SiLM94112 開路保護的應用應用筆記分享

本文主要闡述了多路半橋驅動 SiLM94112 驅動芯片應用中，輸出負載開路保護功能的應用方法及其注意事項。

SiLM94112 概述及開路檢測介紹

SiLM94112 是一款帶有多種保護功能的十二路半橋驅動芯片，廣泛應用于汽車中的各種電機控制。通過 SPI 通信接口，SiLM94112 可以實現靈活的電機控制。該芯片具有正向、反向、剎車等多種控制模式。PWM 模式下可配置 80Hz，100Hz，200Hz和 2kHz 四種頻率。SiLM94112 主要特點在于其多重保護診斷功能，包括短路、過流、開路、電源故障及過溫保護等。保護和診斷功能對于任何系統來說都具有重要意義，診斷特性可以提高應用系統的魯棒性和可靠性。

開路保護是指檢測輸出端子是否與負載斷開，以滿足系統更安全，更強壯要求。分為被動開路檢測和主動開路檢測。被動開路檢測主要用于離線開路檢測，避免在電路啟動工作的時候由于負載開路導致異常。主動開路檢測主要用于在線開路檢測。主動開路檢測時，系統已經開始工作，芯片實時監測負載電流大小。SiLM94112 的開路保護就是主動開路檢測。

圖 1. SiLM94112典型應用圖

SiLM94112 開路保護原理

SiLM94112 在導通內部集成 MOSFET 時，通過檢測流經該 MOSFET電流大小，將得到的電流值與基準值在一定時間內持續進行比較，從而判斷外部輸出負載是否開路。若電流小于基準值，且持續時間大于濾波時間，芯片上報負載開路故障。當正向流過內部 MOS 管的電流小于內部基準值時，上報開路故障；反向流過內部 MOS 管的電流小于反向的內部基準值時，也會上報開路故障。

以芯片上管內部電路檢測原理為例，簡單介紹內部原理。如圖 2 所示，IREF_P為正向參考閾值電流，IREF_N為反向參考閾值電流，OLP 或 OLN為上報開路告警信號，若為高，芯片會上報開路 (OL) 告警。檢測原理如下：正向電流 ISOURCE流過 MOS 管的漏極和源極，OLP 開始檢測；反向電流 ISINK流過 MOS 管的漏極和源極，OLN 開始檢測。當空載時，OLP 為高，OLN 也為高，上報開路告警；當OUT端拉電流，但是 ISOURCE＜IREF_P時，OLP 為高，上報開路告警。如果 OUT 端是灌電流，但是 ISINK＜IREF_N時，OLN 為高，上報開路告警。

圖 2. 電流檢測示意圖

開路故障電流檢測，不但有電流大小幅值的檢測，還需要電流持續一定的時間，避免誤判。SiLM94112 的開路保護濾波時間典型值為 3ms。

應用注意事項

在使用 SiLM94112 時，對于連續運行模式，負載為阻性負載時，情況比較簡單。若負載電流小于開路檢測閾值，上報開路故障；若負載電流大于開路檢測閾值，則不上報。如圖 3 所示，HS1 導通，OUT1 輸出為高，流過 HS1 電流小于開路檢測閾值，上報開路故障。

圖 3. OUT1為高，輸出帶阻性負載，

電流小于開路檢測閾值，上報OL告警

當負載為阻性，運行模式為 PWM 時，情況略微復雜。在某些 PWM 情況下，即使負載電流小于電流檢測閾值，如果低電流持續時間小于濾波時間時，芯片也檢測不到開路，不會上報開路故障。如圖 4 所示，設置HS2 為主管，LS2 為續流管，PWM 設置為 200Hz，周期為 5ms，當占空比為 50% 時，導通時間 TON為 2.5ms，該時間小于開路保護的濾波時間 TOLD =3ms。在這種情況下，負載電流小于開路檢測閾值，但是由于不滿足濾波時間的要求，芯片檢測不到開路故障，不會上報開路故障告警。

圖 4. OUT2為PWM輸出，

負載電流小于開路檢測閾值，

但TON時間小于濾波時間，不上報OL告警

當負載為感性負載時，情況將更為復雜。如圖 5 所示，當負載為電機，其中 HS3 為常開，LS3 常閉，LS4 和 HS4 為 PWM 運行。

圖 5.OUT4高邊續流，反向開路電流檢測

當 LS4 開通，電機蓄能；LS4 關斷時，電機電流通過 HS4 續流，各器件波形如圖 6 所示。對于上管 HS4 來說，由于在續流時，不論電機續流電流多大，流過續流管 HS4 都是反向電流。若芯片只具備正向開路檢測，HS4 都會被判斷為開路狀態，導致開路誤報警。

而 SiLM94112 具備反向開路檢測，可以根據實際電流方向來判斷。當反向電流小于反向的開路檢測閾值，上報開路故障；當反向電流大于反向的開路檢測閾值，不上報開路故障；從而正確的判斷負載不是處于開路狀態。如圖 6 所示電機運行情況下，SiLM94112 具有反向開路保護，不會上報OL故障。

圖 6.高邊HS4續流時各器件波形，無開路故障告警

另外，對于相對復雜的控制策略或特殊要求的控制場合，SiLM94112 可通過一個寄存器位 DIS_OL_NEG 來配置續流管的開路檢測功能。如果 DIS_OL_NEG=0，使能續流管的開路檢測，能夠正確監測開路狀態。如果 DIS_OL_NEG=1，續流管的開路檢測不使能，續流管不會上報開路故障。

總 結

綜上所述，SiLM94112 的開路故障檢測為主動開路檢測，可以判斷系統在工作時負載運行狀態，適用于直流運行和 PWM 運行情況下的檢測。需要注意的是 PWM 運行狀態下，低負載電流需要同時滿足開路檢測閾值和濾波時間條件才能準確上報開路故障。

審核編輯：劉清