CN213903759U

CN213903759U - 一种负载开路检测电路

Info

Publication number: CN213903759U
Application number: CN202022273583.9U
Authority: CN
Inventors: 叶才学; 杨全义; 钟声
Original assignee: Huizhou Desay SV Automotive Co Ltd
Current assignee: Huizhou Desay SV Automotive Co Ltd
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2030-10-13

Abstract

本实用新型涉及电路检测技术领域，提供一种负载开路检测电路，设置依次连接的开关驱动电路、负载检测电路和参考电压电路建立负载开路检测机制，采用开关驱动电路放大启动信号，以较小的功耗小进一步地提高电路灵敏度；在负载驱动模块处于无输出状态时，由开关驱动电路驱动被测负载，增设参考电压电路，使得负载开路的检测精度由兆欧姆级别提高到10欧姆级别；采用负载检测电路对被测负载进行电压采样，并与参考电压进行对比，可根据输出电平的高低直接判断被测负载开路与否，电路设计简单、元器件较少，使得成本降低，并进一步提高电路的抗干扰性。

Description

一种负载开路检测电路

技术领域

本实用新型涉及电路检测技术领域，尤其涉及一种负载开路检测电路。

背景技术

高边功率驱动芯片用于为芯片电源侧对地提供输出电流，芯片内部逻辑控制功率管的开启，芯片内部功率管提供对地电流。为了了解负载电路的工作状态，需要在功率管开启的情况下检测负载电路开路。而当芯片功率管处于开启状态，且负载由于操作失误或其它原因开路时，需将该错误状态上报至逻辑控制电路，通过逻辑控制电路关闭功率管。其中，开路检测为此逻辑运算的重中之重。图1是现有技术的一种开路检测电路的电路结构图，其工作原理如下：

(1)正常工作时，MCU先通过GPIO端口控制电源控制开关模块，使它处于关闭状态，然后MCU通过GPIO端口控制驱动IC的使能引脚，使驱动IC正常输出，此时MCU不对负载进行开路检测。

(2)当要对负载进行开路检测时，MCU先通过GPIO端口控制驱动IC的使能引脚，使驱动IC无输出，然后MCU通过GPIO端口控制电源控制开关模块，使它处于打开状态，电流感应器上将有电流流过，然后电流感应器将感应到的电流输入到电流放大器进行放大，电流放大器放大后输出一个相应的电压信号传输到MCU的ADC端口，MCU通过ADC端口检测该电压信号，经过相关的计算得出相应的电压值，如果负载没有开路，该电压值较大，如果负载开路，该电压值较小，由此判断负载是否开路。

但是，此种负载开路检测技术存在以下缺点：

1、电路复杂、成本较高；

2、电流放大器容易受到干扰而导致误判，调试较为困难；

3、软件设计较为复杂，需要用到ADC采集算法。

发明内容

本实用新型提供一种负载开路检测电路，解决了现有的负载开路检测手段电路设计较为复杂、成本较高以及抗干扰力较弱的技术问题。

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种负载开路检测电路，包括依次连接的开关驱动电路、负载检测电路和参考电压电路；所述开关驱动电路的输出端连接被测负载；所述负载检测电路的第一输入端、第二输入端分别连接所述开关驱动电路的输出端、所述参考电压电路。

本基础方案设置依次连接的开关驱动电路、负载检测电路和参考电压电路建立负载开路检测机制，采用开关驱动电路放大启动信号，以较小的功耗小进一步地提高电路灵敏度；在负载驱动模块处于无输出状态时，由开关驱动电路驱动被测负载，增设参考电压电路，使得负载开路的检测精度由兆欧姆级别提高到10欧姆级别；采用负载检测电路对被测负载进行电压采样，并与参考电压进行对比，可根据输出电平的高低直接判断被测负载开路与否，电路设计简单、元器件较少，使得成本降低，并进一步提高电路的抗干扰性。

在进一步的实施方案中，所述开关驱动电路包括第一滤波电路、第一开关模块和第二开关模块；

所述第一滤波电路为第一电容；

所述第一开关模块包括第一电阻、第二电阻和第一开关管；所述第一电阻一端连接第一使能端，另一端连接所述第一开关管的基极、并分别通过第二电阻、第一滤波电路接地；所述第一开关管集电极连接所述第二开关模块，发射极接地；

所述第二开关模块包括第三电阻、第四电阻和第二开关管；所述第二开关管的发射极与电源输出端连接，其基极通过第三电阻与所述第一开关模块连接；所述第四电阻并联在所述第二开关管的基极与发射极之间。

本方案设置两级驱动(第一开关模块、第二开关模块)的开关驱动电路放大第一使能端的使能信号，可有效降低开路状态下用于检测负载开路的漏电流，在使能信号输入前端设置滤波电容(第一电容)过滤不稳定的干扰信号，提高开关驱动电路的抗干扰能力。

在进一步的实施方案中，所述开关驱动电路与所述被测负载之间还包括保护电路，所述保护电路包括串联的第五电阻和第一二极管；所述第一二极管的阳极连接所述第五电阻，阴极连接所述被测负载。

本方案在开关驱动电路的输出端(也即负载开路检测端)设置第五电阻作为限流电阻，通过提高负载的总电阻减少电流，从而避免过大的电流烧毁电路元器件，同时在负载开路检测端与被测负载之间设置保护二极管(第一二极管)，可防止负载端短路到电源时造成开关驱动电路烧坏，进一步地保证电路安全。

在进一步的实施方案中，所述参考电压电路包括第六电阻、第七电阻和第二二极管；所述第六电阻一端连接所述电源输出端，另一端连接所述第二二极管的阳极；所述第七电阻一端连接所述第二二极管的阴极，另一端接地。

本方案在负载检测电路的第二输入端串联参考电压电路，第二二极管上的正向压降在负载开路检测时，可随保护电路中第一二极管的正向压降增大而增大、减少而减少；当流经二极管的正向电流一定时，二极管的正向压降是随环境温度变化而变化的，因此第二二极管可以提供负载开路检测的精度，进而辅助负载检测电路将其开路检测精度提高至十欧姆级别。

在进一步的实施方案中，所述负载检测电路包括比较器模块、滤波模块以及限流电阻；

所述比较器模块的所述第一输入端通过所述第五电阻连接到所述开关驱动电路、还通过所述第一二极管连接到所述被测负载，其电源输入端与所述电源输出端连接；

所述滤波模块包括第二电容、第三电容和第四电容，所述第二电容、所述第三电容和所述第四电容一端分别连接所述比较器模块的所述第一输入端、所述第二输入端以及所述电源输入端，另一端均接地；

所述限流电阻的一端连接所述比较器模块的输出端，另一端作为信号输出端。

在进一步的实施方案中，所述比较器模块包括电压比较器芯片。

本方案以电压比较器芯片为核心设置比较逻辑运算，分别由同相输入端(第一输入端)、反相输入端(第二输入端)采集被测负载电压与分压电阻(第七电阻)的电压进行比较，从而只需检测负载检测电路输出端的电平高低即可判断被测负载开路与否；另外，以反相输入端作为电压比较器芯片的参考输入端，在负载开路时，使得负载检测电路输出的高电平可作为触发信号直接连接到MCU(即在被测负载开路时直接通知MCU)。

在进一步的实施方案中，还包括MCU，所述MCU包括所述第一使能端、信号接收端；所述第一使能端用于输出使能信号启动所述开关驱动电路；所述信号接收端用于接收所述负载检测电路输出的开路检测信号；

所述MCU还包括第二使能端，所述第二使能端与负载驱动电路连接，用于控制所述负载驱动电路的工作状态。

本方案利用MCU的第一使能端、信号接收端和第二使能端，分别连接负载开路检测电路和负载驱动电路，利用第二使能端的信号输出控制负载驱动电路工作在无输出状态(即断开被测负载的驱动)；然后，通过第一使能端输出使能信号，驱动负载开路检测电路工作；最后连接信号接收端与负载检测电路的输出端，接收开路检测信号，快速获取被测负载的状态(开路或是正常工作)。

在进一步的实施方案中，所述第一开关管为三极管或MOS管；所述第二开关管为三极管或MOS管。

所述第七电阻的电阻值大于所述被测负载的电阻值。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的现有技术的负载开路检测电路的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种负载开路检测电路的硬件电路图.

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神和范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。

本实施例中说明书附图中的附图标记包括：

开关驱动电路1，负载检测电路2，参考电压电路3，保护电路4，负载驱动电路5；

被测负载RL、第一电阻R1～第七电阻R7、限流电阻R8，第一电容C1～第五电容C5，第一二极管D1～第三二极管D3，第一开关管Q1、第二开关管Q2，电压比较器芯片U1、驱动芯片U2，第一电源输出端VCC1、第二电源输出端VCC2。

本实用新型实施例提供的一种负载开路检测电路，如图2所示，在本实施例中，包括依次连接的开关驱动电路1、负载检测电路2和参考电压电路3；开关驱动电路1的输出端连接被测负载RL；负载检测电路2的第一输入端、第二输入端分别连接开关驱动电路1的输出端、参考电压电路3。

在本实施例中，开关驱动电路1包括第一滤波电路、第一开关模块和第二开关模块；

第一滤波电路为第一电容C1；

第一开关模块包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一开关管Q1；第一电阻R1一端连接第一使能端，另一端连接第一开关管Q1的基极、并分别通过第二电阻R2、第一滤波电路接地；第一开关管Q1集电极连接第二开关模块，发射极接地；

第二开关模块包括第三电阻R3、第四电阻R4和第二开关管Q2；第二开关管Q2的发射极与电源输出端VCC1连接，其基极通过第三电阻R3与第一开关模块连接；第四电阻R4并联在第二开关管Q2的基极与发射极之间。

第一开关管Q1包括但不限于开关三极管、MOS管，例如NPN型三极管和N沟道MOS管；第二开关管Q2包括但不限于开关三极管、MOS管，例如PNP型三极管和P沟道MOS管。

本实施例设置两级驱动(第一开关模块、第二开关模块)的开关驱动电路1放大第一使能端的使能信号Open_Load_EN，可有效降低开路状态下用于检测负载开路的漏电流，在使能信号Open_Load_EN的输入前端设置滤波电容(第一电容C1)过滤不稳定的干扰信号，提高开关驱动电路1抗干扰能力。

在本实施例中，开关驱动电路1与被测负载RL之间还包括保护电路4，保护电路4包括串联的第五电阻R5和第一二极管D1；第一二极管D1的阳极连接第五电阻R5，阴极连接被测负载RL。

本实施例在开关驱动电路1的输出端(也即负载开路检测端)设置第五电阻R5作为限流电阻，通过提高负载的总电阻减少电流，从而避免过大的电流烧毁电路元器件，同时在负载开路检测端与被测负载RL之间设置保护二极管(第一二极管D1)，可防止负载端短路到电源时造成开关驱动电路烧坏，进一步地保证电路安全。

在本实施例中，参考电压电路3包括第六电阻R6、第七电阻R7和第二二极管D2；第六电阻R6一端连接电源输出端VCC1，另一端连接第二二极管D2的阳极；第七电阻R7一端连接第二二极管D2的阴极，另一端接地。

第七电阻R7的电阻值大于被测负载RL的电阻值。

本实施例在负载检测电路2的第二输入端串联参考电压电路3，第二二极管D2上的正向压降在负载开路检测时，可随保护电路4中第一二极管D1的正向压降增大而增大、减少而减少；当流经二极管的正向电流一定时，二极管的正向压降是随环境温度变化而变化的，因此第二二极管D2可以提高负载开路检测的精度，进而辅助负载检测电路2将其开路检测精度提高至十欧姆级别。

在本实施例中，负载检测电路2包括比较器模块、滤波模块以及限流电阻R8；

比较器模块的第一输入端通过第五电阻R5连接到开关驱动电路1、还通过第一二极管D1连接到被测负载RL，其电源输入端与电源输出端VCC1连接；

滤波模块包括第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4一端分别连接比较器模块的第一输入端、第二输入端以及电源输入端，另一端均接地；

限流电阻R8的一端连接比较器模块的输出端，另一端作为信号输出端。

在本实施例中，比较器模块包括电压比较器芯片U1。

本实施例以电压比较器芯片U1为核心设置比较逻辑运算，分别由同相输入端(第一输入端)、反相输入端(第二输入端)采集被测负载RL电压与分压电阻(第七电阻R7)的电压进行比较，从而只需检测负载检测电路2输出端的电平高低即可判断被测负载RL开路与否；另外，以反相输入端作为电压比较器芯片U1的参考输入端，在负载开路时，使得负载检测电路2输出的高电平可作为触发信号直接连接到MCU(即在被测负载RL开路时直接通知MCU)。

在本实施例中，还包括MCU，MCU包括第一使能端、信号接收端；第一使能端用于输出使能信号Open_Load_EN启动开关驱动电路1；信号接收端用于接收负载检测电路2输出的开路检测信号Open_Load；

MCU还包括第二使能端，第二使能端与负载驱动电路5连接，用于控制负载驱动电路5的工作状态。

负载驱动电路5包括驱动芯片U2、第五电容C5、第三二极管D3。

在本实施例中，至少包括两路电源输出端，分别为第一电源输出端VCC1、第二电源输出端VCC2；其中，第二电源输出端VCC2仅向负载驱动电路5供电，第一电源输出端VCC1向开关驱动电路1、负载检测电路2、参考电压电路3、保护电路4以及MCU供电。

本实施例利用MCU的第一使能端、信号接收端和第二使能端，分别连接负载开路检测电路和负载驱动电路5，利用第二使能端的信号输出控制负载驱动电路5工作在无输出状态(即断开被测负载RL的驱动)；然后，通过第一使能端输出使能信号Open_Load_EN，驱动负载开路检测电路工作；最后连接信号接收端与负载检测电路2的输出端，接收开路检测信号Open_Load，快速获取被测负载RL的状态(开路或是正常状态)。

在本实施例中，以第一开关管Q1为NPN型三极管、第二开关管Q2为PNP型三极管为例，被测负载RL的开路检测原理如下：

首先，预设第七电阻R7的电阻值大于被测负载RL的电阻值；第五电阻R5的电阻值与第六电阻R6的电阻值相同；VD1＝VD2(VD2为第一二极管D1的正向压降，VD2为第二二极管D2的正向压降)。

被测负载RL正常工作时，MCU通过第一使能端输出低电平(即Open_Load_EN)，此时，第一开关管Q1的基极为低电平，因此第一开关管Q1截止不导通；第二开关管Q2的基极电压与发射极电压基本相等，因此第二开关管Q2截止不导通，第一二极管D1无电流流通，被测负载RL正常工作。MCU通过第二使能端信号输出有效的使能信号(即EN_OUTPUT)，使驱动芯片U2正常工作和输出，即使得被测负载RL正常工作。

当MCU需要检测被测负载RL的状态时：

第一步、MCU通过第二使能端信号输出无效的使能信号，使得驱动芯片U2的输出端OUT的输出电压为0；

第二步、MCU通过第一使能端输出高电平，第一开关管Q1的基极为高电平，因此第一开关管Q1导通，其集电极电压为0；随后，第二开关管Q2的基极电压将低于其发射极电压，因此第二开关管Q2导通。

此时，若被测负载RL处于正常状态(即未开路)，因为第七电阻R7的电阻值大于被测负载RL的电阻值，则比较器模块第一输入端的采集电压Vopen小于第二输入端的参考电压Vref，比较器模块输出低电平(即Open_Load为低电平)，即输出到MCU的开路检测信号为低电平，MCU当即判断被测负载RL未开路。

若被测负载RL处于开路状态，则被测负载RL的开路电阻值将趋于无穷大，因此，比较器模块第一输入端的采集电压Vopen将大于第二输入端的参考电压Vref，比较器模块输出高电平，即输出到MCU的开路检测信号为高电平，MCU当即判断被测负载RL为开路状态。

本实用新型实施例设置依次连接的开关驱动电路1、负载检测电路2和参考电压电路3建立负载开路检测机制，采用开关驱动电路1放大启动信号，以较小的功耗小进一步地提高电路灵敏度；在负载驱动模块处于无输出状态时，由开关驱动电路1驱动被测负载RL，增设参考电压电路3，使得负载开路的检测精度由兆欧姆级别提高到10欧姆级别；采用负载检测电路2对被测负载RL进行电压采样，并与参考电压进行对比，可根据输出电平的高低直接判断被测负载RL开路与否，电路设计简单、元器件较少，使得成本降低，并进一步提高电路的抗干扰性。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种负载开路检测电路，其特征在于，包括：依次连接的开关驱动电路、负载检测电路和参考电压电路；所述开关驱动电路的输出端连接被测负载；所述负载检测电路的第一输入端、第二输入端分别连接所述开关驱动电路的输出端、所述参考电压电路。

2.如权利要求1所述的一种负载开路检测电路，其特征在于：所述开关驱动电路包括第一滤波电路、第一开关模块和第二开关模块；

所述第一滤波电路为第一电容；

3.如权利要求2所述的一种负载开路检测电路，其特征在于：所述开关驱动电路与所述被测负载之间还包括保护电路，所述保护电路包括串联的第五电阻和第一二极管；所述第一二极管的阳极连接所述第五电阻，阴极连接所述被测负载。

4.如权利要求2所述的一种负载开路检测电路，其特征在于：所述参考电压电路包括第六电阻、第七电阻和第二二极管；所述第六电阻一端连接所述电源输出端，另一端连接所述第二二极管的阳极；所述第七电阻一端连接所述第二二极管的阴极，另一端接地。

5.如权利要求3所述的一种负载开路检测电路，其特征在于：所述负载检测电路包括比较器模块、滤波模块以及限流电阻；

6.如权利要求5所述的一种负载开路检测电路，其特征在于：所述比较器模块包括电压比较器芯片。

7.如权利要求5所述的一种负载开路检测电路，其特征在于：还包括MCU，所述MCU包括所述第一使能端、信号接收端；所述第一使能端用于输出使能信号启动所述开关驱动电路；所述信号接收端用于接收所述负载检测电路输出的开路检测信号；

8.如权利要求2所述的一种负载开路检测电路，其特征在于：所述第一开关管为三极管或MOS管；所述第二开关管为三极管或MOS管。

9.如权利要求4所述的一种负载开路检测电路，其特征在于：所述第七电阻的电阻值大于所述被测负载的电阻值。