一种汽车高边驱动及故障诊断电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种汽车故障检测电路，具体涉及一种汽车高边驱动及故障诊断电路。


背景技术：

2.汽车电路中高边驱动及故障诊断电路用来驱动外部负载工作，当外部负载过载、短路或开路时，能够进行保护并对故障进行诊断，以便快速定位故障进行维修。目前高边驱动及诊断电路的实现方式主要有两种：一、利用分立元件搭建，单片机驱动场效应管来控制外部负载的通断，通过采样电阻和运放来采样和放大工作电流，并用比较器来比较判断是否发生故障，单片机通过控制外部负载的通断，进行保护。此种电路需每一路驱动通道都需要单独设计驱动和故障诊断电路，如果驱动通道比较多时，由于集成度较低，造成占板面积较大，不利于控制器的小型化，且通过单片机判断故障进行保护，当驱动通道较多时，单片机不能及时处理，造成无法及时断开，保护失效的问题；二、采用智能高边驱动芯片，集成几路外部负载驱动通道和故障检测保护电路，还可以和单片机进行通讯，来传递驱动信号和故障信息。集成度高且占用单片机端口资源少，但此类型芯片几乎被国外厂商垄断，在当今缺芯潮的形势下，采购价格高，采购周期长，风险比较高。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种汽车高边驱动及故障诊断电路，用来驱动外部负载工作，当外部负载过载、短路或开路时，能够进行保护并对故障进行诊断。本实用新型电路外部负载工作电流采样通过集成型高边电流采样运放，大大减少了外围电路元件数量；短路故障检测及保护通过硬件直接实现且可以短路自锁，无需单片机实时检测及保护，大大减少了对单片机实时性要求。
4.本实用新型采取的技术方案为：
5.一种汽车高边驱动及故障诊断电路，包括：电流型运算放大器u1，短路检测比较器u2，场效应管q1~ q2，可控硅t1，快恢复二极管d1~d2；
6.电流型运算放大器u1同相输入端分别连接电阻r2一端、电容c1另一端、电源vee端，电容c1一端接地；
7.电流型运算放大器u1反相输入端分别连接电阻r2另一端、电阻r3一端，场效应管q1源极；
8.电流型运算放大器u1输出端连接电阻r1一端，电阻r1另一端分别连接单片机ad端口、短路检测比较器u2的第一输入端口；
9.电阻r3另一端分别连接场效应管q1栅极、电阻r4一端；电阻r4另一端连接场效应管q2漏极；场效应管q1漏极分别连接快恢复二极管d1阴极、快恢复二极管d2阳极，快恢复二极管d1阳极接地，快恢复二极管d2阴极连接电源vee端；
10.电阻r5一端连接单片机驱动端口，电阻r5另一端分别连接可控硅t1阳极、电阻r6
一端、场效应管q2栅极；可控硅t1阴极、电阻r6另一端、场效应管q2源极均接地；
11.短路检测比较器u2的第二输入端口接地，短路检测比较器u2的第三输入端口分别连接电阻r8另一端、电阻r9一端，电阻r8一端连接vcc端，电阻r9另一端接地；
12.短路检测比较器u2的第一输出端口连接可控硅t1控制极。
13.所述电阻r1另一端连接电容c2一端，电容c2另一端分别连接电容c3另一端、接地端，电容c3一端连接vcc端。
14.所述短路检测比较器u2的第一输出端口连接电阻r7另一端，电阻r7一端分别连接vcc端、电容c4另一端，电容c4一端接地。
15.所述短路检测比较器u2的第二输出端口连接vcc端。
16.所述场效应管q1漏极连接外部负载。
17.所述电阻r8、电阻r9构成短路电压比较阈值电路。
18.本实用新型一种汽车高边驱动及故障诊断电路，优点在于：该电路虽然由分立元件搭建，但在同样实现外部负载驱动及故障检测及保护功能的同时，相对于传统电路，元件数量大大减少。本实用新型电路实现硬件短路保护及保护自锁，可大大减轻对单片机实时性要求。
附图说明
19.图1为本实用新型电路控制框图。
20.图2为本实用新型电路的电路图。
具体实施方式
21.如图1所示，本实用新型一种汽车高边驱动及故障诊断电路，分别连接单片机、外部负载。当单片机检测到外部负载开关闭合后，通过场效应管驱动电路控制场效应管通断，驱动外部负载的工作。当外部负载工作时，电流型运算放大器u1通过采样电阻r2检测负载的工作电流，并将采集的电压连接到单片机ad端口和短路检测比较器u2的第一输入端口。单片机通过判断ad端口电压的值和外部负载开关的通断，可以判断外部负载是否发生开路、过载。
22.短路检测端口电压值跟短路检测比较器u2进行比较，判断是否发生短路故障，当短路时，可迅速关闭场效应管驱动电路，从而断开外部负载，并可以实现短路自锁，只有单片机驱动端口置低电平才能解除自锁，单片机短路检测端口通过电平变化判断是否发生了短路。
23.如图2所示，一种汽车高边驱动及故障诊断电路，包括：电流型运算放大器u1，短路检测比较器u2，场效应管q1~ q2，可控硅t1，快恢复二极管d1~d2；
24.电流型运算放大器u1同相输入端分别连接电阻r2一端、电容c1另一端、电源vee端，电容c1一端接地；
25.电流型运算放大器u1反相输入端分别连接电阻r2另一端、电阻r3一端，场效应管q1源极；
26.电流型运算放大器u1输出端连接电阻r1一端，电阻r1另一端分别连接单片机ad端口、短路检测比较器u2的第一输入端口；
27.电阻r3另一端分别连接场效应管q1栅极、电阻r4一端；电阻r4另一端连接场效应管q2漏极；场效应管q1漏极分别连接快恢复二极管d1阴极、快恢复二极管d2阳极，快恢复二极管d1阳极接地，快恢复二极管d2阴极连接电源vee端；
28.电阻r5一端连接单片机驱动端口，电阻r5另一端分别连接可控硅t1阳极、电阻r6一端、场效应管q2栅极；可控硅t1阴极、电阻r6另一端、场效应管q2源极均接地；
29.短路检测比较器u2的第二输入端口接地，短路检测比较器u2的第三输入端口分别连接电阻r8另一端、电阻r9一端，电阻r8一端连接vcc端，电阻r9另一端接地；
30.短路检测比较器u2的第一输出端口连接可控硅t1控制极。
31.所述电阻r1另一端连接电容c2一端，电容c2另一端分别连接电容c3另一端、接地端，电容c3一端连接vcc端。
32.所述短路检测比较器u2的第一输出端口连接电阻r7另一端，电阻r7一端分别连接vcc端、电容c4另一端，电容c4一端接地。
33.所述短路检测比较器u2的第二输出端口连接vcc端。
34.所述场效应管q1漏极连接外部负载。
35.工作原理：
36.单片机驱动端口置高电平，通过电阻r5驱动场效应管q2开通，使电源vee端通过电阻r2、电阻r3、电阻r4接地，从而使场效应管q1开通，驱动外部负载工作，快恢复二极管d1、d2用来钳位场效应管q1端口，避免外部负载电压波动，损坏场效应管q1。
37.当外部负载工作时，电流型运算放大器u1通过采样电阻r2检测外部负载工作电流，并通过电阻r1将检测的电压值连接到单片机ad端口和短路检测比较器u2的第一输入端口1。电阻r8、r9构成短路电压比较阈值电路，当比较器u2的第一输入端口1的电压高于短路电压比较阈值，比较器u2的的第一输出端口4置高电平，使可控硅t1导通，使场效应管q2栅极接地，关断场效应管q2，进而使场效应管q1关断，断开外部负载，实现短路保护。
38.单片机通过判断场效应管q2栅极电平来判断是否发生短路故障，外部负载断开，比较器u2的第一输入端口1电压低于短路电压比较阈值，比较器u2的第一输出端口4置低电平，也不会使可控硅t1导通，从而实现短路保护自锁，只有单片机驱动端口置低电平，才会解除自锁。

技术特征：
1.一种汽车高边驱动及故障诊断电路，包括：电流型运算放大器u1，短路检测比较器u2，场效应管q1~ q2，可控硅t1，快恢复二极管d1~d2，其特征在于：电流型运算放大器u1同相输入端分别连接电阻r2一端、电容c1另一端、电源vee端，电容c1一端接地；电流型运算放大器u1反相输入端分别连接电阻r2另一端、电阻r3一端，场效应管q1源极；电流型运算放大器u1输出端连接电阻r1一端，电阻r1另一端分别连接单片机ad端口、短路检测比较器u2的第一输入端口；电阻r3另一端分别连接场效应管q1栅极、电阻r4一端；电阻r4另一端连接场效应管q2漏极；场效应管q1漏极分别连接快恢复二极管d1阴极、快恢复二极管d2阳极，快恢复二极管d1阳极接地，快恢复二极管d2阴极连接电源vee端；电阻r5一端连接单片机驱动端口，电阻r5另一端分别连接可控硅t1阳极、电阻r6一端、场效应管q2栅极；可控硅t1阴极、电阻r6另一端、场效应管q2源极均接地；短路检测比较器u2的第二输入端口接地，短路检测比较器u2的第三输入端口分别连接电阻r8另一端、电阻r9一端，电阻r8一端连接vcc端，电阻r9另一端接地；短路检测比较器u2的第一输出端口连接可控硅t1控制极。2.根据权利要求1所述一种汽车高边驱动及故障诊断电路，其特征在于：所述电阻r1另一端连接电容c2一端，电容c2另一端分别连接电容c3另一端、接地端，电容c3一端连接vcc端。3.根据权利要求1所述一种汽车高边驱动及故障诊断电路，其特征在于：所述短路检测比较器u2的第一输出端口连接电阻r7另一端，电阻r7一端分别连接vcc端、电容c4另一端，电容c4一端接地。4.根据权利要求3所述一种汽车高边驱动及故障诊断电路，其特征在于：所述短路检测比较器u2的第二输出端口连接vcc端。5.根据权利要求1所述一种汽车高边驱动及故障诊断电路，其特征在于：所述场效应管q1漏极连接外部负载。6.根据权利要求1所述一种汽车高边驱动及故障诊断电路，其特征在于：所述电阻r8、电阻r9构成短路电压比较阈值电路。

技术总结
一种汽车高边驱动及故障诊断电路，包括：电流型运算放大器U1，短路检测比较器U2，场效应管Q1~Q2，可控硅T1，快恢复二极管D1~D2。当比较器U2的第一输入端口的电压高于短路电压比较阈值，比较器U2的的第一输出端口置高电平，使可控硅T1导通，使场效应管Q2栅极接地，关断场效应管Q2，进而使场效应管Q1关断，断开外部负载，实现短路保护。本实用新型电路在同样实现外部负载驱动及故障检测及保护功能的同时，相对于传统电路，元件数量大大减少。元件数量大大减少。元件数量大大减少。


技术研发人员：任洪敏
受保护的技术使用者：宜昌市车的技术有限公司
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/7/14