CN110998346A - Pwm控制的负载的开路负载诊断 - Google Patents

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Abstract

检测负载的开路负载状况的方法和设备。负载通过至少一个开关耦合至高侧的电源和低侧的地面，该负载具有第一端和第二端，第一端的第一电压保持恒定。开关由PWM信号控制。在开关由PWM信号断开后，测量与负载第二端相关联的电压。在一个实施例中，将第二电压在预定延迟期间的变化与预定电压阈值进行比较。在另一个实施例中，将第二电压的变化达到预定电压阈值所花费的时间与预定时间阈值进行比较。

Description

PWM控制的负载的开路负载诊断
技术领域
本公开总体上涉及使用脉冲宽度调制(PWM)的负载控制。
背景技术
使用脉冲宽度调制(PWM)的负载控制具有多种应用，例如，已在电子稳定程序(ESP)或防滑制动(ABS)系统中使用。ESP或ABS系统可以选择性地操作前离合轮、后离合轮、左离合轮和右离合轮，以防止在加速、制动、驾驶员失误等情况下发生车辆打滑。ESP或ABS系统可以输出PWM信号以驱动负载(例如，电动机)，其中PWM信号的占空比可以确定车辆制动的液压阀的排出速率。电动机性能下降或故障会导致电动机故障，甚至导致ESP或ABS系统故障。为了避免或减轻系统故障，需要检测负载故障。通常需要改善负载故障检测的系统和方法。
发明内容
一个实施例涉及一种用于检测负载的开路负载状况的设备。负载通过至少一个开关耦合至电源和地面。负载具有第一端和第二端，其中在第一端的第一电压保持恒定。所述设备被构造为输出脉冲宽度调制(PWM)信号以选择性地接通或断开所述至少一个开关的第一开关。所述设备使用PWM信号在第一时间点断开所述第一开关，在从所述第一时间点起的预定延迟之后，确定与负载的第二端相关联的第二电压，和确定在预定延迟期间所述第二电压的变化是否小于预定阈值电压。响应于确定所述变化小于预定阈值电压，该设备确定所述负载存在开路负载状况。
另一个实施例涉及一种用于检测负载的开路负载状况的设备。负载通过至少一个开关耦合至电源和地面。负载具有第一端和第二端，其中在第一端的第一电压保持恒定。所述设备被构造为输出脉冲宽度调制(PWM)信号以选择性地接通或断开所述至少一个开关的第一开关。所述设备使用PWM信号在第一时间点断开第一开关，并确定自第一时间点以来与负载的第二端相关联的第二电压的变化是否已经达到预定阈值电压。响应于确定所述变化已经达到预定阈值电压，所述设备确定自第一时间点以来所述变化达到预定阈值电压的时间段，和确定所述时间段是否大于预定阈值时间段。响应于确定所述时间段大于预定阈值时间段，该设备确定所述负载存在开路负载状况。
另一个实施例涉及一种用于检测负载的开路负载状况的方法。负载通过至少一个开关耦合至电源和地面。负载具有第一端和第二端，其中在第一端的第一电压保持恒定。所述方法包括输出脉冲宽度调制(PWM)信号以选择性地接通或断开所述至少一个开关的第一开关，使用PWM信号在第一时间点断开所述第一开关，在从所述第一时间点起的预定延迟之后，确定与负载的第二端相关联的第二电压，和确定在预定延迟期间所述第二电压的变化是否小于预定阈值电压。所述方法还包括：响应于确定所述变化小于所述预定阈值电压，确定所述负载存在开路负载状况。
另一个实施例涉及一种用于检测负载的开路负载状况的方法。负载通过至少一个开关耦合至电源和地面。负载具有第一端和第二端，其中在第一端的第一电压保持恒定。所述方法包括输出脉冲宽度调制(PWM)信号以选择性地接通或断开所述至少一个开关的第一开关，使用PWM信号在第一时间点断开所述第一开关，并确定自第一时间点以来与负载的第二端相关联的第二电压的变化是否已经达到预定阈值电压。所述方法还包括：响应于确定所述变化已经达到预定阈值电压；确定自第一时间点以来所述变化达到预定阈值电压的时间段，和确定所述时间段是否大于预定阈值时间段。所述方法还包括：响应于确定所述时间段大于预定阈值时间段，确定所述负载存在开路负载状况。
从以下结合附图的详细描述中，这些和其他特征以及其操作的组织和方式将变得显而易见。
附图说明
图1A是根据第一示例实施例的开路负载检测系统的示意图。
图1B是根据第二示例实施例的开路负载检测系统的示意图。
图1C是根据第三示例实施例的开路负载检测系统的示意图。
图1D是根据第四示例实施例的开路负载检测系统的示意图。
图1E是根据第五示例实施例的开路负载检测系统的示意图。
图2是根据示例实施例的图1A的开路负载检测系统的开关状态表。
图3是示出根据示例实施例的用于开路负载检测的第一方法的波形图。
图4是示出根据示例实施例的用于开路负载检测的第二方法的波形图。
图5是示出根据示例实施例的用于开路负载检测的第一方法的流程图。
图6是示出根据示例实施例的用于开路负载检测的第二方法的流程图。
具体实施方式
为了促进对本公开原理的理解，现在将参考附图中示出的实施例，并且将使用特定语言来描述相同的实施例。然而，应当理解，本文考虑了所示实施例中的任何改变和进一步修改，以及本公开所涉及领域的技术人员通常会想到的如本文所示的本公开的原理的任何其他应用，不因此意图限制本公开的范围。
一般地参考附图，本文公开的各种实施例涉及用于检测由脉冲宽度调制(PWM)控制的负载的开路负载状况的系统和方法。负载通过至少一个开关耦合至高侧的电源和低侧的地面。在一些实施例中，开关形成H桥配置。微控制器可以控制PWM驱动器或续流(Freewheeling)驱动器以选择性地打开或关闭开关。PWM驱动器和续流驱动器不同时接通。断开PWM驱动器与接通续流驱动器之间的时间差，或者断开续流驱动器与接通PWM驱动器之间的时间差称为停滞时间(dead time)。负载具有第一端和第二端，其中在第一端的第一电压保持恒定。在停滞时间期间，负载第二端的第二电压可以从基本上为零(0)伏上升到电源的电压。如果存在开路负载状况(例如，负载的电阻大于预定阈值)，则在预定时间段内，第二端的第二电压将不如负载正常时(即无开路负载状况)上升那么多。因此，微控制器可以通过在预定时间段之后测量第二电压来确定是否存在开路负载状况。在另一实施例中，如果存在开路负载状况，则第二电压从零上升到预定电压阈值所花费的时间比负载正常时要花费更长的时间。因此，微控制器可以通过测量第二电压上升到预定电压阈值所花费的时间来确定是否存在开路负载状况。
现在参考图1A，示出了根据第一示例实施例的用于检测由PWM控制的负载110的开路负载状况的系统100的示意图。系统100可以用于安装在设备上的电子稳定性程序(ESP)或防滑制动(ABS)系统中。该设备可以是例如包括公路车辆(例如卡车、公共汽车等)、越野车辆(例如四轮车、全地形车、拖拉机、割草机、雪地摩托)、海上船只(例如，船舶、潜艇、轮船、游艇、游轮)、建筑设备(例如，混凝土卡车、手动工具、装载机、起重臂)、采矿设备(例如，移动式采矿破碎机、推土机、装载机)、石油和天然气设备(例如钻探设备、推土机、装载机、钻机)的车辆或任何其他类型的车辆。ESP或ABS系统可以选择性地操作前离合轮、后离合轮、左离合轮和右离合轮，以防止在加速、制动、驾驶员失误等情况下发生车辆打滑。系统100也可以与消费者或工业产品结合使用。
系统100示出为包括配置为控制耦合到负载110的开关的H桥130的微控制器120。H桥130包括在高侧的第一开关132(也称为HS1_Q1)和第二开关134(也称为HS2_Q2)，以及在低侧的第三开关136(也称为LS1_Q3)和第四开关138(也称为LS2_Q4)。如本文所使用的，“高侧”是指连接到电源(例如，具有VBATT的电压的电池)并且因此向负载110提供电流的一侧。电源可以供应用于操作负载110的电力。如本文所使用的，“低侧”是指连接到地面并因此从负载110吸收电流的一侧。
负载110可以是连接到并操作例如液压泵(在该图中未示出)的电动机，该液压泵泵送从轮缸排出的制动流体。负载110具有第一端TP1和第二端TP2，其中第一端TP1连接到第一开关132和第三开关136之间的点，第二端TP2连接到第二开关134和第四开关138之间的点。为了建立易于理解的极性约定，当电流流过负载110从TP1到TP2时，在此电动机方向被定义为“正向”。类似地，当电流流过负载110从TP2到TP1时，在此电动机方向被定义为“反向”。
微控制器120被配置为控制驱动第一开关132的第一栅极驱动器电路122、驱动第二开关134的第二栅极驱动器电路124、驱动第三开关136的第三栅极驱动器电路126、以及驱动第四开关138的第四栅极驱动电路128。栅极驱动器电路122至128连接到开关132至138的栅极，并且可以根据从微控制器120输出的控制信号(例如，PWM信号)分别选择性地接通或断开开关132至138。尽管开关132至138被示出为MOSFET，但是应当理解，可以利用其他可控开关元件。
微控制器120可以包括形成在半导体芯片上的可编程逻辑电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)等。微控制器120可以包括被配置为承载(即，发送和/或接收)信号的多个引脚(pins)。如图所示，微控制器120包括耦合至第一栅极驱动器电路122的“HS1_IN”引脚、耦合至第二栅极驱动器电路124的“HS2_IN”引脚、耦合至第三栅极驱动器电路126的“LS1_IN”引脚、以及“耦合至第四栅极驱动器电路128的“LS2_IN”引脚。微控制器120可以经由相应的引脚向栅极驱动器电路122至128输出控制信号。下面将参考图2-4详细讨论到每个栅极驱动器电路的控制信号的时序。
如图1A所示，微控制器120还包括“DG_HB_FB1”引脚，其经由第一漏极至栅极反馈电阻器102耦合至TP1，该第一漏极至栅极反馈电阻器102在负载110的第一端TP1与负载110串联。通过“DG_HB_FB1”引脚，微控制器120可以在负载110的第一端TP1接收指示第一电压的信号。类似地，微控制器120包括“DG_HB_FB2”引脚，其经由第二漏极至栅极反馈电阻器104耦合至TP2，该第二漏极至栅极反馈电阻器104在负载110的第二端TP2与负载110串联。通过“DG_HB_FB2”引脚，微控制器120可以在负载110的第二端TP2接收指示第二电压的信号。微控制器120还包括耦合至电流感测放大器电路108的“SENSE_IN”引脚，该电流感测放大器电路108与感测电阻器106并联连接，用于感测流经电阻器106的电流。通过“SENSE_IN”引脚，微控制器120可以接收指示流过负载110的电流的信号。
应当理解，系统100的结构以及微控制器120的引脚布置仅通过示例而非限制的方式示出；任何合适的电路和引脚布置都可以用于本公开。还应该理解，H桥配置在本文中用作示例说明。用于检测开路负载状况的系统可以具有其他配置。参考图1B至1E，根据示例实施例示出了各种开路负载系统。
图1B示出了根据第二示例实施例的开路负载检测系统150。系统150包括H桥配置的一半，即开关132和开关136，但不包括开关134和开关138。负载110的第一端TP1直接接地，而第二端TP2则连接到开关132和开关136之间的点。
图1C示出了根据第三示例实施例的开路负载检测系统160。系统160仅包括第一高侧开关132。负载110的第一端TP1直接接地，第二端TP2通过开关132连接到电源。
图1D示出了根据第四示例实施例的开路负载检测系统170。系统170仅包括第一负载侧开关136。负载110的第一端TP1直接连接到电源，第二端TP2通过开关136接地。
图1E示出了根据第五示例实施例的开路负载检测系统180。系统180包括高侧-低侧对，即在高侧的开关132和在低侧的开关138。负载110的第一端TP1通过开关132连接到电源，第二端TP2通过开关138接地。
参照图2，示出了根据示例实施例的图1A的开路负载检测系统100的开关状态表。如上所述，为了建立极性约定，当电流从TP1到TP2流过负载110时，电动机方向被定义为“正向”。当电流从节点TP2到节点TP1流过负载110时，电动机方向被定义为“反向”。
对于“正向”方向，第一开关132(即HS1_Q1)处于接通、第二开关(即HS2_Q2)处于续流(freewheeling)、第三开关(即LS1_Q3)处于断开、第四开关(即LS2_Q4)处于脉冲宽度调制(PWMing)。微控制器120通过HS1_IN引脚向第一栅极驱动器电路122输出信号，该信号驱动栅极驱动器电路122向第一开关132的栅极输出高电压，从而第一开关132接通。微控制器120通过LS1_IN引脚向第三栅极驱动器电路126输出信号，该信号驱动栅极驱动器电路126向第三开关136的栅极输出低电压，从而第三开关136断开。微控制器120将PWM信号输出到第四栅极驱动器电路128。PWM信号使第四栅极驱动器电路128向第四开关138输出交替的高电压和低电压。当电压高时，第四开关接通，电流从电池电压(VBATT)、第一开关132、负载110和第四开关138流到地面。当电压低时，第四开关138断开。占空比描述信号处于高(即接通)状态的时间量占整个周期总时间的百分比。微控制器120将续流信号输出到第二开关134。续流信号使第二栅极驱动器电路124向第二开关134输出交替的高电压和低电压。例如，当第四开关128由PWM信号断开时，作为电感器类型的负载110将试图通过利用其存储的磁场能量来产生其自身的电压来抵抗电流的突然下降。结果是，负载110的第二端TP2处的第二电压从基本为零升高以赶上第一端TP1处的第一电压(即VBATT)。通过接通用于续流的第二开关134，允许负载110以连续的回路从其自身汲取电流，直到能量消散为止。PWM信号和续流信号不同时接通。断开PWM驱动器与接通续流驱动器之间的时间差，或者断开续流驱动器与接通PWM驱动器之间的时间差称为停滞时间。
对于“反向”方向，第一开关132(即HS1_Q1)处于续流、第二开关(即HS2_Q2)处于接通、第三开关(即LS1_Q3)处于脉冲宽度调制、第四开关(即LS2_Q4)处于断开。微控制器120通过HS2_IN引脚向第二栅极驱动器电路124输出信号，该信号驱动栅极驱动器电路124向第二开关134的栅极输出高电压，从而第二开关134接通。微控制器120通过LS2_IN引脚向第四栅极驱动器电路138输出信号，该信号驱动栅极驱动器电路128向第四开关138的栅极输出低电压，从而第四开关138断开。微控制器120将PWM信号输出到第三栅极驱动器电路136。PWM信号指示第三栅极驱动器电路126向第三开关136输出交替的高电压和低电压。当电压高时，第三开关接通，并且电流从VBATT、第二开关134、负载110和第三开关136流到地面。当电压低时，第三开关136断开。微控制器120将续流信号输出到第一栅极驱动器电路122。续流信号指示第一栅极驱动器电路122向第一开关132输出交替的高电压和低电压。例如，当第三开关128由PWM信号断开时，作为电感器类型的负载110将试图通过利用其存储的磁场能量来产生其自身的电压来抵抗电流的突然下降。结果是，负载110的第一端TP1处的第一电压从基本为零升高以赶上第二端TP2处的第二电压(即VBATT)。通过接通用于续流的第一开关132，允许负载110以连续的回路从其自身汲取电流，直到能量消散为止。PWM信号和续流信号不同时接通。
参照图3，示出根据示例实施例的图解图1A的系统100的开路负载检测的第一方法的波形图。图3所示的实施例假定电动机方向为“正向”。
图3中的第一行是HS1_IN引脚上的电压波形，其始终为5V，因此开关132处于接通状态。
第二行是负载110的第一端TP1处的第一电压的波形。因为开关132接通，所以相对于电源的电压VBATT，开关132上的电压降可以忽略。因此，节点TP1处的电压基本保持恒定在VBATT。
第三行是“LS2_IN”引脚处的电压波形，其遵循PWM模式。第四行是“HS2_IN”引脚处的电压波形，其遵循续流模式。第五行是负载110的第二端TP2处的第二电压的波形，其随“LS2_IN”引脚和“HS2_IN”引脚处的电压而变化。第六行是在“DG_HB_FB2”引脚处接收到的电压的波形，其随TP2处的第二电压而变化。
在时刻t0和时刻t1之间，“LS2_IN”引脚处的PWM信号是低的，这将断开第四开关138。“HS2_IN”引脚处的续流信号是高的，从而接通第二开关134。因为开关134接通，所以相对于电源的电压VBATT，开关134上的电压降可以忽略。因此，节点TP2处的电压基本上为VBATT。在“DG_HB_FB2”引脚处接收的电压是TP2处的第二电压减去电阻器104上的压降，该电压降基本上跟随TP2处的第二电压。
在时刻t1和时刻t2之间，“HS2_IN”引脚处的续流信号是低的，这将断开第二开关134。“LS2_IN”引脚处的PWM信号是高的，该信号接通第四开关138，从而电流从VBATT流经开关132、负载110和开关138到地面。因为开关138接通，所以开关138上的电压降可忽略不计，并且TP2处的第二电压基本上是接地电压，即0V。在“DG_HB_FB2”引脚处接收的电压也基本上是0V。
在时刻t2和时刻t3之间，“LS2_IN”引脚处的PWM信号是低的，这将断开第四开关138。但是，“HS2_IN”引脚处的续流信号也是低的，这尚未接通第二开关134。该时间段称为“停滞时间”。在第四开关138由PWM信号断开之后，电感器类型的负载110使用其存储的磁场能量来产生电压以抵抗电流的突然下降。因此，TP2处的第二电压开始从基本上0V向VBATT增加，以赶上TP1处的第一电压。负载110的电阻越大，节点TP2处的电压达到VBATT的速度越慢。线302示出了当负载110的电阻正常时(例如，小于3kΩ)的第二电压在TP2处的变化。线304示出了当负载110开路(open)时(例如，负载110的电阻大于3kΩ)的第二电压在TP2处的变化。“DG_HB_FB2”引脚处的电压跟随节点TP2处的第二电压的变化。线306示出了当负载的电阻正常时(例如，小于3kΩ)的“DG_HB_FB2”引脚处的电压变化。曲线308示出了当负载110开路(open)时(例如，负载110的电阻大于3kΩ)的“DG_HB_FB2”引脚处的电压变化。
在时刻t3，“LS2_IN”引脚处的PWM信号保持低的，从而使第四开关138保持断开。“HS2_IN”引脚处的续流信号是高的，从而接通第二开关134。一个新的周期开始了。换句话说，从时刻t3开始，PWM模式和续流模式在t0和t3之间重复，例如，在时刻t4处的PWM模式和续流模式与在时刻t2处的PWM模式和续流模式是相同的，依此类推。
在用于开路负载检测的第一方法中，微控制器120确定从停滞时间开始的预定时间段(即，延迟)之后，“DG_HB_FB2”引脚处的电压是否已达到预定电压阈值310。特别地，如图3所示，停滞时间在时刻t2开始。预定时间段短于停滞时间的持续时间。预定时间段是从时刻t2到时刻t延迟，其中时刻t延迟在时刻t3之前。在一些实施例中，预定延迟是15μs。如上所述，当负载110的电阻正常时，“DG_HB_FB2”引脚处的电压上升快于存在开路负载状况时。因此，在时刻t延迟上，如果负载110正常(即不存在开路负载状况)，则“DG_HB_FB2”引脚处的电压可能已达到最大值，例如5V。如果负载110存在开路负载状况，“DG_HB_FB2”引脚处的电压可能大大低于最大值。可以选择预定电压阈值310为例如3.25V。如果在时刻t延迟，“DG_HB_FB2”引脚处的电压大于预定电压阈值310，则微控制器120确定负载110是正常的。如果在时刻t延迟，“DG_HB_FB2”引脚处的电压等于或小于预定电压阈值310，则微控制器120确定负载110存在开路负载状况。应当理解，尽管本文以正向方向为例进行说明，但是该方法也可以用于反向方向的开路负载检测。
预定延迟(t延迟)的值和预定电压阈值310的值可以从存储器中检索、由微控制器120或外部系统或设备自适应地确定、由用户指定或者从任何其他数据源接收。在一些实施例中，可以使用电路的参数知识来选择参数的值。
参照图4，示出根据示例实施例的图解图1A的系统100的开路负载检测的第二方法的波形图。图4所示的实施例假定电动机方向为“正向”。
PWM模式和续流模式可能与第一方法相同。在时刻t0和时刻t1之间，“LS2_IN”引脚处的PWM信号是低的，从而断开第四开关138。“HS2_IN”引脚处的续流信号是高的，从而接通第二开关134。在时刻t1和时刻t2之间，“HS2_IN”引脚处的续流信号是低的，从而断开第二开关134。“LS2_IN”引脚处的PWM信号是高的，该信号接通第四开关138，从而电流从VBATT流经开关132、负载110和开关138到地面。在时刻t2和时刻t3之间，“LS2_IN”引脚处的PWM信号是低的，从而断开第四开关138。但是，“HS2_IN”引脚处的续流信号也是低的，这尚未接通第二开关134。该时间段称为“停滞时间”。在时刻t3，“LS2_IN”引脚处的PWM信号保持低的，从而使第四开关138保持断开。“HS2_IN”引脚处的续流信号为高的，从而接通第二开关134。一个新的周期开始了。换句话说，从时刻t3开始，PWM模式和续流模式在t0和t3之间重复，例如，在时刻t4处的PWM模式和续流模式与在时刻t2处的PWM模式和续流模式是相同的，依此类推。
第二方法的不同之处在于，达到预定电压阈值410的时间段，而不是在预定时间段后获得的电压用于确定是否存在开路负载状况。在开路负载检测的第二方法中，微控制器120确定“DG_HB_FB2”引脚处的电压从停滞时间开始到达到预定电压所花费的时间段是否大于预定时间阈值。特别地，如图4所示，停滞时间在时刻t2开始。微控制器120可以在时刻t2记录初始时间戳。可以设置预定电压阈值410，其小于最大电压，例如5V。微控制器120连续地确定“DG_HB_FB2”引脚处的电压是否已经达到预定电压阈值410。当“DG_HB_FB2”引脚处的电压达到预定电压阈值410时，微控制器120可以在该点记录最终时间戳。微控制器120可以通过例如计算初始时间戳和最终时间戳之间的差来确定“DG_HB_FB2”处的电压达到预定电压阈值410所花费的时间。如上所述，与负载开路状况相比，当负载110正常时，达到预定电压阈值410所花费的时间更短。可以选择预定时间阈值410。如果“DG_HB_FB2”引脚处的电压达到预定电压阈值410所花费的时间段小于预定时间阈值，则微控制器120确定负载110是正常的。如果“DG_HB_FB2”引脚处的电压达到预定电压阈值410所花费的时间段等于或大于预定时间阈值，则微控制器120确定负载110是正常的。
预定延迟的值和预定电压阈值410的值可以从存储器中检索、由微控制器120或外部系统或设备自适应地确定、由用户指定或者从任何其他数据源接收。在一些实施例中，可以使用电路的参数知识来选择参数的值。在示例中，对于电阻大于2.5KΩ的负载，开路负载检测时间阈值tOI阈值＝9μs。例如，正常负载状况，t最终-t初始＝1.6μs，其小于tOI阈值＝9μs。这意味着没有开路负载故障状况。例如，3KΩ负载电阻的开路负载状况，t最终-t初始＝10.2μs，其大于tOI阈值＝9μs。这意味着存在开路负载故障状况。
应当理解，尽管本文以正向方向为例进行说明，但是该方法也可以用于反向方向的开路负载检测。还应当理解，尽管参照图1A的系统100说明了第一方法和第二方法，但是两种方法都可以应用于图1B至1E所示的系统150至180。特别地，对于图1B的系统150，负载110的第一端TP1处的第一电压保持恒定，其基本上为0V。开关132可以由PWM信号控制。开关136可以被置于断开状态。可以测量“DG_HB_FB1”引脚处的电压，该电压反映了负载110的第二端TP2处的第二电压。可以使用如上所述的第一方法和第二方法来确定是否存在开路负载状况。
对于图1C的系统160，负载110的第一端TP1处的第一电压保持恒定，其基本上为0V。开关132可以由PWM信号控制。可以测量“DG_HB_FB1”引脚处的电压，该电压反映了负载110的第二端TP2处的第二电压。可以使用如上所述的第一方法和第二方法来确定是否存在开路负载状况。
对于图1D的系统170，负载110的第一端TP1处的第一电压保持恒定，其基本上为VBATT。开关136可以由PWM信号控制。可以测量“DG_HB_FB1”引脚处的电压，该电压反映了负载110的第二端TP2处的第二电压。可以使用如上所述的第一方法和第二方法来确定是否存在开路负载状况。
对于图1E的系统180，可以通过PWM信号控制开关132和开关138中的一个。如果开关132由PWM信号控制，则开关138可以被置于接通状态。第二端TP2处的第二电压保持恒定，其基本上为0V。可以测量“DG_HB_FB1”引脚处的电压，该电压反映了负载110的第一端TP1处的第一电压。如果开关138由PWM信号控制，则开关132可以被置于接通状态。第一端TP1处的第一电压保持恒定，其基本上为VBATT。可以测量“DG_HB_FB1”引脚处的电压，该电压反映了负载110的第二端TP2处的第二电压。可以使用如上所述的第一方法和第二方法来确定是否存在开路负载状况。
参照图5，示出了根据示例实施例的开路负载检测的第一方法500的流程图。该方法可以由图1A到1E所示的任何系统来实现。负载通过至少一个开关耦合至高侧的电源和低侧的地面。在一些实施例中，存在以H桥配置的第四开关，该第四开关将负载耦合至高侧的电源和低侧的地面(例如，图1A)。在一些实施例中，两个开关将负载耦合至高侧的电源，并且将负载直接耦合至低侧的负载(例如，图1B)。在一些实施例中，一个开关将负载耦合至高侧的电源，并且将负载直接耦合至低侧的负载(例如，图1C)。在一些实施例中，一个开关将负载耦合至低侧的地面，并且将负载直接耦合至高侧的电源(例如，图1D)。在一些实施例中，一个开关将负载耦合至高侧的电源，而另一个开关将负载耦合至低侧的地面(例如，图1E)。
微控制器被配置为使用PWM控制至少一个开关的第一开关的接通或断开状态。负载具有两端，其中在负载的第一端TP1处的第一电压保持恒定。在一些实施例中，负载的第一端TP1处的电压保持恒定，其基本上是电源的电压。在其他实施例中，负载的第一端TP1处的电压保持恒定，其基本上为0V。PWM信号接通或断开第一开关，以选择性地将负载的第二端TP2与电源(或地面)连接或从电源(或地面)断开连接。微控制器还被配置为在负载的第二端TP2处接收指示第二电压的数据。
在操作502，微控制器输出PWM信号以断开第一开关。在第一开关由PWM信号断开后，作为电感器类型的负载使用其存储的磁场能量产生电压以抵抗电流的突然下降。负载的第二端TP2处的第二电压将朝负载的第一端TP1处的恒定电压变化。
在操作504，微控制器在预定延迟之后确定与负载的第二端TP2相关联的电压。与第二端TP2相关联的电压可以通过电阻器反馈到微控制器。预定延迟的值可以从存储器中检索、由微控制器或外部系统或设备自适地应确定、由用户指定或者从任何其他数据源接收。在一些实施例中，可以使用电路的参数知识来选择预定延迟的值。
在操作506，将由于第一开关断开而与负载的第二端TP2相关联的电压变化与预定电压阈值进行比较。预定电压阈值的值可以从存储器中检索、由微控制器或外部系统或设备自适应地确定、由用户指定或者从任何其他数据源接收。在一些实施例中，可以使用电路参数的知识来选择预定电压阈值的值。
在操作506，响应于电压的变化小于预定电压，在操作508，微控制器确定存在开路负载状况。
在操作506，响应于电压的变化大于或等于预定电压，在操作510，微控制器确定负载不存在开路负载状况。
参照图6，示出了根据示例实施例的开路负载检测的第一方法600的流程图。该方法可以由图1A到1E所示的任何系统来实现。负载通过至少一个开关耦合至高压侧的电源和低压侧的地面(参见图1A至1E)。微控制器被配置为使用PWM来控制至少一个开关的第一开关的接通或断开状态。负载具有两端，其中在负载的第一端TP1处的第一电压保持恒定。PWM信号接通或断开第一开关，以选择性地将负载的第二端TP2与电源(或地面)连接或从电源(或地面)断开连接。微控制器还被配置为在负载的第二端TP2处接收指示第二电压的数据。
在操作602，微控制器输出PWM信号以断开第一开关。在第一开关由PWM信号断开后，作为电感器类型的负载使用其存储的磁场能量产生电压以抵抗电流的突然下降。负载的第二端TP2处的第二电压将朝负载的第一端TP1处的恒定电压变化。
在操作604，微控制器连续确定由于第一开关断开而与负载的第二端TP2相关联的电压的变化是否小于预定电压阈值。与第二端TP2相关联的电压可以通过电阻器反馈到微控制器。预定电压阈值的值可以从存储器中检索、由微控制器或外部系统或设备自适应地确定、由用户指定或者从任何其他数据源接收。在一些实施例中，可以使用电路参数的知识来选择预定电压阈值的值。
在操作604，响应于确定电压等于或大于电压阈值，在操作606，微控制器确定与负载的第二端TP2相关联的电压变化达到预定电压阈值的时间段，在一些实施例中，微控制器记录PWM信号断开第一开关的时刻的第一时间戳和电压变化等于或大于预定电压阈值的第一时刻的第二时间戳。
在操作608，将时间段与预定时间阈值进行比较。预定时间阈值的值可以从存储器中检索、由微控制器或外部系统或设备自适应地确定、由用户指定或者从任何其他数据源接收。在一些实施例中，可以使用电路的参数知识来选择预定时间阈值的值。
在操作608，响应于确定该时间段长于阈值时间段，在操作610，微控制器确定负载存在开路负载状况。
在操作608，响应于确定该时间段短于或等于预定时间段，在操作610，微控制器确定负载不存在开路负载状况。
如本文所用，术语“基本上”、“大约”和类似术语旨在具有广泛的含义，与本公开的主题所属领域的普通技术人员的普通和公认的用法相一致。阅读本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表明对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为是在所附权利要求书所述的本发明的范围内。
这里使用的术语“耦合”、“连接”等意味着两个构件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这样的连接可以通过两个构件或者两个构件和任何另外的中间构部件彼此一体地形成为单个整体，或者通过两个构件或者两个构件和任何另外的中间构件相互连接来实现。
本文对元件位置(例如“中间”、“上方”、“下方”等)的引用仅用于描述附图中各种元件的位置。应当注意，根据其他示例实施例，各种元件的位置可以不同，并且这种变型旨在被本公开所涵盖。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用适当地从复数转换为单数和/或从单数转换为复数。为清楚起见，这里可以明确地阐述各种单数/复数排列。
此外，在整个说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”或类似语言的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“在示例实施例中”和类似语言可以但不是必须全部指代相同的实施例。
因此，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本公开可以以其他特定形式实施。所描述的实施例在所有方面仅被认为是说明性的而非限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都将被包含在其范围内。
虽然本说明书包含具体的实现细节，但这些不应被解释为对任何发明或可能要求保护范围的限制，而是作为特定实现特有特征的描述。在单独实现的上下文中在本说明书中描述的某些特征也可以在单个实现中组合实现。相反，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实现中实现。此外，尽管上述的特征可以描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此声明，但是在某些情况下可以从组合中切除来自所要求保护的组合的一个或多个特征，所要求保护的组合可以针对子组合的子组合或变型。
类似地，虽然可以以特定顺序描述操作，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这些操作、或者执行所有操作来实现期望的结果。此外，上述实现的各个方面的分离不应被理解为在所有实现中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的方法通常可以集成在单个应用程序中或跨多个应用程序集成。

Claims (20)

1.一种检测负载的开路负载状况的设备，其特征在于，所述负载通过至少一个开关耦合至电源和地面，所述负载具有第一端和第二端，在所述第一端处的第一电压保持恒定，所述设备被构造为：
输出脉冲宽度调制(PWM)信号以选择性地接通或断开所述至少一个开关的第一开关；
使用PWM信号在第一时间点断开所述第一开关；
在从所述第一时间点起的预定延迟之后，确定与所述负载的第二端相关联的第二电压；
确定在所述预定延迟期间所述第二电压的变化是否小于预定阈值电压；和
响应于确定所述变化小于所述预定阈值电压，确定所述负载存在开路负载状况。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述负载是电感器类型负载，并且其中，由于所述第一开关在所述第一时间点被断开，因此所述第二电压朝向所述第一电压变化。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述负载在第一端通过所述第一开关并且在第二端通过第二开关耦合至所述地面，所述负载在第一端通过第三开关并且在第二端通过第四开关耦合至所述电源，所述设备被构造为：
输出续流信号以在第二时间点选择性地接通或断开所述第三开关；
其中，从第一时间点起的预定延迟在所述第一时间点和所述第二时间点之间。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述负载在所述第一端直接耦合至所述地面，并且在所述第二端通过所述第一开关耦合至所述电源，并且第二开关耦合在所述第二端与所述地面之间。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述负载在所述第一端直接耦合至所述地面，并且在所述第二端通过所述第一开关耦合至所述电源。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述负载在所述第一端直接耦合至所述电源，并且在所述第二端通过所述第一开关耦合至所述地面。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述负载通过所述第一开关在所述第一端耦合至所述电源，并且通过第二开关在所述第二端耦合至所述地面。
8.一种检测负载的开路负载状况的设备，其特征在于，所述负载通过至少一个开关耦合至电源和地面，所述负载具有第一端和第二端，在所述第一端处的第一电压保持恒定，所述设备被构造为：
输出脉冲宽度调制(PWM)信号以选择性地接通或断开所述至少一个开关的第一开关；
使用PWM信号在第一时间点断开所述第一开关；
确定自第一时间点以来与所述负载的第二端相关联的第二电压的变化是否已经达到预定阈值电压；
响应于确定所述变化已经达到所述预定阈值电压，确定自所述第一时间点以来所述变化达到所述预定阈值电压的时间段；
确定所述时间段是否大于预定阈值时间段；和
响应于确定所述时间段大于所述预定阈值时间段，确定所述负载存在开路负载状况。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述负载是电感器类型负载，并且其中，由于所述第一开关在所述第一时间点被断开，因此所述第二电压朝向所述第一电压变化。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述负载在所述第一端通过所述第一开关并且在所述第二端通过第二开关耦合至所述地面，所述负载在所述第一端通过第三开关并且在所述第二端通过第四开关耦合至所述电源，所述设备被构造为：
在所述第一时间点之后的第二时间点输出续流信号以选择性地接通或断开所述第三开关。
11.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述负载在所述第一端直接耦合至地面，并且在所述第二端通过所述第一开关耦合至所述电源，并且第二开关耦合在所述第二端与所述地面之间。
12.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述负载在所述第一端直接耦合至所述地面，并且在所述第二端通过所述第一开关耦合至所述电源。
13.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述负载在所述第一端直接耦合至所述电源，并且在所述第二端通过所述第一开关耦合至所述地面。
14.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述负载在所述第一端通过所述第一开关耦合至所述电源，并且在所述第二端通过第二开关耦合至所述地面。
15.一种检测负载的开路负载状况的方法，其特征在于，所述负载通过至少一个开关耦合至电源和地面，所述负载具有第一端和第二端，在第一端处的第一电压保持恒定，所述方法包括：
输出脉冲宽度调制(PWM)信号以选择性地接通或断开所述至少一个开关的第一开关；
使用PWM信号在第一时间点断开所述第一开关；
在从所述第一时间点起的预定延迟之后，确定与所述负载的第二端相关联的第二电压；
确定在所述预定延迟期间所述第二电压的变化是否小于预定阈值电压；和
响应于确定所述变化小于所述预定阈值电压，确定所述负载存在开路负载状况。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述负载是电感器类型负载，并且其中，由于所述第一开关在所述第一时间点被断开，因此所述第二电压朝向所述第一电压变化。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述负载在所述第一端通过所述第一开关并且在所述第二端通过第二开关耦合至所述地面，所述负载在所述第一端通过第三开关并且在所述第二端通过第四开关耦合至所述电源，所述方法还包括：
输出续流信号以在第二时间点选择性地接通或断开所述第三开关；
其中，从第一时间点起的预定延迟在所述第一时间点和所述第二时间点之间。
18.一种检测负载的开路负载状况的方法，其特征在于，所述负载通过至少一个开关耦合至电源和地面，所述负载具有第一端和第二端，在所述第一端处的第一电压保持恒定，所述方法包括：
输出脉冲宽度调制(PWM)信号以选择性地接通或断开所述至少一个开关的第一开关；
使用PWM信号在第一时间点断开所述第一开关；
确定自第一时间点以来与所述负载的第二端相关联的第二电压的变化是否已经达到预定阈值电压；
响应于确定所述变化已经达到所述预定阈值电压，确定自所述第一时间点以来所述变化达到所述预定阈值电压的时间段；
确定所述时间段是否大于所述预定阈值时间段；和
响应于确定所述时间段大于所述预定阈值时间段，确定所述负载存在开路负载状况。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述负载是电感器类型负载，并且其中，由于所述第一开关在所述第一时间点被断开，因此所述第二电压朝向所述第一电压变化。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述负载在第一端通过所述第一开关并且在所述第二端通过第二开关耦合至所述地面，所述负载在所述第一端通过第三开关并且在所述第二端通过第四开关耦合至所述电源，所述方法还包括：
在所述第一时间点之后的第二时间点输出续流信号以选择性地接通或断开所述第三开关。
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