开关用于控制电源与电容C_EMI的导通或者断开。

第一诊断模块11通过测量输出端子脚处4的电压来判定电路的状态。

电路还包括用于测量第一电阻16两端电压来进行过流检测的第二诊断模块12。

电路包括第一区域2和位于第一区域2内的第二区域1。电容C_EMI、第二电阻21位于第二区域1的外侧，开闭部件、第一电阻16、电源、开关和第一诊断模块11、第二诊断模块12位于第二区域11的上面。第一区域2和第一区域1的方形边框只是用来示例性的说明区域的范围，在实际应用中，该些边框可能是不存在的。在第二区域1上还设有第一插脚5和第二插脚6。

参阅图1及图2所示，开闭部件和第一电阻16组成的部件设有第一端点a和第二端点b。电源包括第一电源142和第二电源172，开关包括第一开关S1和第二开关S2。第一电源142通过第一开关S1连接到第一端点a，第二电源172通过第二开关171连接到第二端点b。电路还包括使第一电源142的电经第一端点a流向电容C_EMI的第一单向二极管141以及使电容C_EMI的电经第二端点b流向第二电源172的第二单向二极管171。第二电源172的一端接地。

电路还包括第三开关S3_LS和第四开关S3_HS。第三开关S3_LS用于控制第一诊断模块11与第一端点a的连接或断开，第四开关S3_HS用于控制第一诊断模块11与第二端点b的连接或断开。在优选的实施例中，第三开关S3_LS和第四开关S3_HS之间设有第三端点c，所述第一诊断模块11电连接到第三端点c。

图1为低边驱动时的电路图，此时电路上的第二电源172、第二开关S2均不使用。电负载3和电容C_EMI均与第一端点a电连接，第二电阻21与第二端点b电连接。在对电负载3进行诊断时，断开闭合部件，测量输出端子脚处4的电压。若电压为第一数值时，闭合第一开关S1通过第一电源142对电容C_EMI进行充电，若此时的电压仍为第一数值，则判定为短路到地。由于每个输出端子脚4都有一个为了防止电磁干扰的电容C_EMI，当开闭部件由导通变成关断的瞬间，电容C_EMI两端的电压会维持不变。即使电负载3连接正常，在短时间内输出端子脚4的电压也是接近0V。如果这时候做诊断，会出现误诊断为短路到地的情况。第一电源142和第一开关S1支路就是为了防止这种情况而存在的。当输出端子脚4检测电压接近第一预定值时，第一开关S1会闭合，电源导通给电容C_EMI快速充电。如果这时输出端子脚电压仍为第一预定值，则认为短路到地发生。其中，第一数值一般为0V左右。

第一电源142和第一开关S1支路外接VDD5电源(即5V电源)，在其它实施方式中，该电源也可以为电压为其它值的电源。

若电压为第二数值时，则判定为开路，其中，第一数值小于第二数值；若电压为电源电压Vb时，则判定为正常连接。其中，第二预定数值为2.5V左右，电源电压一般为24V左右。

图2位高边驱动时的电路图，此时电路上的第一电源142、第二开关S1均不使用。电负载3和电容C_EMI均与第二端点b电连接，第一电阻21与第一端点a电连接。在对电负载3进行诊断时，断开闭合部件，测量输出端子脚处4的电压。若电压为第一数值时，则判定为正常连接。若电压为第二数值时，则判定为开路，其中，第一数值小于第二数值。其中，第一数值一般为0V左右，第二预定数值为2.5V左右。

若电压为电源电压时，闭合开关通过第二电源172对电容CEMI进行放电，若此时的电压仍为电源电压，则判定为短接到电源。由于每个输出端子脚4都有一个为了防止电磁干扰的电容C_EMI。当闭合部件由导通变成关断的瞬间，电容C_EMI两端的电压会维持不变。即使电负载3连接正常，在短时间内输出端子脚4电压也是接近电源电压。如果这时候做诊断，会出现误诊断为短接到电源的情况。第二电源172和第二开关S2支路就是为了防止这种情况而存在的。当输出端子脚4检测电压接近电源电压时，第二开关S2会闭合，第二电源172导通给电容C_EMI快放电。如果这时输出端子脚4电压仍为电源电压，则认为短接到电源发生。其中，电源电压一般为24V左右。

图3和图4为本发明的第二实施例。本实施例与上述实施例最大的区别是，在设计阶段，本电路只设计一个对电容进行充放电的电源。由于只有一个电源，所以在实现同样功能的情况下，简化了芯片结构，节省成本。

开闭部件和第一电阻16组成的部件设有第一端点a和第二端点b。电路还设有第四端点d。开关包括将电源142电连接到第一端点a的第一开关S1_LS、将电源142电连接到第二端点b的第二开关S2_HS以及将电源142接地的第五开关S5_HS。电路还包括第三开关S3_LS和第四开关S3_HS。第三开关S3_LS用于控制第一诊断模块11与第一端点a的连接或断开，第四开关S3_HS用于控制第一诊断模块11与第二端点b的连接或断开。电路还包括可使电源流向第一端点a、使第二端点b的电流向电源的单向二极管141。单向二极管141位于电源142和第四端点d之间。第一开关S1_LS位于电源141和第一端点a之间，第五开关S3_HS位于电源142和接地之间。

图3为低边驱动时的电路图。电负载3和电容C_EMI均与第一端点a电连接，第二电阻21与第二端点b电连接。在初始时，第二开关S2_HS、第四开关S3_HS、第五开关S5_HS和第一开关S1_LS均是断开的。第三开关S3_LS是闭合的。

在诊断时，断开开闭部件。由于每个输出端子脚4都有一个为了防止电磁干扰的电容C_EMI。当开闭部件由导通变成关断的瞬间，电容C_EMI两端的电压会维持不变。即使电负载3连接正常，在短时间内输出端子脚4得电压也是接近第一数值。如果这时候做诊断，会出现误诊断为短路到地的情况。电源141和第一开关S1_LS支路就是为了防止这种情况而存在的。当输出端子脚4检测电压接近第一数值时，第一开关S1_LS会闭合，电源导通给电容C_EMI快速充电。如果这时输出端子脚4电压仍为第一数值，则认为短路到地发生。其中，第一数值一般为0V左右。

电源141和第一开关S1_LS支路外接VDD5电源(即5V电源)，在其它实施方式中，该电源也可以为电压为其它值的电源。

图4为高边驱动时的电路图。电负载3和电容C_EMI均与第二端点电b连接，第二电阻21与第一端点电a连接。在初始时，第二开关S2_HS和第五开关S5_HS、第一开关S1_LS和第三开关S3_LS均为断开的。第四开关S3_HS是闭合的。

在诊断时，断开开闭部件。由于每个输出端子脚4都有一个为了防止电磁干扰的电容C_EMI。当开闭部件由导通变成关断的瞬间，电容C_EMI两端的电压会维持不变。即使电负载3连接正常，在短时间内输出端子脚4得电压也是接近电源电压。如果这时候做诊断，会出现误诊断为短接到电源的情况。电源142、第二开关S2_HS和第五开关S5_HS支路就是为了防止这种情况而存在的。当输出端子脚4检测电压接近电源电压时，第二开关S2_HS和第五开关S5_HS闭合。闭合后，由于电源142的一端接地，所以电源142导通给电容C_EMI快放电。如果这时输出端子脚4电压仍为电源电压，则认为短接到电源发生。

本发明还提供一种在低边驱动时用上述的电路对电负载3进行诊断的方法，其包括：

断开闭合部件，测量输出端子脚4处的电压；

若电压为第一数值时，闭合开关通过电源142对电容充电，若此时的电压仍为第一数值，则判定为短路到地；

若电压为第二数值时，则判定问开路，其中，第一数值小于第二数值；

若电压为电源电压时，则判定为正常连接。

本发明还提供一种在高边驱动时用上述的电路对电负载3进行诊断的方法，其包括：

断开闭合部件，测量输出端子脚4处的电压；

若电压为第一数值时，则判定为正常连接；

若电压为第二数值时，则判定问开路，其中，第一数值小于第二数值；

若电压为电源电压时，闭合开关通过电源142对电容C_EMI放电，若此时的电压仍为电源电压，则判定为短接到电源。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (10)

1.一种用于诊断电负载状态的电路，其包括：

输出端子脚，所述输出端子脚用于构成与电负载的电连接；

第一电阻；

第二电阻，所述电负载、开闭部件、第一电阻和第二电阻构成一个串联电路，所述第一电阻和开闭部件相邻接，所述第二电阻和电负载位于开闭部件和第一电阻的两侧；

开闭部件，所述开闭部件用于控制串联电路的导通或断开；

电容，所述电容用于防止输出端子脚受到电磁干扰，所述电容的一端接地、另一端电连接到输出端子脚；

电源，所述电源的一端接地、另一端与电容的非接地端电连接，当为低边驱动时，所述电源可用于对电容的充电，当为高边驱动时，所述电源可用于对电容的放电；

开关，所述开关用于控制电源与电容的导通或者断开，所述电源和开关构成对电容进行充电或放电的支路；

第一诊断模块，所述第一诊断模块通过测量输出端子脚处的电压来判定电负载的状态。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开闭部件和第一电阻组成的部件设有第一端点和第二端点，所述电源包括第一电源和第二电源，所述开关包括第一开关和第二开关，所述第一电源通过第一开关连接到第一端点，所述第二电源通过第二开关连接到第二端点，所述电路还包括使第一电源的电通过第一端点流向电容以对电容充电的第一单向二极管以及使电容的电通过第二端点和第二电源连接到地以对电容进行放电的第二单向二极管，所述电路还包括第三开关和第四开关，所述第三开关用于控制第一诊断模块与第一端点的连接或断开，所述第四开关用于控制第一诊断模块与第二端点的连接或断开，当为低边驱动时，所述电负载与电容与第一端点电连接，第二电阻与第二端点电连接，第三开关处于长闭状态、第二开关和第四开关处于常断状态；当为高边驱动时，所述电负载与电容与第二端点电连接，第二电阻与第一端点电连接，第一开关和第三开关处于长断状态、第四开关处于常闭状态。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开闭部件和第一电阻组成的部件设有第一端点和第二端点，所述电路还设有第四端点，所述开关包括将电源电连接到第一端点的第一开关、将电源电连接到第二端点的第二开关以及将电源接地的第五开关，所述电路还包括第三开关和第四开关，所述第三开关用于控制第一诊断模块与第一端点的连接或断开，所述第四开关用于控制第一诊断模块与第二端点的连接或断开，所述电路还包括可使电源的电经第一端点对电容进行充电或经第二端点对电容进行放电的单向二极管，所述单向二极管位于电源和第四端点之间，所述第一开关位于电源和第一端点之间，第五开关位于电源和接地之间，当为低边驱动时，所述电负载和电容与第一端点电连接，第二电阻与第二端点电连接，第三开关处于常闭状态、第二开关、第四开关和第五开关处于常断状态；当为高边驱动时，所述电负载与电容与第二端点电连接，第二电阻与第一端点电连接，第一开关和第三开关处于长断状态、第二开关和第四开关处于长闭状态。

4.如权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述第三开关和第四开关之间设有第三端点，所述第一诊断模块电连接到第三端点。

5.如权利要求1至3任一项所述的电路，其特征在于，所述电源为电流源。

6.如权利要求1至3任一项所述的电路，其特征在于，所述电路还包括用于测量第一电阻两端电压来进行过流检测的第二诊断模块。

7.如权利要求1至3任一项所述的电路，其特征在于，所述开闭部件包括场效应管和用于控制场效应管的导通或断开的栅极驱动。

8.如权利要求1至3任一项所述的电路，其特征在于，所述电路包括第一区域和位于第一区域内的第二区域，所述电容、第二电阻位于第二区域的外侧，所述开闭部件、第一电阻、电源、开关和第一诊断模块位于第二区域上。

9.一种在低边驱动时用权利要求1至8任一项所述的电路对电负载进行诊断的方法，其包括：

断开开闭部件，测量输出端子脚处的电压；

若电压为第一数值时，闭合开关通过电源对电容充电，若此时的电压仍为第一数值，则判定为短路到地；

若电压为第二数值时，则判定为开路，其中，第一数值小于第二数值；

若电压为电源电压时，则判定为正常连接。

10.一种在高边驱动时用权利要求1至8任一项所述的电路对电负载进行诊断的方法，其包括：

断开开闭部件，测量输出端子脚处的电压；

若电压为第一数值时，则判定为正常连接；

若电压为第二数值时，则判定为开路，其中，第一数值小于第二数值；

若电压为电源电压时，闭合开关通过电源对电容放电，若此时的电压仍为电源电压，则判定为短接到电源。