CN113899966A - 一种双向高压互锁回路检测电路 - Google Patents

一种双向高压互锁回路检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双向高压互锁回路检测电路，包括镜像电路、高压互锁回路、用于控制高压互锁回路通/断的开关电路、用于向镜像电路提供基准参考电流源的恒流源电路、用于对检测镜像电路输入端进行检测的输入检测电路和用于对检测镜像电路输出端进行检测的输出检测电路；镜像电路通过开关电路与恒流源电路连接，高压互锁回路的两端分别连接到镜像电路的输入端、输出端，镜像电路、开关电路、高压互锁回路组成封闭电路回路；该检测回路中恒流源电路为镜像电路提供稳定的参考电流源，能够及时准确的检测出有效的高压互锁信号，避免误检测；镜像电路可以实现双向高压互锁回路检测，当单向检测到故障时，可以反向复测以确认故障，防止误判。

Description

一种双向高压互锁回路检测电路
技术领域
本发明涉及高压互锁技术领域，尤其涉及一种双向高压互锁回路检测电路。
背景技术
现有高压互锁的技术方案主要有2种：
现有技术方案1，用恒定的高电平或者低电平作为源信号单向输出，并在输入端单向回检到与该输出信号的一致的电平，则认为高压互锁电路的回路连接完好。
现有技术方案2，用一定频率和占空比的PWM波作为源信号单向输出，并在输入端单向回检，当PWM输出为低时应检测到低，当PWM输出为高时应检测到高，则认为高压互锁电路的回路连接完好
现有技术方案1中，由于检测电平恒定，所以当输出电路或检测电路故障时，会造成误检测(例如，实际断开了，检测没断开)，而不能被及时准确的诊断和识别。
现有技术方案2中，由于是PWM作为源信号输出，所以对板级EMC的设计上，有着一定的影响。且因为PWM输出和回检捕捉均取决单片机内部的定时器，当工作环境恶劣时，定时器可能发生微小的时序偏移，从而有可能造成PWM输出和检测不同步的现象，这将误触发高压互锁电路故障。例如，实际没断开，检测断开了。
但是现有技术方案1和2对于半连接状态，即连接不良，连接阻抗变化时，都无法及时准确的检出出来。同时现有技术方案1和2都是单向输出和输入方式，无法保证反向电路的诊断检测。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种双向高压互锁回路检测电路，可以实现双向高压互锁回路检测，避免了误检，防止了误判。
本发明提出的一种双向高压互锁回路检测电路，包括镜像电路、高压互锁回路、用于控制高压互锁回路通/断的开关电路、用于向镜像电路提供基准参考电流源的恒流源电路、用于对检测镜像电路输入端进行检测的输入检测电路和用于对检测镜像电路输出端进行检测的输出检测电路；镜像电路通过开关电路与恒流源电路连接，高压互锁回路的两端分别连接到镜像电路的输入端、输出端，镜像电路、开关电路、高压互锁回路组成封闭电路回路。
进一步地，所述恒流源电路包括场效应管T3A、场效应管T4B、场效应管T7A、三极管T8A、三极管T9B、电阻R5；场效应管T3A的栅极和场效应管T4B的栅极连接、漏极与场效应管T7A的源极连接，场效应管T4B的栅极与其漏极相互连接后通过电阻R5连接到场效应管T7A的栅极，三极管T8A的集电极分别连接到场效应管T7A的漏极和三极管T9B的基极，三极管T8A的基极与其集电极相互连接。
进一步地，所述恒流源电路还包括电阻R3、电阻R4、电阻R7和稳压管Z1；电阻R3的一端连接到外接电压端、另一端连接到场效应管T3A的源极，电阻R4的一端连接到外接电压端、另一端连接到场效应管T4B的源极，电阻R7的一端连接到三极管T9B的发射极、另一端接地，稳压管Z1的负极端连接到三极管T8A的发射极、正极端接地。
进一步地，所述镜像电路包括场效应管T1A、场效应管T2A、场效应管T5B、场效应管T6B、电阻R1和电阻R2，所述开关电路包括开关S1和开关S2；场效应管T1A的栅极和场效应管T2A的栅极连接后连接到场效应管T3A的栅极上，场效应管T1A的源极依次经过电阻R1、开关S1连接到外接电压端，场效应管T1A的漏极连接到场效应管T5B的源极，场效应管T2A的源极依次经过电阻R2、开关S2连接到外接电压端，场效应管T2A的漏极连接到场效应管T6B的源极；场效应管T5B的栅极和场效应管T6B的栅极连接后连接到场效应管T7A的栅极上，场效应管T5B的漏极连接到高压互锁回路的输入端，场效应管T6B的漏极连接到高压互锁回路的输出端。
进一步地，检测电路还包括分压电路，所述分压电路包括电阻R8和电阻R9，电阻R8的一端连接到场效应管T5B的漏极、另一端接地，电阻R9的一端连接到场效应管T6B的漏极、另一端接地。
进一步地，所述信号采集电路包括等效电阻Rs，等效电阻Rs的两端分别连接到信号采集电路的输入端和输出端。
进一步地，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5的阻值相等。
进一步地，电阻R8和电阻R9的阻值相等，电阻R8的阻值是电阻R7的两倍。
本发明提供的一种双向高压互锁回路检测电路的优点在于：本发明结构中提供的一种双向高压互锁回路检测电路，恒流源电路为镜像电路提供稳定的参考电流源，能够及时准确的检测出有效的高压互锁信号，避免误检测；通过高压互锁回路中所设置的等效电阻Rs两端的电阻值，从而可以判断连接阻抗的变化，因而能够准确识别并计算连接不良状态下的连接阻抗大小；镜像电路和开关电路可以实现双向高压互锁回路检测，当单向检测到故障时，可以反向复测以确认故障，防止误判；同时可以避免因PWM而造成的板级EMC问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1-镜像电路，2-恒流源电路，3-分压电路，4-开关电路，5-高压互锁回路，6-输入检测电路，7-输出检测电路，12-稳压电路，13-开关电路。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示，本发明提出的一种双向高压互锁回路检测电路，包括镜像电路1、高压互锁回路5、用于控制高压互锁回路5通/断的开关电路4、用于向镜像电路1提供基准参考电流源的恒流源电路2、用于对检测镜像电路1输入端进行检测的输入检测电路6和用于对检测镜像电路1输出端进行检测的输出检测电路7；镜像电路1通过开关电路4与恒流源电路2连接，高压互锁回路5的两端分别连接到镜像电路1的输入、输出端，镜像电路1、开关电路4、高压互锁回路5组成封闭电路回路。
恒流源电路2为镜像电路1提供稳定的参考电流源，能够及时准确的检测出有效的高压互锁信号，避免误检测，高压互锁回路5HVIL_IN当做输入，HVIL_OUT当做输出，通过检测等效电阻Rs两端的电阻值，从而可以判断连接阻抗的变化，因而能够准确识别并计算连接不良状态下的连接阻抗大小；镜像电路1和开关电路4的设置，可以使得高压互锁回路5的HVIL_IN当做输出，HVIL_OUT当做输入，反向检测，可以实现双向高压互锁回路检测，当单向检测到故障时，可以反向复测以确认故障，防止误判。
具体为：所述恒流源电路2包括场效应管T3A、场效应管T4B、场效应管T7A、三极管T8A、三极管T9B、电阻R5；场效应管T3A的栅极和场效应管T4B的栅极连接、漏极与场效应管T7A的源极连接，场效应管T4B的栅极与其漏极相互连接后通过电阻R5连接到场效应管T7A的栅极，三极管T8A的集电极分别连接到场效应管T7A的漏极和三极管T9B的基极，三极管T8A的基极与其集电极相互连接。
所述恒流源电路2还包括电阻R3、电阻R4、电阻R7和稳压管Z1；
电阻R3的一端连接到外接电压端、另一端连接到场效应管T3A的源极，电阻R4的一端连接到外接电压端、另一端连接到场效应管T4B的源极，电阻R7的一端连接到三极管T9B的发射极、另一端接地，稳压管Z1的负极端连接到三极管T8A的发射极、正极端接地。
场效应管T3A和场效应管T4B栅极相互连接，场效应管T4B与场效应管T7A的栅极也相互连接的设置，使得整个恒流源电路2输出的电压稳定；整个恒流源电路2通过两个同型号的三极管T8A的基极和三极管T9B的基极相互连接进行短接，使得稳压管Z1的反向导通电压(2.5V)与电阻R7的阻压降一直，从而使得此部分电路的电流I1大小恒为Z1反向电压除以电阻R7阻值的电流大小。此恒流在电阻R5上形成压降，电阻R5的上下端分别连接上下两级场效应管的栅极。
在本实施例中，所述镜像电路1包括场效应管T1A、场效应管T2A、场效应管T5B、场效应管T6B、电阻R1和电阻R2，所述开关电路13包括开关S1和开关S2；场效应管T1A的栅极和场效应管T2A的栅极连接后连接到场效应管T3A的栅极上，使得场效应管T1A的栅极和场效应管T2A的栅极处的电压稳定，场效应管T1A的源极依次经过电阻R1、开关S1连接到外接电压端，场效应管T1A的漏极连接到场效应管T5B的源极，场效应管T2A的源极依次经过电阻R2、开关S2连接到外接电压端，场效应管T2A的漏极连接到场效应管T6B的源极；场效应管T5B的栅极和场效应管T6B的栅极连接后连接到场效应管T7A的栅极上，使得场效应管T5B的栅极和场效应管T6B的栅极处的电压稳定，场效应管T5B的漏极连接到高压互锁回路5的输入端，场效应管T6B的漏极连接到高压互锁回路5的输出端。
作为优选，以上所有场效应管的型号均一致，镜像电路1为恒流源电路2的镜像电路，即当恒流源电路2中的电流镜像时，恒流源电路2中流经的电流I1与镜像电路1中流经的电流I2之间呈比例关系。
在本实施例中，所述高压互锁回路5包括等效电阻Rs，等效电阻Rs的两端分别连接到场效应管T5B的漏极、场效应管T6B的漏极上。
正常工作时，当高压互锁回路5连接完成，其接触电阻值约为<1Ω；当外部回路断开时，其接触电阻值接近无穷大；当连接不良时，其接触电阻值介于1Ω至无穷大区间。
当此电路正常工作的时候，先闭合S2开关，保持S1开关断开，高压互锁输出信号HVIL_OUT从镜像电路1中输出，由经高压互锁回路5，回传至电路的HVIL_IN回检信号端。即相当于与HVIL_OUT和HVIL_IN信号短接，短接电阻为Rs。
当高压互锁回路5连接良好，结合电阻之间的阻值关系(电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5的阻值相等，电阻R8和电阻R9的阻值相等，电阻R8的阻值是电阻R7的两倍)、场效应管之间的连接关系(场效应管T1A的栅极、场效应管T2A的栅极、场效应管T3A的栅极、场效应管T4A的栅极连接，场效应管T5B的栅极、场效应管T6B的栅极、场效应管T7A的栅极连接)；HVIL_IN_A2D的电压Uin和HVIL_OUT_A2D的电压Uout，几乎一致，压差很小，压差为u1＝Uout-Uin，可推导出下列公式，求出Rs。
Figure BDA0003250633100000061
Figure BDA0003250633100000062
Figure BDA0003250633100000063
其中，*表示乘积。
当高压互锁回路5断开时，结合电阻之间的阻值关系、场效应管之间的连接关系，测得Uin≈0V，根据上式Rs的计算公式可知，Rs接近无穷大。
当高压互锁回路5连接不良时，结合电阻之间的阻值关系、场效应管之间的连接关系，以及上式Rs的计算公式可知，测得Uout和Uin，即可求出Rs大小。从而判断连接阻抗的变化。
当发现高压互锁回路5连接断开或不良时，可以断开S2开关，闭合S1开关，将HVIL_IN当做输出，HVIL_OUT当做输入，反向检测一下，用以比较，测量原理和方式同上，从而可以真实和有效地诊断电路，避免误检测。
因而本检测电路可以及时准确的检测出有效的高压互锁信号，以及计算出高压互锁回路5连接不良的状态下的接触阻抗，可靠度更高，可双向检测，反复检测，有效地避免误检测，从而防止车辆在行驶过程中误动作；同时可以避免传统中因使用PWM控制电路而造成的板级EMC问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双向高压互锁回路检测电路，其特征在于，包括镜像电路(1)、高压互锁回路(5)、用于控制高压互锁回路(5)通/断的开关电路(4)、用于向镜像电路(1)提供基准参考电流源的恒流源电路(2)、用于对检测镜像电路(1)输入端进行检测的输入检测电路(6)和用于对检测镜像电路(1)输出端进行检测的输出检测电路(7)；
镜像电路(1)通过开关电路(4)与恒流源电路(2)连接，高压互锁回路(5)的两端分别连接到镜像电路(1)的输入端、输出端，镜像电路(1)、开关电路(4)、高压互锁回路(5)组成封闭电路回路。
2.根据权利要求1所述的双向高压互锁回路检测电路，其特征在于，所述恒流源电路(2)包括场效应管T3A、场效应管T4B、场效应管T7A、三极管T8A、三极管T9B、电阻R5；
场效应管T3A的栅极和场效应管T4B的栅极连接、漏极与场效应管T7A的源极连接，场效应管T4B的栅极与其漏极相互连接后通过电阻R5连接到场效应管T7A的栅极，三极管T8A的集电极分别连接到场效应管T7A的漏极和三极管T9B的基极，三极管T8A的基极与其集电极相互连接。
3.根据权利要求2所述的双向高压互锁回路检测电路，其特征在于，所述恒流源电路(2)还包括电阻R3、电阻R4、电阻R7和稳压管Z1；
电阻R3的一端连接到外接电压端、另一端连接到场效应管T3A的源极，电阻R4的一端连接到外接电压端、另一端连接到场效应管T4B的源极，电阻R7的一端连接到三极管T9B的发射极、另一端接地，稳压管Z1的负极端连接到三极管T8A的发射极、正极端接地。
4.根据权利要求3所述的双向高压互锁回路检测电路，其特征在于，所述镜像电路(1)包括场效应管T1A、场效应管T2A、场效应管T5B、场效应管T6B、电阻R1和电阻R2，开关电路(4)包括开关S1和开关S2；
场效应管T1A的栅极和场效应管T2A的栅极连接后连接到场效应管T3A的栅极上，场效应管T1A的源极依次经过电阻R1、开关S1连接到外接电压端，场效应管T1A的漏极连接到场效应管T5B的源极，场效应管T2A的源极依次经过电阻R2、开关S2连接到外接电压端，场效应管T2A的漏极连接到场效应管T6B的源极；
场效应管T5B的栅极和场效应管T6B的栅极连接后连接到场效应管T7A的栅极上，场效应管T5B的漏极连接到高压互锁回路(5)的输入端，场效应管T6B的漏极连接到高压互锁回路(5)的输出端。
5.根据权利要求4所述的双向高压互锁回路检测电路，其特征在于，检测电路还包括分压电路(3)，所述分压电路(3)包括电阻R8和电阻R9，电阻R8的一端连接到场效应管T5B的漏极、另一端接地，电阻R9的一端连接到场效应管T6B的漏极、另一端接地。
6.根据权利要求5所述的双向高压互锁回路检测电路，其特征在于，所述高压互锁回路(5)包括等效电阻Rs，等效电阻Rs的两端分别连接到场效应管T5B的漏极、场效应管T6B的漏极上。
7.根据权利要求4所述的双向高压互锁回路检测电路，其特征在于，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5的阻值相等。
8.根据权利要求5所述的双向高压互锁回路检测电路，其特征在于，电阻R8和电阻R9的阻值相等，电阻R8的阻值是电阻R7的两倍。
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