CN111722090B - 一种开路故障检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开路故障检测系统及检测方法，包括：控制单元、驱动电路和运算放大测量单元，其中，驱动电路包括分流电阻，控制单元第一端与驱动电路的第一端电连接，用于输出控制信号至驱动电路；运算放大测量单元的第一端与驱动电路的第二端电连接，运算放大测量单元的第二端与控制单元的第二端电连接，用于获取驱动电路的分流电阻的电压值并发送分流电阻的电压值至控制单元；控制单元根据获取的分流电阻的电压值计算分流电阻的电流值，并根据计算的分流电阻的电流值判断驱动电路的负载是否出现开路故障。

Description

一种开路故障检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及电路故障检测技术领域，尤其涉及一种开路故障检测系统及检测方法。

背景技术

在带有负载的电路系统中，当电路出现开路故障等状况时，若不能迅速发现可导致功能失效甚至产生安全事故。

目前对于电子控制单元驱动的开路故障诊断，通常采用比较电压方法，即在驱动关闭时比较输出端电压与设定开路故障阈值电压关系。对于普通的高边和低边驱动，通常可实现比较安全可靠的诊断。但对于H桥驱动，由于其结构和工作模式与普通高低边驱动不同，当其驱动感性负载如直流电机时，采用电压分析法一方面容易损坏H桥驱动电路中的MOS管的体二极管，一方面当电机处于工作状态时无法进行开路故障诊断，不能及时发现电路出现的开路故障，存在较大安全隐患。

发明内容

本发明实施例提供一种开路故障检测系统及检测方法，以实现在电路出现开路故障时实现对电路开路故障点的迅速检测。

第一方面，本发明实施例提供了一种开路故障检测系统，包括：控制单元、驱动电路和运算放大测量单元，其中，所述驱动电路包括分流电阻；

所述控制单元第一端与所述驱动电路的第一端电连接，用于输出控制信号至所述驱动电路；

所述运算放大测量单元的第一端与所述驱动电路的第二端电连接，所述运算放大测量单元的第二端与所述控制单元的第二端电连接，用于获取所述驱动电路的分流电阻的电压值并发送所述分流电阻的电压值至所述控制单元；

所述控制单元根据获取的所述分流电阻的电压值计算所述分流电阻的电流值，并根据计算的所述分流电阻的电流值判断所述驱动电路的负载是否出现开路故障。

可选的，所述驱动电路还包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；

所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极分别与所述控制单元电连接，所述第一MOS管和第二MOS管的源极分别与电源电压电连接，所述第一MOS管的漏极分别与所述第三MOS管的源极和负载的第一端电连接，所述第二MOS管的漏极分别与所述第四MOS管的源极和所述负载的第二端电连接，所述第三MOS管的漏极与所述第四MOS管的漏极和所述分流电阻的第一端电连接，所述分流电阻的第二端接地。

可选的，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管为PMOS管或NMOS管。

可选的，所述控制单元输出的控制信号为PWM脉冲信号。

可选的，所述控制单元输出的控制信号还包括诊断脉冲信号，所述诊断脉冲信号位于所述PWM脉冲信号的高电平持续周期内。

第二方面，本发明实施例还提供一种故障检测方法，应用于第一方面任一项所述的开路故障检测系统，所述开路故障检测方法包括：

所述控制单元输出控制信号至所述驱动电路；

所述运算放大测量单元获取所述驱动电路的分流电阻的电压值并发送所述分流电阻的电压值至所述控制单元；

所述控制单元根据获取的所述分流电阻的电压值计算所述分流电阻的电流值，并根据计算的所述分流电阻的电流值判断所述驱动电路的负载是否出现开路故障。

可选的，所述控制单元根据计算的所述分流电阻的电流值判断所述驱动电路是否出现开路故障包括：

当所述分流电阻的电流值大于等于第一预设电流、小于等于第二预设电流时，所述驱动电路的负载正常连接；

当所述分流电阻的电流值小于第一预设电流或大于第二预设电流时，所述驱动电路的负载为故障状态。

可选的，所述当所述分流电阻的电流值小于第一预设电流或大于第二预设电流时，所述驱动电路的负载为故障状态包括：

当所述分流电阻的电流值等于零时，所述驱动电路的负载开路故障；

当所述分流电阻的电流值小于第一预设电流或大于第二预设电流时，所述驱动电路的负载短路故障。

可选的，所述控制单元根据获取的所述分流电阻的电压值计算所述分流电阻的电流值包括：

所述控制单元根据所述运算放大测量单元发送的所述分流电阻的电压值及所述分流电阻的阻值计算所述电流值。

本发明实施例提供的开路故障检测系统和故障检测方法，通过运算放大测量单元测量驱动电路中分流电阻的电压值并发送测量的分流电阻的电压值至控制单元，控制单元根据运算放大测量单元测量的电压值计算驱动电路的电流判断驱动电路的负载是否开路故障，实现在电路出现开路故障时对电路开路故障点的迅速检测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种开路故障检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种开路故障检测系统的电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种开路故障检测系统的驱动信号示意图；

图4为本发明实施例提供的一种开路故障检测方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种开路故障检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种开路故障检测系统的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种开路故障检测系统的电路结构示意图，如图1和图2所示，开路故障检测系统包括：控制单元10、驱动电路20和运算放大测量单元30，其中，驱动电路20包括分流电阻40。控制单元10的第一端11与驱动电路20的第一端21电连接，用于输出控制信号至驱动电路20。运算放大测量单元30的第一端31与驱动电路20的第二端22电连接，运算放大测量单元30的第二端32与控制单元10的第二端12电连接，用于获取驱动电路20的分流电阻40的电压值并发送分流电阻40的电压值至控制单元10，控制单元10根据获取的分流电阻40的电压值计算分流电阻40的电流值，并根据计算的分流电阻40的电流值判断驱动电路20的负载是否开路故障。

结合图1和图2，当控制单元10输出控制信号至驱动电路20时，此时驱动电路20控制负载工作，当负载处于工作状态时，负载工作电流通过分流电阻40接地，运算放大测量单元30通过测量驱动电路20中分流电阻40的电压值，并将测量的分流电阻40的电压值发送至控制单元10，控制单元10根据分流电阻40的电压值以及分流电阻40的电阻计算驱动电路20的电流值，根据计算的电流值判断驱动电路20的负载是否开路故障。如图2所示，驱动电路20为H桥电路，驱动电路20的HSD1、HSD2、LSD1和LSD2均与控制单元10电连接，当控制单元10输出控制信号控制驱动电路20的Q1和Q4导通时，此时驱动电路20驱动负载M工作，运算放大测量单元30将测量驱动电路20中分流电阻40的电压值发送至控制单元10，控制单元10根据获取的电压值计算驱动电路20中的电流进而实现对驱动电路20的负载是否开路故障的判断。

本发明实施例提供的开路故障检测系统，通过运算放大测量单元测量驱动电路中分流电阻的电压值并发送测量的分流电阻的电压值的至控制单元，控制单元根据运算放大测量单元测量的电压值计算驱动电路的电流判断驱动电路的负载是否开路故障，实现在电路出现开路故障时对电路开路故障点的迅速检测。

可选的，继续参见图2，驱动电路还包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4的栅极分别与控制单元10电连接，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的源极分别与电源电压电连接，第一MOS管Q1的漏极分别与第三MOS管Q3的源极和负载的第一端电连接，第二MOS管Q2的漏极分别与第四MOS管Q4的源极和负载的第二端电连接，第三MOS管Q3的漏极与第四MOS管Q4的漏极和分流电阻40的第一端41电连接，分流电阻40的第二端42接地。

图3是本发明实施例提供控制单元输出的控制信号示意图，结合图2和图3，当控制单元10输出高电平信号时，此时第一MOS管Q1和第四MOS导通Q4，负载回路电流方向如图2中虚线所示，此时运算放大器测量单元30测量的分流电阻40的压降为正值。当控制单元10输出低电平信号时，此时第一MOS管Q1关闭，第三MOS管Q3打开续流，负载回路电流方向如图2中加粗线所示，此时运算放大器测量单元30测量的分流电阻40的压降为零。当负载回路电流方向如图2中虚线所示时，此时运算放大器测量30可以根据获取的分流电阻40的电压值判断负载电路中HB+以及HB-是否存在开路故障，而当负载回路电流方向如图2中实线所示时，由于负载回路工作过程中电流不流过第三MOS管Q3的体二极管，因此不会损坏第三MOS管Q3。

可选的，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4为PMOS管或NMOS管。

需要说明的是，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4可以为PMOS管，也可以为NMOS管，本发明实施例不对MOS管的具体类型进行限定，本领域技术人员可根据具体的应用场景设置MOS管的类型。

继续参见图1和图2，运算放大测量单元30的第一端IN+与分流电阻40的第一端41电连接，运算放大单元30的第二端IN-与分流电阻40的第二端42电连接，运算放大单元30的输出端Vout与控制单元10的第二端12电连接。

可选的，控制单元10输出的控制信号为PWM脉冲信号。

如图3所示，控制单元10通过输出PWM脉冲信号控制驱动电路20的工作状态。结合图2和图3，当控制单元10输出至HSD1端口的PWM脉冲信号在Ton时间段内，此时第一MOS管Q1和第四MOS管Q 4为导通状态，电机处于正转状态。当控制单元10输出至HSD1端口的PWM脉冲信号在Toff时间段内，此时第一MOS管Q1处于关闭状态，第四MOS管Q 4处于导通状态，此时第三MOS管Q3打开续流，电流通过第三MOS管Q3与第四MOS管Q4实现续流。

可选的，继续参见图3，控制单元10输出的控制信号还包括诊断脉冲信号，如图3虚线所示，诊断脉冲信号位于PWM脉冲信号的高电平持续周期内。

由于在不同的应用场景，当控制单元10输出的PWM脉冲信号的周期较长，此时如果电路出现开路故障无法及时测得，因此，通过在控制单元10输出PWM脉冲信号的高电平持续的周期内设置诊断脉冲信号，诊断脉冲信号的周期小于PWM脉冲信号的高电平持续时间内，保证控制单元处于较高的诊断频率，避免出现检测时间较久无法及时发现故障。

需要说明的是，上述实施例以两个半桥组成的H桥电路为例进行说明，但本发明提供的开路故障检测方法也适用于两个以上半桥组成的H桥电路，本发明实施例不对驱动电路的具体结构进行限定。

在上述实施例的基础上，图4是本发明实施例提供的一种开路故障检测方法的流程示意图，开路故障检测方法包括：

S110、控制单元输出控制信号至驱动电路。

S120、运算放大测量单元获取驱动电路的分流电阻的电压值并发送分流电阻的电压值至控制单元。

S130、控制单元根据获取的分流电阻的电压值计算分流电阻的电流值，并根据计算的分流电阻的电流值判断驱动电路的负载是否开路故障。

可选的，控制单元根据获取的分流电阻的电压值计算分流电阻的电流值包括：

控制单元根据运算放大测量单元发送的分流电阻的电压值及分流电阻的阻值计算电流值。

可选的，在上述实施例的基础上，图5是本发明实施例提供的另一开路故障检测方法的流程示意图，如图5所示，开路故障检测方法包括：

S210、控制单元输出控制信号至驱动电路。

S220、运算放大测量单元获取驱动电路的分流电阻的电压值并发送分流电阻的电压值至控制单元。

S230、当分流电阻的电流值大于等于第一预设电流、小于等于第二预设电流时，驱动电路的负载正常连接；

S240、当分流电阻的电流值等于零时，驱动电路的负载开路故障。

S250、当分流电阻的电流值小于第一预设电流或大于第二预设电流时，驱动电路的负载短路故障。

运算放大测量单元将测量到的分压电阻压降发给控制单元，控制单元根据分压压降计算出流经分压电阻电流I，其中分压电阻I满足：I＝U/R。

控制单元分压电阻电流值与驱动电路正常工作时电路电流的关系，判断是否出现开路故障，设驱动电路正常工作时负载电流范围为(Imin，Imax)，其中Imin为正常工作电流最小值，Imax为正常工作电流最大值，当测得的分压电阻的电流I满足Imin≤I≤Imax，则流经分压电阻电流在正常范围内，此时驱动电路的负载连接良好，无开路故障；当测得的分压电阻的电流I＝0时，此时没有流经分压电阻的电流，则驱动电路的负载连接不良，出现了开路故障；当测得的分压电阻的电流I＞Imax时，此时存在流经分压电阻的电流，没有出现开路故障，驱动电路出现了其他故障。

需要说明的是，当分流电阻的电流值小于第一预设电流或大于第二预设电流时，驱动电路的负载可以为短路故障，也可以为其它故障。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种开路故障检测系统，其特征在于，包括：控制单元、驱动电路和运算放大测量单元，其中，所述驱动电路包括分流电阻；

所述控制单元的第一端与所述驱动电路的第一端电连接，用于输出控制信号至所述驱动电路；

所述运算放大测量单元的第一端与所述驱动电路的第二端电连接，所述运算放大测量单元的第二端与所述控制单元的第二端电连接，用于获取所述驱动电路的分流电阻的电压值并发送所述分流电阻的电压值至所述控制单元；

所述控制单元根据获取的所述分流电阻的电压值计算所述分流电阻的电流值，并根据计算的所述分流电阻的电流值判断所述驱动电路的负载是否出现开路故障；

所述驱动电路还包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；

所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极分别与所述控制单元电连接，所述第一MOS管和第二MOS管的源极分别与电源电压电连接，所述第一MOS管的漏极分别与所述第三MOS管的源极和负载的第一端电连接，所述第二MOS管的漏极分别与所述第四MOS管的源极和所述负载的第二端电连接，所述第三MOS管的漏极与所述第四MOS管的漏极和所述分流电阻的第一端电连接，所述分流电阻的第二端接地；

所述控制单元输出的控制信号还包括诊断脉冲信号，所述诊断脉冲信号位于PWM脉冲信号的高电平持续时间内。

2.根据权利要求1所述的开路故障检测系统，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管为PMOS管或NMOS管。

3.根据权利要求1所述的开路故障检测系统，其特征在于，所述控制单元输出的控制信号为PWM脉冲信号。

4.一种开路故障检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一项所述的开路故障检测系统，所述开路故障检测方法包括：

所述控制单元输出控制信号至所述驱动电路；

所述运算放大测量单元获取所述驱动电路的分流电阻的电压值并发送所述分流电阻的电压值至所述控制单元；

所述控制单元根据获取的所述分流电阻的电压值计算所述分流电阻的电流值，并根据计算的所述分流电阻的电流值判断所述驱动电路的负载是否开路故障；

所述驱动电路还包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；

所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极分别与所述控制单元电连接，所述第一MOS管和第二MOS管的源极分别与电源电压电连接，所述第一MOS管的漏极分别与所述第三MOS管的源极和负载的第一端电连接，所述第二MOS管的漏极分别与所述第四MOS管的源极和所述负载的第二端电连接，所述第三MOS管的漏极与所述第四MOS管的漏极和所述分流电阻的第一端电连接，所述分流电阻的第二端接地；

所述控制单元输出的控制信号还包括诊断脉冲信号，所述诊断脉冲信号位于所述PWM脉冲信号的高电平持续时间内。

5.根据权利要求4所述的开路故障检测方法，其特征在于，所述控制单元根据计算的所述分流电阻的电流值判断所述驱动电路是否开路故障包括：

当所述分流电阻的电流值大于等于第一预设电流、小于等于第二预设电流时，所述驱动电路的负载正常连接；

当所述分流电阻的电流值小于第一预设电流或大于第二预设电流时，所述驱动电路的负载为故障状态。

6.根据权利要求5所述的开路故障检测方法，其特征在于，所述当所述分流电阻的电流值小于第一预设电流或大于第二预设电流时，所述驱动电路的负载为故障状态包括：

当所述分流电阻的电流值等于零时，所述驱动电路的负载开路故障；

当所述分流电阻的电流值小于第一预设电流或大于第二预设电流时，所述驱动电路的负载短路故障。

7.根据权利要求4所述的开路故障检测方法，其特征在于，所述控制单元根据获取的所述分流电阻的电压值计算所述分流电阻的电流值包括：

所述控制单元根据所述运算放大测量单元发送的所述分流电阻的电压值及所述分流电阻的阻值计算所述电流值。

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