CN109791175A - 半桥驱动器故障诊断系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于控制向负载施加电功率的装置包括控制器、电连接到负载的第一电端子的可控制高侧驱动器、以及电连接到负载的第二电端子的可控制低侧驱动器。该装置还包括诊断电路，其被配置为感测并标识开路负载故障状况、高侧短路到电池故障状况、低侧短路到地故障状况、高侧短路到地故障状况、低侧短路到电池故障状况、以及短路负载故障状况。诊断电路还被配置为感测并标识其中不存在开路负载、高侧短路到电池、低侧短路到地、高侧短路到地、低侧短路到电池和短路负载故障状况中的任一个的状况。

Description

半桥驱动器故障诊断系统和方法
技术领域
本发明涉及电子功率控制系统，并且更具体地涉及在半桥配置中向电负载提供功率的电子控制器中的故障检测。
背景技术
该部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能构成现有技术也可能不构成现有技术。
电子控制器可以用于通过控制将负载的第一端子连接到功率源的开关来控制供应给电负载的电功率，在这种情况下，开关被称为高侧开关或高侧驱动器。控制器还可以通过控制将负载的第二端子连接到地连接的开关来控制到负载的功率，在这种情况下，开关被称为低侧开关或低侧驱动器。可能期望在半桥配置中将负载连接到高侧驱动器和低侧驱动器两者，其中控制器控制高侧驱动器和低侧驱动器两者。期望故障检测方案能识别与负载、高侧驱动器、低侧驱动器或互连布线相关联的故障状况（例如开路或短路）。本技术领域中存在用于改进故障检测方案的空间，其表现出改进的性能并且使得能够实现进一步设计可能性来改进成本、可靠性和性能。
发明内容
提供了一种用于控制向负载施加电功率的装置，具有第一电端子和第二电端子的该装置包括控制器和电连接到电压供应和负载的第一电端子的高侧驱动器。高侧驱动器可控制为其中从电压供应流到负载的电流被启用的导通状态、以及其中从电压供应流到负载的电流被禁用的关断状态。该装置还包括低侧驱动器，其电连接到负载的第二电端子和地连接。低侧驱动器可控制为其中从负载流到地连接的电流被启用的导通状态、以及其中从负载流到地连接的电流被禁用的关断状态。该装置还包括诊断电路，该诊断电路被配置为感测故障状况并生成指示故障状况的信号。更具体地，诊断电路被配置为感测和标识第一故障状况，其中第一故障状况是开路负载故障状况；第二故障状况，其中第二故障状况是高侧短路到电池故障状况；第三故障状况，其中第三故障状况是低侧短路到地故障状况；第四故障状况，其中第四故障状况是高侧短路到地故障状况；第五故障状况，其中第五故障状况是低侧短路到电池故障状况；以及第六故障状况，其中第六故障状况是短路负载故障状况。诊断电路还被配置为感测和表示其中不存在第一故障状况、第二故障状况、第三故障状况、第四故障状况、第五故障状况和第六故障状况中的任一个的状况。
在本发明的一个实施例中，在感测到导致通过高侧驱动器、低侧驱动器和/或负载的电流超过预定电流阈值的故障状况时，发送第一控制信号以将高侧驱动器控制为其关断状态，并且发送第二控制信号以将低侧驱动器控制为其关断状态。
在本发明的另一个实施例中，导致通过高侧驱动器、低侧驱动器和/或负载的电流超过预定电流阈值的故障状况是高侧短路到地故障状况、低侧短路到电池故障状况、或短路负载故障状况。
在本发明的又一个实施例中，诊断电路包括高侧导通状态诊断电路和低侧导通状态诊断电路。高侧导通状态诊断电路被配置为监视从电压供应到负载的第一电端子的通过高侧驱动器的电流，并生成指示通过高侧驱动器的电流是高于还是低于预定高侧电流阈值的高侧过电流逻辑信号。低侧导通状态诊断电路被配置为监视从负载的第二电端子到地连接的通过低侧驱动器的电流，并生成指示通过低侧驱动器的电流是高于还是低于预定低侧电流阈值的低侧过电流逻辑信号。该装置还包括：第一锁存器，被配置为捕获高侧过电流逻辑信号的状态；以及第二锁存器，被配置为捕获低侧过电流逻辑信号的状态。
附图说明
图1是根据本发明的用于控制到电负载L的功率的电路的一部分的描绘，其中标识出若干种可能的故障；
图2描绘根据本发明的诊断电路的非限制性实施例；和
图3呈现出根据本发明的将电路输出与检测的故障相关的表。
具体实施方式
当系统使用电子控制器来控制供应给电负载的电功率时，其可能需要识别某些故障状况，使得可以进行适当的通知和/或反应。在其中利用高侧驱动器和低侧驱动器两者来控制功率的系统中，故障状况可以包括与负载、高侧驱动器、低侧驱动器或互连布线相关联的开路或短路状况。作为对故障状况的反应而采取的步骤可以包括禁用到负载的功率流，以便防止负载的不期望的致动和/或保护开关设备免于由于过度的内部功率耗散而损坏。其他反应步骤可以替代地或附加地包括以减小容量的负载的操作、或者备用系统的激活，以便促进故障保护或“跛行回家”操作。还可能附加地需要与故障状况相关的信息的可用性以满足法规要求（例如OBD II）。可能优选的是，在系统的操作期间连续地执行故障检测，而不是仅在专用诊断间隔期间，诸如在系统加电或断电时。
现在参考附图，其中图仅用于图示某些示例性实施例的目的，而不是用于对其进行限制的目的，图1是用于控制到电负载L的功率的电路10的一部分的描绘。电负载L可以是电阻负载或者可以表示具有电阻分量和电感或电容分量的阻抗。电路10包括电连接在功率源Vsys和负载L之间的高侧驱动器12。通过高侧驱动器12的传导被控制输入14所控制，使得驱动器12基于控制输入14处的信号电平而被置于传导状态或者非传导状态。电路10还包括低侧驱动器16，其电连接在负载L和地电位20之间。通过低侧驱动器16的传导被控制输入18所控制，使得驱动器16基于控制输入18处的信号电平而被置于传导状态或非传导状态。术语“高侧”和“低侧”仅用于方便标识驱动器12和16，并不意图将本发明限制于具有用于功率源Vsys的特定极性的电路。
虽然被称为开关，但是高侧驱动器12和/或低侧驱动器16也可以是具有非理想开关特性的组件，例如，在非传导状态下的漏电导、在传导状态下的非零阻抗、非零切换时间和/或在传导状态和非传导状态之间转变时的明显阻抗。在有利实施例中，高侧驱动器12和低侧驱动器16包括MOSFET晶体管。
图1还图示了可能会发生的六种不同的故障状况；开路负载故障状况OL，高侧短路到电池故障HS SCB，低侧短路到地故障LS SCG，低侧短路到电池状况LS SCB，标记为HS SCG的高侧短路到地，以及负载两端的短路SCL。开路负载故障状况OL是通常通过高侧驱动器12和低侧驱动器16之间的负载L存在的传导路径中的中断。开路负载OL故障可能是负载L本身中的开路的结果或高侧驱动器12与负载L之间或低侧驱动器16与负载L之间的任何互连布线中的中断的结果。高侧短路到电池故障HS SCB是从功率源Vsys到将高侧驱动器12和负载L互连的节点的高侧驱动器12两端的短路。低侧短路到地故障LS SCG是从地电位20到将负载L和低侧驱动器16互连的节点的低侧驱动器16两端的短路。低侧短路到电池状况LS SCB是高侧驱动器12和负载L的串联组合两端的短路。高侧短路到地HS SCG是负载L和低侧驱动器16的串联组合两端的短路。如果未被识别，则负载两端的短路SCL将导致当驱动器12、16处于传导状态时的流过高侧驱动器12和低侧驱动器16的过量电流。如果高侧驱动器12和低侧驱动器16没有额定成对过量电流水平进行处理，则该异常高电流可能会导致对高侧驱动器12和低侧驱动器16的损坏或破坏。
在HS SCB和LS SCB故障的命名中的术语“电池”并不意图将本发明限制于其中从电池得到Vsys的电路；相反，Vsys可以是适于向负载L供应功率的任何AC或DC源。在LS SCG和HS SCG故障的命名中的术语“地”并不意图将本发明限制于其中节点20在地电位处或附近的电路；相反，节点20可以处于与适于向负载L供应功率的Vsys的任何电压差。
可能期望的是在系统操作期间负载不被连续激励，而是以其中高侧驱动器12和低侧驱动器16在每个循环的第一部分内处于传导状态并在每个循环的第二部分内处于非传导状态的循环方式向负载施加功率。使高侧驱动器12和低侧驱动器16与负载L串联也允许操作，其中驱动器中的第一个（例如低侧驱动器16）在每个循环的第一部分内被置于“导通”（传导）状态并在每个循环的第二部分内被置于“关断”（非传导）状态，而驱动器中的另一个在驱动器中的第一个处于传导状态时的循环的第一部分期间在传导状态和非传导状态之间切换若干次。到负载的总功率与占空比相关，占空比被定义为当高侧驱动器12和低侧驱动器16两者都传导时的循环内的时间部分与总循环时间之比。每个循环的发起和持续时间可以是基于事件的，例如与诸如燃油喷射到内燃机中的系统事件的发生相关。替代地，每个循环可以是基于时间的，其中每个循环具有预定的持续时间。根据本发明的一方面，其中负载L以循环方式被激励的系统的故障诊断涉及在驱动器12、16处于传导状态时执行一些诊断测试并在驱动器12、16处于非传导状态时执行其他诊断测试。涉及不同故障状态的信息可以在循环期间的不同时间点处可用，并且进行预置来组合该信息以提供特定的故障标识。
在图2中描绘了包含本发明的各方面的诊断电路的非限制性实施例。图2描绘了负载L、高侧驱动器12和低侧驱动器16。高侧驱动器12被示为MOSFET器件，其控制输入14是由高侧栅极（gate）驱动电路34基于由控制逻辑50传送到高侧栅极驱动电路34的命令高侧驱动器状态来提供的。提供高侧栅极关断电路36，该高侧栅极关断电路36能够不顾命令高侧驱动器状态而迫使高侧栅极驱动电路34将高侧驱动器12推到其非传导状态。类似地，低侧驱动器16被描绘为具有控制输入18的MOSFET器件，所述控制输入18由低侧栅极驱动电路38基于由控制逻辑50传送到低侧栅极驱动电路38的命令低侧驱动器状态而提供。提供低侧栅极关断电路40，低侧栅极关断电路40能够不顾命令低侧驱动器状态而迫使栅极驱动电路38将低侧驱动器16推到其非传导状态。
图2还描绘了表示负载L的第一电端子处的电压的节点60a、以及表示负载L的第二电端子的电压的第二节点60b。续流二极管54和第一电容器56被示出为每个从节点60a连接到地，并且第二电容器58被示出为从节点60b连接到地。
图2附加地描绘了上拉电阻器94和下拉电阻器96，上拉电阻器94通过二极管98连接到电压源VDD5并且连接到负载L的第一端子处的节点60a，下拉电阻器96连接到负载L的第二端子处的节点60b。节点60a是到高侧关断状态诊断电路52a的输入，并且节点60b是到低侧关断状态诊断电路52b的输入。在本发明的实施例中，电压源VDD5设定为5伏，上拉电阻器94的电阻为10千欧，下拉电阻器96的电阻为12千欧，并且负载的电阻小于10欧姆。使用这些示例电阻值，在高侧驱动器12和低侧驱动器16两者都关断即两者都不传导的情况下，并且在没有电流进入或离开高侧关断状态诊断电路52a和低侧关断状态诊断电路52b的情况下，节点60a处的电压和节点60b处的电压两者都将约为2.5伏。在开路负载(OL)故障状况的事件中，当高侧驱动器12和低侧驱动器16关断时，节点60a处的电压将被上拉至约5伏并且节点60b处的电压将被下拉到地。因此，上拉电阻器94和下拉电阻器96提供了用于检测开路负载故障状况的部件。
继续参考图2，第一分流电阻器22a连接在功率源Vsys和高侧驱动器12之间。在正常操作下，通过第一分流电阻器22a的电流基本上与通过负载L的电流相同，使得第一分流电阻器22a两端的电压降被用作负载电流L的指示。分流电阻器22a的一个端子处的电压是到高侧导通状态故障诊断电路24a的第一输入26a，并且第一分流电阻器22a的另一端子处的电压是到高侧导通状态故障诊断电路24a的第二输入28a。第一分流电阻器22a两端的电压降被增益放大器110a放大。增益放大器110a的输出被提供给比较器112a的第一输入。比较器112a的第二输入由参考电压源114a提供。如果通过分流电阻器22a的电流低于由分流电阻器22a的电阻值、增益放大器110a的增益和由参考电压源114a提供的参考电压所确定的过电流阈值，则比较器112a的输出将处于第一逻辑状态。如果通过分流电阻器22a的电流高于过电流阈值，则比较器112a的输出将处于第二逻辑状态。比较器112a的输出被提供给消隐（blanking）和滤波电路116a。消隐和滤波电路116a被配置为在使高侧驱动器12和低侧驱动器16导通的命令之后在指定时间间隔Ton_blank内抑制过电流故障的指示，以防止由于与接通通过负载L的电流相关联的正常响应时间的错误状况的误指示。Ton_blank的非限制性示例性值约为20微秒。消隐和滤波电路116a还被配置为在识别出感测故障之前要求感测故障存在至少指定时间间隔Ton_filter，以防止由于过电流信号上的噪声的故障的误指示。
示例性消隐和滤波电路116a提供第一输出30a和第二输出32a。如果通过分流电阻器22a的电流低于过电流阈值，则第一输出30a和第二输出32a将各自处于第一逻辑状态，并且如果通过分流电阻器22a的电流高于过电流阈值，则第一输出30a和第二输出32a将各自处于第二逻辑状态。高侧导通状态诊断电路24a的第二输出32a被提供作为到被描绘为SR锁存器的第一锁存电路46a的输入。当高侧导通状态诊断电路24a检测到过电流故障状况时，即使在不再存在过电流故障状况之后，例如在流过驱动器12、16的电流被中断之后，锁存电路46a也存储故障状况。第一SR锁存器46a的Q输出33a被提供作为到控制器50的输入。控制器50还被配置为生成提供给第一锁存电路46a的R输入的重置信号48a。在有利实施例中，重置信号48a是当低侧驱动器16从其关断状态切换到其导通状态时发送的脉冲。
继续参考图2，第二分流电阻器22b连接在低侧驱动器16和地连接20之间。在正常操作下通过第二分流电阻器22b的电流基本上与通过负载L的电流相同，使得第二分流电阻器22b两端的电压降用作负载电流L的指示。第二分流电阻器22b的一个端子处的电压是到低侧导通状态故障诊断电路24b的第一输入26b，并且第二分流电阻器22b的另一端子处的电压是到低侧导通状态故障诊断电路24b的第二输入28b。出现在故障诊断电路24b的第一输入26b和第二输入28b处的分流电阻器两端的电压降被增益放大器110b放大。增益放大器110b的输出被提供给比较器112b的第一输入。比较器112b的第二输入由参考电压源114b提供。如果通过分流电阻器22b的电流低于由分流电阻器22b的电阻值、增益放大器110b的增益和由参考电压源114b提供的参考电压所确定的过电流阈值，则比较器112b的输出将处于第一逻辑状态。如果通过分流电阻器22b的电流高于过电流阈值，则比较器112b的输出将处于第二逻辑状态。比较器112b的输出被输入到消隐和滤波电路116b。消隐和滤波电路116b被配置为在使高侧驱动器12和低侧驱动器16导通的命令之后在指定时间间隔Ton_blank内抑制过电流故障的指示，以便防止由于与接通通过负载L的电流相关联的正常响应时间的错误状况的误指示。Ton_blank的非限制性示例性值约为20微秒。消隐和滤波电路116b还被配置为在识别出感测故障之前要求感测故障存在至少指定时间间隔Ton_filter，以防止由于过电流信号上的噪声的故障的误指示。
示例性消隐和滤波电路116b提供第一输出30b和第二输出32b。如果通过分流电阻器22b的电流低于过电流阈值，则第一输出30b和第二输出32b将各自处于第一逻辑状态，并且如果通过分流电阻器22b的电流高于过电流阈值，则第一输出30b和第二输出32b将各自处于第二逻辑状态。低侧导通状态诊断电路24b的第二输出32b被提供作为到第二锁存电路46b的输入。第二锁存电路46b被描绘为SR锁存器。当低侧导通状态诊断电路24b检测到过电流故障状况时，即使在不再存在过电流故障状况之后，例如在流过驱动器12、16的电流被中断之后，锁存电路46b也存储故障状况。第二SR锁存器46b的Q输出33b被提供作为到控制器50的输入。控制器50还被配置为生成提供给第二锁存电路46b的R输入的重置信号48b，以重置锁存电路。在有利实施例中，重置信号48b是当低侧驱动器16从其关断状态切换到其导通状态时发送的脉冲。
过电流故障可能是短路到电池(SCB)状况、短路到地(SCG)故障状况或短路负载(SCL)故障状况的结果。无论过电流故障的根本原因如何，都期望在识别出过电流故障时立即禁用流过高侧驱动器12和低侧驱动器16的电流，以防止由于驱动器12、16中的过量电流和/或过多功率耗散而导致的对驱动器12、16的损坏。图2所示的电路包括具有两个输入的第一或门42，第一输入是来自高侧导通状态诊断电路24a的输出30a，并且第二输入是来自低侧导通状态诊断电路24b的输出30b。第一或门42的输出被提供作为到高侧栅极关断电路36的输入。图2所示的电路还包括具有两个输入的第二或门44，第一输入是来自高侧导通状态诊断电路24a的输出30a，并且第二输入是来自低侧导通状态诊断电路24b的输出30b。第二或门44的输出被提供作为到低侧栅极关断电路40的输入。因此，图2的电路被配置为在检测到高侧分流电阻器22a或低侧分流电阻器22b处的过电流状况时关断高侧驱动器12和低侧驱动器16两者。
在前面的描述中，高侧导通状态诊断电路24a的输入电压即节点26a和节点28a之间的电压差是分流电阻器22a两端的电压降。在替代实施例中，高侧导通状态诊断电路24a的输入电压可以是高侧驱动器12的漏极到源极电压。类似地，低侧导通状态诊断电路24b的输入电压即节点26b和节点28b之间的电压差是分流电阻器22b两端的电压降。在替代实施例中，低侧导通状态诊断电路24b的输入电压可以是低侧驱动器16的漏极到源极电压。
除了高侧导通状态诊断电路24a和低侧导通状态诊断电路24b之外，图2还包括高侧关断状态诊断电路52a和低侧关断状态诊断电路52b。
高侧关断状态故障诊断电路52a包括通过二极管62a连接到电压源VDD5并且可通过开关86a连接到输入端子60a的第一电流源64a。在图2所示的非限制性示例性实施例中，电压源VDD5标称为5伏，并且当端子60a处的电压高于5伏时，例如，当负载L被激励时，二极管62a防止电流从输入端子60a流到电压源VDD5。关断状态故障诊断电路52a还包括第二电流源66a，其连接到输入端子60a并且可通过开关88a连接到地。开关86a和88a的操作被控制器50控制。
高侧关断状态诊断电路52a还包括第一比较器72a，其具有作为第一输入的第一参考电压源74a和作为第二输入的输入端子60a处的电压。诊断电路52a还包括第二比较器76a，其具有作为第一输入的第二参考电压源78a和作为第二输入的输入端子60a处的电压。在有利实施例中，第一参考电压源74a被设置为高电压阈值电压VHVT，其高于由包括上拉电阻器94和下拉电阻器96的分压器所设置的标称电压，而第二参考电压源78a被设置为低电压阈值电压VLVT，其小于由包括上拉电阻器94和下拉电阻器96的分压器所设置的标称电压。
在操作中，可以控制高侧关断状态诊断电路52a中的开关86a，以选择性地将高侧关断状态诊断电路52a中的电流源64a连接到与输入端子60a连接的电容器56以对电容器56充电，并且可以控制高侧关断状态诊断电路52a中的开关88a，以选择性地将高侧关断状态诊断电路52a中的电流源66a连接到电容器56以使电容器56放电。当电容器56充电和放电时，输入端子60a处的电压电平由高侧关断状态诊断电路52a中的比较器72a和76a监视。比较器72a的输出和比较器76a的输出被输入到消隐和滤波电路92a。消隐和滤波电路92a被配置用于在使高侧驱动器12关断的命令之后的指定时间间隔Toff_blank内，以便防止由于与切断通过负载L的电流相关联的正常响应时间的错误状况的误指示。Toff_blank的非限制性示例值约为1毫秒。消隐和滤波电路92a还被配置为在识别出感测故障之前要求感测故障存在至少指定时间间隔Toff_filter，以防止由于信号上的噪声的错误的误指示。示例性消隐和滤波电路92a提供基于比较器72a的输出的第一输出82a、以及基于比较器76a的输出的第二输出84a。
如上所述，高侧关断状态诊断电路52a的输出即第一比较器72a的输出和第二比较器76a的输出可以用于确定存在三种状况中的哪一种，三种状况是：(1)端子60a处的电压小于VLVT；(2)端子60a处的电压大于VLVT且小于VHVT；以及(3)端子60a处的电压大于VHVT。
低侧关断状态故障诊断电路52b包括通过二极管62b连接到电压源VDD5并且可通过开关86b连接到输入端子60b的第一电流源64b。在图2所示的非限制性示例性实施例中，电压源VDD5标称为5伏，并且当端子60b处的电压高于5伏时，例如，在低侧短路到电池状况的事件中，二极管62b防止电流从输入端子60b流到电压源VDD5。关断状态故障诊断电路52b还包括连接到输入端子60b并且可通过开关88b连接到地的第二电流源66b。开关86b和88b的操作被控制器50控制。
低侧关断状态诊断电路52b还包括第一比较器72b，其具有作为第一输入的第一参考电压源74b和作为第二输入的输入端子60b处的电压。诊断电路52b还包括第二比较器76b，其具有作为第一输入的第二参考电压源78b和作为第二输入的输入端子60b处的电压。在有利实施例中，第一参考电压源74b被设置为高电压阈值电压VHVT，其高于由包括上拉电阻器94和下拉电阻器96的分压器所设置的标称电压，而第二参考电压源78b被设置为低电压阈值电压VLVT，其小于由包括上拉电阻器94和下拉电阻器96的分压器所设置的标称电压。
在操作中，可以控制低侧关断状态诊断电路52b中的开关86b，以选择性地将低侧关断状态诊断电路52b中的电流源64b连接到与输入端子60b连接的电容器58以对电容器58充电，并且可以控制低侧关断状态诊断电路52b中的开关88b，以选择性地将低侧关断状态诊断电路52b中的电流源66b连接到电容器58以使电容器58放电。当电容器58充电和放电时，输入端子60b处的电压电平由低侧关断状态诊断电路52b中的比较器72b和76b监视。比较器72b的输出和比较器76b的输出被输入到消隐和滤波电路92b。消隐和滤波电路92b被配置用于在使低侧驱动器16关断的命令之后的指定时间间隔Toff_blank内，以便防止由于与切断通过负载L的电流相关联的正常响应时间的错误状况的误指示。Toff_blank的非限制性示例性值约为1毫秒。消隐和滤波电路92b还被配置为在识别出感测故障之前要求感测故障存在至少指定时间间隔Toff_filter，以防止由于信号上的噪声的错误的误指示。示例性消隐和滤波电路92b提供基于比较器72b的输出的第一输出82b、以及基于比较器76b的输出的第二输出84b。
如上所述，低侧关断状态诊断电路52b的输出即第一比较器72b的输出和第二比较器76b的输出可以用于确定存在三种状况中的哪一种，三种状况是：(1)端子60b处的电压小于VLVT；(2)端子60b处的电压大于VLVT且小于VHVT；以及(3)端子60b处的电压大于VHVT。
上述诊断电路的可能逻辑状态输出的各种组合以及由每种组合指示的故障状况可以总结在如图3所示的表中。在图3的表中，与诊断电路相关联的标识符33a、33b、52a和52b指的是图2中所指示的名称。与高侧导通状态诊断电路锁存输出33a或低侧导通状态诊断电路锁存输出33b相关联的“1”指示在高侧驱动器12和低侧驱动器16的导通状态期间由相应的导通状态诊断电路检测到过电流状况。与高侧导通状态诊断电路锁存输出33a或低侧导通状态诊断电路锁存输出33b相关联的“0”指示在高侧驱动器12和低侧驱动器16的导通状态期间相应的导通状态诊断电路未检测到过电流状况。
继续参考图3，该表包括标记为“在Ton_blank时间期满之前检测到OC”的列，其中针对与高侧导通状态诊断电路锁存输出33a或低侧导通状态诊断电路锁存输出33b上的过电流(OC)检测相关联的每一行具有“是”或“否”条目。“是”条目指示在Ton_blank时间期满之前检测到过电流状况，这可能发生在LS SCB（低侧短路到电池）故障、HS SCG（高侧短路到地）故障、或SCL（短路负载）故障的事件中。
图3中的表还包括标题“高侧关断状态诊断电路(52a)”下的三列、以及标题“低侧关断状态诊断电路(52b)”下的三列。如前所述，高侧关断状态诊断电路52a和低侧关断状态诊断电路52b中的每一个的输出可以用于确定相应输入电压60a、60b是小于低电压阈值VLVT、在低电压阈值VLVT和高电压阈值VHVT之间、还是高于高电压阈值VHVT。标题“高侧关断状态诊断电路(52a)”下的三列和标题“低侧关断状态诊断电路(52b)”下的三列中的表单元中的“1”指示相应电压60a、60b的电平。
如图3中的表所示，由图2中的诊断电路生成的逻辑信号可以用于查明存在关于图1所图示和讨论的六种可能故障状况中的哪一种（如果有的话）。在有利实施例中，控制器50响应于指示的故障状况是适于特定故障状况的方式，其可以取决于所标识的特定故障状况而变化。由控制器50的响应可以包括但不限于存储诊断代码、点亮指示灯、或以减小容量操作负载以提供故障保护或跛行回家功能。
如上所述，控制器50可以是单个设备或多个设备。控制模块、模块、控制器、控制单元、控制逻辑、处理器和类似术语意味着（一个或多个）专用集成电路(ASIC)、（一个或多个）电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的（一个或多个）中央处理单元（优选为（一个或多个）微处理器）和相关联的存储器和存储装置（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、（一个或多个）组合逻辑电路、（一个或多个）输入/输出电路和设备、适当的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其他合适组件中的一个或多个中的任何合适一种或各种组合。控制器50具有一组控制算法，包括存储在存储器中并被执行以提供期望功能的驻留软件程序指令和校准。优选地，在预设的循环周期期间执行算法。算法诸如通过中央处理单元执行，并且可操作以监视来自感测设备和其他联网控制模块的输入，并执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。可以在正在进行的引擎和车辆操作期间以规则的时间间隔执行循环周期。替代地，可以响应于事件的发生而执行算法。
本公开已经描述了某些优选实施例及对其的修改。在阅读和理解说明书之后，其他人可能想到进一步的修改和改变。因此，意图是本公开内容不限于公开为被考虑用于实施本公开内容的最佳模式的（一个或多个）特定实施例，而本公开内容将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种用于控制向具有第一电端子和第二电端子的负载施加电功率的装置，所述装置包括：
控制器；
高侧驱动器，电连接到电压供应和负载的第一电端子，高侧驱动器可控制为其中从电压供应流到负载的电流被启用的导通状态、以及其中从电压供应流到负载的电流被禁用的关断状态；
低侧驱动器，电连接到负载的第二电端子和地连接，低侧驱动器可控制为其中从负载流到地连接的电流被启用的导通状态、以及其中从负载流到地连接的电流被禁用的关断状态；和
诊断电路，被配置为感测故障状况并生成指示故障状况的信号；
其中，诊断电路包括高侧关断状态诊断电路和低侧关断状态诊断电路；
其中，高侧关断状态诊断电路包括至少一个电流源和高侧电压比较部件，所述电流源被配置为可连接到负载的第一电端子以便能够对从负载的第一电端子连接到地连接的第一电容器进行充电和/或放电，所述高侧电压比较部件被配置为指示负载的第一电端子处的电压是小于高侧低电压阈值、在高侧低电压阈值和高侧高电压阈值之间、还是高于高侧高电压阈值，其中高侧高电压阈值是比高侧低电压阈值更高的电压；
其中，低侧关断状态诊断电路包括至少一个电流源和低侧电压比较部件，所述电流源被配置为可连接到负载的第二电端子以便能够对从负载的第二电端子连接到地连接的第二电容器进行充电和/或放电，所述低侧电压比较部件被配置为指示负载的第二电端子处的电压是小于低侧低电压阈值、在低侧低电压阈值和低侧高电压阈值之间、还是高于低侧高电压阈值，其中低侧高电压阈值是比低侧低电压阈值更高的电压。
2.如权利要求1所述的装置，其中在感测到导致通过高侧驱动器、低侧驱动器和/或负载的电流超过预定电流阈值的故障状况时，发送第一控制信号以将高侧驱动器控制为其关断状态，并且发送第二控制信号以将低侧驱动器控制为其关断状态。
3.如权利要求2所述的装置，其中，导致通过高侧驱动器、低侧驱动器和/或负载的电流超过预定电流阈值的故障状况是高侧短路到地故障状况、低侧短路到电池故障状况、或短路负载故障状况。
4.如权利要求1所述的装置，其中，诊断电路包括高侧导通状态诊断电路和低侧导通状态诊断电路；
其中，高侧导通状态诊断电路被配置为监视从电压供应到负载的第一电端子的通过高侧驱动器的电流，并生成指示通过高侧驱动器的电流是高于还是低于预定高侧电流阈值的高侧过电流逻辑信号；
其中，低侧导通状态诊断电路被配置为监视从负载的第二电端子到地连接的通过低侧驱动器的电流，并生成指示通过低侧驱动器的电流是高于还是低于预定低侧电流阈值的低侧过电流逻辑信号；
所述装置还包括：第一锁存器，其被配置为捕获高侧过电流逻辑信号的状态；以及第二锁存器，其被配置为捕获低侧过电流逻辑信号的状态。
5.如权利要求1所述的装置，还包括连接在参考电压源和负载的第一电端子之间的上拉电阻器、以及连接在负载的第二电端子和地之间的下拉电阻器。
6.如权利要求5所述的装置，其中，上拉电阻器和下拉电阻器的电阻值被预先选择成使得当高侧驱动器和低侧驱动器两者都被控制为其相应的关断状态时，负载的第一电端子处的电压在高侧低电压阈值和高侧高电压阈值之间并且负载的第二电端子处的电压在低侧低电压阈值和低侧高电压阈值之间。
7.如权利要求4所述的装置，其中，所述诊断电路被配置为感测和标识第一故障状况，其中所述第一故障状况是开路负载故障状况；
其中所述诊断电路被配置为感测和标识第二故障状况，其中所述第二故障状况是高侧短路到电池故障状况；
其中所述诊断电路被配置为感测和标识第三故障状况，其中所述第三故障状况是低侧短路到地故障状况；
其中所述诊断电路被配置为感测和标识第四故障状况，其中所述第四故障状况是高侧短路到地故障状况；
其中所述诊断电路被配置为感测和标识第五故障状况，其中所述第五故障状况是低侧短路到电池故障状况；
其中所述诊断电路被配置为感测和标识第六故障状况，其中所述第六故障状况是短路负载故障状况；
其中所述诊断电路被配置为感测和标识其中不存在所述第一故障状况、所述第二故障状况、所述第三故障状况、所述第四故障状况、所述第五故障状况和所述第六故障状况中的任一个的状况；并且
其中所述诊断电路被配置为基于高侧过电流逻辑信号、低侧过电流逻辑信号、来自高侧电压比较部件的信号和来自低侧电压比较部件的信号来感测和标识所述第一故障状况、所述第二故障状况、所述第三故障状况、所述第四故障状况、所述第五故障状况和所述第六故障状况。
8.如权利要求1所述的装置，其中，当由控制器关断高侧驱动器和低侧驱动器时，由控制器控制高侧关断状态诊断电路和低侧关断状态诊断电路。
9.如权利要求1所述的装置，其中，高侧关断状态诊断电路包括经由第一开关连接到负载的第一电端子以用于对第一电容器充电的第一电流源、以及经由第二开关连接到负载的第一电端子以用于使第一电容器放电的第二电流源；并且其中低侧关断状态诊断电路包括经由第三开关连接到负载的第二电端子以用于对第二电容器充电的第三电流源、以及经由第四开关连接到负载的第二电端子以用于使第二电容器放电的第四电流源，第一、第二、第三和第四开关中的每一个连接到控制器并由控制器所控制。
10.一种诊断用于控制向具有第一电端子和第二电端子的负载施加电功率的装置中的故障的方法，所述装置包括：
控制器；
高侧驱动器，电连接到电压供应和负载的第一电端子，高侧驱动器可控制为其中从电压供应流到负载的电流被启用的导通状态、以及其中从电压供应流到负载的电流被禁用的关断状态；
低侧驱动器，电连接到负载的第二电端子和地连接，低侧驱动器可控制为其中从负载流到地连接的电流被启用的导通状态、以及其中从负载流到地连接的电流被禁用的关断状态；和
诊断电路，被配置为感测故障状况并生成指示故障状况的信号；
所述方法包括下述步骤：
提供被配置为可连接到负载的第一电端子以用于对从负载的第一电端子连接到地连接的第一电容器进行充电和/或放电的至少一个电流源，
提供高侧电压比较部件，其被配置为指示负载的第一电端子处的电压是小于高侧低电压阈值、在高侧低电压阈值和高侧高电压阈值之间、还是高于高侧高电压阈值，其中高侧高电压阈值是比高侧低电压阈值更高的电压，
提供被配置为可连接到负载的第二电端子以用于对从负载的第二电端子连接到地连接的第二电容器进行充电和/或放电的至少一个电流源，以及
提供低侧电压比较部件，其被配置为指示负载的第二电端子处的电压是小于低侧低电压阈值、在低侧低电压阈值和低侧高电压阈值之间、还是高于低侧高电压阈值，其中低侧高电压阈值是比低侧低电压阈值更高的电压。
11.如权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
感测故障状况是否导致通过高侧驱动器、低侧驱动器和/或负载的电流超过预定电流阈值，以及
当感测到导致通过高侧驱动器、低侧驱动器和/或负载的电流超过预定电流阈值的故障状况时，发送将高侧驱动器控制为其关断状态的第一控制信号和将低侧驱动器控制为其关断状态的第二控制信号。
12.如权利要求11所述的方法，其中，被感测到的导致通过高侧驱动器、低侧驱动器和/或负载的电流超过预定电流阈值的故障状况是高侧短路到地故障状况、低侧短路到电池故障状况、或短路负载故障状况。
13.如权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
监视从电压供应到负载的第一电端子的通过高侧驱动器的电流，并生成指示通过高侧驱动器的电流是高于还是低于预定高侧电流阈值的高侧过电流逻辑信号；
监视从负载的第二电端子到地连接的通过低侧驱动器的电流，并生成指示通过低侧驱动器的电流是高于还是低于预定低侧电流阈值的低侧过电流逻辑信号；
提供第一锁存器，其被配置为捕获高侧过电流逻辑信号的状态；和
提供第二锁存器，其被配置为捕获低侧过电流逻辑信号的状态。
14.如权利要求10所述的方法，还包括：
由控制器控制高侧驱动器和低侧驱动器处于关断状态；
当高侧驱动器和低侧驱动器处于关断状态时，将至少一个电流源连接到负载的第一电端子，并确定高侧电压比较部件是否指示负载的第一电端子处的电压是小于高侧低电压阈值、在高侧低电压阈值和高侧高电压阈值之间、还是高于高侧高电压阈值；
当高侧驱动器和低侧驱动器处于关断状态时，将至少一个电流源连接到负载的第二电端子，并确定低侧电压比较部件是否指示负载的第二电端子处的电压是小于低侧低电压阈值、在低侧低电压阈值和低侧高电压阈值之间、还是高于低侧高电压阈值。
15.如权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
提供连接在参考电压源和负载的第一电端子之间的上拉电阻器，和
提供连接在负载的第二电端子和地之间的下拉电阻器。
16.如权利要求15所述的方法，其中，还包括以下步骤：将上拉电阻器和下拉电阻器的电阻值预先选择成使得当高侧驱动器和低侧驱动器两者都被控制为其相应的关断状态时，负载的第一电端子处的电压在高侧低电压阈值和高侧高电压阈值之间并且负载的第二电端子处的电压在低侧低电压阈值和低侧高电压阈值之间。
17.如权利要求13所述的方法，其中以下步骤：
当存在开路负载故障状况时，感测并标识开路负载故障状况，
当存在高侧短路到电池故障状况时，感测并标识高侧短路到电池故障状况，
当存在低侧短路到地故障状况时，感测并标识低侧短路到地故障状况，
当存在高侧短路到地故障状况时，感测并标识高侧短路到地故障状况，
当存在时感测并标识低侧短路到电池故障状况，
当存在时感测并标识短路负载故障状况，和
当不存在开路负载故障状况、高侧短路到电池故障状况、低侧短路到地故障状况、高侧短路到地故障状况、低侧短路到电池故障状况、以及短路负载故障状况中的任一个时，指示“没有故障”状况
是基于高侧过电流逻辑信号、低侧过电流逻辑信号、来自高侧电压比较部件的信号和来自低侧电压比较部件的信号。
18.如权利要求10所述的方法，还包括：
当存在开路负载故障状况时，感测并标识开路负载故障状况，
当存在高侧短路到电池故障状况时，感测并标识高侧短路到电池故障状况，
当存在低侧短路到地故障状况时，感测并标识低侧短路到地故障状况，
当存在高侧短路到地故障状况时，感测并标识高侧短路到地故障状况，
当存在时感测并标识低侧短路到电池故障状况，
当存在时感测并标识短路负载故障状况，和
当不存在开路负载故障状况、高侧短路到电池故障状况、低侧短路到地故障状况、高侧短路到地故障状况、低侧短路到电池故障状况、以及短路负载故障状况中的任一个时，指示“没有故障”状况。
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