CN113466661B - 一种高边驱动电路诊断方法和诊断装置 - Google Patents

一种高边驱动电路诊断方法和诊断装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高边驱动电路诊断方法和诊断装置，采用I/O口控制的简易驱动芯片，先通过AD采集输出的反馈电流IIS，再结合外围诊断电路和输入条件IN0和IN1，采样电池电压B+、驱动芯片12V供电电压Us、高边驱动输出电压Uout0和Uout1来辨别所有故障，实现了诊断驱动芯片的所有故障的功能。本发明在导通状态下，可诊断输出对电池短路、对地短路、过温、负载开路、过流故障；在截止状态下，可诊断输出对电池短路、对地短路和负载开路故障。本发明能够区分高有效驱动通道的所有故障；成本低，应用灵活，在工程上更容易广泛使用。

Description

一种高边驱动电路诊断方法和诊断装置
技术领域
本发明属于汽车电子技术领域，具体涉及一种高边驱动电路诊断方法和诊断装置。
背景技术
车用驱动输出电路除了保护功能，还要求具有诊断功能。当售后维修汽车时，通过诊断仪可定位故障，便于快速维修。驱动输出电流小到几百毫安，大到几十安。原则上不管是小电流输出还是大电流输出，都要求能诊断所有可能发生的故障。
现有的专利都是基于分立电路设实现驱动和诊断功能。比如单片机控制前级驱动电路，驱动MOS管，实现高边驱动、低边驱动或半桥，在驱动回路串联小电阻测量输出电流，采样输出端电压，和比较器等比较，通过输入输出逻辑判断，检测输出对地短路、输出对电源短路、负载开路和过流。这种诊断电路每个驱动输出通道需要一个诊断模块电路，驱动、保护和诊断3级电路都需要用户单独设计，通用性低，集成度低，且能够检测的故障有限，不能诊断所有可能发生的故障，不利于工程上广泛应用。
目前，智能驱动芯片已得到广泛应用，其可靠性高、成本低、开发周期短，且集成保护和诊断功能。从诊断的角度，智能驱动芯片分三类，前两类芯片集成8个以上的输出通道，通过SPI接口通信，第一类每个端口的每个故障都对应寄存器的一位，单片机直接读出每个输出端口所有的故障，不需要增加诊断电路和故障诊断软件，成本高，开发难度低；第二类每个输出端口的所有故障通过寄存器中的一位来体现，单片机读出故障状态，再结合边界条件区分故障，但可诊断的故障有限，成本较高。第三类只集成2或4个输出通道，通过I/O口控制，先AD采集输出反馈电流，再结合外围诊断电路和输入条件等，区分每个通道的所有故障，这类芯片应用灵活。由于第三类成本较低，广泛使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种高边驱动电路诊断方法和诊断装置，用于诊断驱动芯片的所有故障。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种高边驱动电路诊断方法，包括以下步骤：
S1：搭建一种高边驱动诊断装置，包括驱动输出模块、控制模块；驱动输出模块包括I/O口、输出通道、诊断电路、使能引脚、反馈引脚；I/O口连接控制模块的控制端；输出通道连接负载；诊断电路通过使能引脚连接控制模块的控制端；反馈引脚连接控制模块的AD输入引脚；
S2：驱动输出模块读取控制模块输出到I/O口的控制信号，若控制信号为高电平则输出通道的内部MOS管导通，若控制信号为低电平则输出的内部MOS管截止；
S3：诊断电路检测电池电压B+、供电电压Us、输出通道电压Uout，并比较上述电压的关系；诊断电路输出反馈电压Uis到控制模块的AD输入端；
S4：结合MOS管的状态，在MOS管导通状态下诊断输出的故障类型包括对电池短路、对地短路、过温、负载开路、过流故障，在MOS管截止状态下诊断输出的故障类型包括对电池短路、对地短路和负载开路故障；判断反馈电压Uis和反馈电流IIS的所属范围，判断故障类型；根据负载特性设调度周期为△t，若连续n次判断为同一个故障，则输出报警；否则不报警以防止误报故障；设控制模块的AD电路的采样误差为Uerr，本步骤中每连续判断n次，将控制模块的故障状态计数器Num1～Num9清0。
按上述方案，所述的步骤S4中，设MOS管的漏级和源级的导通电阻为Rds(on)，0.18Ω≤Rds(on)≤0.36Ω；正常工作时MOS管和外部负载的电流为IL，12mA≤IIL≤2A；限流电流ILmax≥8A；则MOS管导通状态下辨别故障类型的具体步骤为：
S401：当反馈电压Uis为5V时，若Uout≤Uerr，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，则判断故障为输出对地短路；
S402：当反馈电压Uis为5V时，设Uout＝Us-Rds(on)*ILmax，计算MOS管压降Udrop＝Us-Uout＝Rds(on)*IL，若Udrop≥1.44V，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，则判断故障为输出限流；
S403：当反馈电压Uis为5V时，若Uout＝Us-Rds(on)*IL或GND动态变化，设0<m≤n/2，记录m次以上Uout＜1V，m次以上0.72V＜Udrop＜1.44V，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，则判断故障为输出过温；
S404：当反馈电压Uis小于5V时，若电池电压B+满足|(B+)-Uout|≤2*Uerr，则Uout接近B+，反馈电流IIS＜IL/KILIS，550≤KILIS≤570，判断故障为输出对电池短路；
S405：当反馈电压Uis小于5V时，反馈电流IIS<22uA，MOS管上流过的漏电流IL(OL)<12.1mA，若Uout＝Us-Rds(on)*IL(OL)，计算Udrop＝Us-Uout，若Udrop＜24mV，则判断故障为外部负载开路；
S406：当反馈电压Uis小于5V时，若Uout＝Us-Rds(on)*IL，计算Udrop＝Us-Uout，若24mV≤Udrop≤0.72V，反馈电流IIS＝IL/KILIS<4mA，550≤KILIS≤570，则判断输出正常。
进一步的，所述的步骤S403中，当出现输出过温故障时，驱动输出模块过温保护，输出通道截止，Uout＝0V；当驱动输出模块的内部节点温度逐渐降低直至输出通道重新导通时，Uout＝Us-Rds(on)*IL。
按上述方案，所述的步骤S1中，I/O口包括第一I/O口IN0和第二I/O口IN1，输出通道包括第一输出通道OUT0和第二输出通道OUT1；在OUT0连接第二上拉电阻R2到供电电压Us，并在上拉电路中串联第一开关U1；在OUT1连接第一上拉电阻R1到供电电压Us，并在上拉电路中串联第二开关U2；第一开关U1和第二开关U2分别通过受控端OUT0OffSw和OUT1OffSw连接控制模块的控制端。
进一步的，所述的步骤S4中，MOS管截止状态下辨别故障类型的具体步骤为：
S407：OUT0OffSw或OUT1OffSw中的任意一个受控端为高电平、另一个为低电平，使第一开关U1和第二开关U2中一个导通、另一个断开，则对导通的开关对应的输出通道执行步骤S408～S411；
S408：当反馈电压Uis为5V时，若电池电压B+满足|(B+)-Uout|≤2*Uerr，则Uout接近B+，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，判断故障为输出对电池短路；
S409：当反馈电压Uis为5V时，若Uout/Us>0.95，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，则判断故障为外部负载开路；
S410：当反馈电压Uis小于5V时，若Uout≤Uerr，则判断故障为输出对地短路；
S411：当反馈电压Uis小于5V时，设k为与负载特性有关的参数，负载电阻为RL，若Uout＝Us*RL/(RL+R2)>k，则判断输出正常。
进一步的，采用步骤S421～S432替换步骤S401～S411：
S421：判断反馈电压Uis是否满足Uis≥5V，若是则执行步骤S422，若否则执行步骤S428；
S422：检测输出通道电压Uout是否满足Uout≤Uerr，若是则将Num1的值加1并执行步骤S423，若否则执行步骤S425；
S423：判断n*△t时长后是否满足Num1≥n，若是则输出对地短路报警，清零Num1；若否则执行步骤S424；
S424：判断n*△t时长后是否满足Num1>m且Num3>m且Num1+Num3≥n，若是则输出过温报警，清零Num1和Num3；若否则清零Num1和Num3；
S425：判断是否满足Us-Uout≥1.44V，若是则将Num2的值加1并执行步骤S426，若否则执行步骤S427；
S426：判断n*△t时长后是否满足Num2≥n，若是则输出限流报警，清零Num2；若否则清零Num2；
S427：判断是否满足0.72V<Us-Uout<1.44V，若是则将Num3的值加1，判断n*△t时长后是否满足Num1>m且Num3>m且Num1+Num3≥n，若是则输出过温报警，清零Num1和Num3；若否则清零Num1和Num3；
S428：判断是否满足|(B+)-Uout|≤2*Uerr，若是则将Num4的值加1并执行步骤S429，若否则执行步骤S430；
S429：判断n*△t时长后是否满足Num4≥n，若是则输出对电池短路报警，清零Num4；若否则清零Num4；
S430：判断是否满足Us-Uout≤0.72V，若是则判断是否满足Uis<24mV，若是则将Num5的值加1并执行步骤S431，若否则执行步骤S432
S431：判断n*△t时长后是否满足Num5≥n，若是则输出开路报警，清零Num5；若否则清零Num5；
S432：判断是否满足24mV≤Uis-Uout≤4.36V，若是则将Num6的值加1，判断n*△t时长后是否满足Num6≥n，若是则输出正常，清零Num6；若否则清零Num6。
一种高边驱动电路诊断装置，包括驱动输出模块和控制模块；控制模块包括AD电路；驱动输出模块包括I/O口、输出通道、诊断电路、使能引脚、反馈引脚；I/O口连接控制模块的控制端用于接收控制信号IN；输出通道连接负载并根据控制信号IN改变状态，控制信号IN为高电平则输出通道的内部MOS管导通，控制信号为低电平则输出通道的内部MOS管截止；诊断电路通过使能引脚连接控制模块的控制端，用于根据收到的使能信号改变使能状态和选择待诊断的输出通道；诊断电路通过反馈引脚连接控制模块的AD输入端，用于向控制模块的AD电路输出反馈电流IIS和反馈电压Uis。
进一步的，控制模块的AD电路为12位，分辨率为1.2mV，能识别的门限电压值为24mV、0.18V、0.36V、4.36V和5V；AD电路的分压系数为1；驱动输出模块采用两通道的高有效输出驱动芯片BTS5180；高有效输出驱动芯片BTS5180的输入接口电平兼容3.3V或5V COMS电平；第一I/O口IN0和第二I/O口IN1用于分别根据控制信号改变第一输出通道OUT0和第二输出通道OUT1的状态，IN0和IN1分别为高电平则OUT0和OUT1的内部MOS管分别导通，IN0和IN1分别为低电平则OUT0和OUT1的内部MOS管分别截止；OUT0和OUT1共用诊断电路；使能引脚DEN用于根据使能信号使能诊断电路，DEN为高电平则诊断电路使能，DEN为低电平则诊断电路不使能；使能引脚DSEL用于根据使能信号选择待诊断的输出通道，DSEL为低电平则诊断OUT0，DSEL为高电平则诊断OUT1；在正常工作状态下负载电流为IL，反馈引脚IS用于输出反馈负载电流IIS＝IL/KILIS，KILIS的取值范围为550～570；在包括对地短路、限流、过温、输出通道截止状态下的外部负载开路的硬件故障状态下，反馈引脚IS用于输出故障电流IIS(FAULT)；在全温度范围内，故障电流IIS(FAULT)的范围为6mA～35mA。
进一步的，驱动输出模块还包括限流电阻、第一上拉电阻R1、第二上拉电阻R2、第七下拉电阻R7、第八下拉电阻R8、第九下拉电阻R9、第一开关U1、第二开关U2、第五电容C5、第六电容C6；反馈引脚IS连接第七下拉电阻R7到GND用于采样反馈电流，且使反馈电压Uis不大于5V即控制模块的AD输入电压的参考值，满足线性放大诊断电流的条件；在I/O口IN0、I/O口IN1、使能引脚DEN、使能引脚DESL、反馈引脚IS上分别串联限流电阻，用于防止在电源反接和承受反向静电时引脚所连接的芯片内部电路被击穿；在OUT0连接第二上拉电阻R2到供电电压Us，并在上拉电路中串联第一开关U1用于降低系统的暗电流；在OUT0连接第八下拉电阻R8到大地用于诊断输出截止时负载开路的故障状态，并在第八下拉电阻R8的两端并联第五电容C5用于防静电；在OUT1连接第一上拉电阻R1到供电电压Us，并在上拉电路中串联第二开关U2用于降低系统的暗电流；在OUT1连接第九下拉电阻R9到大地用于诊断输出截止时负载开路的故障状态，并在第九下拉电阻R9的两端并联第六电容C6用于防静电。
进一步的，还包括电源模块，用于使电池电压B+经过第二二极管D2防反接、第三二极管D3防脉冲，再经过共模电感L1、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14组成的滤波电路得到滤波后电压BAT_F；还包括AD调理电路用于对输出通道电压Uout、电池电压B+、供电电压Us，反馈电压Uis进行限流、钳位和滤波。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种高边驱动电路诊断方法和诊断装置，采用I/O口控制的简易驱动芯片，先通过AD采集输出的反馈电流IIS，再结合外围诊断电路和输入条件IN0和IN1，采样电池电压B+、驱动芯片12V供电电压Us、高边驱动输出电压Uout0和Uout1来辨别所有故障，实现了诊断驱动芯片的所有故障的功能。
2.本发明在导通状态下，可诊断输出对电池短路、对地短路、过温、负载开路、过流故障；在截止状态下，可诊断输出对电池短路、对地短路和负载开路故障。
3.本发明能够区分高有效驱动通道的所有故障；成本低，应用灵活，在工程上更容易广泛使用。
附图说明
图1是本发明实施例的BTS5180故障反馈电流原理图。
图2是本发明实施例的BTS5180驱动输出和负载开路故障诊断电路图。
图3是本发明实施例的驱动输出通道电压和电池电压等采样电路图。
图4是本发明实施例的电源滤波电路图。
图5是本发明实施例的故障诊断流程图。
图6是本发明实施例的控制MOS管导通时的故障诊断流程图。
图7是本发明实施例的控制MOS管截止时的故障诊断流程图。
图8是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例的一种高边驱动电路诊断方法的具体步骤参见图8。
本发明实施例的一种高边驱动电路诊断装置采用BTS5180搭建第三类智能驱动芯片的诊断电路。
BTS5180为两通道的高有效输出驱动电路。如图2所示，输入接口可与3.3V或5VCOMS电平兼容。单片机输出IN0和IN1，控制两路高有效驱动通道，输入高，OUT0和OUT1内部MOS管导通，反之低为截止；两通道共用一个片内的诊断电路，DEN输入高，选择内部诊断使能；DSEL输入低电平，选择诊断通道0，输入高，选择诊断通道1；IS输出诊断电流信号，如图1所示，在正常工作状态下，缩小KILIS倍反馈负载电流，KILIS在550-570之间；在硬件故障状态下，如对地短路、限流、过温、在截止状态下外部负载开路，输出故障电流IIS(FAULT)，在全温度范围内，该电流在6mA～35mA之间，为IS输出的最大电流，比正常状态下IL/KILIS大得多。通过下拉电阻R7采样电流。R7的取值需保证在最大负载电流时，Uis<5V，即小于AD电压的参考值，能线性放大反馈电流；在输出故障电流IIS(FAULT)时，输出电压大于5V，钳位到5V。图中R7取1.2k。
图2中，IN0、IN1、DEN、DESL和IS都串联了4.7K电阻，在电源反接和承受反向静电时，这些电阻、单片机I/O口内的钳位二极管和并联的R10、D1形成回路，限流，防止I/O口被击穿。
在正常状态下，输出截止时，OUT的电压接近GND，此时如果外部负载开路，输出为高阻态。为诊断这种故障，在OUT0上增加上拉电阻R2和下拉电阻R8。为降低系统的暗电流，串联开关U1控制，防止在正常状态下，R2和R8、外部负载与电源形成回路。OUT1通道同理，增加R1、R9和U2。C5和C6为防静电电容。
故障诊断机制如表1所示。当过温时，驱动芯片过温保护，输出截止，OUT输出电压0V，当内部节点温度逐渐降低，重新开启，OUT输出电压＝Us-Rds(on)*IL。
在表1中，术语解释如下：
Rds(on)：MOS管漏级和源级的导通电阻，[0.18，0.36]Ω；
IL(OL)：外部负载开路时，输出导通，MOS管上流过的漏电流，由于IIS<22uA，可知IL(OL)<12.1mA；
IL：正常工作时，MOS管和负载上的电流，[0.012，2]A；
ILmax：限流电流，ILmax≥8A；
表1故障诊断机制
Figure GDA0003690582900000081
如上表所示，为诊断上述故障，需要检测电池电压B+，驱动芯片12V供电电压Us，高边驱动输出电压Uout0和Uout1，比较输出电压Uout0和Uout1和上述电压的关系；采样诊断电压Uis，计算诊断电流所属范围。
在IN输入高电平时，计算MOS管上的压降Udrop＝Us-Uout＝Rds(on)*IL，区分正常工作、外部负载开路、过温或限流；在外部负载开路和正常工作时，可知Udrop≤0.72V；限流时，可知Udrop≥1.44V；过温时，2A＜IL＜8A，可知0.72V＜Udrop＜1.44V；由此可知，对电池电压B+，驱动芯片12V供电电压Us，高边驱动输出电压Uout0和Uout1，AD采样需能区分上述门限值0.72V、1.44V。考虑电池电压在6-16V范围内，对于5V单片机，需要线性缩小4倍。所以要求AD能识别的门限值为0.18V和0.36V。
当外部负载开路时，可知Uisout<24mV；在正常工作下，Uisout≤4.36V；在输出故障电流时，Uisout≥7.2V，被钳位到5V；由此可知，对诊断电压Uisout，要求AD能识别上述门限值24mV、4.36V和5V。AD调理电路的分压系数为1。
5V单片机片内12bitAD的分辨率为1.2mV，所以上述电压都可以通过片内12bitAD采样。图3为驱动输出通道电压Uout0、Uout1，电池电压B+和供电电压Us，反馈电压Uisout的AD调理电路。在最大故障电流35mA时，采用两级限流，保证Uis输出5V。第一级R11限流，7V稳压管ZD1钳位；第二级R14限流，单片机片内的AD通道二极管钳位。R14和C9为RC滤波电路。
图4为电池电压B+经过D2防反、D3防脉冲、共模电感L1，电容C12、C13和C14滤波后得到的电压BAT_F。
图5为故障处理软件流程图。对故障诊断通道，回读单片机IN的状态。根据当前状态，选择故障处理软件。
图6和图7分别为控制负载导通和截止时，故障处理软件流程。调度周期为△t，当连续6次都判断为同一个故障，则输出报警；否则不报警，防止故障误报。每连续判断n次，故障状态计数器Num1～Num9清0。△t根据负载特性确定，Uerr为AD的采样误差，在本实施例中为2.4mV。
图6的流程如下：
1)当故障反馈电压Uis为5V时，通道输出电压Uout≤Uerr，则输出对地短路；
2)当故障反馈电压Uis为5V时，计算MOS管上的压降Udrop＝Us-Uout，当Udrop≥1.44V，则输出限流；
3)当故障反馈电压Uis为5V时，如果输出电压动态变化，记录m(0<m≤n/2)次以上输出电压Uout小于1V，m次以上输出电压0.72V＜Udrop＜1.44V，则输出过温；
4)当故障反馈电压Uis小于5V时，如果|B+-Uout|≤2*Uerr，则Uout接近B+，则输出对电池短路；
5)当故障反馈电压Uis小于5V时，计算MOS管上的压降Udrop＝Us-Uout，Udrop＜24mV，则输出外部负载开路；
6)当故障反馈电压Uis小于5V时，计算MOS管上的压降Udrop＝Us-Uout，24mV≤Udrop≤0.72V，则输出正常；
图7的流程如下：
1)OUT1OffSw或OUT2OffSw输出高，控制U1或U2导通；
2)当故障反馈电压Uis为5V时，如果|B+-Uout|≤2*Uerr，则Uout接近B+，则输出对电池短路；
3)当故障反馈电压Uis为5V时，如果Uout/Us>0.95，则外部负载开路；
4)当故障反馈电压Uis小于5V时，通道输出电压Uout≤Uerr，则输出对地短路；
5)当故障反馈电压Uis小于5V时，如果Uout>k，k与负载特性有关，则输出正常。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高边驱动电路诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：搭建一种高边驱动诊断装置，包括驱动输出模块、控制模块；
驱动输出模块包括I/O口、输出通道、诊断电路、使能引脚、反馈引脚；
I/O口连接控制模块的控制端；
输出通道连接负载；
诊断电路通过使能引脚连接控制模块的控制端；
反馈引脚连接控制模块的AD输入引脚；
S2：驱动输出模块读取控制模块输出到I/O口的控制信号，若控制信号为高电平则输出通道的内部MOS管导通，若控制信号为低电平则输出的内部MOS管截止；
S3：诊断电路检测电池电压B+、供电电压Us、输出通道电压Uout，并比较上述电压的关系；诊断电路输出反馈电压Uis到控制模块的AD输入端；
S4：结合MOS管的状态，在MOS管导通状态下诊断输出的故障类型包括对电池短路、对地短路、过温、负载开路、过流故障，在MOS管截止状态下诊断输出的故障类型包括对电池短路、对地短路和负载开路故障；判断反馈电压Uis和反馈电流IIS的所属范围，判断故障类型；
根据负载特性设调度周期为△t，若连续n次判断为同一个故障，则输出报警；否则不报警以防止误报故障；设控制模块的AD电路的采样误差为Uerr，本步骤中每连续判断n次，将控制模块的故障状态计数器Num1～Num9清0。
2.根据权利要求1所述的一种高边驱动电路诊断方法，其特征在于：所述的步骤S4中，设MOS管的漏级和源级的导通电阻为Rds(on)，0.18Ω≤Rds(on)≤0.36Ω；正常工作时MOS管和外部负载的电流为IL，12mA≤IIL≤2A；限流电流ILmax≥8A；则MOS管导通状态下辨别故障类型的具体步骤为：
S401：当反馈电压Uis为5V时，若Uout≤Uerr，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，则判断故障为输出对地短路；
S402：当反馈电压Uis为5V时，设Uout＝Us-Rds(on)*ILmax，计算MOS管压降Udrop＝Us-Uout＝Rds(on)*IL，若Udrop≥1.44V，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，则判断故障为输出限流；
S403：当反馈电压Uis为5V时，若Uout＝Us-Rds(on)*IL或GND动态变化，设0<m≤n/2，记录m次以上Uout＜1V，m次以上0.72V＜Udrop＜1.44V，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，则判断故障为输出过温；
S404：当反馈电压Uis小于5V时，若电池电压B+满足|(B+)-Uout|≤2*Uerr，则Uout接近B+，反馈电流IIS＜IL/KILIS，550≤KILIS≤570，判断故障为输出对电池短路；
S405：当反馈电压Uis小于5V时，反馈电流IIS<22uA，MOS管上流过的漏电流IL(OL)<12.1mA，若Uout＝Us-Rds(on)*IL(OL)，计算Udrop＝Us-Uout，若Udrop＜24mV，则判断故障为外部负载开路；
S406：当反馈电压Uis小于5V时，若Uout＝Us-Rds(on)*IL，计算Udrop＝Us-Uout，若24mV≤Udrop≤0.72V，反馈电流IIS＝IL/KILIS<4mA，550≤KILIS≤570，则判断输出正常。
3.根据权利要求2所述的一种高边驱动电路诊断方法，其特征在于：所述的步骤S403中，当出现输出过温故障时，驱动输出模块过温保护，输出通道截止，Uout＝0V；当驱动输出模块的内部节点温度逐渐降低直至输出通道重新导通时，Uout＝Us-Rds(on)*IL。
4.根据权利要求1所述的一种高边驱动电路诊断方法，其特征在于：所述的步骤S1中，I/O口包括第一I/O口IN0和第二I/O口IN1，输出通道包括第一输出通道OUT0和第二输出通道OUT1；在OUT0连接第二上拉电阻R2到供电电压Us，并在上拉电路中串联第一开关U1；在OUT1连接第一上拉电阻R1到供电电压Us，并在上拉电路中串联第二开关U2；第一开关U1和第二开关U2分别通过受控端OUT0OffSw和OUT1OffSw连接控制模块的控制端。
5.根据权利要求4所述的一种高边驱动电路诊断方法，其特征在于：所述的步骤S4中，MOS管截止状态下辨别故障类型的具体步骤为：
S407：OUT0OffSw或OUT1OffSw中的任意一个受控端为高电平、另一个为低电平，使第一开关U1和第二开关U2中一个导通、另一个断开，则对导通的开关对应的输出通道执行步骤S408～S411；
S408：当反馈电压Uis为5V时，若电池电压B+满足|(B+)-Uout|≤2*Uerr，则Uout接近B+，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，判断故障为输出对电池短路；
S409：当反馈电压Uis为5V时，若Uout/Us>0.95，反馈电流IIS＝故障电流IIS(FAULT)，6mA≤IIS(FAULT)≤35mA，则判断故障为外部负载开路；
S410：当反馈电压Uis小于5V时，若Uout≤Uerr，则判断故障为输出对地短路；
S411：当反馈电压Uis小于5V时，设k为与负载特性有关的参数，负载电阻为RL，若Uout＝Us*RL/(RL+R2)>k，则判断输出正常。
6.根据权利要求2或5所述的一种高边驱动电路诊断方法，其特征在于：采用步骤S421～S432替换步骤S401～S411：
S421：判断反馈电压Uis是否满足Uis≥5V，若是则执行步骤S422，若否则执行步骤S428；
S422：检测输出通道电压Uout是否满足Uout≤Uerr，若是则将Num1的值加1并执行步骤S423，若否则执行步骤S425；
S423：判断n*△t时长后是否满足Num1≥n，若是则输出对地短路报警，清零Num1；若否则执行步骤S424；
S424：判断n*△t时长后是否满足Num1>m且Num3>m且Num1+Num3≥n，若是则输出过温报警，清零Num1和Num3；若否则清零Num1和Num3；
S425：判断是否满足Us-Uout≥1.44V，若是则将Num2的值加1并执行步骤S426，若否则执行步骤S427；
S426：判断n*△t时长后是否满足Num2≥n，若是则输出限流报警，清零Num2；若否则清零Num2；
S427：判断是否满足0.72V<Us-Uout<1.44V，若是则将Num3的值加1，判断n*△t时长后是否满足Num1>m且Num3>m且Num1+Num3≥n，若是则输出过温报警，清零Num1和Num3；若否则清零Num1和Num3；
S428：判断是否满足|(B+)-Uout|≤2*Uerr，若是则将Num4的值加1并执行步骤S429，若否则执行步骤S430；
S429：判断n*△t时长后是否满足Num4≥n，若是则输出对电池短路报警，清零Num4；若否则清零Num4；
S430：判断是否满足Us-Uout≤0.72V，若是则判断是否满足Uis<24mV，若是则将Num5的值加1并执行步骤S431，若否则执行步骤S432
S431：判断n*△t时长后是否满足Num5≥n，若是则输出开路报警，清零Num5；若否则清零Num5；
S432：判断是否满足24mV≤Uis-Uout≤4.36V，若是则将Num6的值加1，判断n*△t时长后是否满足Num6≥n，若是则输出正常，清零Num6；若否则清零Num6。
7.一种用于权利要求1至6中任意一项所述的高边驱动电路诊断方法的装置，其特征在于：包括驱动输出模块和控制模块；
控制模块包括AD电路；
驱动输出模块包括I/O口、输出通道、诊断电路、使能引脚、反馈引脚；
I/O口连接控制模块的控制端用于接收控制信号IN；
输出通道连接负载并根据控制信号IN改变状态，控制信号IN为高电平则输出通道的内部MOS管导通，控制信号为低电平则输出通道的内部MOS管截止；
诊断电路通过使能引脚连接控制模块的控制端，用于根据收到的使能信号改变使能状态和选择待诊断的输出通道；
诊断电路通过反馈引脚连接控制模块的AD输入端，用于向控制模块的AD电路输出反馈电流IIS和反馈电压Uis。
8.根据权利要求7所述的一种高边驱动电路诊断装置，其特征在于：
控制模块的AD电路为12位，分辨率为1.2mV，能识别的门限电压值为24mV、0.18V、0.36V、4.36V和5V；AD电路的分压系数为1；
驱动输出模块采用两通道的高有效输出驱动芯片BTS5180；
高有效输出驱动芯片BTS5180的输入接口电平兼容3.3V或5V COMS电平；
第一I/O口IN0和第二I/O口IN1用于分别根据控制信号改变第一输出通道OUT0和第二输出通道OUT1的状态，IN0和IN1分别为高电平则OUT0和OUT1的内部MOS管分别导通，IN0和IN1分别为低电平则OUT0和OUT1的内部MOS管分别截止；
OUT0和OUT1共用诊断电路；使能引脚DEN用于根据使能信号使能诊断电路，DEN为高电平则诊断电路使能，DEN为低电平则诊断电路不使能；使能引脚DSEL用于根据使能信号选择待诊断的输出通道，DSEL为低电平则诊断OUT0，DSEL为高电平则诊断OUT1；
在正常工作状态下负载电流为IL，反馈引脚IS用于输出反馈负载电流IIS＝IL/KILIS，KILIS的取值范围为550～570；
在包括对地短路、限流、过温、输出通道截止状态下的外部负载开路的硬件故障状态下，反馈引脚IS用于输出故障电流IIS(FAULT)；在全温度范围内，故障电流IIS(FAULT)的范围为6mA～35mA。
9.根据权利要求8所述的一种高边驱动电路诊断装置，其特征在于：
驱动输出模块还包括限流电阻、第一上拉电阻R1、第二上拉电阻R2、第七下拉电阻R7、第八下拉电阻R8、第九下拉电阻R9、第一开关U1、第二开关U2、第五电容C5、第六电容C6；
反馈引脚IS连接第七下拉电阻R7到GND用于采样反馈电流，且使反馈电压Uis不大于5V即控制模块的AD输入电压的参考值，满足线性放大诊断电流的条件；
在I/O口IN0、I/O口IN1、使能引脚DEN、使能引脚DESL、反馈引脚IS上分别串联限流电阻，用于防止在电源反接和承受反向静电时引脚所连接的芯片内部电路被击穿；
在OUT0连接第二上拉电阻R2到供电电压Us，并在上拉电路中串联第一开关U1用于降低系统的暗电流；在OUT0连接第八下拉电阻R8到大地用于诊断输出截止时负载开路的故障状态，并在第八下拉电阻R8的两端并联第五电容C5用于防静电；
在OUT1连接第一上拉电阻R1到供电电压Us，并在上拉电路中串联第二开关U2用于降低系统的暗电流；在OUT1连接第九下拉电阻R9到大地用于诊断输出截止时负载开路的故障状态，并在第九下拉电阻R9的两端并联第六电容C6用于防静电。
10.根据权利要求7所述的一种高边驱动电路诊断装置，其特征在于：
还包括电源模块，用于使电池电压B+经过第二二极管D2防反接、第三二极管D3防脉冲，再经过共模电感L1、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14组成的滤波电路得到滤波后电压BAT_F；
还包括AD调理电路用于对输出通道电压Uout、电池电压B+、供电电压Us，反馈电压Uis进行限流、钳位和滤波。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008205662A (ja) * 2007-02-19 2008-09-04 Onkyo Corp スイッチングアンプ
JP2019110693A (ja) * 2017-12-19 2019-07-04 トヨタ自動車株式会社 駆動装置の異常判定装置
CN112020632A (zh) * 2020-06-16 2020-12-01 江苏新安电器股份有限公司 变频式电机驱动器的检测系统
CN112803725A (zh) * 2021-01-30 2021-05-14 德尔福科技(苏州)有限公司 一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008205662A (ja) * 2007-02-19 2008-09-04 Onkyo Corp スイッチングアンプ
JP2019110693A (ja) * 2017-12-19 2019-07-04 トヨタ自動車株式会社 駆動装置の異常判定装置
CN112020632A (zh) * 2020-06-16 2020-12-01 江苏新安电器股份有限公司 变频式电机驱动器的检测系统
CN112803725A (zh) * 2021-01-30 2021-05-14 德尔福科技(苏州)有限公司 一种具有开路诊断功能的低边负载驱动电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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电控发动机喷油驱动电路的波形分析及其在故障诊断中的应用;郑延武 等;《农业装备与车辆工程》;20071231;第46-49页 *

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