CN110687439A - 高边驱动开关故障检测电路和故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种高边驱动开关故障检测电路和故障检测方法，涉及开关控制技术领域，能够实现对高边驱动进行故障诊断。高边驱动开关故障检测电路，包括：开关晶体管；电流反馈单元，连接于所述开关晶体管，所述电流反馈单元包括电流反馈端，所述电流反馈单元用于将所述开关晶体管的输出电流缩小后通过所述电流反馈端输出；多个采样单元，用于对所述电流反馈端以及其他至少一处的电压进行采样；微控制器，连接于所述开关晶体管的控制端以及所述多个采样单元，所述微控制器用于控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，以及根据所述多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号。

Description

高边驱动开关故障检测电路和故障检测方法

技术领域

本发明涉及开关控制技术领域，尤其涉及一种高边驱动开关故障检测电路和故障检测方法。

背景技术

高边驱动是指在负载与电源之间增加开关晶体管，以此来对负载的工作进行控制。目前对高边驱动进行故障诊断的方式准确性较差。

发明内容

本发明实施例提供一种高边驱动开关故障检测电路和故障检测方法，能够实现对高边驱动进行更加准确地故障诊断。

一方面，本发明实施例提供一种高边驱动开关故障检测电路，包括：

开关晶体管，其第一端连接于高边驱动电源输入端，其第二端连接于高边驱动输出端；

电流反馈单元，连接于所述开关晶体管，所述电流反馈单元包括电流反馈端，所述电流反馈单元用于将所述开关晶体管的输出电流缩小后通过所述电流反馈端输出；

多个采样单元，用于对所述电流反馈端以及其他至少一处的电压进行采样；

微控制器，连接于所述开关晶体管的控制端以及所述多个采样单元，所述微控制器用于控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，以及根据所述多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号。

可选地，所述多个采样单元包括：

第一电压采样单元，连接于所述电流反馈端，所述第一电压采样单元包括第一电压采样端，所述第一电压采样单元用于将所述电流反馈端的电流转换为电压并通过所述第一电压采样端输出；

第二电压采样单元，连接于所述高边驱动电源输入端，所述第二电压采样单元包括第二电压采样端，所述第二电压采样单元用于对所述高边驱动电源输入端的电压进行采样并通过所述第二电压采样端输出；

第三电压采样单元，连接于所述高边驱动输出端，所述第三电压采样单元包括第三电压采样端，所述第三电压采样单元用于对所述高边驱动输出端的电压进行采样并通过所述第三电压采样端输出；

所述微控制器与所述第一电压采样端、所述第二电压采样端、所述第三电压采样端连接，所述微控制器用于控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，以及根据所述第一电压采样端、所述第二电压采样端和所述第三电压采样端的电压生成故障诊断信号。

可选地，所述微控制器具体用于执行以下各项检测过程之一或任意组合：

第一检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1＝0V，则生成截止状态无故障信号，k1为第一常数；

第二检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短电源故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第三检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动过流故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第四检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短地故障信号，k1为第一常数，k3为第三常数；

第五检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1＝0V，则生成负载开路故障信号，k2为第二常数；

第六检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且0V<u1≤k3，则生成导通状态无故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数。

可选地，所述电流反馈单元的第一输入端连接于所述开关晶体管的第一端，所述电流反馈单元的第二输入端连接于所述开关晶体管的第二端。

可选地，所述第一电压采样单元包括第一电阻，所述第一电阻的第一端连接于所述第一电压采样端和所述电流反馈端，所述第一电阻的第二端接地。

可选地，所述第二电压采样单元包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的第一端连接于所述高边驱动电源输入端，所述第二电阻的第二端连接于所述第二电压采样端，所述第三电阻的第一端连接于所述第二电压采样端，所述第三电阻的第二端接地；

所述第三电压采样单元包括第四电阻和第五电阻，所述第四电阻的第一端连接于所述高边驱动输出端，所述第四电阻的第二端连接于所述第三电压采样端，所述第五电阻的第一端连接于所述第三电压采样端，所述第五电阻的第二端接地。

可选地，所述第二电阻的阻值等于所述第四电阻的阻值，所述第三电阻的阻值等于所述第五电阻的阻值。

可选地，上述高边驱动开关故障检测电路还包括：

继电器，所述继电器包括线圈、主开关和辅助开关，所述线圈连接于所述高边驱动输出端，所述主开关和所述辅助开关同时断开或闭合；

第四电压采样单元，连接于所述辅助开关，所述第四电压采样单元包括第四电压采样端，所述第四电压采样单元用于对所述辅助开关一端的电压进行采样并通过所述第四电压采样端输出；

所述微控制器还与所述第四电压采样端连接；

所述微控制器还用于，根据所述第四电压采样端的电压生成继电器工作状态信号。

可选地，所述第四电压采样单元包括第六电阻和二极管，所述第六电阻的第一端连接于辅助电源电压端，所述第六电阻的第二端连接于所述第四电压采样端，所述二极管的阳极连接于所述第四电压采样端，所述二极管的阴极连接于所述辅助开关的第一端，所述辅助开关的第二端接地。

另一方面，本发明实施例还提供一种故障检测方法，用于上述的高边驱动开关故障检测电路，所述故障检测方法包括：

所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，并根据所述多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号。

可选地，所述多个采样单元包括：

第一电压采样单元，连接于所述电流反馈端，所述第一电压采样单元包括第一电压采样端，所述第一电压采样单元用于将所述电流反馈端的电流转换为电压并通过所述第一电压采样端输出；

第二电压采样单元，连接于所述高边驱动电源输入端，所述第二电压采样单元包括第二电压采样端，所述第二电压采样单元用于对所述高边驱动电源输入端的电压进行采样并通过所述第二电压采样端输出；

第三电压采样单元，连接于所述高边驱动输出端，所述第三电压采样单元包括第三电压采样端，所述第三电压采样单元用于对所述高边驱动输出端的电压进行采样并通过所述第三电压采样端输出；

所述微控制器与所述第一电压采样端、所述第二电压采样端、所述第三电压采样端连接；

所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，并根据所述多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号的过程，具体包括以下各项检测过程之一或任意组合：

第一检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1＝0V，则生成截止状态无故障信号，k1为第一常数；

第二检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短电源故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第三检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动过流故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第四检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短地故障信号，k1为第一常数，k3为第三常数；

第五检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1＝0V，则生成负载开路故障信号，k2为第二常数；

第六检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且0V<u1≤k3，则生成导通状态无故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数。

可选地，上述高边驱动开关故障检测电路还包括：

继电器，所述继电器包括线圈、主开关和辅助开关，所述线圈连接于所述高边驱动输出端，所述主开关和所述辅助开关同时断开或闭合；

第四电压采样单元，连接于所述辅助开关，所述第四电压采样单元包括第四电压采样端，所述第四电压采样单元用于对所述辅助开关一端的电压进行采样并通过所述第四电压采样端输出；

所述微控制器还连接于所述第四电压采样端；

所述故障检测方法还包括以下各项检测过程之一或任意组合：

第七检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第四电压采样端的电压值u4，若u4＝k4，则生成截止状态主开关无故障信号，k4为第四常数；

第八检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第四电压采样端的电压值u4，若u4＝0V，则生成截止状态主开关粘连信号；

第九检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第四电压采样端的电压值u4，若u4＝0V，则生成导通状态主开关无故障信号；

第十检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第四电压采样端的电压值u4，若u4＝k4，则生成导通状态主开关未闭合信号，k4为第四常数。

本发明实施例的高边驱动开关故障检测电路和故障检测方法，通过电流反馈单元和采样单元，可以实现对开关晶体管的输出电流进行采样，并结合其他位置的采样电压值，能够实现对高边驱动进行更加准确地故障诊断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种高边驱动开关故障检测电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

如图1所示，图1为发明实施例中过一种高边驱动开关故障检测电路的结构示意图，一方面，本发明实施例提供一种高边驱动开关故障检测电路，包括：开关晶体管M，其第一端连接于高边驱动电源输入端Vin，其第二端连接于高边驱动输出端Vout；电流反馈单元F，连接于开关晶体管M，电流反馈单元F包括电流反馈端IS，电流反馈单元F用于将开关晶体管M的输出电流缩小后通过电流反馈端IS输出；多个采样单元，用于对电流反馈端IS以及其他至少一处的电压进行采样；微控制器MCU，连接于开关晶体管M的控制端EN以及上述多个采样单元，微控制器MCU用于控制开关晶体管M处于导通状态或截止装置，以及根据多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号。

具体地，开关晶体管M和电流反馈单元F可以集成于芯片中，开关晶体管M控制端EN的电平可以控制开关晶体管M处于导通状态或截止状态，当开关晶体管M处于导通状态时，即开关晶体管M的第一端和第二端之间导通，此时高边驱动输出端Vout可以通过开关晶体管M向负载提供电压和电流，驱动负载正常工作；当开关晶体管M处于截止状态时，即开关晶体管M的第一端和第二端之间截止，此时高边驱动输出端Vout无法通过开关晶体管M向负载提供电压和电流，负载不工作。电流反馈单元F的作用是将开关晶体管M的输出电流进行等比例缩小，例如缩小为600倍，然后从电流反馈端IS输出，然后通过多个采样单元中的一个采样单元将电流反馈端IS输出的电流转换成电压，由于该电压值与开关晶体管M的输出电流相关，开关晶体管M的输出电流即负载电流，因此，微控制器MCU可以根据开关晶体管M的输出电流并结合其他位置的采样电压值来进行故障诊断。

本发明实施例的高边驱动开关故障检测电路，通过电流反馈单元和采样单元，可以实现对开关晶体管的输出电流进行采样，并结合其他位置的采样电压值，能够实现对高边驱动进行更加准确地故障诊断。

可选地，上述多个采样单元包括：第一电压采样单元U1，连接于电流反馈端IS，第一电压采样单元U1包括第一电压采样端V1，第一电压采样单元U1用于将电流反馈端IS的电流转换为电压并通过第一电压采样端V1输出；第二电压采样单元U2，连接于高边驱动电源输入端Vin，第二电压采样单元U2包括第二电压采样端V2，第二电压采样单元U2用于对高边驱动电源输入端Vin的电压进行采样并通过第二电压采样端V2输出；第三电压采样单元U3，连接于高边驱动输出端Vout，第三电压采样单元U3包括第三电压采样端V3，第三电压采样单元U3用于对高边驱动输出端Vout的电压进行采样并通过第三电压采样端V3输出；微控制器MCU，与第一电压采样端V1、第二电压采样端V2、第三电压采样端V3以及开关晶体管M的控制端EN连接；微控制器MCU用于控制开关晶体管M处于导通状态或截止状态，以及根据第一电压采样端V1、第二电压采样端V2和第三电压采样端V3的电压生成故障诊断信号。

具体地，开关晶体管M和电流反馈单元F可以集成于芯片中，开关晶体管M控制端EN的电平可以控制开关晶体管M处于导通状态或截止状态，当开关晶体管M处于导通状态时，即开关晶体管M的第一端和第二端之间导通，此时高边驱动输出端Vout可以通过开关晶体管M向负载提供电压和电流，驱动负载正常工作；当开关晶体管M处于截止状态时，即开关晶体管M的第一端和第二端之间截止，此时高边驱动输出端Vout无法通过开关晶体管M向负载提供电压和电流，负载不工作。电流反馈单元F的作用是将开关晶体管M的输出电流进行等比例缩小，例如缩小为600倍，然后从电流反馈端IS输出，然后通过第一电压采样单元U1将电流转换成电压从第一电压采样端V1输出，由于第一电压采样端V1的电压值与开关晶体管M的输出电流相关，开关晶体管M的输出电流即负载电流，因此可以根据第一电压采样端V1的电压值判断负载电流是否异常。第二电压采样端V2的电压值和高边驱动电源输入端Vin的电压值相关，因此可以根据第二电压采样端V2的电压值判断高边驱动电源输入电压是否异常。第三电压采样端V3的电压值和高边驱动输出端Vout的电压值相关，因此可以根据第三电压采样端V3的电压值判断高边驱动输出电压是否异常。因此，结合根据第一电压采样端V1、第二电压采样端V2和第三电压采样端V3的电压，可以对高边驱动的故障进行诊断。

本发明实施例的高边驱动开关故障检测电路，通过电流反馈单元和第一电压采样单元，可以实现对开关晶体管的输出电流进行采样，通过第二电压采样单元和第三电压采样单元实现对高边驱动电源输入电压和高边驱动输出电压的采样，根据开关晶体管的输出电流、高边驱动电源输入电压和高边驱动输出电压，能够实现对高边驱动进行更加准确地故障诊断。

可选地，微控制器MCU具体用于控制开关晶体管M处于导通状态或截止状态，并根据第一电压采样端V1的电压，以及第二电压采样端V2和第三电压采样端V3的电压关系，生成故障诊断信号。

具体地，根据第一电压采样端V1的电压可以判断与负载电流相关的故障，根据第二电压采样端V2和第三电压采样端V3的电压关系，可以判断与负载电压相关的故障。

可选地，微控制器MCU具体用于执行以下各项检测过程之一或任意组合：

第一检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于截止状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V2的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1＝0V，则生成截止状态无故障信号，k1为第一常数，理论上开关晶体管M截止时，高边驱动电源输入端Vin与高边驱动输出端Vout之间断路，u3应该没有信号，但是考虑开关晶体管M的漏电流以及各元件的偏差等情况，u3可能会存在较低的电压值，因此通过最坏情况分析来确定第一常数k1，将k1作为u2系数来与u3进行比较，k1设置的较小，接近零，例如，k1＝0.17，u1＝0V，说明没有负载电流，需要说明的是，由于器件可能会存在漏流，或者存在检测误差，本发明实施例中判断依据u1＝0V是指在一定误差范围内u1＝0V，u3<k1×u2，说明有高边驱动电源输入电压但是没有高边驱动输出电压，根据这两个条件，即可以判断截止状态无故障；

第二检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于截止状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短电源故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数，理论上高边驱动电源输入端Vin与高边驱动输出端Vout之间短路时，u3应该与u2接近，考虑各元件的偏差等情况，通过最坏情况分析来确定第二常数k2，将k2作为u2系数来与u3进行比较，k2设置的较大，接近但小于1，例如，k2＝0.7，k3＝3.3，u3≥k2×u2，说明在开关晶体管M截止状态下有高边驱动电源输入电压，但是开关晶体管M有输出电压，即可以判断有高边驱动输出短电源故障，另一方面，在正常状态下开关晶体管M处于截止状态时，开关晶体管M不应该有负载电流，即便由于开关晶体管M导通而产生负载电流，也应该在一个正常的范围内，因此考虑各元件的偏差等情况，通过最坏情况分析来确定第三常数k3，将k3作为判断负载电流是否过大的阈值条件，u1>k3，说明在开关晶体管M截止状态下有较大的负载电流，同样可以判断有高边驱动输出短电源故障；

第三检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动过流故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数，理论上开关晶体管M导通时，u3应该与u2接近，考虑各元件的偏差等情况，通过最坏情况分析来确定第二常数k2，将k2作为u2系数来与u3进行比较，k2设置的较大，接近但小于1，例如，k2＝0.7，k3＝3.3，u3≥k2×u2，说明在开关晶体管M导通状态下有输出电压，另一方面，在正常状态下开关晶体管M导通时，具有负载电流但是负载电流应该在一个正常的范围内，如果超出这个范围，则说明负载电流过大，考虑各元件的偏差等情况，通过最坏情况分析来确定第三常数k3，将k3作为判断负载电流是否过大的阈值条件，u1>k3，说明负载电流过大，即可以判断有高边驱动过流故障；

第四检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短地故障信号，k1为第一常数，k3为第三常数，如果高边驱动输出端Vout接地，即发生高边驱动输出短地故障，开关晶体管M导通时，高边驱动输出端Vout的电压应该为0，但是考虑开关晶体管M的漏电流以及各元件的偏差等情况，u3可能会存在较低的电压值，因此通过最坏情况分析来确定第一常数k1，将k1作为u2系数来与u3进行比较，k1设置的较小，接近零，例如，k1＝0.17，k3＝3.3，u3<k1×u2，说明在开关晶体管M导通状态下高边驱动输出端Vout的电位很低，另一方面，在正常状态下开关晶体管M导通时，具有负载电流但是负载电流应该在一个正常的范围内，如果超出这个范围，则说明负载电流过大，考虑各元件的偏差等情况，通过最坏情况分析来确定第三常数k3，将k3作为判断负载电流是否过大的阈值条件，u1>k3，说明负载电流过大，即可以判断有高边驱动输出短地故障；

第五检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1＝0V，则生成负载开路故障信号，k2为第二常数，理论上开关晶体管M导通时，u3应该与u2接近，考虑各元件的偏差等情况，通过最坏情况分析来确定第二常数k2，将k2作为u2系数来与u3进行比较，k2设置的较大，接近但小于1，例如，k2＝0.7，u3≥k2×u2，说明在开关晶体管M导通状态下有输出电压，u1＝0V，说明在开关晶体管M导通状态下没有输出电流，即可以判断有负载开路故障；

第六检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3≥k2×u2，且0V<u1≤k3，则生成导通状态无故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数，理论上开关晶体管M导通时，u3应该与u2接近，考虑各元件的偏差等情况，通过最坏情况分析来确定第二常数k2，将k2作为u2系数来与u3进行比较，k2设置的较大，接近但小于1，例如，k2＝0.7，k3＝3.3，u3≥k2×u2，说明在开关晶体管M导通状态下有输出电压，另一方面，在正常状态下开关晶体管M导通时，具有输出电流但是输出电流应该在一个正常的范围内，如果超出这个范围，则说明负载电流过大，考虑各元件的偏差等情况，通过最坏情况分析来确定第三常数k3，将k3作为判断输出电流是否过大的阈值条件，0V<u1≤k3，说明在开关晶体管M导通状态下有正常的输出电流，即可以判断导通状态无故障。

可选地，电流反馈单元F的第一输入端连接于开关晶体管M的第一端，电流反馈单元F的第二输入端连接于开关晶体管M的第二端。

具体地，电流反馈单元F可以通过第一输入端和第二输入端获取开关晶体管第一端和第二端之间的电压差，由于开关晶体管M的内阻可知，因此可以根据该电压差和内阻计算得到流过开关晶体管M的电流，即开关晶体管M的输出电流值，因此电流反馈单元F可以根据开关晶体管第一端和第二端之间的电压差来生成对应的电流，使该电流与开关晶体管M的输出电流具有对应关系。

可选地，第一电压采样单元U1包括第一电阻R1，第一电阻R1的第一端连接于第一电压采样端V1和电流反馈端IS，第一电阻R1的第二端接地。第一电阻R1作为采样电阻，电流反馈端IS和第一电压采样端V1可以为同一端，通过第一电阻R1即可将电流反馈端IS的电流转换为电压。

可选地，第二电压采样单元U2包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2的第一端连接于高边驱动电源输入端Vin，第二电阻R2的第二端连接于第二电压采样端V2，第三电阻R3的第一端连接于第二电压采样端V2，第三电阻R3的第二端接地。第二电阻R2和第三电阻R3构成分压电路，对高边驱动电源输入端Vin的电压进行分压，第二电压采样端V2处的电压即为分压之后的电压。

可选地，第三电压采样单元U3包括第四电阻R4和第五电阻R5，第四电阻R4的第一端连接于高边驱动输出端Vout，第四电阻R4的第二端连接于第三电压采样端V3，第五电阻R5的第一端连接于第三电压采样端V3，第五电阻R5的第二端接地。第四电阻R4和第五电阻R5构成分压电路，对高边驱动输出端Vout的电压进行分压，第三电压采样端V3处的电压即为分压之后的电压。

可选地，第二电阻R2的阻值等于第四电阻R4的阻值，第三电阻R3的阻值等于第五电阻R5的阻值。

具体地，理论上，当高边驱动开关正常工作，负载也经常工作，即无故障时，高边驱动电源输入端Vin和高边驱动输出端Vout的电压应该相等，因此，如果设置第二电阻R2的阻值等于第四电阻R4的阻值，并且第三电阻R3的阻值等于第五电阻R5的阻值，这样，可以使第二电阻R2和第三电阻R3的分压比例等于第四电阻R4和第五电阻R5的分压比例，即便高边驱动电源输入端Vin的电压变化，也不需要改变系数k1和k2，即不会对故障诊断的条件造成影响。

可选地，上述高边驱动开关故障检测电路还包括：继电器U5，继电器U5包括线圈L、主开关S1和辅助开关S2，线圈L的一端连接于高边驱动输出端Vout，线圈的另一端接地，主开关S1和辅助开关S2同时断开或闭合，主开关S1连接于高电压区U6，用于控制高电压区U6的器件，当开关晶体管M的输出电流经过线圈L，线圈L利用电磁的作用控制主开关S1的断开和闭合，辅助开关S2与主开关S1随动断开和闭合，因此，可以通过判断辅助开关S2的状态来判断主开关S1是否正常工作；第四电压采样单元U4，连接于辅助开关S2，第四电压采样单元U4包括第四电压采样端V4，第四电压采样单元U4用于对辅助开关S2一端的电压进行采样并通过第四电压采样端V4输出；微控制器MCU还与第四电压采样端V4连接；微控制器MCU还用于，根据第四电压采样端V4的电压生成继电器U5工作状态信号。根据辅助开关S2一端的电压，可以判断辅助开关S2为断开还是闭合状态，从而判断继电器U5是否正常工作，以此可以辅助故障诊断。

可选地，第四电压采样单元U4包括第六电阻R6和二极管d，第六电阻R6的第一端连接于辅助电源电压端D，第六电阻R6的第二端连接于第四电压采样端V4，二极管d的阳极连接于第四电压采样端V4，二极管d的阴极连接于辅助开关S2的第一端，辅助开关S2的第二端接地。例如，辅助电源电压端D提供5V电压，当辅助开关S2闭合时，第四电压采样端V4有电压输出，当辅助开关S2断开时，第四电压采样端V4无电压输出。

可选地，开关晶体管M为金属氧化物半导体场效应晶体管，开关晶体管M也可以为其他可控开关。

另一方面，本发明实施例还提供一种故障检测方法，用于上述的高边驱动开关故障检测电路，故障检测方法包括：

微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态或截止状态，并根据上述多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号。

本发明实施例的故障检测方法，通过电流反馈单元和采样单元，可以实现对开关晶体管的输出电流进行采样，并结合其他位置的采样电压值，能够实现对高边驱动进行更加准确地故障诊断。

可选地，上述多个采样单元包括：第一电压采样单元U1，连接于电流反馈端IS，第一电压采样单元U1包括第一电压采样端V1，第一电压采样单元U1用于将电流反馈端IS的电流转换为电压并通过第一电压采样端V1输出；第二电压采样单元U2，连接于高边驱动电源输入端Vin，第二电压采样单元U2包括第二电压采样端V2，第二电压采样单元U2用于对高边驱动电源输入端Vin的电压进行采样并通过第二电压采样端V2输出；第三电压采样单元U3，连接于高边驱动输出端Vout，第三电压采样单元U3包括第三电压采样端V3，第三电压采样单元U3用于对高边驱动输出端Vout的电压进行采样并通过第三电压采样端V3输出；微控制器MCU，与第一电压采样端V1、第二电压采样端V2、第三电压采样端V3以及开关晶体管M的控制端EN连接；微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态或截止状态，并根据多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号的过程，具体包括以下各项检测过程之一或任意组合：

第一检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于截止状态，并获取所述第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1＝0V，则生成截止状态无故障信号，k1为第一常数；

第二检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于截止状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短电源故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第三检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动过流故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第四检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短地故障信号，k1为第一常数，k3为第三常数；

第五检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1＝0V，则生成负载开路故障信号，k2为第二常数；

第六检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第一电压采样端V1的电压值u1、第二电压采样端V2的电压值u2和第三电压采样端V3的电压值u3，若u3≥k2×u2，且0V<u1≤k3，则生成导通状态无故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数。

可选地，如图1所示，上述高边驱动开关故障检测电路还包括：继电器U5，继电器U5包括线圈L、主开关S1和辅助开关S2，线圈L的一端连接于高边驱动输出端Vout，线圈的另一端接地，主开关S1和辅助开关S2同时断开或闭合，主开关S1连接于高电压区U6，用于控制高电压区U6的器件，当开关晶体管M的输出电流经过线圈L，线圈L利用电磁的作用控制主开关S1的断开和闭合，辅助开关S2与主开关S1随动断开和闭合，因此，可以通过判断辅助开关S2的状态来判断主开关S1是否正常工作；第四电压采样单元U4，连接于辅助开关S2，第四电压采样单元U4包括第四电压采样端V4，第四电压采样单元U4用于对辅助开关S2一端的电压进行采样并通过第四电压采样端V4输出；微控制器MCU还与第四电压采样端V4连接；微控制器MCU还用于，根据第四电压采样端V4的电压生成继电器U5工作状态信号。根据辅助开关S2一端的电压，可以判断辅助开关S2为断开还是闭合状态，从而判断继电器U5是否正常工作，以此可以辅助故障诊断。

上述故障检测方法还包括以下各项检测过程之一或任意组合：

第七检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于截止状态，并获取第四电压采样端V4的电压值u4，若u4＝k4，则生成截止状态主开关无故障信号，k4为第四常数，理论上开关晶体管M截止时，没有电流经过线圈L，因此主开关S1和辅助开关S2均为断开状态，当辅助开关S2为断开状态时，第四电压采样端V4处的电压近似等于辅助电源电压端D输出的电压值，因此本实施例中第四常数k4可以根据辅助电源电压端D输出的电压值来确定，另外需要说明的是，本实施例中u4＝k4的判断依据是指在误差范围内，u4＝k4；

第八检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于截止状态，并获取第四电压采样端V4的电压值u4，若u4＝0V，则生成截止状态主开关粘连信号，需要说明的是，由于器件可能会存在漏流，或者存在检测误差，本发明实施例中判断依据u4＝0V是指在一定误差范围内u4＝0V；

第九检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第四电压采样端V4的电压值u4，若u4＝0V，则生成导通状态主开关无故障信号；

第十检测过程，微控制器MCU控制开关晶体管M处于导通状态，并获取第四电压采样端V4的电压值u4，若u4＝k4，则生成导通状态主开关未闭合信号，k4为第四常数。

需要说明的是，本发明实施例的故障检测方法中，高边驱动开关故障检测电路的具体结构以及工作原理在上述实施例中已经详细描述，因此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，包括：

开关晶体管，其第一端连接于高边驱动电源输入端，其第二端连接于高边驱动输出端；

电流反馈单元，连接于所述开关晶体管，所述电流反馈单元包括电流反馈端，所述电流反馈单元用于将所述开关晶体管的输出电流缩小后通过所述电流反馈端输出；

多个采样单元，用于对所述电流反馈端以及其他至少一处的电压进行采样；

微控制器，连接于所述开关晶体管的控制端以及所述多个采样单元，所述微控制器用于控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，以及根据所述多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号。

2.根据权利要求1所述的高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，

所述多个采样单元包括：

第一电压采样单元，连接于所述电流反馈端，所述第一电压采样单元包括第一电压采样端，所述第一电压采样单元用于将所述电流反馈端的电流转换为电压并通过所述第一电压采样端输出；

第二电压采样单元，连接于所述高边驱动电源输入端，所述第二电压采样单元包括第二电压采样端，所述第二电压采样单元用于对所述高边驱动电源输入端的电压进行采样并通过所述第二电压采样端输出；

第三电压采样单元，连接于所述高边驱动输出端，所述第三电压采样单元包括第三电压采样端，所述第三电压采样单元用于对所述高边驱动输出端的电压进行采样并通过所述第三电压采样端输出；

所述微控制器与所述第一电压采样端、所述第二电压采样端、所述第三电压采样端连接，所述微控制器用于控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，以及根据所述第一电压采样端、所述第二电压采样端和所述第三电压采样端的电压生成故障诊断信号。

3.根据权利要求2所述的高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，

所述微控制器具体用于执行以下各项检测过程之一或任意组合：

第一检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1＝0V，则生成截止状态无故障信号，k1为第一常数；

第二检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短电源故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第三检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动过流故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第四检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短地故障信号，k1为第一常数，k3为第三常数；

第五检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1＝0V，则生成负载开路故障信号，k2为第二常数；

第六检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且0V<u1≤k3，则生成导通状态无故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数。

4.根据权利要求1所述的高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，

所述电流反馈单元的第一输入端连接于所述开关晶体管的第一端，所述电流反馈单元的第二输入端连接于所述开关晶体管的第二端。

5.根据权利要求2所述的高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，

所述第一电压采样单元包括第一电阻，所述第一电阻的第一端连接于所述第一电压采样端和所述电流反馈端，所述第一电阻的第二端接地。

6.根据权利要求2所述的高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，

所述第二电压采样单元包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的第一端连接于所述高边驱动电源输入端，所述第二电阻的第二端连接于所述第二电压采样端，所述第三电阻的第一端连接于所述第二电压采样端，所述第三电阻的第二端接地；

所述第三电压采样单元包括第四电阻和第五电阻，所述第四电阻的第一端连接于所述高边驱动输出端，所述第四电阻的第二端连接于所述第三电压采样端，所述第五电阻的第一端连接于所述第三电压采样端，所述第五电阻的第二端接地。

7.根据权利要求6所述的高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，

所述第二电阻的阻值等于所述第四电阻的阻值，所述第三电阻的阻值等于所述第五电阻的阻值。

8.根据权利要求2所述的高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，还包括：

继电器，所述继电器包括线圈、主开关和辅助开关，所述线圈连接于所述高边驱动输出端，所述主开关和所述辅助开关同时断开或闭合；

第四电压采样单元，连接于所述辅助开关，所述第四电压采样单元包括第四电压采样端，所述第四电压采样单元用于对所述辅助开关一端的电压进行采样并通过所述第四电压采样端输出；

所述微控制器还与所述第四电压采样端连接；

所述微控制器还用于，根据所述第四电压采样端的电压生成继电器工作状态信号。

9.根据权利要求8所述的高边驱动开关故障检测电路，其特征在于，

所述第四电压采样单元包括第六电阻和二极管，所述第六电阻的第一端连接于辅助电源电压端，所述第六电阻的第二端连接于所述第四电压采样端，所述二极管的阳极连接于所述第四电压采样端，所述二极管的阴极连接于所述辅助开关的第一端，所述辅助开关的第二端接地。

10.一种故障检测方法，其特征在于，用于如权利要求1至9中任意一项所述的高边驱动开关故障检测电路，所述故障检测方法包括：

所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，并根据所述多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号。

11.根据权利要求10所述的故障检测方法，其特征在于，

所述多个采样单元包括：

第一电压采样单元，连接于所述电流反馈端，所述第一电压采样单元包括第一电压采样端，所述第一电压采样单元用于将所述电流反馈端的电流转换为电压并通过所述第一电压采样端输出；

第二电压采样单元，连接于所述高边驱动电源输入端，所述第二电压采样单元包括第二电压采样端，所述第二电压采样单元用于对所述高边驱动电源输入端的电压进行采样并通过所述第二电压采样端输出；

第三电压采样单元，连接于所述高边驱动输出端，所述第三电压采样单元包括第三电压采样端，所述第三电压采样单元用于对所述高边驱动输出端的电压进行采样并通过所述第三电压采样端输出；

所述微控制器与所述第一电压采样端、所述第二电压采样端、所述第三电压采样端连接；

所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态或截止状态，并根据所述多个采样单元所采样的电压生成故障诊断信号的过程，具体包括以下各项检测过程之一或任意组合：

第一检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1＝0V，则生成截止状态无故障信号，k1为第一常数；

第二检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短电源故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第三检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1>k3，则生成高边驱动过流故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数；

第四检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3<k1×u2，且u1>k3，则生成高边驱动输出短地故障信号，k1为第一常数，k3为第三常数；

第五检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且u1＝0V，则生成负载开路故障信号，k2为第二常数；

第六检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第一电压采样端的电压值u1、所述第二电压采样端的电压值u2和所述第三电压采样端的电压值u3，若u3≥k2×u2，且0V<u1≤k3，则生成导通状态无故障信号，k2为第二常数，k3为第三常数。

12.根据权利要求10所述的故障检测方法，其特征在于，所述高边驱动开关故障检测电路还包括：

继电器，所述继电器包括线圈、主开关和辅助开关，所述线圈连接于所述高边驱动输出端，所述主开关和所述辅助开关同时断开或闭合；

第四电压采样单元，连接于所述辅助开关，所述第四电压采样单元包括第四电压采样端，所述第四电压采样单元用于对所述辅助开关一端的电压进行采样并通过所述第四电压采样端输出；

所述微控制器还连接于所述第四电压采样端；

所述故障检测方法还包括以下各项检测过程之一或任意组合：

第七检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第四电压采样端的电压值u4，若u4＝k4，则生成截止状态主开关无故障信号，k4为第四常数；

第八检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于截止状态，并获取所述第四电压采样端的电压值u4，若u4＝0V，则生成截止状态主开关粘连信号；

第九检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第四电压采样端的电压值u4，若u4＝0V，则生成导通状态主开关无故障信号；

第十检测过程，所述微控制器控制所述开关晶体管处于导通状态，并获取所述第四电压采样端的电压值u4，若u4＝k4，则生成导通状态主开关未闭合信号，k4为第四常数。

Images