智能高邊開關(guān)的負(fù)載開路檢測,負(fù)載開路故障主要是由兩種原因引起,一種是導(dǎo)線斷裂,另一種是負(fù)載損壞。按照要求,當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向燈斷開時,需要用加倍的閃爍頻率來提示故障。而其他類型的負(fù)載開路故障則通常由OEM進(jìn)行定義,但控制單元首先要得到故障信息,而英飛凌的智能高邊芯片(PROFET)可以對開路進(jìn)行檢測并報告。
智能高邊開關(guān)的開路檢測分為開通狀態(tài)(ON state)開路檢測和關(guān)斷狀態(tài)(OFF state)開路檢測,二者都是通過內(nèi)部比較器檢測Vout,前提是V_DEN > V_DEN(H),以激活診斷功能。
(一)開通狀態(tài)(ON state)開路檢測
其中開通狀態(tài)的開路檢測比較簡單,如果DMOS導(dǎo)通時發(fā)生開路,OUT pin的電壓會抬升至Vs,此時如果V_DEN > V_DEN(H),則判定open load at ON state,IS PIN輸出I_IS <= I_IS(OFFSET)。如圖1所示。
圖1. ON state開路狀態(tài)下電路示意圖
(二)關(guān)斷狀態(tài)(OFF state)開路檢測
關(guān)斷狀態(tài)下的開路檢測較為復(fù)雜,需要額外的外部電路進(jìn)行配合。
可在下圖2虛線中的位置添加一個外接電阻ROL。此時,在DMOS關(guān)斷時發(fā)生開路,OUT pin的電壓同樣會抬升至觸發(fā)V_out > V_out(OL_OFF),被判定為open load at OFF state, IS pin輸出I_IS <= I_IS(OFFSET)。
圖2. OFF state開路檢測外接電路配置圖(option1)
圖3. OFF state 開路檢測波形
但隨之而來會產(chǎn)生一定的問題,比如當(dāng)DMOS導(dǎo)通,電路連接正常時,外接電阻的回路中同樣會產(chǎn)生電流回路,因此我們要求ROL盡可能的大一些。第二點,當(dāng)DMOS關(guān)斷,電路連接正常時,外接電阻回路中會產(chǎn)生一定的電流,從而增加功耗甚至影響負(fù)載。所以,我們可以增加一個開關(guān)T1,在不需要關(guān)斷狀態(tài)開路檢測功能時斷開該回路。這樣只需要在關(guān)斷開路檢測時打開T1即可,其他情況下可以規(guī)避這條外接回路對電路的影響。
圖3中是只配備上拉電阻進(jìn)行關(guān)斷開路檢測時的波形,可以觀察到的一個細(xì)節(jié)是:當(dāng)智能高邊開關(guān)在關(guān)斷狀態(tài)下開路時,即使不加外接電阻,OUT Pin的輸出電壓也不為0。這是由于器件中的漏電流所導(dǎo)致的;而當(dāng)負(fù)載正常連接時,這里漏電流的影響就可以忽略不計,后面會附上實測波形供大家參考。
需要注意的是,這種只配備外接上拉電阻和可控開關(guān)的關(guān)斷開路檢測方式也并非完美無缺,下面分析兩種異常工況, 如下圖4所示。
圖4. 負(fù)載對電池電路和負(fù)載開路故障對比
(Short to battery: OUT pin與電池正極短路,此時電路的開斷狀態(tài)不取決于DMOS開關(guān)與否)
以24V車身系統(tǒng)為例,通過分析可以看到,兩種不同的異常工況都會在MOSFET的Source端產(chǎn)生24V的電勢。當(dāng)只使用上拉電阻時,OFF狀態(tài)下的開路與對電池短路的OUT Pin電壓相同,都是接近電池電壓,我們無法區(qū)分到底是發(fā)生了哪種錯誤。
更加完美的解決方案是使用如下圖5中的上下拉電阻配合的外接電路,當(dāng)同時使用這種組合時,當(dāng)OFF狀態(tài)下開路,OUT Pin電壓為上拉電阻上的分壓。而如果發(fā)生的是對電池短路,OUT pin的電壓為電池電壓。
這樣我們就可以準(zhǔn)確得到當(dāng)前電路發(fā)生異常的具體情況。
圖5. OFF state開路檢測外接電路配置圖(option2)
使用開發(fā)板BTS500xx-1LUA Arduino shield進(jìn)行高邊智能開關(guān)的開路檢測功能演示,設(shè)備連接如下:
圖6. 開發(fā)板連接示意圖
該demo板原理圖如下:
圖7. BTS500xx-1LUA Arduino shield 原理圖
其中,U1是BTS50005-1LUA,U2是BTS50010-1LUA。圖中R13是BTS50010-1LUA用于關(guān)斷狀態(tài)下開路檢測的外接電阻。其工作原理如下,通過配置外接上拉電阻可以在OFF status下檢測OUT腳的電壓;而BTS5005-1LUA的開路檢測回路,由上拉電阻(圖中R5)和下拉電阻(圖中R7)組成。
不同條件下的OUT Pin的電壓測試結(jié)果:
1. OFF狀態(tài)下開路,綠色波形為只配置上拉電阻的Out Pin電壓,藍(lán)色波形表示配置了上下拉電阻分壓的Out Pin電壓。得出結(jié)論:配置上拉電阻后,OFF狀態(tài)下開路,Out Pin的電壓為Vs電壓(12V),而用了分壓電阻后,Out Pin上電壓為Vs的分壓(6V).
2. OFF狀態(tài)下開路,但不配置外接電阻,觀察到有漏電流引起的電壓。注:這個是正常現(xiàn)象,下圖中所示,粉色波形為無任何外接電阻的電路測量結(jié)果。當(dāng)Vs=12V時,BTS50010-1LUA的漏電流引起高于GND約1.37V的電壓差。
3. OFF狀態(tài)下連接負(fù)載,發(fā)現(xiàn)外接電阻不會拉高OUT Pin上的電壓。注:圖中50mV是由Offset引起,對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)芯片不供電時示波器仍顯示50mV,因此得出:當(dāng)OFF狀態(tài)下連接負(fù)載,OUT Pin上的電壓無限接近于GND.
4. ON狀態(tài)下(PWM控制)突然失去負(fù)載(ON state open load),Vout無法再被拉低(Infineon Intelligent Latch)。