離線診斷模式的實(shí)現(xiàn)方式

—— 應(yīng)用筆記 ——

本應(yīng)用筆記主要闡述了SiLM9714中離線診斷模式的工作原理以及實(shí)現(xiàn)方式。

離線診斷工作原理

診斷與保護(hù)一直占據(jù)著系統(tǒng)運(yùn)行中的最高優(yōu)先級(jí)，隨之帶來(lái)的穩(wěn)定可靠的診斷功能需求與日俱增。SiLM9714設(shè)計(jì)了離線診斷負(fù)載開(kāi)路(OL)和短路(SC)功能，用于確定負(fù)載(電機(jī)，螺線管和電阻器)與柵極驅(qū)動(dòng)器的功率級(jí)連接情況。

離線診斷會(huì)在功率管運(yùn)行前檢測(cè)輸出端子是否與負(fù)載斷開(kāi)連接，是否短路到電源或者短路到地，以適應(yīng)更安全、更可靠的系統(tǒng)。離線診斷模式下所有功率管都處于高阻(Hi-Z) 狀態(tài)，而極少量的診斷電流在短時(shí)間內(nèi)流過(guò)負(fù)載，以測(cè)試負(fù)載與功率管的連接。診斷電流必須非常小，以避免負(fù)載動(dòng)作。

為了提供診斷電流，上位機(jī)向柵極驅(qū)動(dòng)器發(fā)送命令以激活離線診斷模式，并通過(guò)內(nèi)部阻斷二極管啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的離線診斷電流源。對(duì)于每個(gè)半橋中的功率管，對(duì)應(yīng)都有一個(gè)離線診斷模式電流源和內(nèi)部阻斷二極管。

圖 1. 離線診斷OLSC

圖1. 展示了離線診斷OLSC在直流有刷電機(jī)中的實(shí)現(xiàn)。

離線診斷模式中功率管狀態(tài)一定是高阻態(tài)，內(nèi)部的電流源提供灌/拉電流給連接中的負(fù)載（如圖1中SHx和SHy兩個(gè)端子上連接的有刷直流電機(jī)BDC）。離線診斷的電流非常低（在SiLM9714中，這個(gè)診斷電流是3mA），不會(huì)讓負(fù)載動(dòng)作。

如果負(fù)載連接到了SHx和SHy上，打開(kāi)診斷電流，一個(gè)低阻抗路徑被建立，診斷電流變大直至飽和運(yùn)行。如果負(fù)載沒(méi)有連接到SHx和SHy端子上，打開(kāi)診斷電流，一個(gè)高阻抗路徑被建立，診斷電流減小到0，和電流源共享同一個(gè)節(jié)點(diǎn)SHx / SHy的VDS比較器輸入端會(huì)受到電流變化影響。當(dāng)比較器的正端比負(fù)端電壓高時(shí)，比較器輸出高，這些比較器的輸出是離線診斷的標(biāo)志位。

考慮到內(nèi)部阻斷二極管（如圖 1）的正向跌落電壓，離線診斷中比較器的閾值建議設(shè)置大于1V以確保足夠的裕量。

離線診斷的運(yùn)行與檢測(cè)

SiLM9714的離線診斷模式是由OLSC_CTRL寄存器中的相關(guān)位控制的。首先需要通過(guò)EN_OLSC寄存器使能，然后獨(dú)立的電流源通過(guò)PD_SHx和PU_SHx寄存器打開(kāi)。

SHx節(jié)點(diǎn)上的電壓持續(xù)調(diào)節(jié)VDS比較器狀態(tài)。在離線診斷模式下，SPI的VDS狀態(tài)位寄存器會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)告VDS比較器上讀取的SHx節(jié)點(diǎn)上的電壓狀態(tài)。當(dāng)VDS比較器運(yùn)行在離線診斷模式下，總的狀態(tài)位中DS_GS不報(bào)告錯(cuò)誤或者警告。

在使能離線診斷模式之前，推薦通過(guò)將EN_DRV寄存器位設(shè)置為“0”關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出，確保外部半橋功率管處于關(guān)斷狀態(tài)。

根據(jù)H橋輸出SHx和SHy如何連接到負(fù)載，有3種情形會(huì)使得至少有1個(gè)比較器輸出置“1”：H橋開(kāi)路、H橋短路或者是H橋連接到負(fù)載。只有半橋中上下橋臂的VDS OC比較器均輸出置“1”，才說(shuō)明負(fù)載連接正常。

H橋開(kāi)路

圖 2為H橋開(kāi)路的實(shí)例。圖中H橋的一個(gè)輸出端子SHy未連接到負(fù)載。對(duì)應(yīng)的SH節(jié)點(diǎn)電壓，離線診斷模式電流源配置和VDS比較器輸出狀態(tài)信息見(jiàn)下表 1。H橋高/低邊VDS比較器結(jié)果不一致說(shuō)明負(fù)載開(kāi)路。

表1. 離線診斷H橋開(kāi)路真值表

圖2. H橋開(kāi)路

H橋短路到地

圖3為H橋短路到地的實(shí)例。圖中H橋的一個(gè)輸出端子SHy短路到地。對(duì)應(yīng)的SH節(jié)點(diǎn)電壓，離線診斷模式電流源配置和VDS比較器輸出狀態(tài)信息見(jiàn)下表 2。H橋低邊VDS比較器均置“0”說(shuō)明短路到地。

表2. 離線診斷H橋短路到地真值表

圖3. H橋短路到地

H橋短路到電源

圖4為H橋短路到電源的實(shí)例。圖中H橋的一個(gè)輸出端子SHy短路到電源。對(duì)應(yīng)的SH節(jié)點(diǎn)電壓，離線診斷模式電流源配置和VDS比較器輸出狀態(tài)信息見(jiàn)下表 3。H橋高邊VDS比較器均置“0”說(shuō)明短路到電源。

表3. 離線診斷H橋短路到電源真值表

圖4. H橋短路到電源

H橋鏈接到負(fù)載

圖5為H橋連接到負(fù)載的實(shí)例。圖中H橋的輸出端子SHx和SHy連接到負(fù)載。對(duì)應(yīng)的SH節(jié)點(diǎn)電壓，離線診斷模式電流源配置和VDS比較器輸出狀態(tài)信息見(jiàn)下表 4。H橋高低邊VDS比較器均置“1”說(shuō)明負(fù)載連接正常。

表4. 離線診斷H橋連接負(fù)載真值表

圖5. H橋連接到負(fù)載

總 結(jié)

離線診斷模式提供了一種負(fù)載連接情況的判斷方法。為了能夠有效的保護(hù)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，需要在功率級(jí)電路未動(dòng)作前執(zhí)行該離線診斷模式。SiLM9714通過(guò)靈活配置離線診斷模式電流源，并通過(guò)VDS比較器可實(shí)時(shí)返回半橋輸出中點(diǎn)電壓狀態(tài)，及時(shí)獲取負(fù)載連接情況。