CN111276935A - 一种过流诊断处理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过流诊断处理电路，用于低边驱动电路的故障诊断，利用采样电路采集流过低边开关芯片的电流大小，判断电路判断接收到的电流大小与预先设置的阈值大小关系，最后关断电路根据判断结果决定是否对低边驱动电路进行快速关断，以此可以防止出现SCB故障时对低边开关芯片烧坏的情况，达到保护低边开关芯片的目的。并且对于低边输出的SCB故障诊断处理由毫秒级缩短为微秒级，避免了对低边驱动电路中器件的损坏，同时降低了成本，也可满足ISO26262功能安全的严格要求。
Description
技术领域
本发明属于电路领域，尤其是涉及一种过流诊断处理电路。
背景技术
低边驱动电路一般有开关型低边驱动电路以及PWM(Pulse width modulation)型低边驱动电路两种类型。开关型低边驱动电路的原理图请参考图1，其中，U1为低边开关芯片；R1为下拉电阻，驱动之前默认拉低状态；R2是限流和滤波电阻，与C1构成滤波电路；R3为上拉电阻，R4为限流电阻，R5为下拉电阻，三者构成分压诊断电路，C3为诊断电路的滤波电容；D1为TVS二极管(Transient voltage suppression diode)，C2为ESD(Electro-Staticdischarge)电容，两者用来保护低边开关芯片在恶劣工况(pulse或ESD静电等)不受损坏。PWM型低边驱动电路的原理图请参考图2，其中，U1为低边开关芯片；R1为下拉电阻，驱动之前默认拉低状态；R2是限流和滤波电阻，与C1构成滤波电路；R3为限流电阻，与电容C3构成滤波电路；D1为续流二极管，PWM驱动期间低边开关芯片处于关闭状态(OFF)时为负载构成续流路径；电容C2为ESD电容，用来保护低边开关芯片在恶劣工况不受损坏。
由此可见，开关型低边驱动电路以及PWM型低边驱动电路均主要由低边驱动电路和诊断电路两部分组成。开关型低边驱动电路以及PWM型低边驱动电路的诊断主要有SCB(短路到电源)、SCG(短路到地)以及OL(开路)，对于不同的开关状态，其诊断需求也有所不同。对于开关型低边驱动电路，低边开关芯片(图1中U1)为关闭状态(OFF)时，通过MCU(Microcontroller Unit)的AD端口(MCU_AD)诊断低边SCG和OL；低边开关芯片处于运行时，通过MCU的AD端口(MCU_AD)诊断低边SCB。对于PWM型低边驱动电路，低边开关芯片(图2中U1)为关闭状态(OFF)时，通过MCU的IO端口(MCU_IO2)诊断低边SCG和OL；对于PWM型低边驱动电路，通过MCU的IO端口(MCU_IO2)可诊断低边SCB、SCG和OL。在SCB、SCG以及OL这三类故障中低边导通状态时的SCB对控制器的损害最大，而低边输出的诊断采用的是MCU的AD端口或IO端口。
对于开关型低边驱动电路的低边输出，其诊断策略为通过判断MCU的AD端口采样的电压情况来确定是否存在故障。低边开关芯片导通时，AD端口采样电压高于某电压阈值时判断为SCB故障，低于某阈值时判断为正常工作情况。对于PWM型低边驱动电路的低边输出，其诊断策略为通过判断MCU的IO端口持续几个PWM周期的高低电平变化来确定是否存在故障。当采样周期内有高低电平变化时，判断为正常情况；若采样周期内IO端口电平为持续高时，判断为发生SCB故障；若采样周期内IO端口电平为持续低时，判断为发生SCG故障或OL故障，并且SCG和OL两个故障无法区分。
当发生SCB故障时，开关型低边驱动电路以及PWM型低边驱动电路的诊断确认时间为几毫秒甚至几十毫秒，期间的短路电流可以达数十安培。在实际应用中毫秒级别以上的大电流冲击就会有以下风险：烧坏低边开关芯片、烧坏PCB(Printed Circuit Board)走线、超过功能安全所要求的关断时间所引发的其他安全风险问题。所以对于当前的诊断策略，故障确认及关断的时效性很差，有损坏控制器的风险。
需要说明的是，公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过流诊断处理电路以及低边开关电路，用于解决现有技术中发生SCB故障时，诊断时间过长的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种过流诊断处理电路，用于低边驱动电路的故障诊断及处理，所述低边驱动电路具有一低边开关芯片，所述过流诊断处理电路包括采样电路、判断电路以及关断电路；其中，
所述采样电路用于采集流过所述低边开关芯片的第一电流；
所述判断电路用于接收所述第一电流，并用于判断所述第一电流与第一阈值的大小关系；
所述关断电路用于根据判断结果选择对所述低边驱动电路的输入端进行拉低以关断低边输出或保持正常工作状态；
所述第一阈值为允许流过所述低边开关芯片的电流最大值。
可选地，所述关断电路包括晶体管，所述判断电路的输出端与所述晶体管的控制端连接并用于控制所述晶体管的通断，所述晶体管的另外两端分别与所述低边开关芯片的断流输入端连接以及接地。
可选地，所述晶体管包括三极管或MOS管或IGBT。
可选地，所述关断电路还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路的两端分别与所述晶体管的控制端以及所述判断电路的输出端连接。
可选地，所述第一滤波电路包括第一电阻以及第一电容；其中，
所述第一电阻的一端与所述晶体管的控制端连接，所述第一电阻的另一端与所述判断电路的输出端连接；
所述第一电容的端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电容的另一端接地。
可选地，所述判断电路包括比较器，所述比较器的两个输入端分别用于接收所述第一电流以及所述第一阈值，所述比较器的输出端与所述关断电路连接；
所述比较器还具有电源输入端以及接地端，所述电源输入端与第一电源连接，所述接地端接地。
可选地，所述判断电路还包括第二滤波电路、阈值获取电路以及第二电阻；
所述第二滤波电路用于所述第一电源的输出稳压滤波；
所述阈值获取电路用于给所述第一阈值赋值；
所述第二电阻用作所述比较器的输出端的上拉电阻。
可选地，所述第二滤波电路包括第二电容；
所述第二电容的一端与所述第一电源的输出端连接，所述第二电容的另一端接地。
可选地，所述阈值获取电路包括第三电阻以及第四电阻；
所述第三电阻的一端与所述第一电源连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，并与所述比较器的反相端连接，所述第四电阻的另一端接地。
可选地，所述采样电路包括第五电阻以及第三滤波电路，所述第五电阻的一端与所述低边开关芯片连接，并与所述第三滤波电路的输入端连接，所述第五电阻的另一端接地；
所述第三滤波电路的输出端与所述比较器的同相端连接。
可选地，所述第一阈值为Ir，所述Ir按照以下公式获取：
其中，V为所述第一电源的输出电压值，R3为所述第三电阻的阻值，R4为所述第四电阻的阻值，R5为所述第五电阻的阻值，Vr为所述第五电阻两端的电压值。
可选地，所述第三滤波电路包括第六电阻以及第三电容；
所述第六电阻的一端与所述第五电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述第三电容的一端连接，并与所述比较器的同相端连接，所述第三电容的另一端接地。
可选地，所述判断电路还包括第一二极管；
所述第一二极管的阳极与所述比较器的输出端连接，所述第一二极管的阴极与所述比较器的同相端连接。
可选地，所述比较器的输出电压为Vout，所述Vout按照以下公式获取：
其中，V1为所述第二电阻连接的上拉电源的电压值，R2为所述第二电阻的阻值，R5为所述第五电阻的阻值，R6为所述第六电阻的阻值，Vf为所述第一二极管导通电压的值。
可选地，所述比较器的同相端的输入电压为Vin，所述Vin按照以下公式获取：
可选地，所述第一二极管包括快速二极管或肖特基二极管。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明提出的一种过流诊断处理电路，用于低边驱动电路的故障诊断及处理，与现有技术利用MCU的AD端口或IO端口进行诊断不同，本发明的技术方案利用所述采样电路采集流过所述低边开关芯片的电流大小，所述判断电路判断接收到的电流大小与预先设置的阈值大小关系，最后所述关断电路根据判断结果决定是否对所述低边驱动电路进行快速关断，以此可以防止出现SCB故障时对所述低边开关芯片烧坏的情况，达到保护低边开关芯片的目的。并且对于低边输出的SCB故障诊断处理由毫秒级缩短为微秒级，避免了对低边驱动电路中器件的损坏，同时降低了成本，也可满足ISO26262功能安全的严格要求。
另外，通过在判断电路中增加所述第一二极管，将所述第一二极管连接在所述比较器的输出端以及同相端间。可以在出现SCB故障后，反锁住所述比较器的输出，使得所述低边开关芯片处于安全状态，如果希望解锁，则需要进一步操作来解锁，这样做进一步提高所述过流诊断处理电路的安全性。
附图说明
图1为现有技术中开关型低边驱动电路结构示意图；
图2为现有技术中PWM型低边驱动电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的过流诊断处理电路应用在开关型低边驱动电路中的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的过流诊断处理电路应用在PWM型低边驱动电路中的结构示意图；
其中，图1和图2：U1-低边开关芯片，R1-下拉电阻，R2-限流和滤波电阻，C1-滤波电容，R3-上拉电阻(图2中为限流电阻)，R4-限流电阻，R5-下拉电阻，C3-滤波电容，D1-TVS二极管(图2中为续流二极管)，C2-ESD电容；
图3和图4：10-过流诊断处理电路，100-采样电路，101-关断电路，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，D1-第一二极管，U1-低边开关芯片，U2-晶体管，U3-比较器，VDD-第一电源。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
请参考图3和图4，本发明实施例提出一种过流诊断处理电路10，用于低边驱动电路的故障诊断及处理，所述低边驱动电路具有一低边开关芯片U1，所述过流诊断处理电路10包括采样电路100、判断电路以及关断电路101。其中，所述采样电路100用于采集流过所述低边开关芯片U1的第一电流；所述判断电路用于接收所述第一电流，并用于判断所述第一电流与第一阈值的大小关系。所述关断电路101用于根据判断结果选择对所述低边驱动电路的输入端进行拉低以关断低边输出或保持正常工作状态；所述第一阈值为允许流过所述低边开关芯片U1的电流最大值。
与现有技术利用MCU的AD端口或IO端口进行诊断不同，本发明实施例的技术方案利用所述采样电路100采集流过所述低边开关芯片U1的电流大小(也即所述第一电流)，所述判断电路判断接收到的电流大小与预先设置的阈值大小关系，最后所述关断电路101根据判断结果决定是否对所述低边驱动电路进行关断处理，以此可以防止出现SCB故障时对所述低边开关芯片U1烧坏的情况，达到保护低边开关芯片U1的目的。并且对于低边输出的SCB故障诊断处理由毫秒级缩短为微秒级，避免了对低边驱动电路中器件的损坏，同时降低了成本，也可满足ISO26262功能安全的严格要求。需要注意的是，本发明实施例提供的过流诊断处理电路10，既可以对开关型低边驱动电路进行故障诊断及处理，还可以对PWM型低边驱动电路进行故障诊断及处理，所述过流诊断处理电路10与开关型低边驱动电路以及PWM型低边驱动电路的连接方式类似，请参考图3和图4，图3为所述过流诊断处理电路10与开关型低边驱动电路连接示意图，图4为过流诊断处理电路10与PWM型低边驱动电路的连接示意图。
通过所述采样电路100来进行电流检测，将检测到的值与所述第一阈值比较，若低于所述第一阈值，则所述关断电路101不对所述低边驱动电路关断处理，所述低边开关芯片U1处于正常工作状态，若采集到的电流高于所述第一阈值，则所述关断电路101对所述低边驱动电路进行关断处理，低边开关芯片U1处于过流故障状态，通过所述采样电路100、所述判断电路以及所述关断电路101的配合可以实现对低边开关芯片U1的过流保护，需要注意的是，这里提到的将检测到的值与所述第一阈值进行比较，由于采集到的是电流信号，本领域技术人员可以理解的是，在实际应用时，参与比较的一般是电压信号，因此，所述判断电路判断的是所述第一电流以以及所述第一阈值对应的电压值大小。
具体地，请参考图3和图4，所述关断电路101包括晶体管U2，所述判断电路的输出端与所述晶体管U2的控制端连接并用于控制所述晶体管U2的通断，所述晶体管U2的另外两端分别与所述低边开关芯片U1的断流输入端连接以及接地。由于所述晶体管U2具有改变电压来控制电流的特点，当加载在所述晶体管U2的控制端的电压大小发生变化时，所述晶体管U2的导通状态会发生相应的变化，由此可以将所述晶体管U2连接在所述低边驱动电路的电源输入端，并在发生故障时起到关断处理的作用，以此来保护所述低边开关芯片U1。需要注意的是，这里选用所述晶体管U2是利用其具有在导通后拉低所述低边开关芯片U1的输入端来实现关断的特点，在其他实施例中，还可利用其它具有类似特点的器件来实现。另外，所述晶体管U2可选用但不限于三极管或MOS管或IGBT(Insulated GateBipolarTransistor)，还可选择其它类型的晶体管U2，在此不对所述晶体管U2的类型一一赘述，具体应用时可根据实际需要来选择。
通过所述采样电路100来进行电流检测，将检测到的值与所述第一阈值比较，若低于所述第一阈值，则所述晶体管U2保持关断状态，所述关断电路101不对所述低边驱动电路关断处理，所述低边开关芯片U1处于正常工作状态，若采集到的电流高于所述第一阈值，则所述晶体管U2开通，以此对所述低边驱动电路进行快速关断，低边开关芯片U1处于过流故障状态，通过所述采样电路100、所述判断电路以及所述关断电路101的配合可以实现对低边开关芯片U1的过流保护。
优选地，请参考图3和图4，所述关断电路101还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路的两端分别与所述晶体管U2的控制端以及所述判断电路的输出端连接。利用所述第一滤波电路可尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。需要注意的是，所述第一滤波电路的类型包括但不限于电阻电容构成的滤波电路、电阻电感构成的滤波电路以及仅利用电容实现滤波，对所述第一滤波电路的具体类型不做限制，具体可根据实际需要来选择。为了便于解释本发明的技术方案，在本发明实施例中，所述第一滤波电路利用电阻电容构成的滤波电路，具体地，所述第一滤波电路包括第一电阻R1以及第一电容C1；其中，所述第一电阻R1的一端与所述晶体管U2的控制端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述判断电路的输出端连接。所述第一电容C1的端与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地。可以理解的是，在其它实施例中，所述第一滤波电路还可以是其它类型，在此不一一赘述。
进一步地，请继续参考图3和图4，所述判断电路包括比较器U3，所述比较器U3的两个输入端分别用于接收所述第一电流以及所述第一阈值，所述比较器U3的输出端与所述关断电路101连接。所述比较器U3还具有电源输入端以及接地端，所述电源输入端与第一电源VDD连接，所述接地端接地。利用比较器U3具有根据两路输入得大小决定输出的特点，可用于比较所述第一电流以及所述第一阈值的大小关系。需要注意的是，在本发明实施例中，所述比较器U3选用电压比较器U3，但是在其它实施例中，还可选用其它类型的比较器U3，在此不做限制，具体可根据实际需要来选择。
通过所述采样电路100来进行电流检测，所述比较器U3将检测到的值与所述第一阈值比较，若低于所述第一阈值，则所述比较器U3输出低电平给所述晶体管U2，所述晶体管U2保持关断状态，所述关断电路101不对所述低边驱动电路关断处理，所述低边开关芯片U1处于正常工作状态。若所述比较器U3检测到采集到的值高于所述第一阈值，则所述比较器U3输出高电平给所述晶体管U2，此时，所述晶体管U2开通，以此对所述低边驱动电路进行关断处理，低边开关芯片U1处于过流故障状态，通过所述采样电路100、所述判断电路以及所述关断电路101的配合可以实现对低边开关芯片U1的过流保护。
进一步地，请继续参考图3和图4，所述判断电路还包括第二滤波电路、阈值获取电路以及第二电阻R2；所述第二滤波电路用于所述第一电源VDD的输出稳压滤波。所述阈值获取电路用于给所述第一阈值赋值，所述第二电阻R2用作所述比较器U3的输出端的上拉电阻。需要注意的是，所述阈值获取电路可通过MCU内部的ADC(Analog-to-digitalconverter)来设置，还可通过电子器件的电路来实现，在本发明实施例中，所述阈值获取电路利用包含电阻的电路来实现，可以理解的是，在其它实施例中，还可利用MCU内部的ADC来实现，在此不做限制，具体可根据实际需要来选择。当然，利用包含电阻的电路来实现相对于利用ADC来说具有成本低的优点，可作为优选方案来实施。利用所述第二滤波电路可尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。需要注意的是，所述第二滤波电路的类型包括但不限于电阻电容构成的滤波电路、电阻电感构成的滤波电路以及仅利用电容实现滤波，对所述第二滤波电路的具体类型不做限制，具体可根据实际需要来选择。为了便于解释本发明的技术方案，在本发明实施例中，所述第二滤波电路利用电容实现滤波，具体地，所述第二滤波电路包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端与所述第一电源VDD的输出端连接，所述第二电容C2的另一端接地。可以理解的是，在其它实施例中，所述第二滤波电路还可以是其它类型，在此不一一赘述。另外，所述第二电阻R2作为作所述比较器U3的输出端的上拉电阻，可连接一上拉电源也可连接MCU内部的IO端口，具体可根据实际需要来选择，在本发明实施例中，所述第二电阻R2连接的是MCU内部的IO端口(MCU_IO2)。
更进一步地，请继续参考图3和图4，所述阈值获取电路包括第三电阻R3以及第四电阻R4；所述第三电阻R3的一端与所述第一电源VDD连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第四电阻R4的一端连接，并与所述比较器U3的反相端连接，所述第四电阻R4的另一端接地。
可选地，请继续参考图3和图4，所述采样电路100包括第五电阻R5以及第三滤波电路，所述第五电阻R5的一端与所述低边开关芯片U1连接，并与所述第三滤波电路的输入端连接，所述第五电阻R5的另一端接地。所述第三滤波电路的输出端与所述比较器U3的同相端连接。
基于上述结构，可通过改变相应的电阻阻值大小来设置所述第一阈值大小，具体为，所述第一阈值为Ir，所述Ir按照以下公式获取：
其中，V为所述第一电源VDD的输出电压值，R3为所述第三电阻R3的阻值，R4为所述第四电阻R4的阻值，R5为所述第五电阻R5的阻值，Vr为所述第五电阻两端的电压值。
利用所述第三滤波电路可尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。需要注意的是，所述第三滤波电路的类型包括但不限于电阻电容构成的滤波电路、电阻电感构成的滤波电路以及仅利用电容实现滤波，对所述第三滤波电路的具体类型不做限制，具体可根据实际需要来选择。为了便于解释本发明的技术方案，在本发明实施例中，所述第三滤波电路利用电阻电容构成的滤波电路，具体地，所述第三滤波电路包括第六电阻R6以及第三电容C3。所述第六电阻R6的一端与所述第五电阻R5的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与所述第三电容C3的一端连接，并与所述比较器U3的同相端连接，所述第三电容C3的另一端接地。
优选地，请继续参考图3和图4，所述判断电路还包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的阳极与所述比较器U3的输出端连接，所述第一二极管D1的阴极与所述比较器U3的同相端连接。通过在所述判断电路中增加所述第一二极管D1，将所述第一二极管D1连接在所述比较器U3的输出端以及同相端间。可以在出现SCB故障后，反锁住所述比较器U3的输出，使得所述低边开关芯片U1处于安全状态，如果希望解锁，则需要进一步操作来解锁，这样做进一步使得所述过流诊断处理电路10的安全性。需要注意的是，在本发明实施例中所述第一二极管D1可选择快速二极管或肖特基二极管，但是并不局限于这两种二极管，主要是利用这两种二极管开关特性好、反向恢复时间短的特点，还可以选择其它具有类似特点的二极管，在此不做限制，具体可根据实际需要来选择。
通过上述结构，可得出所述比较器U3的输出电压以及所述比较器U3的同相端的输入电压，所述比较器U3的输出电压为Vout，所述Vout按照以下公式获取：
其中，V1为所述第二电阻R2连接的上拉电源的电压值，R2为所述第二电阻R2的阻值，R5为所述第五电阻R5的阻值，R6为所述第六电阻R6的阻值，Vf为所述第一二极管导通电压的值。
所述比较器U3的同相端的输入电压为Vin，所述Vin按照以下公式获取：
为了更加详细描述本发明的技术方案，本发明实施例提供两种更为详细的技术方案，具体如下：
请继续参考图3和图4，图3为增加了所述过流诊断处理电路10的开关型低边输出电路图，图4为增加了所述过流诊断处理电路10的PWM型低边输出电路图，两种应用方案在所述过流诊断处理电路10设计方面是相同的。电路图主要由低边驱动电路和过流快速关断电路两个部分组成，其中过流诊断处理电路10主要是基于采样电阻、比较器U3和晶体管U2等可控开关来设计的。驱动电路部分电阻、电容以及二极管与图1(或图2)的功能一样。所述过流诊断处理电路10部分R5为电流采样电阻(即所述第五电阻R5)，将电流信号转化成电压信号。R6(即所述第六电阻R6)和C3(即所述第三电容C3)构成滤波电路(即所述第三滤波电路)。R3(即所述第三电阻R3)和R4(即所述第四电阻R4)为所述比较器U3输出电源(一般为5V)的分压电路，用来设计所述比较器U3的阈值Ir，通过与R5计算设置过流阈值，过流阈值为Ir可由公式(1)得出。C2(即所述第二电容C2)为所述比较器U3的供电滤波电容。R1和C1构成滤波电路(即所述第一滤波电路)。R2为上拉到MCUIO端口(MCU_IO2)的上拉电阻。D1(即所述第一二极管D1)是快速二极管(或肖特基二极管)，其作用是当所述比较器U3输出为高时，反过来拉高所述比较器U3的同相端；U2为三极管、MOS管等可控开关器件(即所述晶体管U2)。
对于开关型低边驱动电路，本发明的实现原理如下：
通过采样R5电压来进行过流诊断，将检测到的值与Ir对应的电压值(也即所述Vr)比较，若低于Vr则所述低边开关芯片U1保持正常工作状态，若高于Vr则所述低边开关芯片U1处于过流故障状态，所述低边开关芯片U1在正常工作状态时MCU_IO2的输出高电平，作为比较器U3输出上拉电源。
正常工作时，R5的电压值应当小于Vr，所述比较器U3输出低电平，可控开关器件处于关断状态，所述低边开关芯片U1的电流正常受MCU_IO1控制。当低边开关芯片U1在运行时发生过流后，检测到的R5的电压值会大于Vr，所述比较器U3输出电压Vout可由式(2)得出，该电压触发可控开关器件导通，将所述低边开关芯片U1的控制电压拉低，同时所述比较器U3输出的高电平通过D1将所述比较器U3的同相端的输入电压拉高并锁住，所述比较器U3的同相端的输入电压Vin可由式(3)得出，很显然若所述比较器U3的同相端的输入电压拉高并锁住则其必然一直保持大于Vr的状态，此时所述低边开关芯片U1保持关闭状态不受MCU_IO1控制，所述低边开关芯片U1处于安全状态。如果故障已清除想要解锁，需要拉低MCU_IO2，解锁后低边开关芯片U1可以恢复正常工作状态。
对于PWM型低边驱动电路，本发明的实现原理与开关型低边驱动电路相同，具体如下：
通过采样R5的电压来进行过流诊断，将检测到的值与Vr比较，若低于Vr则所述低边开关芯片U1保持正常工作状态，若高于Vr则所述低边开关芯片U1处于过流故障状态，所述低边开关芯片U1在正常工作状态时MCU_IO2的输出高电平，作为比较器U3输出上拉电源。
正常工作时，R5的电压值应当小于Vr，所述比较器U3输出低电平，可控开关器件处于关断状态，所述低边开关芯片U1的电流正常受MCU_IO1控制。当低边开关芯片U1在运行时发生过流后，检测到的R5的电压值会大于Vr，所述比较器U3输出电压Vout可由式(2)得出，该电压触发可控开关器件导通，将所述低边开关芯片U1的控制电压拉低，同时所述比较器U3输出的高电平通过D1将所述比较器U3的同相端的输入电压拉高并锁住，所述比较器U3的同相端的输入电压Vin可由式(3)得出，很显然若所述比较器U3的同相端的输入电压拉高并锁住则其必然一直保持大于Vr的状态，此时所述低边开关芯片U1保持关闭状态不受MCU_IO1控制，所述低边开关芯片U1处于安全状态。如果此时故障已清除想要解锁，只需要拉低MCU_IO2，解锁后低边开关芯片U1可以恢复正常工作状态。
基于同一发明构思，本发明还提出一种低边驱动电路，包括上述特征描述中任一所述的过流诊断处理电路10。
综上所述，本发明提出的一种过流诊断处理电路，用于低边驱动电路的故障诊断及处理，与现有技术利用MCU的AD端口或IO端口进行诊断不同，本发明的技术方案利用所述采样电路采集流过所述低边开关芯片的电流大小，所述判断电路判断接收到的电流大小与预先设置的阈值大小关系，最后所述关断电路根据判断结果决定是否对所述低边驱动电路进行关断处理，以此可以防止出现SCB故障时对所述低边开关芯片烧坏的情况，达到保护低边开关芯片的目的。并且对于低边输出的SCB故障诊断处理由毫秒级缩短为微秒级，避免了对低边驱动电路中器件的损坏，同时降低了成本，也可满足ISO26262功能安全的严格要求。
另外，通过在判断电路中增加所述第一二极管，将所述第一二极管连接在所述比较器的输出端以及同相端间。可以在出现SCB故障后，反锁住所述比较器的输出，使得所述低边开关芯片处于安全状态，如果希望解锁，则需要进一步操作来解锁，这样做进一步使得所述过流诊断处理电路的安全性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种过流诊断处理电路，其特征在于，用于低边驱动电路的故障诊断及处理，所述低边驱动电路具有一低边开关芯片，所述过流诊断处理电路包括采样电路、判断电路以及关断电路；其中，
所述采样电路用于采集流过所述低边开关芯片的第一电流；
所述判断电路用于接收所述第一电流，并用于判断所述第一电流与第一阈值的大小关系；
所述关断电路用于根据判断结果选择对所述低边驱动电路的输入端进行拉低以关断低边输出或保持正常工作状态；
所述第一阈值为允许流过所述低边开关芯片的电流最大值。
2.如权利要求1所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述关断电路包括晶体管，所述判断电路的输出端与所述晶体管的控制端连接并用于控制所述晶体管的通断，所述晶体管的另外两端分别与所述低边开关芯片的断流输入端连接以及接地。
3.如权利要求2所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述晶体管包括三极管或MOS管或IGBT。
4.如权利要求2所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述关断电路还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路的两端分别与所述晶体管的控制端以及所述判断电路的输出端连接。
5.如权利要求4所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述第一滤波电路包括第一电阻以及第一电容；其中，
所述第一电阻的一端与所述晶体管的控制端连接，所述第一电阻的另一端与所述判断电路的输出端连接；
所述第一电容的端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电容的另一端接地。
6.如权利要求1所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述判断电路包括比较器，所述比较器的两个输入端分别用于接收所述第一电流以及所述第一阈值，所述比较器的输出端与所述关断电路连接；
所述比较器还具有电源输入端以及接地端，所述电源输入端与第一电源连接，所述接地端接地。
7.如权利要求1所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述判断电路还包括第二滤波电路、阈值获取电路以及第二电阻；
所述第二滤波电路用于所述第一电源的输出稳压滤波；
所述阈值获取电路用于给所述第一阈值赋值；
所述第二电阻用作所述比较器的输出端的上拉电阻。
8.如权利要求7所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述第二滤波电路包括第二电容；
所述第二电容的一端与所述第一电源的输出端连接，所述第二电容的另一端接地。
9.如权利要求7所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述阈值获取电路包括第三电阻以及第四电阻；
所述第三电阻的一端与所述第一电源连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，并与所述比较器的反相端连接，所述第四电阻的另一端接地。
10.如权利要求9所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述采样电路包括第五电阻以及第三滤波电路，所述第五电阻的一端与所述低边开关芯片连接，并与所述第三滤波电路的输入端连接，所述第五电阻的另一端接地；
所述第三滤波电路的输出端与所述比较器的同相端连接。
11.如权利要求10所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述第一阈值为Ir，所述Ir按照以下公式获取：
其中，V为所述第一电源的输出电压值，R3为所述第三电阻的阻值，R4为所述第四电阻的阻值，R5为所述第五电阻的阻值，Vr为所述第五电阻两端的电压值。
12.如权利要求10所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述第三滤波电路包括第六电阻以及第三电容；
所述第六电阻的一端与所述第五电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述第三电容的一端连接，并与所述比较器的同相端连接，所述第三电容的另一端接地。
13.如权利要求12所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述判断电路还包括第一二极管；
所述第一二极管的阳极与所述比较器的输出端连接，所述第一二极管的阴极与所述比较器的同相端连接。
14.如权利要求13所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述比较器的输出电压为Vout，所述Vout按照以下公式获取：
其中，V1为所述第二电阻连接的上拉电源的电压值，R2为所述第二电阻的阻值，R5为所述第五电阻的阻值，R6为所述第六电阻的阻值，Vf为所述第一二极管导通电压的值。
15.如权利要求14所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述比较器的同相端的输入电压为Vin，所述Vin按照以下公式获取：
16.如权利要求13所述的一种过流诊断处理电路，其特征在于，所述第一二极管包括快速二极管或肖特基二极管。
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