CN109900951B - 一种新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路，包括：静电防护电路、第一滤波电路、第二滤波电路、隔离跟随电路和诊断复位电路，其中，静电防护电路可对接插件拆装过程中带来的静电进行有效防护；滤波电路可以滤除信号中的干扰部分；隔离跟随电路在不影响输入模拟信号的情况下将信号送入诊断复位电路进行电压比较；诊断复位电路通过电压比较的方式，将输入信号与相应的阻值配比分压设置的门限进行比较，并能有效对超限信号的比较结果进行故障锁存，并且可基于微处理器输出的复位信号来对故障锁存进行复位，确保输入信号在设计范围内时，电路可以正常工作。此外，本发明的电路完全由硬件实现，具有可靠，快速响应，低成本的特点。

Description

一种新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路。

背景技术

新能源汽车电流传感器信号在电机控制系统中具有非常关键的作用，该信号直接反应了电机转矩的大小。新能源电机控制器需要实时检测转矩信号，转速信号和电机位置信号等信息调节驱动输出来进行整车的控制。

在实际使用过程中，由于汽车振动环境以及线束的摩擦，可能引起电流传感器信号对电源短路、对地短路、开路等故障；汽车电磁环境，容易对电流传感器信号造成一定的高频噪声干扰；线束的拆装会引入静电造成控制内部器件的静电损伤；电机过载时，电流传感器信号会超过设定限值，需要在电流传感器信号超过阈值限制时及时判断响应，做出相应的保护动作，防止过流对汽车电气系统造成损伤。

发明内容

针对现有的电流传感器信号可能出现的对电源短路，对地短路，开路，过流四种故障进行诊断和锁存，区别于使用传统复杂可编程逻辑器件(CPLD)处理电路，本发明提供一种有效诊断，锁存和复位的低成本的新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供的新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路，包括：静电防护电路、第一滤波电路、第二滤波电路、隔离跟随电路和诊断复位电路，

所述静电防护电路，用于对电流传感器信号进行静电防护处理，并将经处理后的信号分别发送给所述第一滤波电路和所述第二滤波电路；

所述第一滤波电路，用于对经静电防护处理后的信号进行滤波处理，得到第一滤波信号，并发送给微处理器；

所述第二滤波电路，用于对经静电防护处理后的信号进行滤波处理，得到第二滤波信号，并发送给所述隔离跟随电路；

所述隔离跟随电路，用于对所述第二滤波信号进行隔离跟随处理，得到隔离跟随信号，并发送给所述诊断复位电路；

所述诊断复位电路，用于：将所述隔离跟随信号与预设的信号范围进行比较，基于比较结果生成相应的信号诊断结果，并发送给所述微处理器；在所述隔离跟随信号存在故障时，持续输出表征信号故障的诊断结果，对故障进行锁存；以及

通过选择性接收所述微处理器发送的复位信号，消除信号故障和恢复正常诊断，所述复位信号在采样信号表征信号恢复正常时，基于预设的控制指令发送。

可选地，所述预设的信号范围由预设的低门限电压值和预设的高门限电压值确定；

在所述隔离跟随信号存在故障时，持续输出表征信号故障的诊断结果，对故障进行锁存包括：

在所述隔离跟随信号存在故障时，将表征信号故障的诊断结果对应的电压值作为用于比较的高门限电压值，以持续输出表征信号故障的诊断结果，所述表征信号故障的诊断结果对应的电压值小于所述隔离跟随信号对应的电压值。

可选地，所述复位信号包括用于消除信号故障的高电平复位信号和用于恢复正常诊断功能的低电平复位信号，所述高电平复位信号对应的电压值大于等于所述预设的高门限电压值；

所述选择性接收所述微处理器发送的复位信号，消除信号故障和恢复正常诊断包括：

在所述微处理器输出高电平复位信号时，接收所述高电平复位信号并将所述高电平复位信号对应的电压值作为用于比较的高门限电压值，使得所述隔离跟随信号对应的电压值落入预设的低门限电压值和高电平复位信号对应的电压值之间，从而消除信号故障；以及

在所述微处理器输出低电平复位信号时，阻止所述低电平复位信号的输入，并将用于比较的高门限电压值恢复至所述预设的高门限电压值，从而恢复正常诊断功能。

可选地，所述诊断复位电路包括第一电路和第二电路；

所述第一电路包括第一分压电路和第一比较器，所述第二电路包括第二分压电路、第二比较器和二极管；

所述第一分压电路包括串联在电源电压和地线之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一比较器用于将隔离跟随信号对应的电压值和所述预设的低门限电压值进行比较，得到第一诊断结果；所述隔离跟随信号输入到所述第一比较器的同相输入端，经所述第二电阻和所述第三电阻分压后的电压输入到所述第一比较器的反向输入端，作为所述预设的低门限电压值；

所述第二分压电路包括串联在电源电压和地线之间的第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第二比较器用于将隔离跟随信号对应的电压值和所述预设高门限电压值进行比较，得到第二诊断结果；所述二极管一端连接所述微处理器，另一端连接至所述第五电阻和所述第六电阻的连接线上；所述隔离跟随信号输入到所述第二比较器的反向输入端，经所述第六电阻分压后的电压输入至所述第二比较器的同相输入端，作为所述预设的高门限电压值；

其中，所述第一诊断结果和所述第二诊断结果经过线与后生成所述信号诊断结果，输入至所述微处理器中，并通过所述第五电阻反馈至所述第二比较器的同相输入端；所述微处理器输出的复位信号通过所述二极管选择性输入到所述第二比较器的同向输入端。

可选地，所述隔离跟随电路由限流电阻、滤波电容和运算放大器组成，其中，所述第二滤波信号通过所述限流电阻和所述滤波电容组成的低通滤波器后进入到所述运算放大器的正向输入端，所述运算放大器的反向输入端与输出端连接。

本发明实施例提供的新能源汽车电流传感器信号处理和诊断复位电路，静电防护电路可对接插件拆装过程中带来的静电进行有效防护；滤波电路可以滤除信号中的干扰部分；隔离跟随电路可以在不影响输入模拟信号的情况下将信号送入诊断复位电路进行电压比较；诊断复位电路可以通过电压比较的方式，将输入信号与相应的阻值配比分压设置的门限进行比较，并能有效对超限信号的比较结果进行故障锁存，并可根据微处理器输出的复位信号来对故障锁存进行复位，确保输入信号在设计范围内时，电路可以正常工作。此外，本发明实施例提供的电路完全由硬件实现，具有可靠，快速响应，低成本的特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路的电路原理框图；

图2是图1中的静电防护电路示意图；

图3是图1中的滤波电路示意图；

图4是图1中的滤波电路和隔离跟随电路示意图；

图5是图1中的诊断复位电路示意图；

图6是未增加故障锁存和复位功能的诊断输出示意图；

图7是增加了故障锁存和复位功能的诊断输出示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的技术思想在于，在常用的电流传感器信号的静电防护以及噪声滤除基础上，增加了分立器件搭建的诊断和故障锁存电路，能够对电流传感器信号进行有效监控，可以实现电流传感器信号对电源短路、对地短路、开路和幅值超限的诊断功能，并对诊断结果进行故障锁存。在电流传感器信号恢复正常后，微处理器可以进行对诊断复位电路进行恢复，使诊断复位电路正常工作。

如图1所示，本发明实施例提供的电流传感器信号处理和诊断电路，包括：静电防护电路1、第一滤波电路2、第二滤波电路3、隔离跟随电路4和诊断复位电路5。其中，所述静电防护电路1，用于对电流传感器信号进行静电防护处理，并将经处理后的信号分别发送给所述第一滤波电路2和所述第二滤波电路3；所述第一滤波电路2，用于对经静电防护处理后的信号进行滤波处理，得到第一滤波信号，并发送给微处理器6；所述第二滤波电路3，用于对经静电防护处理后的信号进行滤波处理，得到第二滤波信号，并发送给所述隔离跟随电路4；所述隔离跟随电路4，用于对所述第二滤波信号进行隔离跟随处理，得到隔离跟随信号，并发送给所述诊断复位电路5；所述诊断复位电路5，用于：将所述隔离跟随信号与预设的信号范围进行比较，基于比较结果生成相应的信号诊断结果，并发送给所述微处理器；在所述隔离跟随信号存在故障时，持续输出表征信号故障的诊断结果，对故障进行锁存；以及通过选择性接收所述微处理器发送的复位信号，消除信号故障和恢复正常诊断，所述复位信号在采样信号表征信号恢复正常时，基于预设的控制指令发送。

进一步地，所述预设的信号范围由预设的低门限电压值和预设的高门限电压值确定，预设的低门限电压值和预设的高门限电压值由诊断复位电路的分压电阻确定。在所述隔离跟随信号存在故障时，持续输出表征信号故障的诊断结果，对故障进行锁存可包括：在所述隔离跟随信号存在故障时，将表征信号故障的诊断结果对应的电压值作为用于比较的高门限电压值，以持续输出表征信号故障的诊断结果，所述表征信号故障的诊断结果对应的电压值小于所述隔离跟随信号对应的电压值。

进一步地，所述复位信号包括用于消除信号故障的高电平复位信号和用于恢复正常诊断功能的低电平复位信号，所述高电平复位信号对应的电压值大于等于所述预设的高门限电压值；选择性接收所述微处理器发送的复位信号，消除信号故障和恢复正常诊断包括：在所述微处理器6输出高电平复位信号时，接收所述高电平复位信号并将所述高电平复位信号对应的电压值作为用于比较的高门限电压值，使得所述隔离跟随信号对应的电压值落入预设的低门限电压值和高电平复位信号对应的电压值之间，从而消除信号故障；以及在所述微处理器6输出低电平复位信号时，阻止所述低电平复位信号的输入，并将用于比较的高门限电压值恢复至所述预设的高门限电压值，从而恢复正常诊断功能。

此外，在本发明实施例中，电流传感器信号可为三相交流信号中的任一相电流传感器信号。

以下，结合图2至图7对本发明实施例的新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路进行详细说明。

如图2所示，静电防护电路1由保护电容C1和诊断电阻R1构成。电流传感器的信号经过静电保护电容C1和诊断电阻R1进入到静电防护电路中。其中保护电容C1可以有效滤除ESD放电，诊断电阻R1下拉至GND(地线)，可以在开路时为诊断复位电路5提供一个稳定状态，有利于诊断复位电路5进行故障诊断。

如图3所示，第一滤波电路2和第二滤波电路3分别为由电阻R2和电容C2组成的一阶RC无源低通滤波电路，用于滤除和衰减高频干扰信号。滤波电路的截止频率可以通过调整电阻R2的阻值和电容C2的容值进行改变，满足不同频率的电流传感器信号的需求。

如图4所示，隔离跟随电路4由限流电阻R3、滤波电容C3和运算放大器U1组成，其中，所述第二滤波信号通过所述限流电阻R3和所述滤波电容C2组成的低通滤波器后进入到所述运算放大器U1的正向输入端(即5脚)，所述运算放大器U1的反向输入端(即4脚)与输出端(即2脚)连接。本发明实施例的隔离跟随电路4的特点为：运放正常供电时，2脚输出与5脚输入相等；运放输入阻抗大，输入信号不会因为输出端所接电路的负载情况而受到影响，保证了在进行信号诊断的同时不影响电流传感器信号的准确性，起到良好的隔离缓冲作用。

在本发明实施例中，诊断复位电路5具有故障锁存和复位功能。以下结合图5对诊断复位电路5的故障锁存和复位功能进行具体介绍。

如图5所示，诊断复位电路5可包括第一电路和第二电路。其中，第一电路可包括第一分压电路和第一比较器U2，第二电路可包括第二分压电路、第二比较器U3和二极管D1。其中，所述第一分压电路可包括串联在电源电压VCC和地线GND之间的第一电阻R4、第二电阻R5和第三电阻R6，所述第二分压电路可包括串联在电源电压VCC和地线GND之间的第四电阻R7、第五电阻R8和第六电阻R9；其中，经过隔离跟随电路的隔离跟随信号SG2分别输入到所述第一比较器U2的同相输入端5脚和所述第二比较器U2的反向输入端4脚，经所述第二电阻R5和所述第三电阻R6分压后的电压输入到所述第一比较器U2的反向输入端4脚，作为所述预设的低门限电压值，预设的低门限电压值可具体表示为：V_{TC_L}＝VCC*(R5+R6)/(R4+R5+R6)；经所述第六电阻R9分压后的电压输入至所述第二比较器U3的同相输入端5脚，作为所述预设的高门限电压值，预设的高门限电压值可具体表示为：V_{TC_H}＝VCC*R9/(R7+R8+R9)。需要注意的是，在电阻阻值的选择时需要注意按照需要限定的门限值进行配置，并且保证V_{TC_L}<V_{TC_H}。

其中，在发生信号故障之前，诊断复位电路5通过第一比较器U2和第二比较器U3分别将隔离跟随信号SG2与预设的低门限电压值和预设的高门限电压值进行比较，在信号故障发生阶段，第二比较器U3分别将隔离跟随信号SG2与表征信号故障的低电平对应的电压值和微处理器6输出的高电平信号对应的电压值进行比较。具体地，在发生信号故障之前，所述第一比较器U2将输入的隔离跟随信号SG2对应的电压值和所述预设的低门限电压值V_{TC_L}进行比较，得到第一诊断结果，在隔离跟随信号SG2对应的电压值大于低门限电压值V_{TC_L}时，第一诊断结果为高电平，否则为低电平；所述第二比较器U3将输入的隔离跟随信号SG2对应的电压值和所述预设的高门限电压值V_{TC_H}进行比较，得到第二诊断结果，在隔离跟随信号SG2对应的电压值小于高门限电压值V_{TC_H}时，第二诊断结果为高电平，否则为低电平；所述第一诊断结果和所述第二诊断结果经过线与后生成信号诊断结果DIG_IN，并输入至所述微处理器6中，以及通过所述第五电阻R8反馈至所述第二比较器U3的同相输入端5脚。在信号故障发生阶段，第一比较器U2的比较方式不变，第二比较器U3将隔离跟随信号SG2与新的用于比较的电压值进行比较。其中，信号诊断结果DIG_IN在第一诊断结果和第二诊断结果都为高电平时，为高电平，否则为低电平，该低电平对应的电压值小于预设的低门限电压值。

二极管D1一端与微处理器6连接，另一端连接至第五电阻R8和第六电阻R9的连接线连接，用于将微处理器6输出的复位信号DIG_RST选择性输入到诊断复位电路5中。如图5所示，在微处理器6输出的高电平复位信号DIG_RST时，二极管D1导通，该高电平复位信号通过二极管D1输入至所述第五电阻R8和所述第六电阻R9的连接线上，进而输入到第二比较器U3的同向输入端5脚，在微处理器6输出低电平复位信号时，二极管D1截止，该信号不会对第二比较器U3产生影响。此外，二极管D1还可以有效防止诊断复位电路的高门限电压值对微处理器的引脚倒灌电流。

本发明实施例提供的诊断复位电路的工作原理为：

(1)当V_{TC_L}≤V_SG2≤V_{TC_H}时，比较器U2和U3都输出高电平，即DIG_IN为高，微处理器6判断输入信号为正常状态。

(2)当V_SG2<V_{TC_L}或V_SG2>V_{TC_H}时，如果没有具备故障锁存的诊断复位电路，比较器输出结果DIG_IN如图6所示，DIG_IN会不断的在高电平和低电平之间跳动，微处理器6不同时刻采集到的电平不稳定。本发明实施例提供的具有故障锁存和复位功能的电路解决了这个问题，如图7所示，假定在t1时刻之前，V_SG2<V_{TC_L}或V_SG2>V_{TC_H}，比较器U2或比较器U3输出低电平，并且通过电阻R8反馈到比较器U3的同相输入端，作为用于比较的新的高门限电压值V_{TC_H_N}，这样，由于新的高门限电压值V_{TC_H_N}小于隔离跟随信号SG2对应的电压值V_SG2，诊断复位电路输出的DIG_IN将持续为低电平。因此，故障即被锁存住，微处理器6将持续识别到DIG_IN为低电平，判断输入信号为故障状态；在t2时刻，当微处理器6通过采样信号判定输入信号恢复正常范围时，微处理器6可以通过向二极管D1输出高电平信号DIG_RST，使得比较器U3的同向输入端5脚的输入电压为该高电平信号对应的电压值，即新的高门限电压值V_{TC_H_N}被替换为该高电平信号对应的电压值。在本发明实施例中，为确保通过微处理器输出的复位信号主动复位时，满足设计要求的输入信号不会被诊断为故障信号，微处理器输出的复位信号DIG_RST的电压V_{DIG_RST}和二极管D1的前向电压V_f满足的条件为：V_{DIG_RST}-V_f≥V_{TC_H}，所以，高电平信号对应的电压值会大于等于预设的高门限电压值，因此会使得输入的隔离跟随信号电压V_SG2位于预设的低门限电压值和替换后的高门限电压值V_{TC_H_R}之间，这样，诊断复位电路5的输出结果为高电平，从而使得诊断复位电路5故障输出状态被清除；在t3时刻，微处理器6向二极管D1输出低电平信号DIG_RST，由于二极管D1的截止功能，输出的低电平信号将不会被输入到诊断复位电路，由于诊断复位电路5的故障状态被解除，诊断复位电路5会自行恢复到正常诊断状态，即替换后的高门限电压值V_{TC_H_R}会恢复至预设的高门限值V_{TC_H}，，诊断复位电路5可以继续进行正常的故障诊断功能。

综合以上可知，本发明实施例提供的电流传感器信号处理和诊断系统的诊断逻辑可为:

(1)电流传感器对电源短路时，输入信号V_SG2>V_{TC_H}，诊断输出DIG_IN为低。

(2)电流传感器对地短路时，输入信号V_SG2<V_{TC_L}，诊断输出DIG_IN为低。

(3)电流传感器开路时，由于电阻R1的下拉作用，输入信号V_SG2<V_{TC_L}，诊断输出DIG_IN为低。

(4)电流传感器输入幅值超限时，当V_SG2<V_{TC_L}或V_SG2>V_{TC_H}，诊断输出DIG_IN为低。

(5)当电流传感器恢复正常时，微处理器可以通过将DIG_RST置高，即输出高电平来置高故障锁存时的高门限电压值，进而清除诊断复位电路故障输出；再将DIG_RST置低，即输出低电平，恢复诊断复位电路的故障诊断功能，使得诊断复位电路进入正常工作模式。

综上，本发明实施例提供的新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路的静电防护电路可对接插件拆装过程中带来的静电进行有效防护；滤波电路可以滤除信号中的干扰部分；隔离跟随电路可以在不对影响输入模拟信号的情况下将信号送入诊断复位电路进行电压比较；诊断复位电路可以通过电压比较的方式，将输入信号与相应的阻值配比分压设置的门限进行比较，并能有效对超限信号的比较结果进行故障锁存，并基于微处理器输出的复位信号来对故障锁存进行复位，确保输入信号在设计范围内时，电路可以正常工作。本发明实施例提供的电路完全由硬件实现，具有可靠，快速响应，低成本的特点。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路，其特征在于，包括：静电防护电路、第一滤波电路、第二滤波电路、隔离跟随电路和诊断复位电路，

所述静电防护电路，用于对电流传感器信号进行静电防护处理，并将经处理后的信号分别发送给所述第一滤波电路和所述第二滤波电路；

所述第一滤波电路，用于对经静电防护处理后的信号进行滤波处理，得到第一滤波信号，并发送给微处理器；

所述第二滤波电路，用于对经静电防护处理后的信号进行滤波处理，得到第二滤波信号，并发送给所述隔离跟随电路；

所述隔离跟随电路，用于对所述第二滤波信号进行隔离跟随处理，得到隔离跟随信号，并发送给所述诊断复位电路；

所述诊断复位电路，用于：将所述隔离跟随信号与预设的信号范围进行比较，基于比较结果生成相应的信号诊断结果，并发送给所述微处理器；在所述隔离跟随信号存在故障时，持续输出表征信号故障的诊断结果，对故障进行锁存；以及

通过选择性接收所述微处理器发送的复位信号，消除信号故障和恢复正常诊断，所述复位信号在采样信号表征信号恢复正常时，基于预设的控制指令发送；

其中，所述预设的信号范围由预设的低门限电压值和预设的高门限电压值确定；

在所述隔离跟随信号存在故障时，持续输出表征信号故障的诊断结果，对故障进行锁存包括：

在所述隔离跟随信号存在故障时，将表征信号故障的诊断结果对应的电压值作为用于比较的高门限电压值，以持续输出表征信号故障的诊断结果，所述表征信号故障的诊断结果对应的电压值小于所述隔离跟随信号对应的电压值。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路，其特征在于，所述复位信号包括用于消除信号故障的高电平复位信号和用于恢复正常诊断功能的低电平复位信号，所述高电平复位信号对应的电压值大于等于所述预设的高门限电压值；

所述选择性接收所述微处理器发送的复位信号，消除信号故障和恢复正常诊断包括：

在所述微处理器输出高电平复位信号时，接收所述高电平复位信号并将所述高电平复位信号对应的电压值作为用于比较的高门限电压值，使得所述隔离跟随信号对应的电压值落入预设的低门限电压值和高电平复位信号对应的电压值之间，从而消除信号故障；以及

在所述微处理器输出低电平复位信号时，阻止所述低电平复位信号的输入，并将用于比较的高门限电压值恢复至所述预设的高门限电压值，从而恢复正常诊断功能。

3.根据权利要求2所述的新能源汽车电流传感器信号处理和诊断电路，其特征在于，所述诊断复位电路包括第一电路和第二电路；

所述第一电路包括第一分压电路和第一比较器，所述第二电路包括第二分压电路、第二比较器和二极管；

所述第一分压电路包括串联在电源电压和地线之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一比较器用于将隔离跟随信号对应的电压值和所述预设的低门限电压值进行比较，得到第一诊断结果；所述隔离跟随信号输入到所述第一比较器的同相输入端，经所述第二电阻和所述第三电阻分压后的电压输入到所述第一比较器的反向输入端，作为所述预设的低门限电压值；

所述第二分压电路包括串联在电源电压和地线之间的第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第二比较器用于将隔离跟随信号对应的电压值和所述预设高门限电压值进行比较，得到第二诊断结果；所述二极管一端连接所述微处理器，另一端连接至所述第五电阻和所述第六电阻的连接线上；所述隔离跟随信号输入到所述第二比较器的反向输入端，经所述第六电阻分压后的电压输入至所述第二比较器的同相输入端，作为所述预设的高门限电压值；

其中，所述第一诊断结果和所述第二诊断结果经过线与后生成所述信号诊断结果，输入至所述微处理器中，并通过所述第五电阻反馈至所述第二比较器的同相输入端；所述微处理器输出的复位信号通过所述二极管选择性输入到所述第二比较器的同向输入端。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述隔离跟随电路由限流电阻、滤波电容和运算放大器组成，其中，所述第二滤波信号通过所述限流电阻和所述滤波电容组成的低通滤波器后进入到所述运算放大器的正向输入端，所述运算放大器的反向输入端与输出端连接。

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