[發明專利]一種脈沖寬度調制開關電路的實時診斷方法

有效

• 申請號: 201310584465.1
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103576081A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 鐘艷;薛小莉;張金華;王洪;張育華
• 申請（專利權）人: 鎮江恒馳科技有限公司
• 主分類號: G01R31/317
• 分類號: G01R31/317
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種對脈沖寬度調制（簡稱PWM）開關電路的實時診斷方法。

背景技術

很多電感型電子執行器比如電磁閥、電機需要對其開度、轉速等進行連續控制，對這類應用最常用的控制方法之一就是通過脈沖寬度調制（PWM）的方式進行驅動，通過對占空比的控制獲得不同的平均電流，以實現對開度、轉速的控制，例如汽車中的電子節氣門是通過PWM方式控制電機的電流來即輸出扭矩實現對其開度大小的連續控制。

在實時控制系統中，通常需要對輸出的有效性進行診斷。由于PWM輸出的電平是周期性跳變的，實現PWM開關電路的實時診斷主要問題在于必須能實時的感知PWM的電平和負載與開關間的電平狀態，同時由于開關動作有一定的延時，負載與開關間的電平變化會滯后于PWM電平的變化，必須在合適的時機進行診斷。正是以上的原因實現對PWM開關電路的實時診斷比較困難，通常需要設計專門的集成電路（Application?Specific?Integrated?Circuit，簡稱ASIC）來實現，增加了硬件設計難度和成本。但在電機、電磁閥連續控制這類的應用中一般都會使用單片機對控制目標量進行采集，并調節PWM輸出實現系統的閉環控制，而目前多數單片機都可以同時具備以下資源：

1.????PWM輸出，軟件設定好PWM的周期、占空比參數后無須自動輸出PWM波形；

2.????帶中斷的定時器，通過軟件設定好一個時間后產生定時中斷；

3.????引腳中斷，單片機引腳在指定電平或指定邊沿到來時產生中斷；

4.????引腳電平采集，采集單片機引腳電平的高、低狀態。

??因此，利用單片機的以上資源結合適當的診斷流程，可實現對PWM開關電路的實時診斷。

發明內容

本發明的目的是利用單片機資源對PWM驅動型開關電路故障的實時診斷，并通過如下的技術和步驟實現：

S1：使用單片機具備PWM輸出功能的IO口（3）來驅動電子低位開關（9）；通過一路具有輸入電平狀態檢測功能的電平輸入口（4）來檢測負載和低位開關連接導線上的電平高、低狀態；使用一路具有電平或邊沿捕捉功能的邊沿中斷口（2）感知PWM驅動口（3）的電平變化，當PWM電平發生變化時此IO產生中斷；使用單片機內部一路定時器（12）用于診斷延時定時，即在PWM電平跳變后延時一定時間讀取負載和低位開關連接導線上的電平狀態，避免開關延時、開關剛動作時可能的不穩定脈沖等因素導致負載和低位開關連接導線上的電平狀態變化晚于PWM輸出口的電平變化（如附圖2）。?

S2：設置PWM的周期和初始占空比，啟動低位開關驅動口的PWM輸出，并限制在后續控制過程中對PWM輸出的占空比進行限制。

S3：計算由于S2中對PWM占空比的限制，PWM波最小的高電平時間和低電平時間分別記為th_min、tl_min。

S4：?設置邊沿中斷口（2）在上升沿或高電平時產生中斷，并使能中斷。?

S5：當PWM驅動口（3）出現邊沿中斷口（2）預設的高電平或上升沿時邊沿中斷口（2）產生中斷，在該中斷服務程序中記錄PWM驅動口（3）為高電平狀態，由于開關動作存在一定延時，設定定時器（12）在th_min/2后產生中斷讀取電平輸入口（4）的電平。?

S6：定時器（12）定時中斷到來時，讀取電平輸入口（4）的電平高、低狀態，比較該電平狀態與S5中記錄的PWM驅動口（3）狀態，判斷電路是否存在故障，翻轉設置邊沿中斷口（2）在下降沿或低電平時產生中斷。

S7：?當PWM驅動口（3）出現下降沿或低電平時再次觸發邊沿中斷口（2）進入中斷，在該中斷服務程序中記錄PWM驅動口（3）為低電平狀態，由于開關動作存在一定延時，設定定時器（12）在tl_min/2后產生中斷讀取電平輸入口（4）的電平。

S8:?定時器（12）中斷到來時，讀取電平輸入口（4）的電平高、低狀態，比較該電平狀態與S7記錄的PWM驅動口（3）狀態對電路是否存在故障進行診斷，翻轉設置邊沿中斷口（2）在上升沿或高電平時產生中斷。

S9：重復S5-S8進行診斷。

?由以上步驟即可在每個PWM周期都對電路是否存在故障進行診斷，實現了對PWM開關的實時診斷。