CN217404766U - 一种电机控制器信号采样故障诊断电路、集成电路板及集成芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机控制器信号采样故障诊断电路、集成电路板及集成芯片，所述诊断电路包括偏置电路、超阈值诊断电路和主控单元；所述偏置电路的输入端接电机控制器模拟信号，输出端与所述主控单元的输入端相连，用于在诊断电路开路以及不同类型短路时输出不同大小的输出电压；所述超阈值诊断电路的输入端接电机控制器模拟信号，输出端与所述主控单元的输入端相连，用于判断模拟信号是否超出标准阈值。本实用新型结构简单、成本低、可识别采样电路开路、短路、对电源短路、对地短路和超阈值等多种故障模式。

Description

一种电机控制器信号采样故障诊断电路、集成电路板及集成 芯片

技术领域

本实用新型主要涉及新能源乘用车电机控制器信号检测领域，具体涉及一种电机控制器信号采样故障诊断电路、集成电路板及集成芯片。

背景技术

当前新能源乘用车市场逐步发展，对整车系统中各部件的可靠性和低成本要求愈加高，特别是电机控制器需要达到低成本，高可靠，多功能和高性能设计目标。在电机控制器信号检测设计方案中，常用方案采用电阻分压和滤波电路实现对信号的简单处理，传输至MCU做分析处理。若前端信号通道发生短路，开路，对地短路，对电源短路等故障，处理器无法具体识别和判断，需要进行板级的故障分析才可以确认故障模式。此种采样电路不能有效提供多种故障模式下信号特征值，故障诊断时不能快速直观的确认故障模式，增加了故障分析的复杂度，无法满足故障分析的高效性要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种结构简单、对各种故障进行识别的电机控制器信号采样故障诊断电路、集成电路板及集成芯片。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种电机控制器信号采样故障诊断电路，包括偏置电路、超阈值诊断电路和主控单元；所述偏置电路的输入端接电机控制器模拟信号，输出端与所述主控单元的输入端相连，用于在诊断电路开路以及不同类型短路时输出不同大小的输出电压；所述超阈值诊断电路的输入端接电机控制器模拟信号，输出端与所述主控单元的输入端相连，用于判断模拟信号是否超出标准阈值。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述偏置电路包括偏置源、第一偏置单元、第二偏置单元和第三偏置单元，所述第一偏置单元的一端接模拟信号，另一端则分别与第二偏置单元的一端和第三偏置单元的一端相连，所述第二偏置单元的另一端接偏置源，所述第三偏置单元的另一端接电源地。

所述偏置源为电源VCC，所述第一偏置单元为第一电阻R1，所述第二偏置单元为第二电阻R2，所述第三偏置单元为第三电阻R3。

所述超阈值诊断电路包括比较器U1，所述比较器U1的同相端接标准阈值电压信号，反相端连接模拟信号，输出端连接主控单元。

所述偏置电路的输出端经一滤波电路与所述主控单元的输入端相连。

所述滤波电路包括第四电阻R4和电容C1，所述第四电阻R4的一端与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端相连，所述第四电阻R4的另一端与电容C1 的一端和主控单元的输入端相连，所述电容C1的另一端接电源地。

所述主控单元包括A/D转换模块、诊断模块、中断模块和PWM控制器；所述A/D转换模块的输入端与偏置电路的输出端相连，所述A/D转换模块的输出端与诊断模块的输入端相连，所述中断模块的输入端与超阈值诊断电路的输出端相连，所述中断模块的输出端和诊断模块的输出端与所述PWM控制器相连。

所述A/D转换模块的输入端经一数字滤波模块与偏置电路的输出端相连。

本实用新型还公开了一种集成电路板，包括板体，所述板体上设有如上所述的电机控制器信号采样故障诊断电路。

本实用新型还公开了一种集成芯片，包括芯体，所述芯体上设有如上所述的电机控制器信号采样故障诊断电路。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的信号采样故障诊断电路、集成电路板及集成芯片，可识别采样电路开路，短路，对电源短路，对地短路，超阈值等多种故障模式，实现对信号采样通道中多种故障模式进行诊断与识别，可精准快速判断故障，提高电机控制器信号采样故障排查分析效率和可靠性。

本实用新型的信号采样故障诊断电路、集成电路板及集成芯片，可满足电流传感器，温度传感器，高压信号采样等多种不同信号处理要求，方案设计简单，电路成本低，可实现电路模块化和标准化。

附图说明

图1为本实用新型的电路在实施例的方框结构图。

图2为本实用新型的偏置电路在实施例的方框结构图。

图3为本实用新型的偏置电路在具体应用时的输出结果示意图。

图4为本实用新型的电路在实施例的电路原理图。

图例说明：1、偏置电路；2、滤波电路；3、超阈值诊断电路；4、主控单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型实施例的电机控制器信号采样故障诊断电路，具体应用于新能源乘用车的温度采集中，具体结构包括偏置电路1、超阈值诊断电路3和主控单元4；偏置电路1的输入端接电机控制器模拟信号，输出端与主控单元4的输入端相连，用于在诊断电路开路以及不同类型短路时输出不同大小的输出电压；超阈值诊断电路3的输入端接电机控制器模拟信号，输出端与主控单元4的输入端相连，用于判断模拟信号是否超出标准阈值。通过上述偏置电路1和超阈值诊断电路3的设置，可以实现对诊断电路开路、不同类型短路和信号超阈值等故障的诊断，实现对信号采样通道中多种故障模式进行诊断与识别。

在一具体实施例中，超阈值诊断电路3包括比较器U1，比较器U1的同相端接标准阈值电压信号，反相端连接模拟信号，输出端连接主控单元4的中断。在模拟信号幅值低于标准阈值时，比较器U1输出高电平，模拟信号幅值高于标准阈值时，比较器U1输出低电平，主控单元4接收超阈值诊断电路3的输出信号后作出对应响应。

在一具体实施例中，如图2和图4所示，偏置电路1包括偏置源、第一偏置单元、第二偏置单元和第三偏置单元，第一偏置单元的一端接模拟信号，另一端则分别与第二偏置单元的一端和第三偏置单元的一端相连，第二偏置单元的另一端接偏置源，第三偏置单元的另一端接电源地。具体地，上述偏置源为电源VCC，第一偏置单元为第一电阻R1，第二偏置单元为第二电阻R2，第三偏置单元为第三电阻R3，其具体连接关系为：第一电阻R1的一端接模拟信号，另一端则分别与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端相连，第二电阻R2的另一端接参考电源，第三电阻R3的另一端接电源地。当然，上述第一偏置单元、第二偏置单元和第三偏置单元也可以配置为其它电阻网络。

具体地，如图3所示，在传感器信号与电源VCC短路时，偏置电路1(如图 3所示的偏置网络)输出电压Vref1；在传感器信号与地GND短路时，偏置电路 1输出电压Vref2；在传感器信号开路时，偏置电路1输出电压Vref3；在传感器信号与相关信号短路短路时，偏置电路1输出电压Vref4，如图2所示。其中上述输出电压Vref1，Vref2，Vref3，Vref4均不相同(通过电阻R1～R3的匹配设计来实现，如R1取值范围[200Ω,1kΩ]，R2取值范围[5.1kΩ,10kΩ]，R3 取值范围[5.1kΩ,10kΩ]。

)，并预置于主控单元4内。在具体应用时，主控单元4将实际采样值与Vref1，Vref2，Vref3，Vref4进行比较(如通过比较器进行比较)，如实际采样值与某一输出电压接近，则相应属于对应的故障模式。

在一具体实施例中，偏置电路1的输出端经一滤波电路2与主控单元4的输入端A/D接口相连，其中滤波电路2用于滤除高频噪声，平滑波形，具体包括第四电阻R4和电容C1，第四电阻R4的一端与第二电阻R2的一端和第三电阻 R3的一端相连，第四电阻R4的另一端与电容C1的一端和主控单元4的输入端相连，电容C1的另一端接电源地。

在一具体实施例中，主控单元4包括A/D转换模块、诊断模块、中断模块和PWM控制器；A/D转换模块的输入端经一数字滤波模块与偏置电路1的输出端相连，A/D转换模块的输出端与诊断模块的输入端相连，中断模块的输入端与超阈值诊断电路3的输出端相连，中断模块的输出端和诊断模块的输出端均与PWM 控制器相连。其中数字滤波模块根据采样频率和PWM周期设置对应滤波参数对信号进行滤波，并将信号传送到A/D转换模块；A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号，并将信号传送到诊断模块；诊断模块根据偏置网络设定参考电压 Vref1，Vref2，Vref3，Vref4，将接收到的A/D转换模块输出信号与各参考电压进行比较，再根据比较结果做出故障模式判断，再将判断电平信号传送到PWM 控制器。上述主控单元4结构简单且易于实现。

本实用新型的信号采样故障诊断电路，可识别采样电路开路，短路，对电源短路，对地短路，超阈值等多种故障模式，实现对信号采样通道中多种故障模式进行诊断与识别，可精准快速判断故障，提高电机控制器信号采样故障排查分析效率和可靠性。

本实用新型的信号采样故障诊断电路，可满足电流传感器，温度传感器，高压信号采样等多种不同信号处理要求，设计简单，电路成本低，可实现电路模块化和标准化。

本实用新型实施例还提供了一种集成电路板，包括板体，板体上设有如上所述的电机控制器信号采样故障诊断电路。本集成电路板包括如上所述的信号采样故障诊断电路，同样具有如上信号采样故障诊断电路所述的优点。

本实用新型实施例还提供了一种集成芯片，包括芯体，芯体上设有如上所述的电机控制器信号采样故障诊断电路。本集成芯片包括如上所述的信号采样故障诊断电路，同样具有如上信号采样故障诊断电路所述的优点。

如图1所示，本实用新型实施例还公开了一种基于如上所述的电机控制器信号采样故障诊断电路的诊断方法，包括步骤：

预先配置第一偏置单元、第二偏置单元和第三偏置单元，使得参考电压 Vref1、Vref2、Vref3和Vref4各不相同；其中参考电压Vref1为偏置电路1在传感器信号与电源VCC短路时产生的电压；参考电压Vref2为偏置电路1在传感器信号与地GND短路时产生的电压；参考电压Vref3为偏置电路1在传感器信号开路时产生的电压；参考电压Vref4为偏置电路1在传感器信号与相关信号短路时产生的电压；其中相关信号为周边信号，比如连接器针脚的周边针脚信号；

超阈值诊断电路3接收电机控制器的模拟信号，并与标准阈值进行比对，判断模拟信号是否超出标准阈值；

主控单元4接收所述偏置电路1的输出电压后，将输出电压与各参考电压进行比对，根据比对结果判断诊断电路是否出现故障，如出现故障则进一步判断其故障类型，即输出电压与哪个参考电压相等，则判断其故障类型为此参考电压对应的故障类型(如输出电压与参考电压Vref1相等，则判断故障类型为传感器信号与电源VCC短路)。具体地，上述故障类型分别为传感器信号与电源 VCC短路、传感器信号与地GND短路、传感器信号开路和传感器信号与相关信号短路。

在一具体实施例中，上述故障类型判断通过主控单元4内的诊断模块来实现，诊断结果则发送至主控单元4中的PWM控制器。另外超阈值诊断电路3的输出信号发送至中断模块，中断模块再将判断结果发送至PWM控制器，PWM控制器则根据中断模块和诊断模块的输出信号来控制PWM信号(其中PWM信号控制电机转速与转矩；中断模块和超阈值诊断电路的输出结果决定PWM控制器是否有输出；中断模块和超阈值诊断电路输出信号正常，则PWM控制器正常输出；中断模块和超阈值诊断电路有一个输出异常信号，则PWM控制器无输出)。

在一具体实施例中，电机控制器模拟信号包括温度信号、电压信号或电流信号等，从而适用于不同信号的处理，提高电路的通用性。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机控制器信号采样故障诊断电路，其特征在于，包括偏置电路(1)、超阈值诊断电路(3)和主控单元(4)；所述偏置电路(1)的输入端接电机控制器模拟信号，输出端与所述主控单元(4)的输入端相连，用于在诊断电路开路以及不同类型短路时输出不同大小的输出电压；所述超阈值诊断电路(3)的输入端接电机控制器模拟信号，输出端与所述主控单元(4)的输入端相连，用于判断模拟信号是否超出标准阈值。

2.根据权利要求1所述的电机控制器信号采样故障诊断电路，其特征在于，所述偏置电路(1)包括偏置源、第一偏置单元、第二偏置单元和第三偏置单元，所述第一偏置单元的一端接模拟信号，另一端则分别与第二偏置单元的一端和第三偏置单元的一端相连，所述第二偏置单元的另一端接偏置源，所述第三偏置单元的另一端接电源地。

3.根据权利要求2所述的电机控制器信号采样故障诊断电路，其特征在于，所述偏置源为电源VCC，所述第一偏置单元为第一电阻R1，所述第二偏置单元为第二电阻R2，所述第三偏置单元为第三电阻R3。

4.根据权利要求1或2或3所述的电机控制器信号采样故障诊断电路，其特征在于，所述超阈值诊断电路(3)包括比较器U1，所述比较器U1的同相端接标准阈值电压信号，反相端连接模拟信号，输出端连接主控单元(4)。

5.根据权利要求1或2或3所述的电机控制器信号采样故障诊断电路，其特征在于，所述偏置电路(1)的输出端经一滤波电路(2)与所述主控单元(4)的输入端相连。

6.根据权利要求5所述的电机控制器信号采样故障诊断电路，其特征在于，所述滤波电路(2)包括第四电阻R4和电容C1，所述第四电阻R4的一端与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端相连，所述第四电阻R4的另一端与电容C1的一端和主控单元(4)的输入端相连，所述电容C1的另一端接电源地。

7.根据权利要求1或2或3所述的电机控制器信号采样故障诊断电路，其特征在于，所述主控单元(4)包括A/D转换模块、诊断模块、中断模块和PWM控制器；所述A/D转换模块的输入端与偏置电路(1)的输出端相连，所述A/D转换模块的输出端与诊断模块的输入端相连，所述中断模块的输入端与超阈值诊断电路(3)的输出端相连，所述中断模块的输出端和诊断模块的输出端与所述PWM控制器相连。

8.根据权利要求7所述的电机控制器信号采样故障诊断电路，其特征在于，所述A/D转换模块的输入端经一数字滤波模块与偏置电路(1)的输出端相连。

9.一种集成电路板，包括板体，其特征在于，所述板体上设有如权利要求1～8中任意一项所述的电机控制器信号采样故障诊断电路。

10.一种集成芯片，包括芯体，其特征在于，所述芯体上设有如权利要求1～8中任意一项所述的电机控制器信号采样故障诊断电路。

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