CN107743587A - 对h桥的短路进行检测的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对H桥的短路进行检测的设备，所述设备包括印刷电路，印刷电路包括：供电迹线（13），将H桥连到用于被连接到第一多管脚连接器（12）的第一连接区域（14），所述第一多管脚连接器（12）被连到电源（1）的供电端子（2）；以及接地迹线（17），将H桥连到用于被连接到第二多管脚连接器（16）的第二连接区域（18），所述第二多管脚连接器（16）被连到电源的参考端子（3）。此外所述设备包括：测量在所述第一连接器的不同的两个点的两个电势的装置；以及测量在所述第二连接器的不同的两个点的两个电势的装置；以及被配置成通过对所述电势进行比较来检测H桥的短路的处理装置。

Description

对H桥的短路进行检测的设备

本发明涉及一种对H桥的短路进行检测的设备。本发明在对装备于机动车辆中并操控诸如致动器的负载的供电的H桥的短路进行检测的设备中——虽然完全不是限制性的——找到特别有利的应用。

当前，存在对H桥的短路进行检测的不同的设备，H桥被配置成使所确定的电流从布置在其中心的负载的一个端子流动到另一端子以便极化所述负载。事实上，重要的是能够检测此类缺陷以便保护并保持所述负载的完整性而且还保护并保持通过导电迹线连到H桥的不同的电子组件（如连接器或控制模块）的完整性。

该类型的保护设备例如有利地装备在其中H桥包括喷射器类型的负载或者甚至自动同步马达的机动车辆中。

以常规的方式，对H桥的短路进行检测的设备包括被提供有导电迹线的印刷电路，其还被称为PCB（英语表述“Printed Circuit Board（印刷电路板）”的缩写）。这些迹线中的至少两个把H桥的输入和输出分别连到供电和电接地。

检测H桥短路的装置典型地在于以间接方式测量分别在H桥的输入和输出的上游和下游流动的电流。在此间接检测是指对在元件——所述元件对流经其的电流的通过呈现电阻——的各端子处的电势的一个或多个测量。为此，所述设备一般包括电阻元件，如例如测量分流器，其被布置在H桥的输入和输出处，流经有由供电递送的电流并且被连到对在所述电阻元件的端子处的电势进行测量的装置。

这些测量装置被配置成通过比较所述电势来检测H桥的（供电的或接地的）短路。传统上其涉及运算放大器。因此对H桥的短路进行检测的设备一般包括被适配成比较在所述电阻元件的各端子处的相应电势的至少两个放大器。结果，在印刷电路中存在越多的待控制H桥，电阻元件和测量装置的数量就越多。

因而，除了印刷电路的相对于其被装备于其中的环境不可忽略的表面以外，这样的检测设备还由于其运转所必需的大量电子组件和电阻元件而强加复杂的路由方案。

另外，如与H桥的输入和输出串联的测量分流器的电阻元件的使用导致相对于由供电有效递送的、并且优先用于H桥负载的运转的功率的效率损失。在此之上还考虑到如下的事实：对测量分流器的端子处的电势的测量是非平凡操作，因为需要最低限度的精确度。

本发明为此目的在于通过提出如下的解决方案来补救现有技术的缺点——尤其是以上暴露出的这些缺点——中的全部或部分：所述解决方案允许具有对H半桥的短路进行检测并提供限制待使用印刷电路的表面以及被适配成避免使用与H桥的输入和输出串联的测量分流器的简单的路由方案的设备。

为此，本发明涉及一种对H桥的短路进行检测的设备，所述设备包括提供有导电迹线的印刷电路并且包括：

·供电迹线，将H桥连到用于被连接到第一多管脚连接器的第一连接区域，所述第一多管脚连接器被连到电源的供电端子，

·接地迹线，将H桥连到用于被连接到第二多管脚连接器的第二连接区域，所述第二多管脚连接器被连到电源的参考端子。

此外，所述设备包括：测量在所述第一多管脚连接器的不同的两个点的两个电势的装置；以及测量在所述第二多管脚连接器的不同的两个点的两个电势的装置；以及被配置成通过对分别在第一多管脚连接器上和第二多管脚连接器上测量的电势进行比较来检测H桥的短路的处理装置。

在特定的实施方式中，对H桥的短路进行检测的设备此外可以包括独自地或根据所有技术上可能的组合取得的随后特征中的一个或多个。

在特定的实施方式中，测量装置在第一连接区域处包括在印刷电路上彼此电绝缘的第一接触区域和第二接触区域，所述第一接触区域和所述第二接触区域被分别连到供电迹线和第一测量迹线并且用于被分别连接到第一连接器的不同管脚点。

在特定的实施方式中，测量装置在第二连接区域处包括在印刷电路上彼此电绝缘的第一接触区域和第二接触区域，所述第一接触区域和所述第二接触区域被分别连到接地迹线和第二测量迹线并且用于被分别连接到第二连接器的不同管脚点。

在特定的实施方式中，所述处理装置包括第一、第二和第三电压比较器，每个电压比较器包括两个输入端子以及一个输出端子，并且被适配成当在其两个输入端子之间按绝对值计的电压大于预定义门限值时将逻辑高状态转为逻辑低状态，并且反之亦然，

所述第一和第二电压比较器被配置成：

·要么是当在第一连接器上和在第二连接器上分别测量的电压的差小于所述门限值时，全部的两个比较器处在同一逻辑状态，

·要么是处在不同的两个逻辑状态，

并且所述第三比较器被配置成分别在第一和第二比较器处在不同的两个逻辑状态时以及在第一和第二比较器处在同一逻辑状态时，处于逻辑低状态以及逻辑高状态。

在特定的实施方式中，所述第一、第二和第三电压比较器分别是各自包括一个输出端子、一个反相输入端子和一个非反相输入端子的第一、第二和第三运算放大器。

在特定的实施方式中，两个附加电阻被分别布置在第一和第二放大器的输出端子和反相输入端子之间。

在特定的实施方式中，返回电阻被布置在H桥和接地迹线之间。

从阅读以绝非限制性的示例的方式给出并参考图1所作的随后的描述，将更好地理解本发明，图1表示：

- 图1：对H桥的短路进行检测的设备的实施例的示意性表示。

图1示意性地表示对H桥的短路进行检测的设备的实施例。

所述检测设备包括提供有导电迹线的印刷电路。所述导电迹线被绝缘材料分离开。例如并且以绝非限制性的方式，所述导电迹线是用铜实现的并且被环氧聚合物分离开。

所述印刷电路包括供电迹线13，其将H桥连到用于被连接到第一多管脚连接器12的第一连接区域14，所述第一多管脚连接器12被连到电源1的供电端子2。例如并且以绝非限制性的方式，所述第一多管脚连接器12包括以插座的形式的输入，其通过插入在所述输入插座中的供电线缆连到电源1的供电端子2。

所述印刷电路还包括接地迹线17，其将H桥连到用于被连接到第二多管脚连接器16的第二连接区域18，所述第二多管脚连接器16被连到电源1的参考端子3。所述参考端子此外连到对应于参考电势的电接地4。例如并且以绝非限制性的方式，所述第二多管脚连接器16包括以插座的形式的输出，其通过插入在所述输出插座中的接地线缆连到电源1的参考端子3。

在本实施例中并且以绝非限制性的方式，印刷电路被装备在机动车辆（未表示）中。所述电源1是所述机动车辆的电池，所述电接地4例如是机动车辆的金属框架。

H桥包括并联安装在电源1和电接地4之间的两个供电支路5、6。每个供电支路5、6包括连到负载9的端子的中间点7、8，所述负载9用于由通过电源1递送的电流所流过。在本实施例中，所述负载9是喷射器致动器。

所述设备被实施用于检测H桥的短路。在此“H桥的短路”是指H桥的中间点7、8之一或是在短路到供电的情况下被直接连到电源1的供电端子2，或是在短路到接地的情况下被直接连到电源1的参考端子3。

H桥的每个供电支路5、6包括布置在所述供电支路5、6的中间点7、8的两侧的两个MOSFET晶体管（英语表述“metal-oxide-semiconductor field-effect transistor（金属氧化物半导体场效应晶体管）”的首字母缩写）51、52、61、62。H桥的每个MOSFET晶体管用于通过控制模块（未表示）——如例如微控制器——从导通状态切换到阻断状态。

在由图1图示的非限制性示例中，H桥的供电支路5、6被并联安装在输入点10和输出点11之间。每个供电支路5、6包括漏极和源极分别连到H桥的所述输入点10和所述供电支路5、6的中间点7、8的N沟道型晶体管51、61，以及漏极和源极分别连到所述供电支路5、6的中间点7、8和H桥的所述输出点11的N沟道型MOSFET晶体管52、62。再有，所述供电迹线13和所述接地迹线17分别把所述第一多管脚连接器12连到H桥的输入点10以及把所述第二多管脚连接器16连到H桥的输出点11。

另外，检测设备包括测量在所述第一多管脚连接器12的不同的两个点的两个电势的装置，以及测量在所述第二多管脚连接器16的不同的两个点的两个电势的装置。

在以绝非限制性的方式由图1图示的特定的实施方式中，测量装置在第一连接区域14处包括在印刷电路上彼此电绝缘的第一接触区域141和第二接触区域142，所述第一接触区域141和所述第二接触区域142分别连到供电迹线13和第一测量迹线15并用于分别连接到第一连接器12的不同管脚点。

如图1所图示的，测量装置还在第二连接区域18处包括在印刷电路上彼此电绝缘的第一接触区域181和第二接触区域182，所述第一接触区域181和所述第二接触区域182分别连到接地迹线17和第二测量迹线19并用于分别连接到第二连接器16的不同管脚点。

要注意的是第一多管脚连接器12和第二多管脚连接器16分别呈现表示它们阻碍电源1的电流通过的能力的固有电阻，这不仅归因于构成它们的材料而且例如归因于它们的相应的管脚被连接到印刷电路的迹线的方式（通过焊接、通过夹固等）。因此，一旦电流在多管脚连接器中的一个的不同的两个点之间流动，就在这两个点之间出现电势差，所述电势差是所述连接器的固有电阻的函数。

检测设备此外包括被配置成通过对分别在第一多管脚连接器12上和第二多管脚连接器16上测量的电势进行比较来检测H桥的短路的处理装置。

在特定的实施方式中，所述处理装置包括第一电压比较器20、第二电压比较器30和第三电压比较器40。每个电压比较器20、30、40包括两个输入端子以及一个输出端子，并且一方面被适配成执行在被引向其输入端子中的每一个的电信号之间的算术运算，而且另一方面被适配成当在其两个输入端子之间按绝对值计的电压大于预定义门限值时将逻辑高状态转为逻辑低状态，并且反之亦然。为此，每个电压比较器的输出端子根据所述比较器分别处于逻辑高状态或逻辑低状态而具有高电势或低电势，所述高电势大于所述低电势。

此外，所述第一电压比较器20和所述第二电压比较器30被配置成：

·要么是当在它们的相应输入端子之间的电压的差小于所述门限值时，全部的两个比较器处在同一逻辑低状态，

·要么是处在不同的两个逻辑状态，

并且所述第三比较器40被配置成分别在第一比较器20和第二比较器30处在不同的两个逻辑状态时以及在第一比较器20和第二比较器30处在同一逻辑状态时，处于逻辑低状态以及逻辑高状态。

如以绝非限制性的方式由图1所图示的，所述电压比较器包括第一运算放大器20、第二运算放大器30以及第三运算放大器40，它们各自包括输出端子21、31、41，反相输入端子22、32、42以及非反相输入端子23、33、43。第一运算放大器20和第二运算放大器30由供电电压供电，所述供电电压之间按绝对值计是相等的，并且按绝对值计也等于所述门限值。第一运算放大器20和第二运算放大器30被配置成使得当H桥未短路时，在线性状态下运转（因此在该示例中对应于逻辑低状态）。它们还被适配成当H桥短路时在饱和状态下运转（因此在该示例中对应于逻辑高状态）。至于第三运算放大器40，其被配置成使得在饱和状态下作为门限比较器运转。

第一放大器20的反相输入端子22被连到第一节点24，所述第一节点24分别通过相互间电绝缘并且各自包括具有相同值R的电阻70的两个迹线而被连到供电迹线13以及接地迹线17。至于第一放大器20的非反相输入端子23，其被连到第二节点25，所述第二节点25通过相互间电绝缘并且各自包括具有相同值R的电阻70的两个迹线而被连到第一测量迹线15以及第二测量迹线19。

另外，并且如在图1中所图示的，第二放大器30的反相输入端子32被连到第三节点34，所述第三节点34通过相互间电绝缘并且各自包括具有相同值R的电阻70的两个迹线而被连到第一测量迹线15以及第二测量迹线19。至于第二放大器30的非反相输入端子33，其被连到第四节点35，所述第四节点35分别通过相互间电绝缘并且各自包括具有相同值R的电阻70的两个迹线而被连到供电迹线13以及接地迹线17。

在由图1图示的非限制性示例中，第三放大器40的反相输入端子42被连到第五节点44，所述第五节点44分别通过相互间电绝缘并且各自包括具有相同值R的电阻70的两个迹线而被连到第一运算放大器20和第二运算放大器30的相应的输出端子21、31。第三放大器40的非反相输入端子43被连到第六节点45，所述第六节点45连到被选取为等于所述门限值的一半的电势的电源46。

此外，第三放大器40的输出端子41用于被连到处理模块（未表示）。所述处理模块包括被以软件（特定的计算机程序产品）和/或硬件（FPGA、PLD、ASIC等）方式配置成一方面测量所述输出端子41的电势且另一方面操控H桥的每个MOSFET晶体管的控制模块的一组装置。

在检测设备的本实施方式中并且如由图1所图示的，两个附加电阻71、72被分别布置在第一放大器20和第二放大器30的输出端子21、31和反相输入22、32之间。这样的电阻布置是本领域技术人员已知的，因为其允许调制所述第一放大器20和所述第二放大器30的相应的输出端子21、31的电压。

另外，电阻73（其被称为“返回”电阻）被布置在H桥和接地迹线17之间，所述返回电阻73被适配成限制朝向第二连接器16并且因此朝向电接地4返回的任何电通量。

第一连接区域14和第二连接区域18以及测量装置的这样的配置是有利的，因为其允许第一测量迹线15和第二测量迹线19具有分别与电源1的供电端子2和电接地4相同的电势。

事实上，由电源1递送并被引向第一连接器12和第二连接器16的相应的输入的电流并不从所述输入分别向第一连接区域14的第二接触区域142和第二连接区域18的第二接触区域182流动。这是因为如下事实：第一连接区域14的所述第二接触区域142（相应地，第二连接区域18的第二接触区域182）被通过第一测量迹线15（相应地，第二测量迹线19）连到其相应的输入电阻为无限的第一放大器20和第二放大器30。因此第一连接器12的连接到第一连接区域14的第二接触区域142的管脚（相应地，第二连接器16的连接到第二连接区域18的第二接触区域182的管脚）的电势与电源1的供电端子2（相应地，电接地4）的电势相同。

相反地，由电源1递送的电流通过供电迹线13（相应地，接地迹线17）在第一连接器12和H桥（相应地，H桥和第二连接器16）之间流动。该电流流动因为第一连接器12（相应地，第二连接器16）的固有电阻而伴随有在所述第一连接器12（相应地，所述第二连接器16）的输入和第一连接区域14的第一接触区域141（相应地，第二连接区域18的第一接触区域181）之间电势下降。这造成供电迹线13（相应地，接地迹线17）的电势小于供电端子2的电势（相应地，大于电接地4的电势）。

因此并且一方面，第一节点24和第四节点35的电势等于供电迹线13和接地迹线17的相应电势的和的一半。另一方面，第二节点25和第三节点34的电势等于第一测量迹线15和第二测量迹线19的相应电势的和的一半。

在随后的描述中，置于其中第一连接器12和第二连接器16的固有电阻几乎相等的情况中。

在H桥的标称运转下（就是说没有短路），供电迹线13和电源1的供电端子2之间的电势差几乎等于接地迹线17和电源1的参考端子3之间的电势差。这是因为第一连接器12和第二连接器16流经有同样的电流并且具有几乎相同的相应固有电阻。结果，第一放大器20和第二放大器30的相应输入端子几乎全都处于同样的电势，以致它们的相应输出端子21、31具有几乎为零的电势并且所述第一放大器20和第二放大器30处于逻辑低状态。因此，第三放大器40的反相输入端子42具有低电势。结果，所述第三放大器40的输出端子41处于高电势。

当H桥被短路到电接地4时，没有电流在接地迹线17中、并且因此在第二连接器16中流动。结果，第一放大器20的各输入端子之间的电势差、以及第二放大器30的各输入端子之间的电势差根据所述放大器中的每一个所特有的放大系数以线性方式增加直至按绝对值计达到因为超出其而运转在饱和状态所以它们不能超过的门限值为止。第一放大器20和第二放大器30的输出端子21、31于是分别具有低电势和高电势，以致第三放大器40的反相输入端子42具有高电势。第三放大器40的各输入端子因此全都处于同样的高电势，以至于所述第三放大器40的输出端子41具有低电势。

当H桥被短路到电源1的供电端子2时，没有电流在供电迹线13中、并且因此在第一连接器12中流动。结果，并且因为与上面给出的在短路到电接地4的情况下的原因类似的原因，第三放大器40的输出端子41具有低电势。

以这种方式，理解的是在检测设备的配置允许通过在第三放大器40的输出处测量到低电势来检测到H桥的短路的情况下，该检测设备的配置是有利的。此外，该短路检测尤其是凭借对第一连接器12和第二连接器16的使用和配置而实现的，所述第一连接器12和第二连接器16另外能够被用于实现除有关于短路检测的功能以外的其它功能。因此，无需本领域技术人员与H桥的输入和输出串联地再行添加任何补充组件（如测量分流器）。

另外，要注意的是，如在本申请中描述的设备被适配成检测在供电迹线13和接地迹线17之间并联安装的多个H桥的短路。事实上，第一电压比较器20、第二电压比较器30和第三电压比较器40为此具有监控在第一连接器12中流动的电流等于在第二连接器16中流动的电流的功能，这不依赖于所述电流分布在布置于所述供电迹线13和所述接地迹线17之间的电子组件之中的方式。测量装置的这样的配置因此有利地允许简化印刷电路的路由以及最小化后者的表面。

以更一般的方式，要注意的是已经以非限制性示例的方式描述了以上所考虑的实施方式，并且因而其它的变形是可想见的。

尤其是，已经通过考虑其反相输入22（相应地，其反相输入32）被连到供电迹线13和接地迹线17（相应地，被连到第一测量迹线15和第二测量迹线19）、并且其非反相输入23（相应地，其非反相输入33）被连到第一测量迹线15和第二测量迹线19（相应地，被连到供电迹线13和接地迹线17）的第一放大器20（相应地，第二放大器30）而描述了本发明。根据其它示例，完全不排除具有其相应的输入端子被关于它们到印刷电路的迹线的连接反转的第一放大器20和第二放大器30。

Claims (7)

1.对H桥的短路进行检测的设备，所述设备包括被提供有导电迹线的印刷电路并且包括：

·供电迹线（13），将H桥连到用于被连接到第一多管脚连接器（12）的第一连接区域（14），所述第一多管脚连接器（12）被连到电源（1）的供电端子（2），

·接地迹线（17），将H桥连到用于被连接到第二多管脚连接器（16）的第二连接区域（18），所述第二多管脚连接器（16）被连到电源（1）的参考端子（3），

其特征在于，所述设备包括：测量在所述第一多管脚连接器（12）的不同的两个点的两个电势的装置，以及测量在所述第二多管脚连接器（16）的不同的两个点的两个电势的装置，以及被配置成通过对分别在所述第一多管脚连接器（12）上和所述第二多管脚连接器（16）上测量的电势进行比较来检测H桥的短路的处理装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，测量装置在第一连接区域（14）处包括在印刷电路上彼此电绝缘的第一接触区域（141）和第二接触区域（142），所述第一接触区域（141）和所述第二接触区域（142）被分别连到供电迹线（13）和第一测量迹线（15）并且用于被分别连接到第一连接器（12）的不同管脚点。

3.根据权利要求1到2中的一项所述的设备，其特征在于，测量装置在第二连接区域（18）处包括在印刷电路上彼此电绝缘的第一接触区域（181）和第二接触区域（182），所述第一接触区域（181）和所述第二接触区域（182）被分别连到接地迹线（17）和第二测量迹线（19）并且用于被分别连接到第二连接器（16）的不同管脚点。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述处理装置包括第一电压比较器（20）、第二电压比较器（30）和第三电压比较器（40），每个电压比较器（20，30，40）包括两个输入端子以及一个输出端子，并且被适配成当在其两个输入端子之间按绝对值计的电压大于预定义门限值时将逻辑高状态转为逻辑低状态，并且反之亦然，

所述第一电压比较器（20）和第二电压比较器（30）被配置成：

·要么是当在第一连接器（12）上和在第二连接器（16）上分别测量的电压的差小于所述门限值时，全部的两个比较器处在同一逻辑状态，

·要么是处在不同的两个逻辑状态，

并且所述第三比较器（40）被配置成分别在第一比较器（20）和第二比较器（30）处在不同的两个逻辑状态时以及在第一比较器（20）和第二比较器（30）处在同一逻辑状态时，处于逻辑低状态以及逻辑高状态。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一电压比较器（20）、第二电压比较器（30）和第三电压比较器（40）分别是各自包括一个输出端子（21，31，41）、一个反相输入端子（22，32，42）和一个非反相输入端子（23，33，43）的第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，两个附加电阻（71，72）被分别布置在第一放大器（20）和第二放大器（30）的输出端子（21，31）和反相输入之间。

7.根据权利要求1到6中的任一项所述的设备，其特征在于，返回电阻（73）被布置在H桥和接地迹线（17）之间。