CN210129024U - 负载诊断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种负载诊断装置，当控制单元向负载输入控制信号以驱动负载工作时，负载诊断装置检测负载的电压并将对应的诊断信号反馈至所述控制单元来判断所述负载的工作状态，该负载诊断装置的特征在于，包括：第一诊断电路，该第一诊断电路串联连接在所述负载与所述控制单元之间，检测流过所述负载的电压作为第一诊断信号并反馈至所述控制单元；以及第二诊断电路，该第二诊断电路与所述第一诊断电路并联，对流过所述负载的电压与预先确定的基准电压进行比较，将比较结果作为第二诊断信号并反馈至所述控制单元，所述控制单元基于所述第一诊断信号和所述第二诊断信号对所述负载的工作状态进行诊断。

Description

负载诊断装置

技术领域

本实用新型涉及一种负载诊断装置。

背景技术

在汽车行业中，电子控制单元(ECU或CPU)需要对汽车中的各种负载，例如线性电磁阀、ON/OFF电磁阀、继电器、油泵等的工作状态进行监测，并根据监测情况做相应的保护动作，以提高车辆的安全使用性，避免危险事故发生。

作为一种公知的诊断方法，采用了基于电压监控的诊断方法。图1示出了采用了现有技术的负载诊断装置的负载工作电路。其中，负载电源与负载相连来对其进行供电，负载驱动芯片与电阻R1串联连接在负载电源与负载之间。电阻R2相对于电阻R1并联接地，电容C1相对于负载驱动芯片并联接地。该负载驱动芯片对负载进行驱动，CPU与负载驱动芯片串联连接用来向负载驱动芯片发出控制信号，该控制信号可以是高电平信号、低电平信号或PWM波信号。负载驱动芯片基于该控制信号，驱动负载进行相应的动作。

在该CPU与负载之间串联连接有负载诊断电路。该负载诊断电路由电源、上拉电阻R5、串联连接在上拉电阻R5与负载之间的二极管D1、串联连接在上拉电阻R5与CPU之间的电阻R4、以及相对于CPU并联连接的电容C2构成。电源为该负载诊断电路提供工作电压VCC(通常为5V)。上拉电阻R5远大于负载的电阻，从而起到限流的作用使上拉电阻R5对负载侧的电流不产生影响。同时，在上拉电阻R5与负载之间串联连接有二极管D1使负载端的电压不会对VCC的电压产生影响。通过将上拉电阻R5与二极管D1的连接点处的电压情况经由反馈端口反馈给CPU，使CPU获取到负载端的电压情况。并且在CPU与上拉电阻R5之间串联连接有电阻R4来起到限流的作用。此外，为了使输入CPU反馈端口的信号更加干净不带有干扰杂波，在CPU的反馈端口处并联连接了电容C2以起到滤波作用并接地。

基于上述结构，负载诊断电路的一端与负载相连来对负载的电压进行检测；另一端与CPU的反馈端口相连从而将检测到的负载电平信号输入CPU。在CPU经由输出端口向负载驱动芯片输出的信号电平不同的情况下，由该负载诊断电路向CPU输入的诊断用反馈信号将变得不同。CPU根据对负载驱动芯片的输出信号与该负载诊断电路提供的反馈信号的不同，判断负载的状态。输出信号和反馈信号与负载状态的对应关系具体如下表1所示。

表1现有技术中CPU利用输出信号和反馈信号判断负载状态的对照表

在负载处于正常工作状态下，若CPU经由输出端口向负载驱动芯片输出高电平信号，则由反馈端口输入CPU的信号也是高电平信号。若CPU向负载驱动芯片输出低电平信号，则反馈端口也向CPU输入低电平信号。而在负载处于异常的工作状态下，CPU向负载驱动芯片输出的信号电平与由反馈端口反馈至CPU的信号电平可能变得不同。现有技术就是利用了输出信号电平和反馈信号电平不同的对应关系来确定负载处于何种工作状态。

参考表1可知，例如，在输出信号为低电平时反馈信号为高电平、而输出信号为高电平时反馈信号为高电平的情况下，可以判断负载处于断路状态。

实用新型所要解决的技术问题

但从该表1中可以看出，当负载处于断路状态和处于短路到电源状态时，CPU的输出信号和反馈信号的对应组合完全相同：均为输出信号为低电平时反馈信号为高电平、而输出信号为高电平时反馈信号为高电平。也就是说，该负载诊断电路无法区分断路状态和短路到电源状态。

并且还有，在负载处于短路到地状态时，输出信号为低电平时反馈信号为低电平，但当输出信号为高电平时，反馈信号可能出现低电平或高电平两种情况。下面将详细解释出现这两种情况的原因。

理想的地线是没有电阻的，即电阻为0Ω。在这种理想状态下或是地线电阻小到可忽略的情况下，当负载处于短路到地状态时，CPU输出高电平信号则反馈端口接收低电平信号，由此即能判断出负载当前处于短路到地状态。但由于车辆侧的地线有时很细又长，或者负载与控制单元侧有时连接不良(处于接触又不接触的状态)，此时电阻会出现增大的情况。通常，负载的电阻约为5Ω，负载电源为14V(正常负载电源为9～16V)。由于电流总是挑选电阻最小的通路流过，因此在负载处于短路到地状态时，从负载电源流出的电流将通过负载驱动芯片直接流向接地。若假设地线电阻增大至0.7Ω，则流过负载驱动芯片的电流将高达20A左右。由于负载驱动芯片是一个智能的芯片，当电流超过其固有的电流制限值时，负载驱动芯片将进行控制使电流降至限制值(例如10A，电流限制值依据负载驱动芯片的不同而不同)。即，负载诊断电路检测到负载电流为10A，则由反馈端口输入的反馈信号＝10A*(地线电阻)0.7Ω＝7V,由于7V>负载诊断电路的工作电压，所以由反馈端口输入的反馈信号为高电平信号。

结果，由于地线电阻过大，即使负载处于短路到地状态，CPU的输出信号和反馈信号的对应关系也变得与负载正常工作状态时完全相同，从而导致该负载诊断电路无法区分正常工作状态和短路到地状态。

也就是说，现有技术不仅无法区分断路和短路到电源这样的不同的异常状态，甚至在地线电阻过大时可能无法区分正常状态和短路到地这样的异常状态。由此可知，现有的基于电压监控的负载诊断装置存在可靠性较差的问题。

实用新型目的

本实用新型旨在解决上述问题而完成，其目的在于提供一种能准确区分正常状态和异常状态，并且能进一步判断异常状态的不同种类的可靠性较高的负载诊断装置。

实用新型内容

本实用新型的第一方面提出了一种负载诊断装置，连接在负载与控制单元之间，当所述控制单元向所述负载输入控制信号以驱动负载工作时，所述负载诊断装置检测所述负载的电压并生成诊断信号，所述控制单元基于所述诊断信号判断所述负载的工作状态，该负载诊断装置的特征在于，包括：第一诊断电路，该第一诊断电路串联连接在所述负载与所述控制单元之间，检测所述负载两端的电压反馈至所述控制单元作为第一诊断信号；以及第二诊断电路，该第二诊断电路与所述第一诊断电路并联，对所述负载两端的电压与预先确定的基准电压进行比较，将比较结果反馈至所述控制单元作为第二诊断信号，所述控制单元基于所述第一诊断信号和所述第二诊断信号判断所述负载的工作状态。

本实用新型的第二方面是在第一方面的负载诊断装置中，所述第一诊断电路包括：为所述第一诊断电路提供工作电压的工作电源；与所述工作电源串联连接的上拉电阻；上拉电阻；串联连接在所述上拉电阻与所述负载之间的二极管；串联连接在所述上拉电阻与所述控制单元之间的第一电阻；以及相对于所述控制单元并联连接的第一电容。

本实用新型的第三方面是在第一方面的负载诊断装置中，所述第二诊断电路包括：第二电阻、比较器和第二电容，所述第二电阻和所述比较器串联连接在所述负载与所述控制单元之间，所述第二电容相对于所述控制单元并联连接，所述比较器对所述负载端的电压与预先确定的所述基准电压进行比较获得比较结果作为所述第二诊断信号。

本实用新型的第四方面是在第一～第三方面的任一项的负载诊断装置中，所述第一诊断信号是将所述负载两端的电压反馈至所述控制单元的高电平信号或低电平信号。

本实用新型的第五方面是在第四方面的负载诊断装置中，所述第二诊断信号是将所述比较器获得的比较结果反馈至所述控制单元的高电平信号或低电平信号。

本实用新型的第六方面是在第五方面的负载诊断装置中，所述工作状态包括正常状态、断路状态、短路到地状态和短路到电源状态中的任一种。

本实用新型的第七方面是在第六方面的负载诊断装置中，所述基准电压大于所述第一诊断电路的工作电压且小于所述负载电源电压。

本实用新型的第八方面是在第七方面的负载诊断装置中，若在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为低电平信号时所述第一诊断信号为低电平信号且所述第二诊断信号为高电平信号,而在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为高电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为低电平信号的情况下，即可判断所述负载处于正常状态；若在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为低电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为高电平信号,而在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为高电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为低电平信号的情况下，即可判断所述负载处于断路状态；若在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为低电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为低电平信号,而在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为高电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为低电平信号的情况下，即可判断所述负载处于短路到电源状态；若在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为低电平信号时所述第一诊断信号为低电平信号且所述第二诊断信号为高电平信号,而在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为高电平信号时所述第二诊断信号为高电平信号的情况下，即可判断所述负载处于短路到地状态。

实用新型效果

根据本实用新型的负载诊断装置，能准确地区分正常状态以及不同种类的异常状态。并且该负载诊断装置相较于现有技术更不易受到地线电阻的影响，实现准确的状态诊断。

附图说明

图1示出了使用了现有技术的负载诊断装置的负载工作电路图。

图2示出了使用本实用新型的负载诊断装置的负载工作电路图。

具体实施方式

<本实用新型的负载诊断装置的结构>

参照图2，对本实用新型的负载诊断装置进行说明。图2示出了使用本实用新型的负载诊断装置的负载工作电路图。该负载诊断装置与图1的区别在于追加了第二诊断电路。下面重点对第二诊断电路进行说明，并对与图1中相同或等同的部分标注相同的标号并省略重复说明。

该第二诊断电路串联连接在负载与控制单元之间，且并联连接在现有技术的诊断电路(以下称为“第一诊断电路”)的上游。该第二诊断电路包含电阻R3、比较器COM以及电容C3。电阻R3与比较器COM串联连接在CPU与负载之间，电容C3相对于CPU并联且接地。比较器COM的反相输入端侧与负载相连用来比较负载电压与基准电压V1，电阻R3侧与CPU的反馈端口2相连从而向CPU提供第二反馈信号。

负载工作电路开始运行后，该负载诊断装置中的第一诊断电路和第二诊断电路同时对负载的电压情况进行检测，第一诊断电路与现有技术中的诊断电路工作原理相同，这里不再赘述。下面，对第二诊断电路的工作原理进行具体说明。

<第二诊断电路的工作原理>

第二诊断电路由于具备比较器COM，其将检测到的负载电压与比较器COM中预先设定的基准电压V1进行比较。并将比较结果作为第二反馈信号经由反馈端口2输入CPU。在该比较器COM中，正极为同相输入端，负极为反相输入端。当负极端电压小于正极端电压即基准电压时，比较器COM的输出电压呈高电平，因此向反馈端口2输入的第二反馈信号为高电平；反之负极端电压大于正极端电压时，比较器COM的输出电压呈低电平，向反馈端口2输入的第二反馈信号为低电平信号。与第一反馈信号类似地，在CPU向负载驱动芯片输出的输出信号电平不同的情况下，由该第二检测电路对CPU反馈的第二反馈信号也将变得不同。

比较器COM的基准电压V1通常被设定为VCC<V1<ECU工作电压(其中，VCC≈5V，ECU工作电压＝9V～16V)。在该状态下，负载诊断装置能准确地检测出负载的四种不同状态(正常、断路、短路到电源、短路到地)，即使在地线电阻过大时也能正常运作。

而在基准电压V1被设定为0<V1<VCC或V1>ECU工作电压的情况下，负载诊断装置的检测精度受到地线电阻的影响。在地线电阻小于负载电阻时，虽然可检测出正常状态与异常状态，但与现有技术类似地，无法区分断路状态和短路到电源状态。而在地线电阻大于等于负载电阻时，负载诊断装置将无法区分短路到地状态和正常状态。

<利用了本实用新型的负载诊断装置的负载状态判断方法>

在本实用新型中，由于负载诊断装置具备第一诊断电路和第二诊断电路两个不同的诊断电路，其分别通过反馈端口1和反馈端口2向CPU提供第一反馈信号和第二反馈信号。因此，CPU根据对负载驱动芯片输出的电平信号、与由反馈端口1输入的第一反馈信号和由反馈端口2输入的第二反馈信号不同的对应组合，判断负载的工作状态。具体的对应关系如下表2所示。

表2本实用新型中CPU利用输出信号和两个反馈信号判断负载状态的对照表

下面基于表2，对本实用新型的负载状态判断及相互区分的原理说明。

在负载处于正常工作状态下，若CPU经由输出端口向负载驱动芯片输出低电平信号，则由反馈端口1向CPU反馈的第一反馈信号为低电平信号、反馈端口2向CPU反馈的第二反馈信号为高电平信号。若CPU向负载驱动芯片输出高电平信号，则第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为低电平信号。

在负载处于断路状态下，CPU对负载驱动芯片的输出信号为低电平信号时，第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为高电平信号；CPU对负载驱动芯片的输出信号为高电平信号时，第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为低电平信号。

在负载处于短路到电源状态下，CPU对负载驱动芯片的输出信号为低电平信号时，第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为低电平信号；CPU对负载驱动芯片的输出信号为高电平信号时，第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为低电平信号。

在负载处于短路到地状态下，CPU对负载驱动芯片的输出信号为低电平信号时，第一反馈信号为低电平信号，第二反馈信号为高电平信号；CPU对负载驱动芯片的输出为高电平信号时，第一反馈信号为高电平或低电平信号，第二反馈信号为高电平信号。

从而，该负载诊断装置能对正常状态与各种不同的异常状态进行区分。

①正常状态与断路状态的区分

在CPU的输出信号为低电平的情况下，正常状态下第一反馈信号为低电平信号，第二反馈信号为高电平信号；而断路状态下第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为高电平信号。根据第一反馈信号的不同，即可区分正常状态和断路状态。

②正常状态与短路到电源状态的区分

在CPU的输出信号为低电平的情况下，正常状态下第一反馈信号为低电平信号，第二反馈信号为高电平信号，而短路到电源状态下第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为低电平信号。根据第一反馈信号和第二反馈信号两者均不同，即可区分正常状态和短路到电源状态。

③正常状态与短路到地状态的区分

在CPU的输出信号为高电平的情况下，正常状态下第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为低电平信号，而短路到地状态下虽然第一反馈信号可能为低电平或高电平信号，但第二反馈信号为高电平信号。根据第二反馈信号的不同，即可区分正常状态和短路到地状态。

④断路状态与短路到电源状态的区分

在CPU的输出信号为低电平的情况下，断路状态下第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为高电平信号，而短路到电源状态下第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为低电平信号，根据第二反馈信号的不同，即可区分断路状态和短路到电源状态。

⑤断路状态与短路到地状态的区分

在CPU的输出信号为低电平的情况下，断路状态下第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为高电平信号，而短路到地状态下第一反馈信号为低电平信号，第二反馈信号为高电平信号，根据第一反馈信号的不同，即可区分断路状态和短路到地状态。

⑥短路到电源状态与短路到地状态的区分

在CPU的输出信号为低电平的情况下，短路到电源状态下第一反馈信号为高电平信号，第二反馈信号为低电平信号，而短路到地状态下第一反馈信号为低电平信号，第二反馈信号为高电平信号，根据第一反馈信号和第二反馈信号两者均不同，即可区分短路到电源状态与短路到地状态。

由上述内容可知，与现有技术相比，本实用新型的负载诊断装置追加了第二诊断电路向CPU提供第二反馈信号。因此，在原有的仅凭一个反馈信号无法准确区分负载工作状态的基础上，通过引入第二反馈信号，能可靠地将负载的正常状态与异常状态进行区分，并且能准确地区分该异常状态是断路、短路到地或是短路到电源。

上述说明的本申请的装置和方法仅为例示，并不对本申请有任何限定作用。在不背离本申请的概念、精神和范围下，对本申请中描述的电路结构等进行等同或等效替换、修改以实现相同或相似的结果，或者对本申请所记载的方法和装置应用多种变型等，这对于本领域普通技术人员是显而易见的。

Claims (8)

1.一种负载诊断装置，连接在负载与控制单元之间，当所述控制单元向所述负载输入控制信号以驱动负载工作时，所述负载诊断装置检测所述负载的电压并生成诊断信号，所述控制单元基于所述诊断信号判断所述负载的工作状态，该负载诊断装置的特征在于，包括：

第一诊断电路，该第一诊断电路串联连接在所述负载与所述控制单元之间，检测所述负载两端的电压反馈至所述控制单元作为第一诊断信号；以及

第二诊断电路，该第二诊断电路与所述第一诊断电路并联，对所述负载两端的电压与预先确定的基准电压进行比较，将比较结果反馈至所述控制单元作为第二诊断信号，

所述控制单元基于所述第一诊断信号和所述第二诊断信号判断所述负载的工作状态。

2.如权利要求1所述的负载诊断装置，其特征在于，

所述第一诊断电路包括：为所述第一诊断电路提供工作电压的工作电源；与所述工作电源串联连接的上拉电阻；串联连接在所述上拉电阻与所述负载之间的二极管；串联连接在所述上拉电阻与所述控制单元之间的第一电阻；以及相对于所述控制单元并联连接的第一电容。

3.如权利要求1所述的负载诊断装置，其特征在于，

所述第二诊断电路包括：第二电阻、比较器和第二电容，所述第二电阻和所述比较器串联连接在所述负载与所述控制单元之间，所述第二电容相对于所述控制单元并联连接，

所述比较器对所述负载两端的电压与预先确定的所述基准电压进行比较获得比较结果作为所述第二诊断信号。

4.如权利要求1至3中任一项所述的负载诊断装置，其特征在于，

所述第一诊断信号是将所述负载两端的电压反馈至所述控制单元进行判断得到的高电平信号或低电平信号。

5.如权利要求3所述的负载诊断装置，其特征在于，

所述第二诊断信号是将所述比较器获得的比较结果反馈至所述控制单元进行判断得到的高电平信号或低电平信号。

6.如权利要求5所述的负载诊断装置，其特征在于，

所述工作状态包括正常状态、断路状态、短路到地状态和短路到电源状态中的任一种。

7.如权利要求6所述的负载诊断装置，其特征在于，

所述基准电压大于所述第一诊断电路的工作电压且小于所述负载电源电压。

8.如权利要求7所述的负载诊断装置，其特征在于，

若在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为低电平信号时所述第一诊断信号为低电平信号且所述第二诊断信号为高电平信号,而在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为高电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为低电平信号的情况下，即判断所述负载处于正常状态；

若在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为低电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为高电平信号,而在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为高电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为低电平信号的情况下，即判断所述负载处于断路状态；

若在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为低电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为低电平信号,而在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为高电平信号时所述第一诊断信号为高电平信号且所述第二诊断信号为低电平信号的情况下，即判断所述负载处于短路到电源状态；

若在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为低电平信号时所述第一诊断信号为低电平信号且所述第二诊断信号为高电平信号,而在所述控制单元向所述负载输出的控制信号为高电平信号时所述第二诊断信号为高电平信号的情况下，即判断所述负载处于短路到地状态。

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