CN112803725A - 一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路 - Google Patents

一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，包括低边驱动芯片、续流模块和内部电源，低边负载驱动电路还包括场效应管、检流电阻、感性负载、反馈电阻、上拉电阻和电流检测模块；低边驱动芯片依次连接场效应管、检流电阻和感性负载一端，感性负载的另一端用于连接电瓶电源，低边驱动芯片还依次连接反馈电阻和场效应管的输出端，场效应管和检流电阻之间的连接线路还通过一支路依次连接续流模块和内部电源，上拉电阻并联在续流模块的两端，检流电阻还通过一支路连接电流检测模块。与现有技术相比，本发明具有极大提高了负载开路诊断的准确率、方便了实车现场故障的排查、走线简单、易于实施等优点。

Description

一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路
技术领域
本发明涉及低边负载驱动电路领域，尤其是涉及一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路。
背景技术
目前，汽车中如进油计量阀、HC喷嘴计量阀等感性负载多采用低边驱动，且需要实时对经过负载的电流进行监控。专用低边驱动芯片不仅仅能够实现多路低边的驱动，且自带电气故障诊断，同时由于芯片集成度高，极大节省了PCB的布局空间，因而在汽车电子中得到了广泛的运用。为保护负载与驱动电路，通常会通过一阳极连接到该低边，阴极连接到ECU内部电源的续流二极管实现低边驱动感性负载的回流。
负载正常连接且无驱动的情况下，该低边驱动输出电压将会上拉到电瓶电压，当发生开路故障时，驱动芯片会通过输出端反馈回路将该低边输出电压调制到某一诊断阈值电压(3V)。
如公开号为CN205244354U的实用新型公开一种应用在AMT换挡器档上倒车电磁阀低边驱动电路，所述低边驱动模块由集成低驱芯片构成，所述负载诊断模块包括负载正极信号诊断支路和负载负极信号诊断支路，所述MCU电子控制模块与滤波模块相连，所述滤波模块与低边驱动模块的使能端相连，所述低边驱动模块的驱动端与倒车电磁阀负极端相连，所述倒车电磁阀正极端与电源模块相连，所述低边驱动模块的驱动端与续流模块一端连接，所述负载正极信号诊断支路、负载负极信号诊断支路一端分别与倒车电磁阀正负极端连接，其另一端与MCU电子控制模块连接，所述续流模块包括续流二极管D1和电解电容E1，所述二极管D1正极端与倒车电磁阀负极端相连，所述二极管D1负极端与电解电容E1的一端相连，所述电解电容E1的另一端接地。
使用驱动芯片内部诊断逻辑时会存在以下2个问题：1)在高温时，当负载真正开路的情况下，由于续流二极管存在较大漏电流，导致低边输出的电压值被上拉到接近于续流二极管阴极电压，该电压远大于开路诊断阈值电压，造成驱动芯片无法准确报出开路故障；2)在不接外部负载的情况下，驱动电路无法输出正确的PWM波形，进而无法对驱动电路元器件的完整性进行初步判断。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在高温时，驱动芯片无法准确报出开路故障的缺陷而提供一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，包括低边驱动芯片、续流模块和内部电源，所述低边负载驱动电路还包括场效应管、检流电阻、感性负载、反馈电阻、上拉电阻和电流检测模块；
所述低边驱动芯片依次连接所述场效应管、检流电阻和感性负载一端，所述感性负载的另一端用于连接电瓶电源，所述低边驱动芯片还依次连接所述反馈电阻和所述场效应管的输出端，所述场效应管和检流电阻之间的连接线路还通过一支路依次连接所述续流模块和内部电源，所述上拉电阻并联在所述续流模块的两端，所述检流电阻还通过一支路连接所述电流检测模块；
所述低边驱动芯片用于为所述场效应管提供驱动电压，以及对流经所述反馈电阻的电流进行故障诊断；
所述电流检测模块用于对流经所述检流电阻的电流进行故障诊断。
进一步地，所述电流检测模块包括依次连接的主控芯片、滤波模块和电流检测放大模块，所述电流检测放大模块连接所述检流电阻。
进一步地，所述滤波模块包括滤波电容和滤波电阻，所述滤波电阻的两端分别连接所述主控芯片和所述电流检测放大模块，所述滤波电阻和所述主控芯片的连接线路中还通过一支路连接所述滤波电容后接地。
进一步地，所述电流检测放大模块为电流检测放大芯片。
进一步地，所述主控芯片为具有12位AD采样精度的芯片。
进一步地，所述低边驱动芯片的型号为C3MIO。
进一步地，所述续流模块为续流二极管。
进一步地，所述续流二极管的阴极连接所述内部电源，阳极连接所述场效应管和检流电阻之间的连接线路。
进一步地，所述内部电源为ECU内部电源。
进一步地，所述低边负载驱动电路封装在ECU中。
进一步地，所述上拉电阻的阻值满足以下条件：
Figure BDA0002925372740000031
式中，R2为上拉电阻的阻值；U1为驱动芯片设置的场效应管导通时，负载端对电源短路故障的阈值；R1为场效应管导通时的电阻值；UECU为内部电源电压。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过上拉到ECU内部电源的上拉电阻和检流电阻相配合，避免了由于续流二极管在高温时存在的漏电流导致的驱动芯片无法正确诊断负载开路情况的发生，极大提高了负载开路诊断的准确率，同时也可在不接负载的情况下模拟输出PWM波形，对驱动电路完整性进行初步的诊断，极大方便了实车现场故障的排查。同时该方案走线简单，没有特殊元器件，易于实施。
附图说明
图1为本发明低边负载驱动电路的安装状态示意图；
图2为本发明低边负载驱动电路的电路结构示意图；
图中，1、低边驱动芯片，2、场效应管，3、检流电阻，4、感性负载，5、反馈电阻，6、续流二极管，7、上拉电阻，8、主控芯片，9、滤波电容，10、滤波电阻，11、电流检测放大芯片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，包括低边驱动芯片1、续流模块和内部电源，其特征在于，低边负载驱动电路还包括场效应管2、检流电阻3、感性负载4、反馈电阻5、上拉电阻7和电流检测模块；
低边驱动芯片1依次连接场效应管2、检流电阻3和感性负载4一端，感性负载4的另一端用于连接电瓶电源，低边驱动芯片1还依次连接反馈电阻5和场效应管2的输出端，场效应管2和检流电阻3之间的连接线路还通过一支路依次连接续流模块和内部电源，上拉电阻7并联在续流模块的两端，检流电阻3还通过一支路连接电流检测模块；
低边驱动芯片1用于为场效应管2提供驱动电压，以及对流经反馈电阻5的电流进行故障诊断；
电流检测模块用于对流经检流电阻3的电流进行故障诊断。
作为一种优选的实施方式，电流检测模块包括依次连接的主控芯片8、滤波模块和电流检测放大模块，电流检测放大模块连接检流电阻3。
作为一种优选的实施方式，滤波模块包括滤波电容9和滤波电阻10，滤波电阻10的两端分别连接主控芯片8和电流检测放大模块，滤波电阻10和主控芯片8的连接线路中还通过一支路连接滤波电容9后接地。
作为一种优选的实施方式，电流检测放大模块为电流检测放大芯片11。
作为一种优选的实施方式，主控芯片8为具有12位AD采样精度的芯片。
作为一种优选的实施方式，低边驱动芯片1的型号为C3MIO。
作为一种优选的实施方式，续流模块为续流二极管6。
作为一种优选的实施方式，续流二极管6的阴极连接内部电源，阳极连接场效应管2和检流电阻3之间的连接线路。
作为一种优选的实施方式，内部电源为ECU内部电源。
作为一种优选的实施方式，低边负载驱动电路封装在ECU中。
作为一种优选的实施方式，上拉电阻的阻值满足以下条件：
Figure BDA0002925372740000041
式中，R2为上拉电阻的阻值；U1为驱动芯片设置的场效应管导通时，负载端对电源短路故障的阈值；R1为场效应管导通时的电阻值；UECU为内部电源电压。
本实施例还提供一种最优的实施方式，具体描述如下：
针对现有技术不能准确诊断开路故障以及在不接负载时，无法对驱动电路元器件的完整性进行判断的缺点，本实施例提供了一种具有电路完整性检测和开路诊断的低边负载驱动电路，主要采用检流电阻和将低边驱动输出上拉到ECU内部电源的方式实现精确的开路诊断与驱动电路完整性检测，技术方案如下：
如图1和图2所示，一种具有电路完整性检测和开路诊断功能的低边负载驱动电路，包括感性负载4、检流电阻3、电流检测放大芯片11、滤波电阻10、滤波电容9、主控芯片8、续流二极管6、上拉电阻7、反馈电阻5、低边驱动芯片1、场效应管2构成。其中低边驱动芯片1为德尔福专用低边驱动芯片C3MIO，主控芯片8具有12位AD采样精度。
感性负载4一端接电瓶电源，另一端通过一检流电阻3进行电流采样，采样检流两端电压经过电流检测放大芯片11处理后，经过电阻10和9组成的滤波电路滤波后输送到主控芯片8，通过主控芯片对经过负载4的电流进行实时监控。
检流电阻3一端连接感性负载，另一端则连接场效应管2的输出端，低边驱动芯片1提供该场效应管2门极的驱动电压，实现场效应管2PWM波的输出。同时场效应管2的输出端通过反馈电阻5输送到低边驱动芯片1，实现对输出端的实时监控与负载电气故障诊断。
续流二极管6阴极连接ECU内部电源，阳极连接于场效应管2的输出端与检流电阻3之间，实现感性负载4在场效应管2导通至关断时的续流，提供电路保护与负载保护。
上拉电阻7一端连接ECU内部电源，另一端连接于场效应管2的输出端与检流电阻3之间。
低边驱动芯片1使能场效应管2的门极，输出PWM波。当感性负载正常工作时，可通过主控芯片8监控经过感性负载4的电流Current_Feedback。考虑到干扰等因素的影响，当反馈电流值小于60脉冲，即反馈电流无限接近于0A时，则判断负载开路。由于负载开路时，驱动芯片会将场效应管2输出端的电压调制在某一固定阈值(通常为3V)，而高温时续流二极管的大漏电流则会使得场效应管2输出端的电压接近于二极管阴极的ECU内部电源电压(通常与电瓶电压相等)，从而导致驱动芯片对高温时存在的负载开路故障无法做出正确的诊断。针对驱动芯片的这一特性，通过上拉到ECU内部电源的上拉电阻7屏蔽驱动芯片的开路诊断功能，依据主控芯片8检测的电流反馈值实现负载开路故障的准确诊断。
如图2所示，没有连接负载的情况下，驱动Gate_Drive(门驱动)使得场效应管2输出PWM波，正常情况下，在Low_Side_Drive_Output(低端驱动输出)端无法测得和实际负载连接时相同的PWM波形，因此对驱动电路元器件的状态无法做出准确判断。通过上拉到ECU内部电源的上拉电阻7和场效应管2组成回路，即使在负载开路的情况也能在Low_Side_Drive_Output端输出和负载连接时类似的PWM波，从而能够方便的对驱动电路元器件的完整性进行初步诊断。其中上拉电阻7的阻值不能太小，否则在场效应管2导通时，使得流过场效应管2的电流值太大，不仅会造成电路损坏，也会使得驱动芯片误报负载对电源短路故障。
上拉电阻7电阻值的选取取决于该通道对电源短路故障的阈值。
Figure BDA0002925372740000061
即，
Figure BDA0002925372740000062
R2为上拉电阻的阻值；U1为驱动芯片设置的场效应管导通时，负载端对电源短路故障的阈值；R1为场效应管导通时的电阻值；UECU为ECU内部电源电压。
假设负载端对电源短路故障的阈值设置为0.5V，场效应管Q1导通时的电阻值为50mΩ，则电阻阻值满足：R2≧100ECU内部电源电压-50，R2的单位为mΩ。
图2中，Current_Feedback为电流反馈，Drian_Feedback为漏反馈。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，包括低边驱动芯片(1)、续流模块和内部电源，其特征在于，所述低边负载驱动电路还包括场效应管(2)、检流电阻(3)、感性负载(4)、反馈电阻(5)、上拉电阻(7)和电流检测模块；
所述低边驱动芯片(1)依次连接所述场效应管(2)、检流电阻(3)和感性负载(4)一端，所述感性负载(4)的另一端用于连接电瓶电源，所述低边驱动芯片(1)还依次连接所述反馈电阻(5)和所述场效应管(2)的输出端，所述场效应管(2)的输出端和检流电阻(3)之间的连接线路还通过一支路依次连接所述续流模块和内部电源，所述上拉电阻(7)并联在所述续流模块的两端，所述检流电阻(3)还通过一支路连接所述电流检测模块；
所述低边驱动芯片(1)用于为所述场效应管(2)提供驱动电压，以及对流经所述反馈电阻(5)的电流进行故障诊断；
所述电流检测模块用于对流经所述检流电阻(3)的电流进行故障诊断。
2.根据权利要求1所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述电流检测模块包括依次连接的主控芯片(8)、滤波模块和电流检测放大模块，所述电流检测放大模块连接所述检流电阻(3)。
3.根据权利要求2所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述滤波模块包括滤波电容(9)和滤波电阻(10)，所述滤波电阻(10)的两端分别连接所述主控芯片(8)和所述电流检测放大模块，所述滤波电阻(10)和所述主控芯片(8)的连接线路中还通过一支路连接所述滤波电容(9)后接地。
4.根据权利要求2所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述电流检测放大模块包括电流检测放大芯片(11)。
5.根据权利要求2所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述主控芯片(8)为具有12位AD采样精度的芯片。
6.根据权利要求1所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述低边驱动芯片(1)的型号为C3MIO。
7.根据权利要求1所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述续流模块为续流二极管(6)。
8.根据权利要求7所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述续流二极管(6)的阴极连接所述内部电源，阳极连接所述场效应管(2)的输出端和检流电阻(3)之间的连接线路。
9.根据权利要求1所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述上拉电阻的阻值满足以下条件：
Figure FDA0002925372730000021
式中，R2为上拉电阻的阻值；U1为驱动芯片设置的场效应管导通时，负载端对电源短路故障的阈值；R1为场效应管导通时的电阻值；UECU为内部电源电压。
10.根据权利要求1所述的一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路，其特征在于，所述低边负载驱动电路封装在ECU中。
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