CN110907858B - 一种加热开关电路的故障检测方法及电加热器 - Google Patents

一种加热开关电路的故障检测方法及电加热器 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种加热开关电路的故障检测方法及电加热器，所述加热开关电路包括至少1个上桥开关管和至少2路并联的加热支路；所述加热支路包括串联的下桥开关管和加热元件；并联后的加热支路与所述上桥开关管串联在供电电源之间；所述故障检测方法包括：检测所述下桥开关管的压降；比较所述压降与开路基准电压的大小；当所述压降大于所述开路基准电压时，则所述下桥开关管发生开路故障。该故障检测方法能够实现下桥开关管的开路故障检测。

Description

一种加热开关电路的故障检测方法及电加热器
【技术领域】
本发明涉及电加热技术领域，具体涉及一种加热开关电路的故障检测方法及电加热器。
【背景技术】
对于电加热技术领域，常用加热开关电路实现电加热。目前，为了保证安全，防止加热开关电路中的器件发生短路故障，在加热开关电路中设置短路检测功能；但是电加热开关电路中，很少有开路检测功能。
【发明内容】
本申请的目的在于提供一种加热开关电路的故障检测方法及电加热器，实现加热开关电路中的器件开路检测功能。
为实现上述目的，本发明的一种实施方式采用如下技术方案：
一种加热开关电路的故障检测方法，所述加热开关电路包括至少1个上桥开关管和至少2路并联的加热支路；所述加热支路包括串联的下桥开关管和加热元件；并联后的加热支路与所述上桥开关管串联在供电电源之间；
所述故障检测方法包括：
检测所述下桥开关管的压降；
比较所述压降与开路基准电压的大小；
当所述压降大于所述开路基准电压时，则所述下桥开关管发生开路故障。
一种电加热器，包括至少1个上桥开关管和至少2路并联的加热支路；所述加热支路包括串联的下桥开关管和加热元件；并联后的加热支路与所述上桥开关管串联在供电电源之间；还包括：
压降检测单元：用于检测所述下桥开关管的压降；
开路比较单元：用于比较所述压降与开路基准电压的大小；
开路判断单元：当所述压降大于所述开路基准电压时，判断所述下桥开关管发生开路故障。
本申请实施例提供的一种加热开关电路的故障检测方法和电加热器，能够通过检测下桥开关管的压降来判断下桥开关管是否发生了开路故障。
【附图说明】
图1是本发明一实施例提供的故障检测方法流程图；
图2是本发明一实施例提供的加热开关电路示意图；
图3是本发明另一实施例提供的故障检测方法流程图；
图4是本发明另一实施例提供的故障检测方法流程图；
图5是本发明一实施例提供的电加热器结构框图；
图6是本发明一实施例提供的加热开关电路示意图。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种加热开关电路的故障检测方法，其中，加热开关电路如图2所示，包括至少1个上桥开关管Ku1和至少2路并联的加热支路A和B；加热支路A/B分别包括串联的下桥开关管Kd1/Kd2和加热元件H1/H2；并联后的加热支路A/B与上桥开关管Ku1串联在供电电源DC+、DC-之间；该加热开关电路正常工作时，下桥开关管根据目标加热功率以某一占空比顺序导通工作。
如图1所述，基于上述加热开关电路，本申请提供的故障检测方法包括以下步骤：
S11：检测下桥开关管的压降；
S12：比较所述压降与开路基准电压的大小；
S13：当所述压降大于所述开路基准电压时，则所述下桥开关管发生开路故障。
以图2为例，假设该加热开关电路包括1个上桥开关管Ku1和2路加热支路A、B，加热支路A包括串联的加热元件H1和下桥开关管Kd1，加热支路B包括串联的加热元件H2和下桥开关管Kd2。本实施例中，步骤S11中，检测下桥开关管Kd1和Kd2的压降，下桥开关管Kd1和Kd2的压降可以通过差分电路获取Kd1和Kd2第一端和第二端的压降，第一端和第二端非控制端；假设供电电源低电位端DC-为参考地，也可以用Kd1与加热元件H1的公共端的电压或者Kd1与加热元件H2的公共端的电压来表征Kd1和Kd2的压降；正常工作时，该压降波形为具有一个占空比的方波，当Kd1或者Kd2发生开路故障时，对应的压降为某一高电压，该高电压大于正常工作时Kd1或者Kd2对应的压降。步骤S12中，开路基准电压与该高电压有关；开路基准电压可以比该高电压略低，比如略低0.2V。步骤S13中，当下桥开关管的压降大于开路基准电压时，判断下桥开关管发生了开路故障。
上述加热开关电路可以用在电加热器上，如电动汽车上的恒温加热循环水的电加热器。如果加热开关电路的某个器件发生开路，可能导致加热功率达不到需求，造成用户体验度降低。通过本申请提供的故障检测方法可以检测出加热开关电路的开路故障，进而将故障结果反馈给用户，便于用户维护和及时获知电加热器的状态。
在一个实施例中，所述加热开关电路至少有3路所述加热支路，如图3所示，所述故障检测方法还包括：
步骤S14：判断目标电流Itarget是否为0；目标电流为加热开关电路的设定电流，比如为满足用户加热功率需求对应的电流。
步骤S15：当所述目标电流不为0时，检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0；
步骤S17：如果所述下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流都为0，则判断所述上桥开关管发生开路故障；
如果所述下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流不全为0，则判断所述下桥开关管未发生开路故障且电流为0的加热支路的所述加热元件发生开路故障。
具体的，参加附图6，假设本实施例中，加热开关电路包含3路加热支路A、B、C，分别具有下桥开关管Kd1、Kd2、Kd3和电阻丝H1、H2、H3。通过步骤S111/S121/S131、步骤S112/S122/S132和步骤S113/S123/S133分别检测Kd1、Kd2、Kd3的开路情况，其中步骤S111/S121/S131、步骤S112/S122/S132和步骤S113/S123/S133没有时间和逻辑顺序，可以先执行步骤S111/S121/S131、后执行步骤S112/S122/S132和步骤S113/S123/S133，同样可以先执行步骤S112/S122/S132、后执行步骤S111/S121/S131和步骤S113/S123/S133，也可以是其它执行顺序。如果检测到Kd1开路，则步骤S15中，检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0为检测加热支路B、C的电流是否都为0。如果Kd1、Kd2、Kd3均未发生开路故障，则步骤S15中，检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0为检测加热支路A、B、C的电流是否都为0。
如图4所示，在一个实施例中，上述故障检测方法还包括步骤S16：比较所述未发生开路故障的下桥开关管的压降是否都小于拉低基准电压；如果所述未发生开路故障的下桥开关管的压降都小于所述拉低基准电压，则所述上桥开关管发生故障。步骤S16发生在步骤S15：检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0后，步骤S17：判断所述上桥开关管发生故障之前。当上桥开关管Ku1发生开路故障时，下桥开关管的压降被拉低，因此可以通过检测下桥开关管与拉低基准电压进行比较，从而判断上桥开关管的故障。拉低基准电压与下桥开关管被拉低时，下桥开关管的压降有关，一般为比0略大的电压，比如0.2V。
进一步的，上述故障检测方法还包括步骤S18:比较未发生开路故障的下桥开关管的压降是否小于所述拉低基准电压；和步骤S19：如果所述未发生开路故障的下桥开关管的压降小于所述拉低基准电压，则判断所述下桥开关管未发生开路故障且电流为0的加热支路的所述加热元件发生开路故障。因为未发生故障的下桥开关管所在加热支路可能有多条，因此步骤S18可以包括步骤S181、S182、S183，图4所示的实施例中，未发生故障的下桥开关管所在加热支路有加热支路A、B、C，其对应步骤S181、S182、S183，步骤S181、S182、S183分别检测加热支路A、B、C的下桥开关管的压降是否小于所述拉低基准电压；同理，步骤S19包括步骤S191、S192、S193,步骤S191、S192、S193分别用于判断加热支路A、B、C的电阻丝是否发生开路故障。
需要说明的是，附图3、4中，Itarget为目标电流；IfbA为加热支路A相的实际电流；IfbB为加热支路B相的实际电流；IfbC为加热支路C相的实际电流；其中实际电流为加热开关电路工作时对应的电流。OCA为加热支路A相的下桥开关管Kd1的压降信号；OCB为加热支路B相的下桥开关管Kd2的压降信号；OCC为加热支路C相的下桥开关管Kd3的压降信号。
基于上述故障检测方法，本申请实施例还提供了一种电加热器，如图5所示，包括至少1个上桥开关管Ku1和至少2路并联的加热支路A、B；加热支路A/B分别包括串联的下桥开关管Kd1/Kd2和加热元件H1/H2；并联后的加热支路A/B与上桥开关管Ku1串联在供电电源DC+、DC-之间；还包括：
压降检测单元：用于检测所述下桥开关管的压降；
开路比较单元：用于比较所述压降与开路基准电压的大小；
开路判断单元：当所述压降大于所述开路基准电压时，判断所述下桥开关管发生开路故障。
压降检测单元、开路比较单元和开路判断单元可以集成在一个MCU控制模块中。附图3、4中，Vref为MCU AD的参考基准电压；LSB为MCU AD的最小分辨率；OCA/OCB/OCB信号传送至MCU的AD口，MCU通过AD口对OCA/OCB/OCB信号进行采样。附图3、4中，开路基准电压为(Vref-5LSB)，拉低基准电压为5LSB；当然(Vref-5LSB)和5LSB仅用作解释实施例，不能作为对本申请的限定。
进一步的，上述电加热器还包括：
目标电流判断单元：用于判断目标电流是否为0；
电流检测单元：当所述目标电流不为0时，检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0；
所述开路判断单元还用于，当所述下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流都为0时，判断所述上桥开关管发生开路故障；及当所述下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流不全为0时，判断所述下桥开关管未发生开路故障且电流为0的加热支路的所述加热元件发生开路故障。
进一步的，上述电加热器还包括拉低比较单元：用于在检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0后，判断所述上桥开关管发生故障之前，比较所述未发生开路故障的下桥开关管的压降是否都小于拉低基准电压；如果所述未发生开路故障的下桥开关管的压降都小于所述拉低基准电压，则所述开路判断单元判断所述上桥开关管发生故障。
进一步的，所述拉低比较单元还用于在检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0后，判断某一路加热元件发生开路故障之前，检测未发生开路故障的下桥开关管的压降是否小于所述拉低基准电压，如果所述未发生开路故障的下桥开关管的压降小于所述拉低基准电压，则所述开路判断单元判断所述下桥开关管未发生开路故障且电流为0的加热支路的所述加热元件发生开路故障。
其中，目标电流判断单元、电流检测单元、拉低比较单元也可以集成在MCU中。
在上述实施例中，如图6所示，所述下桥开关管Kd1、Kd2、Kd3第一端与所述供电电源低电位端DC-相连，DC-可以为参考地。下桥开关管Kd1、Kd2、Kd3的第二端分别与加热元件H1、H2、H3相连，加热元件H1、H2、H3与上桥开关管Ku1的第一端相连；所述加热支路还包括串联在所述下桥开关管第二端和所述供电电源低电位端的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2；所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端连接到所述压降检测单元。本实施例中，利用R1/R2分压后的电压来表征下桥开关管的压降。
进一步的，在上述实施例中，为了提高压降的采样精度，所述加热支路还包括滤波单元，所述滤波单元包括与第二分压电阻R2并联的第一滤波电容；
或者所述滤波单元包括与第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的公共端相连的滤波电阻Rf，滤波电阻Rf通过第二滤波电容Cf连接到所述供电电源低电位端DC-，滤波电阻Rf和第二滤波电容Cf的公共端连接到所述压降检测单元。
需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种加热开关电路的故障检测方法，其特征在于，所述加热开关电路包括至少1个上桥开关管和至少2路并联的加热支路；所述加热支路包括串联的下桥开关管和加热元件；并联后的加热支路与所述上桥开关管串联在供电电源之间；
所述故障检测方法包括：
检测所述下桥开关管的压降；
比较所述压降与开路基准电压的大小；
当所述压降大于所述开路基准电压时，则判断所述下桥开关管发生开路故障；
所述故障检测方法还包括：
判断目标电流是否为0，所述目标电流为所述加热开关电路的设定电流；
当所述目标电流不为0时，检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0；
如果所述下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流都为0，则判断所述上桥开关管发生开路故障；
如果所述下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流不全为0，则判断所述下桥开关管未发生开路故障且电流为0的加热支路的所述加热元件发生开路故障。
2.根据权利要求1所述的故障检测方法，其特征在于，所述加热开关电路至少有3路所述加热支路。
3.根据权利要求2所述的故障检测方法，其特征在于，检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0后，判断所述上桥开关管发生故障之前还包括步骤：比较所述未发生开路故障的下桥开关管的压降是否都小于拉低基准电压；如果所述未发生开路故障的下桥开关管的压降都小于所述拉低基准电压，则判断所述上桥开关管发生故障。
4.根据权利要求3所述的故障检测方法，其特征在于，检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0后，判断某一路加热元件发生开路故障之前还包括步骤：比较未发生开路故障的下桥开关管的压降是否小于所述拉低基准电压，如果所述未发生开路故障的下桥开关管的压降小于所述拉低基准电压，则判断所述下桥开关管未发生开路故障且电流为0的加热支路的所述加热元件发生开路故障。
5.一种电加热器，其特征在于，包括至少1个上桥开关管和至少2路并联的加热支路；所述加热支路包括串联的下桥开关管和加热元件；并联后的加热支路与所述上桥开关管串联在供电电源之间；还包括：
压降检测单元：用于检测所述下桥开关管的压降；
开路比较单元：用于比较所述压降与开路基准电压的大小；
开路判断单元：当所述压降大于所述开路基准电压时，判断所述下桥开关管发生开路故障；
目标电流判断单元：用于判断目标电流是否为0，所述目标电流为所述电加热器的设定电流；
电流检测单元：当所述目标电流不为0时，检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0；
所述开路判断单元还用于，当所述下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流都为0时，判断所述上桥开关管发生了开路故障；及当所述下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流不全为0时，判断所述下桥开关管未发生开路故障且电流为0的加热支路的所述加热元件发生了开路故障。
6.根据权利要求5所述的一种电加热器，其特征在于，还包括拉低比较单元：用于在检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0后，判断所述上桥开关管发生故障之前，比较所述未发生开路故障的下桥开关管的压降是否都小于拉低基准电压；如果所述未发生开路故障的下桥开关管的压降都小于所述拉低基准电压，则所述开路判断单元判断所述上桥开关管发生故障。
7.根据权利要求6所述的一种电加热器，其特征在于，所述拉低比较单元还用于在检测下桥开关管未发生开路故障的加热支路的电流是否都为0后，判断某一路加热元件发生开路故障之前，检测未发生开路故障的下桥开关管的压降是否小于所述拉低基准电压，如果所述未发生开路故障的下桥开关管的压降小于所述拉低基准电压，则所述开路判断单元判断所述下桥开关管未发生开路故障且电流为0的加热支路的所述加热元件发生开路故障。
8.根据权利要求5-7任一项所述的电加热器，其特征在于，所述下桥开关管第一端与所述供电电源低电位端相连，所述下桥开关管的第二端分别与其对应的所述加热元件的一端相连，所述加热元件的另一端与所述上桥开关管的第一端相连；所述加热支路还包括串联在所述下桥开关管第二端和所述供电电源低电位端的第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端连接到所述压降检测单元。
9.根据权利要求8所述的电加热器，其特征在于，所述加热支路还包括滤波单元，所述滤波单元包括与所述第二分压电阻并联的第一滤波电容；
或者所述滤波单元包括与所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端相连的滤波电阻，所述滤波电阻通过第二滤波电容连接到所述供电电源低电位端，所述滤波电阻和所述第二滤波电容的公共端连接到所述压降检测单元。
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