CN107390664B

CN107390664B - 用于pwm驱动器的故障检测电路、相关系统和集成电路

Info

Publication number: CN107390664B
Application number: CN201611219827.7A
Authority: CN
Inventors: G·丹格罗
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: DE102016124524A1; CN107390664A; DE102016124524B4; US10613140B2; ITUA20163454A1; US20190146034A1; US10935598B2; CN206515693U; US10197625B2; US20200209310A1; US20170328953A1

Abstract

提供了用于PWM驱动器的故障检测电路、相关系统和集成电路。公开了故障检测电路和相应的方法。确定指示PWM信号的开关周期的计数值，并且确定该计数值是否在第一阈值和第二阈值之间。当开关周期不在第一和第二阈值之间时生成错误信号。确定指示PWM信号的接通持续时间的计数值，并且将其与接通阈值进行比较，以便于确定接通持续时间是否大于最大接通持续时间。确定指示PWM信号的关断持续时间的计数值，并且将其与关断阈值进行比较，以便于确定关断持续时间是否大于最大关断持续时间。当持续时间大于最大持续时间时，可以生成错误信号。

Description

用于PWM驱动器的故障检测电路、相关系统和集成电路

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月16日提交的意大利申请No.102016000049920的优先权，该申请通过引用合并于此。

技术领域

本公开的实施例涉及用于监测脉宽调制(PWM)驱动器的故障的解决方案。

背景技术

在汽车应用中，针对风扇、泵或致动器应用的直流(DC)或无刷直流(BLDC)电机的使用对于用BLDC电机代替传统DC的趋势非常普遍。在大多数汽车应用中，BLDC电机和控制电子器件的故障状况的检测是强制性的。为此，控制电子器件应当能够识别可能的故障状况，并且然后应用计数器措施，例如，以便于保护系统。通常，检测到的故障状况被报告给系统控制器，并且可以经由汽车的诊断接口访问以用于进一步的服务调查。

如例如在文献IT102016000009376中所公开的，通常使用一个或多个半桥根据一个或多个相应PWM信号来驱动电机。

例如，图1示出了包括在电源Vdd和地GND之间串联连接的诸如n沟道功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的两个电子开关SW₁和SW₂的典型半桥装置20。

通常，开关SW₁和SW₂交替地闭合，以便于将半桥装置20的输出OUT，即开关SW₁和SW₂之间的中间点连接到电压Vdd或地GND。

为此，根据分别连接(例如，直接地)到开关SW₁和SW₂的控制栅极的两个驱动信号DRV₁和DRV₂来驱动半桥。

具体地，为了正确地驱动控制栅极，通常使用高侧驱动器200₁来根据第一控制信号IN₁生成用于高侧开关SW₁的驱动信号DRV₁，并且低侧驱动器200₂用于根据控制信号IN₂来生成用于低侧开关SW₂的驱动信号DRV₂。

控制信号IN₂通常对应于信号IN₁的反相版本(反之亦然)，即当信号IN₁为高时信号IN₂为低，反之亦然。例如，在图1中使用反相器202，其在输入处接收信号IN₁并且在输出处提供信号IN₂。

半桥装置20的输出OUT可以用于驱动负载。例如，在图1中，半桥装置20驱动连接在半桥装置20的输出OUT和地GND之间的电机M₁。

相反，图2示出了下述示例，其中两个半桥装置20_a和20_b用于驱动线性电机M₂，线性电机M₂连接在第一桥装置20_a的输出OUT_a和第二桥装置20_b的输出OUT_b之间的，诸如音圈电机。如本领域技术人员所公知的，在这种情况下，电机M₂的旋转方向也可以通过向半桥装置20_a和20_b施加适当的控制信号IN_a和IN_b来控制。

最后，图3示出了下述示例，其中三个半桥装置20_a、20_b和20_c用于驱动连接在半桥装置20_a、20_b和20_c的输出OUT_a、OUT_b和OUT_c之间的三相电机M₃，诸如主轴电机。

如前所述，控制信号可以是PWM信号，即具有固定频率和可变占空比的信号。例如，文献IT102015000046790公开了用于生成两个PWM信号的解决方案，其可以用于例如在图2所示的解决方案中生成信号IN_a和IN_b。

图4在这方面示出了对应于脉冲信号的典型的PWM信号PWM，诸如信号IN，脉冲信号包括具有持续时间或周期T_PWM的每个开关循环的单脉冲P，其中，脉冲P的接通持续时间T_ON可以根据控制信号而变化。

通常，脉冲P不必在每个开关循环的开始处，而每个开关循环可以包括在脉冲P之前的初始关断时段T_OFF1和在脉冲P之后的最终关断时段T_OFF2，其中：

T_PWM＝T_OFF1+T_ON+T_OFF2 (1)

其中，关断持续时间T_OFF为：

T_OFF＝T_OFF1+T_OFF2 (2)

其中每个开关循环的占空比D由下式给出：

D＝T_ON/T_PWM (3)

因此，例如，对于高级汽车应用，控制电子器件的诊断应当包括配置为检测PWM硬件故障的检测电路。

图5示出了典型的PWM硬件故障。具体地，图5a示出了包括四个脉冲P1-P4的期望或请求的PWM信号PWM_R，并且图5b示出了生成的信号PWM。在所考虑的示例中，第三脉冲P3具有不同的占空比，并且缺少第四脉冲P4。

为了检测这样的PWM故障，可以使用两种公知的解决方案。

图6示出了第一解决方案，其中执行冗余控制。

具体地，在所考虑的示例中，第一PWM信号生成器30₁用于生成第一PWM信号PWM₁，诸如关于图1至图3描述的信号IN，其可以用于驱动半桥装置20。

该电路还包括配置为生成第二PWM信号PWM₂的第二PWM信号生成器30₂，其中PWM信号生成器30₁和30₂二者是冗余的，即使用相同的配置，并且由此应当生成相同的PWM信号。

在所考虑的示例中，通常具有专用硬件模块的形式的附加冗余控制检查单元32用于验证信号PWM₁和PWM₂是否对应，并且当检测到失配时可能生成故障信号FS。

相反地，图7示出了第二解决方案。在这种情况下，单个PWM信号生成器30用于生成PWM信号PWM。

在所考虑的示例中，信号PWM被提供到通常具有专用硬件模块的形式的读回模块34，其确定PWM信号的特性，诸如开关周期T_PWM和接通时间T_ON。

这些特性被提供到另一模块36，诸如软件模块，其验证所请求的特性是否对应于由读回模块34提供的所生成的特性，并且当检测到失配时可能生成故障信号FS。

2013年9月的STMicroelectronics的应用笔记AN4266-“Safety applicationguide for SPC56xL70xx family”中描述了上述解决方案。

发明内容

发明人已经观察到，背景技术部分中描述的解决方案具有若干缺点。

关于第一解决方案(参见图6)，为了利用冗余，PWM硬件通道PWM₁和冗余通道PWM₂应当属于独立的模块，以便于减小CCF(常见原因故障)的概率，并且应当对附加的专用硬件要求在模块32处的比较。因此，尽管该解决方案允许立即检测PWM硬件故障，但是该解决方案在设备尺寸和成本方面具有显著缺点。

关于第二解决方案(参见图7)，具有读回特征的单个附加专用硬件34足以具有所需的读回特性。结果，实现该解决方案不太会显著影响设备尺寸。然而，通常可能不检测故障类型，诸如在对地或电源短路的情况下，或者在PWM模块30完全不工作的情况下。此外，故障的检测通常不是立即的，而是取决于故障的类型和电路34的时延和(软件)模块36的执行时间。

鉴于上述，本公开的实施例提供了克服上述缺点中的一个或多个的解决方案。

根据一个或多个实施例，提供了一种用于PWM驱动器的故障检测电路。实施例还涉及相关的相关系统和集成电路。

如上所述，本公开涉及一种用于PWM驱动器的故障检测电路，PWM驱动器被配置为生成具有给定开关周期、接通持续时间和关断持续时间的PWM信号。

在各种实施例中，故障检测电路包括被配置为确定指示PWM信号的开关周期的计数值的第一子电路。例如，在各种实施例中，第一子电路包括计数器和相应的计数器重置电路，其配置为对于PWM信号的每个PWM循环重置计数器一次。例如，计数器重置电路可以在新PWM循环开始时从PWM驱动器接收包括脉冲的PWM周期信号，或者计数器重置电路可以在PWM信号的每个上升沿或替代地每个下降沿重置计数器。

在各种实施例中，第一子电路测试指示开关周期的计数值是否在第一和第二阈值之间，并且当开关周期不在这些阈值之间时，生成一个或多个错误信号。在各种实施例中，阈值被存储在可编程存储器中。

在各种实施例中，故障检测电路包括第二子电路。第二子电路确定指示PWM信号的接通持续时间的计数值和指示PWM信号的关断持续时间的计数值。接下来，第二子电路将指示接通持续时间的计数值与接通阈值作比较，以便于确定接通持续时间是否大于最大接通持续时间，并且当接通持续时间大于最大接通持续时间时，可能生成接通错误信号。类似地，第二子电路将指示关断持续时间的计数值与关断阈值作比较，以便于确定关断持续时间是否大于最大关断持续时间，并且当关断持续时间大于最大关断持续时间时，可能生成关断错误信号。再次，这些阈值可以被存储在可编程存储器中。

例如，在各种实施例中，第二子电路使用相同的计数器，以便于确定指示接通持续时间的计数值和指示关断持续时间的计数值，即，第二子电路包括配置为生成一个计数值的一个计数器，其中该计数值指示当PWM信号为高时的接通持续时间，并且指示当PWM信号为低时的关断持续时间。在这种情况下，第二子电路可以包括相应的计数器重置电路，被配置为在PWM信号的每个上升沿和每个下降沿处重置该计数器。

例如，在各种实施例中，所述计数器是向上和向下计数器，其被配置为当PWM信号具有第一逻辑电平(例如，高)时增加相应的计数值，并且当PWM信号具有第二逻辑电平(例如，低)时减小相应的计数值。

在各种实施例中，第二子电路因此可以包括两个比较器。第一比较器通过将计数值与接通阈值作比较来生成接通错误信号，并且第二比较器通过将计数值与关断阈值作比较来生成关断错误信号。

附图说明

现在将参考附图来描述本公开的实施例，附图仅通过非限制性示例提供，在附图中：

图1、图2和图3示出了用于驱动电机的解决方案；

图4示出了典型的PWM信号；

图5a和5b示出了典型的PWM故障；

图6和图7示出了用于检测PWM故障的现有技术解决方案；

图8示出了PWM驱动器和包括两个子电路的相应故障检测电路的实施例；

图9示出了由图8的PWM驱动器生成的信号的示例；

图10和图11示出了图8的故障检测电路的第一子电路的实施例；

图12示出了图8的故障检测电路的第二子电路的第一实施例；

图13、图14和图15示出了图12的第二子电路的可能实施例；

图16示出了图8的故障检测电路的第二子电路的第二实施例；

图17示出了图8的故障检测电路的第二子电路的第三实施例；以及

图18和图19示出了图8的故障检测电路的第二子电路的第四实施例。

具体实施方式

在下面的描述中，给出了许多具体细节以提供对实施例的全面理解。可以在没有一个或若干具体细节的情况下，或者通过其他方法、组件、材料等实践实施例。在其他情况下，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免混淆实施例的各方面。

在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着，结合该实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在本说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指相同的实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式组合。

本文提供的标题仅仅是为了方便，并且不解释实施例的范围或含义。

在下面的图8至图19部件中，已经参考图1至图7描述的元件或组件由先前在这些图中使用的相同附图标记表示；在下文中将不再重复对这样的前述元件的描述，以便不使本具体实施方式过多。

如上所述，本公开涉及用于PWM信号生成器的故障检测电路。

图8示出了根据本公开的PWM系统的一般架构。

在所考虑的实施例中，系统包括PWM驱动器40和故障检测电路46。

在各种实施例中，PWM驱动器40包括至少PWM信号生成器400，诸如前面描述的模块30，诸如可配置硬件模块或软件编程的微处理器，生成具有给定频率和占空比的PWM信号PWM(也参见关于图4的描述)。

在各种实施例中，PWM信号生成器400被配置为生成低功率PWM信号PWM，例如，具有在3.0和5V之间的最大电压和在100mA以下的最大电流的信号。在这种情况下，PWM信号生成器电路40还可以包括驱动器电路402，其被配置为将由电路400提供的低功率PWM信号PWM转换为较高功率信号PWM_HP，即，具有较高最大电压和/或最大电流的信号。例如，在各种实施例中，驱动器电路402可以包括半桥装置20(参见例如图1)。

在各种实施例中，PWM驱动器40，特别是PWM信号生成器400，被配置为根据指示信号PWM的一个或多个请求的特征的一个或多个控制信号42来生成信号PWM。例如，在所考虑的实施例中，一个或多个控制信号42由控制单元44生成。例如，这些控制信号42可以仅指示占空比或接通时段T_ON，并且开关周期T_PWM可以是常数。替代地或附加地，控制信号42可以指示开关周期T_PWM。在各种实施例中，控制信号42还可以针对每个PWM循环而变化。

例如，在所考虑的各种实施例中，控制单元44可以是微控制器的软件编程的微处理器，并且低功率信号生成器400以及可能的驱动器402可以是同一微控制器的专用硬件模块。例如，在这种情况下，可以经由该微控制器的所谓的特殊功能寄存器(SFR)来控制PWM信号生成器电路40的操作。

在所考虑的实施例中，系统还包括故障检测电路46。在各种实施例中，故障检测电路46还可以是包括控制单元44和/或PWM驱动器40的微控制器的硬件模块。

在所考虑的实施例中，故障检测电路46接收由PWM驱动器40，例如由电路400生成的PWM周期信号PS，例如具有等于周期T_PWM的周期的脉冲序列。如图9所示，PWM周期信号PS可以指示每个PWM循环或周期的开始，并且可以对应于当新的PWM循环开始时针对一个或多个时钟循环被设置为例如“高”的脉冲信号。

在所考虑的实施例中，故障检测电路46还接收由PWM信号生成器40生成的PWM信号中的一个，诸如低功率信号PWM或高功率信号PWM_HP，例如图1所示的信号IN、DRV₁/DRV₂或OUT中的一个。

在各种实施例中，PWM周期信号PS可以内部地被路由到故障检测电路46，并且PWM输出信号PWM/PWM_HP可以外部地被路由(例如，经由微控制器的引脚的外部连接)到故障检测电路46。这样的外部路由可以通过安全要求来请求以还覆盖封装故障。

在各种实施例中，故障检测电路46还接收指示一个或多个故障检测特性的一个或多个控制信号48。在所考虑的实施例中，控制信号48由框50生成，框50被配置为根据控制信号42来确定指示故障检测特性的控制信号48，控制信号42指示PWM信号的一个或多个请求的特征。例如，框50可以是专用硬件模块，诸如包括控制单元44的微控制器的专用硬件模型或控制单元44的软件模块。

在各种实施例中，故障检测电路46包括两个子模块460和480。第一子模块460被配置为分析信号PWM的开关周期T_PWM。相反，第二子模块480被配置为分析信号PWM的接通和关断时段。

图10示出了子模块460的第一实施例。

在所考虑的实施例中，使用第一时钟信号CLK₁来驱动PWM驱动器40，特别是低功率信号生成器400。相反，使用第二时钟信号CLK₂来驱动子模块460。通常，时钟信号CLK₁和CLK₂还可以是相同的时钟信号，例如，控制单元44的时钟信号。

如前所述，子模块460被配置为分析信号PWM的开关周期T_PWM。为此，子模块460被配置为通过信号PS来确定PWM周期的持续时间是否在给定限制内。

具体地，在所考虑的实施例中，子模块460包括数字计数器4600和计数器重置电路4602。更具体地，在所考虑的实施例中，计数器重置电路4602被配置为生成重置信号RST，重置信号RST被适配为当信号PS指示新的PWM循环已经开始时重置计数器4600。通常，该电路4602仅仅是可选的，因为信号PS可能已经对应于适配为诸如在每个PWM循环的开始时重置计数器4600的信号，诸如仅在短的时段中设置为高的信号，诸如一个时钟循环。因此，计数器4600被配置为在时钟信号CLK₂的每个时钟事件处改变(即，根据所使用的计数器的类型增加或减少)计数值CNT₁，并且当信号PS指示新的PWM循环的开始时，重置计数值CNT₁。

在所考虑的实施例中，子模块460还包括两个比较器4604和4606，其被配置为将计数器4600的计数值CNT₁分别与第一阈值TH₁和第二阈值TH₂作比较。例如，这些阈值TH₁和TH₂可以被存储在相应的寄存器4608和4610中，并且这些寄存器的内容可以经由框50经由相应的信号48₁和48₂被编程。

图11示出了子模块460的操作的实施例，其中使同步向上计数器4600。因此，在所考虑的实施例中，计数器4600被配置为根据在每个PWM循环开始时的信号PS来重置计数值CNT₁，并且然后根据时钟信号CLK₂增加计数值CNT₁。此外，当计数值CNT₁大于阈值TH₁时，比较器4604将改变相应的输出信号CMP₁，例如，将比较器4604的输出CMP₁设置为高。类似地，当计数值CNT₁大于阈值TH₂时，比较器4606将改变相应的输出信号。

如图11所示，在PWM周期正确的情况下，比较器4604的输出应当为高，并且当新的PWM循环开始时，比较器4606的输出应该为低，即，计数值CNT₁应当大于第一阈值TH₁，但是小于第二阈值TH₂。因此，框50应当设置寄存器4608和4610的内容，以便于满足这些条件。例如，在各种实施例中，框50可以被配置为根据以下关系来设置寄存器4608和4610：

TH₁＝C_{PWM_CLOCK}-X₁ (4)

TH₂＝C_{PWM_CLOCK}+X₂ (5)

其中C_{PWM_CLOCK}对应于时钟信号CLK₂的多个时钟循环数的PWM周期T_PWM，并且X₁和X₁是表示针对PWM周期T_PWM接受的容差的同一时钟的一个或多个时钟循环。

因此，当PWM周期正确时，在每个PWM循环的结束时，即当计数器4600被重置时，计数值CNT₁应当在第一阈值TH₁和第二阈值TH₂之间。

相反，当计数值CNT₁在PWM循环期间，即在计数器4600被重置之前，达到第二阈值TH₂时，PWM循环过长，并且将产生错误。例如，在所考虑的实施例中，这可以通过使用比较器4606的输出作为指示PWM周期过长的错误信号ERR₂来实现。

相反，当在PWM循环期间，即计数器4600被重置之前，计数值CNT₁没有达到第一阈值TH₁时，PWM循环过短。例如，在所考虑的实施例中，这通过验证电路4612来实现，验证电路4612在输入处接收来自计数器重置电路4602的重置信号RST(或可能的信号PS)和来自比较器4604的比较信号。具体地，该验证电路4612被配置为，当新的PWM周期开始时，即当计数器4600的新的重置发生时，生成指示计数值CNT₁小于第一阈值TH₁的错误信号ERR₁。

在各种实施例中，一旦检测到错误，子电路460就可以将错误信号ERR₁和/或ERR₂的值存储在诸如寄存器或触发器的存储器中。例如，在各种实施例中，每个错误信号被连接到置位重置触发器或锁存器的置位输入。

图12示出了子模块480的第一实施例。

如前所述，第二子模块480被配置为分析PWM信号的接通和关断持续时间。

在所考虑的实施例中，子模块480包括配置为分别确定PWM周期的接通和关断持续时间是否在给定限度内的两个电路482_ON和482_OFF。

在所考虑的实施例中，电路482_ON和482_OFF基本上具有图10所示的电路460的架构。

在这一点上，图13所示的是通用电路482，其可以用于电路482_ON和482_OFF二者。具体地，还在这种情况下，电路482还包括计数器4820(可能具有与之相关联的计数器重置电路4822)、两个比较器4824和4826(可能具有与之相关联的相应的阈值寄存器4828和4830)和验证电路4832。具体地，电路类似于子模块460进行操作，唯一的区别是当PWM信号为高(对于电路482_ON)时或当PWM信号为低(对于电路482_OFF)时，计数器4820被启用。

因此，类似于电路460，计数器4820将在每个新的PWM周期处被重置，并且计数器4820将在每个时钟循环处改变(增加或减少)计数器4820的计数值CNT₂。然而，在这种情况下，仅当PWM信号为高(对于电路482_ON)或低(对于电路482_OFF)时，即计数值CNT₂指示信号PWM的接通/关断持续时间时，计数器4820被启用。因此，类似于电路460，该计数值可以在比较器4824和4826处与两个阈值TH₃和TH₄作比较。

例如，在电路482_ON的情况下，当计数值CNT₂大于阈值TH₄时，比较器4826将生成错误信号ERR₄，从而指示接通持续时间过长。相反，验证电路4832被配置为，当计数值CNT₂小于第一阈值TH₃并且新的PWM周期开始时，生成错误信号ERR₃，从而指示接通持续时间过短。

类似地，在电路482_OFF的情况下，当计数值CNT₂大于阈值TH₄时，比较器4826将生成错误信号ERR₆，从而指示关断持续时间过长。相反，验证电路4832被配置为，当计数值CNT₂小于第一阈值TH₃并且新的PWM周期开始时生成错误信号ERR₅，从而指示关断持续时间过短。

通常，代替使用PWM周期信号PS，计数器重置电路4822还可以与信号PWM一起操作，以便于检测新的PWM循环。例如，在这种情况下，计数器重置电路4822可以检测信号PWM中的上升沿(或者替代地下降沿)，以便于重置计数器4820。因此，该实施例允许检测信号PWM中的尖峰，因为这种尖峰将重置计数器4820。这也适用于电路460的计数器重置电路4602。因此，通常，信号PS仅仅是可选的。

图14示出了电路482的第二实施例，其中由电路4822提供的重置信号RST直接对应于PWM信号(对于电路482_OFF)或者对应于反相PWM信号(对于电路482_ON)。在这种情况下，计数器4820也不需要使能端口。

实际上，如图15所示，在电路482_ON的示例处，当PWM信号为低时，重置信号将保持计数器4820被重置，并且当信号PWM为高时，计数器4820将开始计数。因此，验证电路4832可以确定在比较器4824的输出处的比较信号CMP₂是否在重置信号RST的下一上升沿处被设置。

然而，上述实施例没有考虑在接通持续时间和关断持续时间之间确实存在关系。事实上，假设PWM循环的持续时间T_PWM是正确的(其已经由电路460验证)，过长的接通持续时间T_ON(设置信号ERR₄)将自动地暗示过短的关断持续时间T_OFF(设置信号ERR₅)，并且类似地，过短的接通持续时间T_ON(设置信号ERR₃)将自动地暗示过长的关断持续时间T_OFF(设置信号ERR₆)。

因此，仅使用电路482_ON或482_OFF中的一个也是足够的，或者当使用两个电路时，框4824、4828和4832是冗余的。

在这方面，图16示出了具有降低的复杂性的完整子模块480的实施例，其中框4824、4828和4832已经被移除。

因此，在所考虑的实施例中，子模块480包括两个计数器4820_ON和4820_OFF。第一计数器4820_ON在信号PWM为高时被启用，而当信号PWM为低时被重置。如上所述，这可以通过计数器重置电路4822中的反相器来实现，即，用于计数器4820_ON的重置信号RST_ON可以对应于反相信号PWM。相反，第二计数器4820_OFF在信号PWM为低时被启用，而当信号PWM为高时被重置。如前所述，这可以通过将信号PWM直接用作计数器4820_OFF的重置信号RST_OFF来实现。

因此，在所考虑的实施例中，计数器4820_ON的计数值CNT_2,ON将指示接通持续时间T_ON，并且计数器4820_OFF的计数值CNT_2,OFF将指示关断持续时间T_OFF。

在所考虑的实施例中，在比较器4826_ON处将计数值CNT_2,ON与阈值TH_ON作比较，以便于确定接通持续时间T_ON是否过长，并且比较器4826_ON的输出被用作错误信号ERR_ON。如上所述，阈值TH_ON可以被存储在寄存器4830_ON中，寄存器4830_ON可以经由模块50通过控制信号48_ON来被编程。

类似地，可以在比较器4826_OFF处将计数值CNT_2,OFF与阈值TH_OFF作比较，以便于确定关断持续时间T_OFF是否过长，并且比较器4826_OFF的输出可以用作错误信号ERR_OFF。而且在这种情况下，阈值TH_OFF可以被存储在寄存器4830_OFF中，其可经由模块50通过控制信号48_OFF编程。

然而，该实施例没有考虑在给定时间事实上仅计数器4820_ON或4820_OFF中的一个将被启用。

因此，实际上，单个计数器可以用于子模块480。

图17示出了具有单个计数器4800的子模块480的第一实施例。

具体地，在所考虑的实施例中，计数器4800被配置为响应于重置信号RST来重置计数值CNT₃。具体地，该重置信号RST由计数器重置电路4802在信号PWM的每个上升沿和每个下降沿处生成。因此，计数器4802改变(基于使用的计数器而增加或减少)计数值CNT₃，直至在信号PWM中出现新的上升沿或下降沿。

在所考虑的实施例中，计数值CNT₃被提供给比较器4806。具体地，该比较器4806被配置为，根据信号PWM的值将计数值CNT₃与接通阈值TH_ON(信号PWM为高)或关断阈值TH_OFF(信号PWM为低)作比较。例如，在所考虑的实施例中，通过复用器4814执行选择。再次，这些阈值可以被存储在相应的寄存器4810_ON和4810_OFF中，其可以经由模块50通过控制信号48_ON和48_OFF来编程。

因此，当信号PWM为高时，计数值CNT₃指示接通持续时间T_ON，并且比较器4806指示接通持续时间T_ON是否过长，例如大于阈值TH_ON。相反，当信号PWM为低时，计数值CNT₃指示关断持续时间T_OFF，并且比较器4806指示关断持续时间T_OFF是否过长，例如大于阈值TH_OFF。因此，可以使用简单的解复用器4816，解复用器4816在输入处接收由比较器4806提供的比较信号并且通过信号PWM来驱动，以便于生成分别指示接通持续时间T_ON或关断持续时间T_OFF是否过长的相应错误信号ERR_ON和ERR_OFF。

图18示出了子模块480的替代实施例，其中使用向上和向下计数器4800，从而避免了对复用器和解复用器的需要。

具体地，在所考虑的实施例中，计数器4800被配置为响应于重置信号RST来重置计数值CNT₃。具体地，在信号PWM的每个上升沿和每个下降沿，由计数器重置电路4802生成该重置信号RST。因此，计数器4800改变(基于选择信号二增加或减小)计数值CNT3，直至信号PWM中的故障边沿的新的上升发生。具体地，计数器4800被配置为根据信号PWM的值来增加或减小计数值CNT₃。例如，在所考虑的实施例中，当信号PWM为高时计数值CNT₃增加，而当信号PWM为低时计数值CNT₃减小。

在所考虑的实施例中，将计数值CNT₃提供给两个比较器4806_ON和4806_OFF。

具体地，比较器4806_ON被配置为将计数值CNT₃与接通阈值TH_ON作比较，并且比较器4806_OFF被配置为将计数值CNT₃与关断阈值TH_OFF作比较。

因此，如图18所示，当信号PWM为高时，计数值CNT₃可以具有指示接通持续时间T_ON的正值，并且比较器4806_ON指示接通持续时间T_ON是否过长，即，是否大于设置为正值的阈值TH_ON。相反，当信号PWM为低时，计数值CNT₃可以具有指示关断持续时间T_OFF的负值，并且比较器4806_OFF指示关断持续时间T_OFF是否过长，即是否小于通常设置为负值的阈值TH_OFF。因此，在所考虑的实施例中，比较器4806_ON和4806_OFF的输出可以分别用作指示接通持续时间T_ON或关断持续时间T_OFF是否过长的错误信号ERR_ON和ERR_OFF。

因此，在所考虑的实施例中，计数器重置电路4802检测信号PWM的逻辑电平，并且在每个逻辑电平改变时，其重置计数器4800。此外，信号PWM指示计数器4800必须作为向上计数器还是向下计数器进行操作，例如，如果信号PWM的逻辑电平为高，则计数器4800可以向上计数，而如果信号PWM的逻辑电平为低，则计数器4800可以向下计数。

结果，在正确操作的情况下，计数器4800如图19所示进行计数。如果PWM信号的接通时间T_ON的持续时间比期望持续时间长，则比较器4806_ON输出改变，并且经由信号ERR_ON用信号通知故障。相反，如果PWM信号的关断时间T_OFF的持续时间比期望时间长，则比较器4806_OFF输出改变，并且经由信号ERR_OFF用信号通知故障。

例如，当PWM配置参数42改变和/或处于新的PWM周期时，由模块50通过控制信号48_ON和48_OFF及时执行阈值TH_ON和TH_OFF的设置。如前所述，优选地，这些阈值根据PWM配置参数42来确定。

通常，阈值TH_ON和TH_OFF的适当选择是取决于应用的。例如，在信号PWM为高时计数器4800表现为向上计数器的情况下，模块50可以使用以下关系：

TH_ON＝C_RES,UP+(C_{PWM_ON,N}+X₃) (6)

TH_OFF＝C_RES,DOWN-(C_{PWM_OFF1,N}+C_{PWM_OFF1,N-1}+X₄) (7)

其中C_RES,UP和C_RES,DOWN分别是当计数器4800作为向上计数器或向下计数器操作时的重置值，C_{PWM_ON,N}、C_{PWM_OFF1,N}和C_{PWM_OFF2,N-1}分别是时钟信号CLK₂的多个时钟循环中的PWM周期N的接通时间T_ON、PWM周期N的初始关断时间T_OFF1和PWM周期N-1的最终关断时间T_OFF2，并且X₃和X₄是表示所接受容差的同一时钟的一个或多个时钟循环。

类似地，在信号PWM为高时计数器4800表现为向下计数器的情况下，模块50可使用以下关系：

TH_ON＝C_RES,DOWN–(C_{PWM_ON,N}+X₃) (8)

TH_OFF＝C_RES,UP+(C_{PWM_OFF1,N}+C_{PWM_OFF1,N-1}+X₄) (9)

然而，在这种情况下，比较器4604和4606的输入也必须被切换，即，当计数值CNT₃小于阈值TH_ON时，比较器4604指示错误，并且当计数值CNT₃大于阈值TH_OFF时，比较器4606指示错误。

在各种实施例中，一旦检测到错误，子电路480就可以将错误信号ERR_ON和/或ERR_OFF的值存储在存储器(例如寄存器或触发器)中。例如，在各种实施例中，每个错误信号被连接到置位重置触发器或锁存器的置位输入。

因此，通常，子电路480确定指示接通持续时间T_ON的计数值和指示关断持续时间T_OFF的计数值。例如，在图17和图18所示的实施例中，为此目的使用相同的计数器4800，

接下来，子电路480将指示接通持续时间T_ON的计数值与接通阈值TH_ON作比较，以便于确定接通持续时间T_ON是否大于最大接通持续时间。如上所述，基于计数器的操作，比较实际上可以在电路级确定计数值是否小于最大阈值。然而，该比较仍然确定接通持续时间T_ON是否大于最大接通持续时间，并且当接通持续时间T_ON大于最大接通持续时间时可能生成错误信号ERR_ON。

类似地，子电路460将指示关断持续时间的值与关断阈值TH_OFF作比较，以便于确定关断持续时间T_OFF是否大于最大关断持续时间，并且当关断持续时间T_OFF大于最大关断持续时间时可能生成错误信号ERR_OFF。

因此，相对于已知的解决方案，本文公开的解决方案具有显著的优点。实际上，类似于图7所示的读回方法，故障检测电路460利用实际PWM信号操作，因此还允许监视高功率PWM信号。然而，该解决方案最多在PWM循环结束时直接检测可能的PWM故障，而不会显著影响整个设备的尺寸。

当然，在不损害本发明的原理的情况下，结构和实施例的细节可以相对于仅作为示例在此描述和示出的内容而广泛地变化，而不脱离如由随后的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims

1.一种检测PWM信号中的故障的方法，所述PWM信号具有开关周期、接通持续时间和关断持续时间，所述方法包括：

确定指示所述PWM信号的开关周期的计数值；

测试指示所述开关周期的所述计数值是否在第一阈值和第二阈值之间；

当所述开关周期不在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，生成错误信号；

确定指示所述PWM信号的所述接通持续时间的计数值；

将指示所述接通持续时间的所述计数值与接通阈值进行比较，以便于确定所述接通持续时间是否大于最大接通持续时间；

当所述接通持续时间大于所述最大接通持续时间时，生成接通错误信号；

确定指示所述PWM信号的所述关断持续时间的计数值；

将指示所述关断持续时间的所述计数值与关断阈值进行比较，以便于确定所述关断持续时间是否大于最大关断持续时间；以及

当所述关断持续时间大于所述最大关断持续时间时，生成关断错误信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述计数值包括使用计数器来生成计数值，其中，当所述PWM信号为高时所述计数值指示所述接通持续时间，并且其中，当所述PWM信号为低时所述计数值指示所述关断持续时间。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在所述PWM信号的每个上升沿处和每个下降沿处重置所述计数器。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述计数值在所述PWM信号具有第一逻辑电平时增加，并且在所述PWM信号具有第二逻辑电平时减小。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，生成所述接通错误信号包括将所述计数值与所述接通阈值进行比较，并且其中，生成所述关断错误信号包括将所述计数值与所述关断阈值进行比较。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在可编程存储器中存储所述第一阈值、所述第二阈值、所述接通阈值、所述关断阈值。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：对于所述PWM信号的每个PWM循环，将指示所述开关周期的所述计数值重置一次。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括当所述PWM信号的新的PWM循环开始时接收PWM周期信号，所述PWM周期信号包括脉冲。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，指示所述开关周期的计数值在所述PWM信号的每个上升沿或每个下降沿被重置。

10.一种用于PWM驱动器的故障检测电路，所述PWM驱动器被配置为生成具有给定开关周期、接通持续时间和关断持续时间的PWM信号，所述故障检测电路包括：

第一子电路，被配置为：

确定指示所述PWM信号的开关周期的计数值，

测试指示所述开关周期的所述计数值是否在第一阈值和第二阈值之间，以及

当所述开关周期不在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，生成错误信号；以及

第二子电路，被配置为：

确定指示所述PWM信号的所述接通持续时间的计数值，

将指示所述接通持续时间的所述计数值与接通阈值进行比较，以便于确定所述接通持续时间是否大于最大接通持续时间，

当所述接通持续时间大于所述最大接通持续时间时，生成接通错误信号，

确定指示所述PWM信号的所述关断持续时间的计数值，

将指示所述关断持续时间的所述计数值与关断阈值进行比较，以便于确定所述关断持续时间是否大于最大关断持续时间，以及

11.根据权利要求10所述的故障检测电路，其中，所述第二子电路包括一个计数器，所述计数器被配置为生成一个计数值，其中当所述PWM信号为高时所述一个计数值指示所述接通持续时间，并且其中，当所述PWM信号为低时所述一个计数值指示所述关断持续时间。

12.根据权利要求11所述的故障检测电路，其中，所述第二子电路包括计数器重置电路，所述计数器重置电路被配置为在所述PWM信号的每个上升沿处和每个下降沿处重置所述一个计数器。

13.根据权利要求11所述的故障检测电路，其中，所述一个计数器是向上和向下计数器，所述向上和向下计数器被配置为当所述PWM信号具有第一逻辑电平时增加所述一个计数值，并且当所述PWM信号具有第二逻辑电平时减小所述一个计数值。

14.根据权利要求13所述的故障检测电路，其中，所述第二子电路包括：

第一比较器，所述第一比较器被配置为通过将所述一个计数值与所述接通阈值进行比较来生成所述接通错误信号；以及

第二比较器，所述第二比较器被配置为通过将所述一个计数值与所述关断阈值进行比较来生成所述关断错误信号。

15.根据权利要求10所述的故障检测电路，其中，所述第一阈值和所述第二阈值或所述接通阈值和所述关断阈值被存储在可编程存储器中。

16.根据权利要求10所述的故障检测电路，其中，所述第一子电路包括计数器以及另一计数器重置电路，所述计数器被配置为生成指示所述开关周期的计数值，所述另一计数器重置电路被配置为针对所述PWM信号的每个PWM循环重置所述计数器一次。

17.根据权利要求16所述的故障检测电路，其中，所述另一计数器重置电路被配置为，当所述PWM信号的新的PWM循环开始时从所述PWM驱动器接收PWM周期信号，所述PWM周期信号包括脉冲。

18.根据权利要求16所述的故障检测电路，其中，所述另一计数器重置电路被配置为在所述PWM信号的每个上升沿或每个下降沿处重置所述计数器。

19.一种系统，包括：

PWM驱动器，所述PWM驱动器被配置为生成具有给定开关周期、接通持续时间和关断持续时间的PWM信号；以及

故障检测电路，所述故障检测电路被配置为：

确定指示所述PWM信号的开关周期的计数值；

确定指示所述PWM信号的所述接通持续时间的计数值；

确定指示所述PWM信号的所述关断持续时间的计数值；

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述PWM驱动器被配置为根据控制信号生成所述PWM信号，并且其中，所述系统包括阈值电路，所述阈值电路被配置为根据所述控制信号来确定所述第一阈值、所述第二阈值、所述接通阈值或所述关断阈值。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述系统进一步包括配置为生成所述控制信号的控制单元。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制单元包括软件编程的微处理器。