離線診斷模式的實現方式

—— 應用筆記 ——

本應用筆記主要闡述了SiLM9714中離線診斷模式的工作原理以及實現方式。

離線診斷工作原理

診斷與保護一直占據著系統運行中的最高優先級，隨之帶來的穩定可靠的診斷功能需求與日俱增。SiLM9714設計了離線診斷負載開路(OL)和短路(SC)功能，用于確定負載(電機，螺線管和電阻器)與柵極驅動器的功率級連接情況。

離線診斷會在功率管運行前檢測輸出端子是否與負載斷開連接，是否短路到電源或者短路到地，以適應更安全、更可靠的系統。離線診斷模式下所有功率管都處于高阻(Hi-Z) 狀態，而極少量的診斷電流在短時間內流過負載，以測試負載與功率管的連接。診斷電流必須非常小，以避免負載動作。

為了提供診斷電流，上位機向柵極驅動器發送命令以激活離線診斷模式，并通過內部阻斷二極管啟動對應的離線診斷電流源。對于每個半橋中的功率管，對應都有一個離線診斷模式電流源和內部阻斷二極管。

圖 1. 離線診斷OLSC

圖1. 展示了離線診斷OLSC在直流有刷電機中的實現。

離線診斷模式中功率管狀態一定是高阻態，內部的電流源提供灌/拉電流給連接中的負載（如圖1中SHx和SHy兩個端子上連接的有刷直流電機BDC）。離線診斷的電流非常低（在SiLM9714中，這個診斷電流是3mA），不會讓負載動作。

如果負載連接到了SHx和SHy上，打開診斷電流，一個低阻抗路徑被建立，診斷電流變大直至飽和運行。如果負載沒有連接到SHx和SHy端子上，打開診斷電流，一個高阻抗路徑被建立，診斷電流減小到0，和電流源共享同一個節點SHx / SHy的VDS比較器輸入端會受到電流變化影響。當比較器的正端比負端電壓高時，比較器輸出高，這些比較器的輸出是離線診斷的標志位。

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

離線診斷的運行與檢測

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

SHx節點上的電壓持續調節VDS比較器狀態。在離線診斷模式下，SPI的VDS狀態位寄存器會實時報告VDS比較器上讀取的SHx節點上的電壓狀態。當VDS比較器運行在離線診斷模式下，總的狀態位中DS_GS不報告錯誤或者警告。

在使能離線診斷模式之前，推薦通過將EN_DRV寄存器位設置為“0”關閉驅動輸出，確保外部半橋功率管處于關斷狀態。

根據H橋輸出SHx和SHy如何連接到負載，有3種情形會使得至少有1個比較器輸出置“1”：H橋開路、H橋短路或者是H橋連接到負載。只有半橋中上下橋臂的VDS OC比較器均輸出置“1”，才說明負載連接正常。

H橋開路

圖 2為H橋開路的實例。圖中H橋的一個輸出端子SHy未連接到負載。對應的SH節點電壓，離線診斷模式電流源配置和VDS比較器輸出狀態信息見下表 1。H橋高/低邊VDS比較器結果不一致說明負載開路。

表1. 離線診斷H橋開路真值表

圖2. H橋開路

H橋短路到地

圖3為H橋短路到地的實例。圖中H橋的一個輸出端子SHy短路到地。對應的SH節點電壓，離線診斷模式電流源配置和VDS比較器輸出狀態信息見下表 2。H橋低邊VDS比較器均置“0”說明短路到地。

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橋短路到電源的實例。圖中H橋的一個輸出端子SHy短路到電源。對應的SH節點電壓，離線診斷模式電流源配置和VDS比較器輸出狀態信息見下表 3。H橋高邊VDS比較器均置“0”說明短路到電源。

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橋鏈接到負載

圖5為H橋連接到負載的實例。圖中H橋的輸出端子SHx和SHy連接到負載。對應的SH節點電壓，離線診斷模式電流源配置和VDS比較器輸出狀態信息見下表 4。H橋高低邊VDS比較器均置“1”說明負載連接正常。

表4. 離線診斷H橋連接負載真值表

圖5. H橋連接到負載

總 結

離線診斷模式提供了一種負載連接情況的判斷方法。為了能夠有效的保護系統安全可靠運行，需要在功率級電路未動作前執行該離線診斷模式。SiLM9714通過靈活配置離線診斷模式電流源，并通過VDS比較器可實時返回半橋輸出中點電壓狀態，及時獲取負載連接情況。