CN117742202A - 一种具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,属于汽车安全技术领域,包括:单片机、驱动设备、高边驱动电路、低边驱动电路、升压电荷泵电路以及开路诊断电路;驱动设备正极端通过高边驱动电路连接电源;驱动设备负极端通过低边驱动电路连接低边;单片机通过升压电荷泵电路与高边驱动电路的驱动端连接,通过控制高边驱动电路,进而控制驱动设备运行;单片机通过与低边驱动电路连接,控制驱动设备低边侧的通断;高边驱动电路连接有开路诊断控制回路;单片机通过开路诊断电路与开路诊断控制回路连接,当驱动设备的高边侧处于关闭状态时,通过开路诊断电路进行开路检测。可实现更快速的负载回路切断,能够对负载执行器起到更有效的保护。
Description
技术领域
本发明属于汽车安全技术领域,尤其涉及一种具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统。
背景技术
汽车的安全性能直接关乎乘客的生命安全,也是汽车企业的核心关注点。随着汽车新技术的推进,车辆的功能逐渐丰富,车辆功能的控制逻辑也日益复杂,安全可靠的电机\阀组驱动系统是车载控制器的最重要组成部分。本专利介绍一种新型的低成本车载驱动模块,具备高度的安全可靠性,可在负载关闭状态下进行开路诊断。
比如申请号CN202080024965.8 公开了用于检测电机驱动电路的开路的装置和方法,该文件包括:米勒平稳检测单元,其检测当开关元件接通时施加到电机驱动电路的开关元件的栅极电压中是否存在米勒平稳区域;体二极管激活检测单元,其取决于开关元件的开/关状态来检测开关元件的体二极管是否已经被激活;以及控制单元,其基于体二极管激活单元是否已经被激活以及栅极电压中是否存在米勒平稳区域来确定电机驱动电路是否在开路状态下。
可以看出该文件需要米勒平稳检测单元,完全通过硬件设计来判断,设备复杂程度高,且仅用于判断驱动接通时的开路诊断,不支持驱动关闭时的开路诊断。也无法实现对电机接地端进行有效的控制。
发明内容
本发明提供一种具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,系统具备安全可靠性,并可在负载关闭状态下进行开路诊断的功能。
车载电磁阀驱动系统包括:单片机、驱动设备、高边驱动电路、低边驱动电路、升压电荷泵电路以及开路诊断电路;
驱动设备正极端通过高边驱动电路连接电源;驱动设备负极端通过低边驱动电路连接低边;
单片机通过升压电荷泵电路与高边驱动电路的驱动端连接,通过控制高边驱动电路来控制驱动设备运行;
单片机通过与低边驱动电路连接,控制驱动设备低边侧的通断;
高边驱动电路连接有开路诊断控制回路;
单片机通过开路诊断电路与开路诊断控制回路连接,当驱动设备的高边侧处于关闭状态时,通过开路诊断电路进行开路检测。
进一步需要说明的是,高边驱动电路包括:三极管Q1、二极管D1、电阻R1以及电容C1;
三极管Q1的基极与升压电荷泵电路的输出端连接;
三极管Q1的发射极分别与二极管D1负极、开路诊断控制回路和驱动设备的电源端连接;二极管D1正极接地;
三极管Q1的集电极通过电阻R1接电源;
电容C1第一端接电源,电容C1第二端接地。
进一步需要说明的是,低边驱动电路包括:三极管Q2、二极管D3、电阻R3和电容C3;
三极管Q2基极连接单片机,三极管Q2发射极分别与驱动设备接地端和二极管D3正极连接;二极管D3负极通过电容C3接地;
三极管Q2集电极通过电阻R3接地。
进一步需要说明的是,升压电荷泵电路包括:二极管D4、二极管D5、电容C2、电容C4;
电容C4第一端与单片机连接,电容C4第二端分别与二极管D4负极和二极管D5正极连接;二极管D4正极与电源连接;二极管D5负极分别与升压电荷泵电路输出端和电容C2第一端连接,电容C2第二端接地。
进一步需要说明的是,开路诊断电路包括:电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q3、三极管Q4以及电容C8;
三极管Q4基极分别与电阻R6第一端和电阻R7第一端连接,电阻R6第二端连接单片机,电阻R7第二端和三极管Q4发射极接地;
三极管Q4集电极通过电阻R5分别与电阻R4第一端和三极管Q3基极连接;三极管Q3发射极分别电阻R4第二端、电容C8第一端和电源连接,电容C8第二端接地;三极管Q3集电极连接开路诊断控制回路。
进一步需要说明的是,开路诊断控制回路包括二极管D2和电阻R2;
二极管D2正极连接开路诊断控制回路的输入端,二极管D2负极通过电阻R2分别连接驱动设备正极端和高边驱动电路。
进一步需要说明的是,单片机向升压电荷泵电路输出的电信号为5v电信号。
升压电荷泵电路将5v电信号升压为33v电信号驱动三极管Q1导通。
开路诊断电路的电源为24v电源;
电阻R2的阻值为1KΩ至2KΩ。
进一步需要说明的是,单片机采用STM32F051C8T6单片机,或采用TM4C123GH6PZ17R单片机。
从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:
本发明提供的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统采用分立电路搭建驱动系统,与集成芯片相比成本低廉,适用于对尺寸要求低。具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统支持分别控制驱动设备的高边与低边开关,可快速的实现驱动设备的回路通断,能够对驱动设备起到更有效的保护。系统支持驱动关闭时的开路故障诊断功能,能够及时发现设备回路问题,避免因无法判断回路开路造成的设备检修成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统示意图;
图2为高边驱动电路图;
图3为升压电荷泵电路图;
图4为开路诊断电路图;
图5为控制逻辑及测试结果示意图。
具体实施方式
在本发明提供的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统中,将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例,并且可在其中做出调整和改变。然而,应理解:不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图,而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统中,可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在,并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外,如在本公开的各种实施例中所使用,术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合,并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统中,会使用表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如,表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件,不过可不限制相应组成元件。例如,以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如,第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置,尽管二者都是用户装置。例如,在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下,第一元件可被称为第二元件,同样地,第二元件也可被称为第一元件。
应注意到:如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件,则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件,并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地,当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时,可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
下面将结合附图来详细阐述本发明的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统例如可应用于车辆的电机或阀组运行控制,实现对车辆的电机或阀组及时通断控制,具备高度的安全可靠性,可在电机或阀组关闭状态下进行开路诊断,对于车辆运行的安全性有积极作用。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至4所示是一具体实施例中具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统示意图,具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统包括:单片机、驱动设备1、高边驱动电路、低边驱动电路、升压电荷泵电路以及开路诊断电路;
驱动设备1正极端通过高边驱动电路连接电源;驱动设备1负极端通过低边驱动电路连接低边;这里的高边指的是驱动设备的电源端或负载的+Vcc/Vdd端,低边指的是驱动设备的中性线或接地/公共端。
本实施例的单片机可以通过使用特定用途集成电路(ASIC,ApplicationSpecific Integrated Circuit)、数字信号处理器(DSP,DigitalSignal Processing)、数字信号处理装置(DSPD,Digital Signal Processing Device)、可编程逻辑装置(PLD,Programmable Logic Device)、现场可编程门阵列(FPGA,FieldProgrammable GateArray)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施,在一些情况下,这样的实施方式可以在控制器中实施。对于软件实施,诸如过程或功能的实施方式可以与允许执行至少一种功能或操作的单独的软件模块来实施。软件代码可以由以任何适当的编程语言编写的软件应用程序(或程序)来实施,软件代码可以存储在存储器中并且由控制器执行。
示例性的讲,单片机可以采用STM32F051C8T6单片机,或采用TM4C123GH6PZ17R单片机。驱动设备可以是车辆的电机或阀组等。
对于本实施例中涉及的电源可以使用24v供电电源,可以由车载蓄电池供电。
单片机通过升压电荷泵电路与高边驱动电路的驱动端连接,通过控制高边驱动电路来控制驱动设备1运行;单片机通过与低边驱动电路连接,控制驱动设备1低边侧的通断;
高边驱动电路连接有开路诊断控制回路;单片机通过开路诊断电路与开路诊断控制回路连接,当驱动设备的高边侧处于关闭状态时,通过开路诊断电路进行开路检测。
根据本申请的实施例,驱动设备1左侧为高边驱动电路,驱动设备1右侧为低边驱动电路,在正常模式下,低边驱动电路保持常闭状态,当故障状态时,低边驱动电路断开,形成一种冗余安全保护机制,当高边驱动电路发生故障无法正常断开时,可通过断开低边驱动电路的方式实现驱动设备断电,避免驱动设备损坏或其他危险事故发生。
在一个示例性实施例中,高边驱动电路包括:三极管Q1、二极管D1、电阻R1以及电容C1;三极管Q1的基极与升压电荷泵电路的输出端连接;三极管Q1的发射极分别与二极管D1负极、开路诊断控制回路和驱动设备的电源端连接;二极管D1正极接地;三极管Q1的集电极通过电阻R1接电源;电容C1第一端接电源,电容C1第二端接地。
这里的,三极管Q1的驱动信号经升压电荷泵电路升压后驱动导通,升压电荷泵电路为分立器件搭建,电路简单,成本低廉,升压响应快。
可选的,升压电荷泵电路包括:二极管D4、二极管D5、电容C2、电容C4;电容C4第一端与单片机连接,电容C4第二端分别与二极管D4负极和二极管D5正极连接;二极管D4正极与电源连接;二极管D5负极分别与升压电荷泵电路输出端和电容C2第一端连接,电容C2第二端接地。
单片机可以输出最大幅值5V的PWM驱动信号经过升压电荷泵电路后的输出电压约为33V,可满足三极管Q1的导通条件,实现驱动设备高边驱动的控制方式。
本实施例的低边驱动电路包括:三极管Q2、二极管D3、电阻R3和电容C3;三极管Q2基极连接单片机,三极管Q2发射极分别与驱动设备接地端和二极管D3正极连接;二极管D3负极通过电容C3接地;三极管Q2集电极通过电阻R3接地。三极管Q2起到了根据单片机的控制信号,来控制驱动设备低边侧的通断。
本实施例中,开路诊断电路包括:电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q3、三极管Q4以及电容C8;三极管Q4基极分别与电阻R6第一端和电阻R7第一端连接,电阻R6第二端连接单片机,电阻R7第二端和三极管Q4发射极接地;三极管Q4集电极通过电阻R5分别与电阻R4第一端和三极管Q3基极连接;三极管Q3发射极分别电阻R4第二端、电容C8第一端和电源连接,电容C8第二端接地;三极管Q3集电极连接开路诊断控制回路。
需要说明的是,单片机输出关闭时,开路诊断功能由开路诊断电路发出OFF Diag信号。也就是说,当单片机控制端输出启用信号时(高有效),三极管Q3导通,OFF Diag接通到24V电压,通过电阻R2后接至负载高边端,当驱动设备高边驱动部分处于关闭状态时,单片机可以通过OFF Diag进行开路诊断。
这是基于车辆中所使用的电磁阀或继电器多为感性负载,当故障发生时,即使关闭驱动电路,但由于电感的特性,电流无法突变,电磁阀还会通过续流二极管存在短时工作,可能对驱动设备造成持续的伤害。本实施例的系统中,当检测到驱动设备发生故障时,在断开高边驱动的同时,低边安全开关也断开连接,同时切断高边连接与低边连接,可以更快速的关闭驱动电流,实现对驱动设备的及时保护。
在一个示例性实施例中,单片机输出关闭信号时,开路诊断逻辑如图5所示。OFFDiag信号为频率400Hz,占空比50%的PWM信号波形,HSS高边驱动信号保持关闭,LSS低边驱动信号为频率800Hz,占空比25%的PWM信号。此时三路信号叠加,可在负载与高边驱动电路之间测到HSS_FB信号,在负载与低边驱动电路之间测到LSS_FB信号。
当发生驱动回路开路故障时,HSS_FB和LSS_FB信号将是固定的高电压或固定的低电压,据此可以判断出是否发生了驱动回路的开路故障。
可以看出,本发明提供的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统采用分立电路搭建驱动系统,与集成芯片相比成本低廉,适用于对尺寸要求低。具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统支持分别控制驱动设备的高边与低边开关,可快速的实现驱动设备的回路通断,能够对驱动设备起到更有效的保护。系统支持驱动关闭时的开路故障诊断功能,能够及时发现设备回路问题,避免因无法判断回路开路造成的设备检修成本。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,包括:单片机、驱动设备、高边驱动电路、低边驱动电路、升压电荷泵电路以及开路诊断电路;
驱动设备正极端通过高边驱动电路连接电源;驱动设备负极端通过低边驱动电路连接低边;
单片机通过升压电荷泵电路与高边驱动电路的驱动端连接,通过控制高边驱动电路来控制驱动设备运行;
单片机通过与低边驱动电路连接,控制驱动设备低边侧的通断;
高边驱动电路连接有开路诊断控制回路;
单片机通过开路诊断电路与开路诊断控制回路连接,当驱动设备的高边侧处于关闭状态时,通过开路诊断电路进行开路检测。
2.根据权利要求1所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,高边驱动电路包括:三极管Q1、二极管D1、电阻R1以及电容C1;
三极管Q1的基极与升压电荷泵电路的输出端连接;
三极管Q1的发射极分别与二极管D1负极、开路诊断控制回路和驱动设备的电源端连接;二极管D1正极接地;
三极管Q1的集电极通过电阻R1接电源;
电容C1第一端接电源,电容C1第二端接地。
3.根据权利要求1所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,低边驱动电路包括:三极管Q2、二极管D3、电阻R3和电容C3;
三极管Q2基极连接单片机,三极管Q2发射极分别与驱动设备接地端和二极管D3正极连接;二极管D3负极通过电容C3接地;
三极管Q2集电极通过电阻R3接地。
4.根据权利要求1所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,升压电荷泵电路包括:二极管D4、二极管D5、电容C2、电容C4;
电容C4第一端与单片机连接,电容C4第二端分别与二极管D4负极和二极管D5正极连接;二极管D4正极与电源连接;二极管D5负极分别与升压电荷泵电路输出端和电容C2第一端连接,电容C2第二端接地。
5.根据权利要求1所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,开路诊断电路包括:电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q3、三极管Q4以及电容C8;
三极管Q4基极分别与电阻R6第一端和电阻R7第一端连接,电阻R6第二端连接单片机,电阻R7第二端和三极管Q4发射极接地;
三极管Q4集电极通过电阻R5分别与电阻R4第一端和三极管Q3基极连接;三极管Q3发射极分别电阻R4第二端、电容C8第一端和电源连接,电容C8第二端接地;三极管Q3集电极连接开路诊断控制回路。
6.根据权利要求5所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,开路诊断控制回路包括二极管D2和电阻R2;
二极管D2正极连接开路诊断控制回路的输入端,二极管D2负极通过电阻R2分别连接驱动设备正极端和高边驱动电路。
7.根据权利要求2所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,单片机向升压电荷泵电路输出的电信号为5v电信号。
8.根据权利要求7所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,升压电荷泵电路将5v电信号升压为33v电信号驱动三极管Q1导通。
9.根据权利要求6所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,开路诊断电路的电源为24v电源;
电阻R2的阻值为1KΩ至2KΩ。
10.根据权利要求1或2所述的具备开路诊断功能的车载电磁阀驱动系统,其特征在于,单片机采用STM32F051C8T6单片机,或采用TM4C123GH6PZ17R单片机。
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