用于检测由至少一个被测电子电路吸收的功率或电流变化的电子监测电路和用于测试至少一个电子电路运行的电子系统的制作方法

用于检测由至少一个被测电子电路吸收的功率或电流变化的电子监测电路和用于测试至少一个电子电路运行的电子系统
1.描述
2.发明的技术领域
3.本发明总体涉及对例如汽车领域中的电子设备运行的测试和诊断的领域。
4.更具体地，本发明涉及用于检测由一个或更多个被测电子设备吸收的功率或电流变化的电子监测电路，并且涉及用于通过对由一个或更多个电子设备吸收的功率或电流变化的所述检测来测试一个或更多个电子设备的正确运行的电子系统。
现有技术
5.在汽车行业，在电子电路正常运行期间对其进行诊断以验证其正确运行是非常重要的。
6.这是通过插入几个专用电路来实现的，这些专用电路只能检测短路的存在，或者检测是否存在被关断的部件或电子电路。
7.申请人已经观察到，这种已知技术的缺点是需要为被测电路的每个部分使用专用电路，从而增加了系统的空间占用、复杂性和成本。
8.发明概述
9.如所附权利要求1及其从属权利要求2至5中描述的优选实施例中所定义的，本发明涉及一种用于检测由至少一个被测电子电路吸收的功率或电流变化的电子监测电路。
10.基本思想是使用已经存在于为至少一个被测电子电路供电的开关模式电源中的pwm(脉宽调制)控制信号，然后(例如，当被测电子电路接通时)测量所述pwm控制信号的脉宽的变化(或占空比变化)，然后，通过对脉宽(或占空比)变化的所述测量，检测被测的至少一个电子电路是否(例如，因为它的一个部件中存在故障)不正确地运行。
11.申请人已经认识到，根据本发明的电子监测电路具有以下优点：使用电路来执行对至少一个电子电路的测试，该电路非常简单并且占用很少的空间，因为它重复使用已经存在于为至少一个被测电子电路供电的开关模式电源中的脉宽调制控制信号。
12.此外，根据本发明的电子监测电路不需要使用沿着电源连接的电流读取电阻器，这可能改变系统设计参数。
13.此外，根据本发明的相同电子监测电路可以用于测试两种或更多种不同类型的电子电路，只要它们由开关模式电源供电。
14.本发明的目的还在于一种用于测试电子电路运行的电子控制系统，其中该电子测试系统在所附权利要求6中以及在从属权利要求7至10中描述的优选实施例中被定义。
15.根据本发明的一个实施例，用于测试电子电路运行的电子系统包括用于检测被测电子电路吸收的功率或电流变化的电子监测电路，该电子系统包括连接到电子监测电路并适于生成脉宽调制控制信号的控制设备，该电子系统包括被测电子电路，该电子系统包括开关模式电源，该开关模式电源在输入端与电子驱动设备连接并且在输出端与被测电子电路连接，并且该电子系统包括连接到电子监测电路的处理单元，其中：
[0016]-电子监测电路包括适于接收脉宽调制控制信号的输入端子，所述控制信号适于控制开关模式电源的至少一个电源开关的断开和闭合，该电子监测电路包括具有连接到输入端子的第一端子的电阻器，该电子监测电路包括具有连接到电阻器的第二端子的第一端子并且具有连接到低参考电压的第二端子的电容器，并且该电子监测电路包括输出端子，该输出端子适于根据电容器两端的压降值生成输出信号，所述输出信号代表脉宽调制控制信号的脉宽的变化，其中所述脉宽的变化是被测电子电路吸收的功率或电流的函数；
[0017]-开关模式电源包括：
[0018]
·
适于接收脉宽调制控制信号的输入端子；
[0019]
·
适于生成被测电子电路的电源信号的输出端子；
[0020]
·
适于根据脉宽调制控制信号的值在断开和闭合位置之间切换的至少一个电源开关；
[0021]-处理单元适于接收代表脉宽的变化的信号作为输入，并且根据在代表脉宽的变化的信号和预期值之间的比较生成代表被测电子电路的正确运行或不正确运行的诊断信号，其中所述预期值与被测电子电路在被测电子电路的限定运行状态下吸收的功率或电流相关联。
[0022]
有利的是，电子监测电路包括包含串联连接到所述电容器的所述电阻器的第一rc支路，并且该电子监测电路包括包含串联连接到另一电容器的另一电阻器的第二rc支路，其中所述输出信号是在第一电容器两端的压降值和第二电容器两端的压降值之间的差的函数。
[0023]
附图简述
[0024]
本发明的附加特征和优点将从以下参考附图以示例的方式提供的优选实施例及其变体的描述中变得更加明显，在附图中：
[0025]-图1示出了根据本发明的用于测试电子电路运行的电子系统的框图；
[0026]-图2示意性地示出了被包括在图1的系统中的电子监测电路，其具有检测被测电子电路吸收的功率或电流变化的功能；
[0027]-图3a示意性地示出了在图1的放大系统和图2的电子监测电路中使用的两个信号的可能趋势；
[0028]-图3b示意性地示出了在图1的放大系统和图2的电子系统中使用的两个信号的另一种可能趋势。
[0029]
发明详述
[0030]
应当观察到，在以下描述中，相同或类似的块、部件或模块在图中用相同的附图标记表示，即使它们在本发明的不同实施例中示出。
[0031]
参考图1，其示出了根据本发明的用于测试电子电路2的运行的电子系统10的框图，其中所述测试是在电子电路2的限定的运行状态(即，已知的运行状态)下执行的。
[0032]
例如，当被测电子电路2被激活时，即当它从未被供电的状态切换到被供电的状态时(例如，在汽车领域中，当机动车辆在被关断的状态之后被接通时)，执行对被测电子电路2的运行的测试。
[0033]
注意，更普遍地，本发明适用于对一个或更多个电子设备的测试，但是为了简化对本发明的解释的目的，将只考虑一个被测电子电路2。
[0034]
电子系统10具有在限定的(即，已知的)运行状态下，例如当其被激活时，执行对被测电子电路2的自诊断的功能。
[0035]
被测电子电路2例如被用于汽车领域，并且因此它是安装在机动车辆上的部件，特别地，它可以是例如以下部件之一：用于功率转换器的驱动电路、电压或电流传感器、控制逻辑电路。
[0036]
电子系统10用于生成诊断信号s_d，该诊断信号s_d代表被测电子电路2的正确运行或不正确运行。
[0037]
电子系统10包括：
[0038]-电子驱动设备6；
[0039]-连接到电子驱动设备6的电子监测电路4；
[0040]-连接到电子驱动设备6的开关模式电源3；
[0041]-连接到开关模式电源3的被测电子电路2；
[0042]-连接到电子监测电路4的处理单元5。
[0043]
电子驱动设备6具有生成脉宽调制(pwm)类型的控制信号s_pwm_ctrl的功能，开关模式电源3使用该控制信号来控制开关模式电源3内部的一个或更多个电源开关的周期性断开和闭合。
[0044]
具体而言，控制信号s_pwm_ctrl是周期性脉冲信号(具有典型的方波趋势，参见图3a和图3b)，并且具有能够随时间变化(增加和减少)的占空比，其中占空比指的是当脉冲激活时(即，当控制信号s_pwm_ctrl的脉冲具有高值时)每个脉冲的部分的时间宽度和控制信号s_pwm_ctrl的相同周期的总持续时间之间的比率。
[0045]
例如，在应用于汽车产业的情况下，驱动设备6被定位于dc/dc电池充电器内部。
[0046]
电子监测电路4也使用控制信号s_pwm_ctrl，这将在后面更详细地解释。
[0047]
开关模式电源3具有提供被测电子电路2的电源电压和电流的功能。
[0048]
术语“开关模式电源”(或“开关模式转换器”)是指使用一个或更多个电源开关向另一个电子设备或电路提供电源电压和电流的电子设备，该一个或更多个电源开关根据合适的脉宽调制(pwm)控制信号在断开位置(在断开位置该一个或更多个电源开关基本上等同于开路)和闭合位置(在闭合位置该一个或更多个电源开关基本上等同于短路)之间周期性地切换，其中所生成的输出电压通过所述pwm控制信号的占空比的变化来控制。
[0049]
电源开关通常由mosfet类型或双极结型晶体管实现。
[0050]
开关模式电源3在输入端连接到电子驱动设备6，而在输出端连接到被测电子电路2。
[0051]
特别地，开关模式电源3包括适于接收脉宽调制类型的控制信号s_pwm_ctrl的输入端子，该控制信号具有周期性趋势，诸如例如图3a和图3b所示的趋势，其中周期用t1表示，并且脉宽用δt1、δt2、δt3表示。
[0052]
开关模式电源3还包括适于生成用于向被测电子电路2供电的电压信号vdd的输出端子。
[0053]
因此，开关模式电源3包括至少一个或更多个开关，该至少一个或更多个开关被配置成根据脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的值在断开位置和闭合位置之间切换。
[0054]
开关模式电源3还包括一个或更多个电(例如，电容器)或磁(例如，电感器、变压
器)能量存储部件，其具有以下功能：存储电能或磁能并随后在输出时传递电能或磁能，生成期望的电压和/或电流值。
[0055]
开关模式电源3的所述开关通常由功率晶体管实现，例如由mosfet或双极结型晶体管实现。
[0056]
开关模式电源3例如是直流-直流电压转换器，其适于接收直流电压作为输入，并生成相对于该输入具有不同值(例如更低)的直流电压作为输出。
[0057]
例如，在应用于汽车领域的情况下，开关模式电源3是直流-直流电压转换器，其接收等于12伏的电池电压作为输入，并生成等于5伏或3.3伏的电源电压作为输出，该输出用于为安装在机动车辆中的电子电路供电，特别是为被定位于dc/dc电池充电器内部的电路供电。
[0058]
例如，在公开号为1677410的欧洲专利申请中公开了在汽车领域中能够用作混合动力车辆的开关模式电源3的直流-直流转换器的示例，其中(见图1)开关1、2、3、4存在于高压侧，开关1、2、3、4分别由信号vg(1)、vg(2)、vg(3)、vg(4)控制(见图4)。
[0059]
电子监测电路4具有以下功能：检测由被测电子电路2吸收的功率或电流变化，以便检测被测电子电路2是否正确运行或者是否(例如，因为它的一个部件有故障)不正确运行。
[0060]
更具体地，电子监测电路4通过测量作为开关模式电源3的输入接收的脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉宽的变化(即占空比的变化)来检测被测电子电路2吸收的功率或电流的所述变化：在图3a-3b中，控制信号s_pwm_ctrl的所述脉宽的变化(即占空比的变化)分别用δt+和δt-表示。
[0061]
因此，电子监测电路4在输入端连接到电子驱动设备6，而在输出端连接到处理单元5。
[0062]
具体而言，电子监测电路4包括适于接收脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的输入端子，并且包括适于生成代表脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)变化的输出信号s_δt的输出端子(见下图的图3a和图3b)，其中所述占空比变化是被测电子电路2吸收的功率或电流的函数。
[0063]
例如，图3a示出了在时刻t3，脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉冲具有宽度δt1(周期t1的具有高值的部分的时间间隔)，然后在时刻t10之后的周期中，脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉冲具有大于δt1的宽度δt2，即，在时刻t10，脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉冲已经具有等于δt+的增加(即，占空比已经增加δt+/t1)：这表示被测电子电路2吸收的功率或电流已经出现增加的状态，并且在所述增加δt+大于限定的(即，已知的)运行状态中的预期值的情况下，这种增加可以指示被测电子电路2的不正确运行的状态。
[0064]
此外，图3a在底部示出了在时刻t0和t11之间具有零值的输出信号s_δt的趋势(因为假设被测电子电路2吸收的功率没有变化)，因此在时刻t11，由于检测到控制信号s_pwm_ctrl的宽度增加(由被测电子电路2吸收的功率增加引起)，输出信号s_δt开始具有增加的趋势，然后在时刻t11和t12之间，输出信号s_δt继续具有增加的趋势，直到在时刻t12达到正值δt+，最后，若假设控制信号s_pwm_ctrl的脉宽没有出现进一步增加或减少(即，被测电子电路2吸收的功率没有变化)，输出信号s_δt在时刻t12和t22之间保持等于δt+的恒定值。
[0065]
随后，在脉冲的增加δt+稳定的几个周期之后，输出信号s_δt返回到在时刻t23具有与其在增加δt+出现之前的时刻t0和t11之间具有的值相同值(即，输出信号s_δt返回到零值)，因为两个rc电路的输出达到相同的全速(full speed)最终值：以这种方式，被测电子电路2吸收的功率或电流的变化被检测到。
[0066]
因此，控制信号s_pwm_ctrl的脉宽随时间的变化越大，在给定时刻，第一rc电路的输出和第二rc电路的输出之间的瞬时电势差就越大。
[0067]
类似地，图3b示出了在时刻t33，脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉冲具有宽度δt1(周期t1的具有高值的部分的时间间隔)，然后在时刻t40之后的周期中，脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉冲具有小于δt1的宽度δt3，即，在时刻t40和t41之间，脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉冲已经具有等于δt-的减少(即，占空比已经减少了δt-/t1)：这表示被测电子电路2吸收的功率或电流已经出现减少的状态，并且在所述减少δt-大于限定的(即，已知的)运行状态中的预期值的情况下，这种减少可以指示被测电子电路2的不正确运行的状态。
[0068]
此外，图3b在底部示出了在时刻t30和t41之间具有零值的输出信号s_δt的趋势(由于假设被测电子电路2吸收的功率没有变化)，然后在时刻t41，由于检测到控制信号s_pwm_ctrl的宽度减少(由被测电子电路2吸收的功率减少引起)，输出信号s_δt开始具有减少的趋势，然后在时刻t41和t42之间，输出信号s_δt继续具有减少的趋势，直到在时刻t42达到负值δt-，最后，当假设控制信号s_pwm_ctrl的脉宽没有出现进一步增加或减少(即，被测电子电路2吸收的功率没有变化)，输出信号s_δt在时刻t42和t52之间保持等于δt-的恒定值。
[0069]
随后，在脉冲的减少δt-稳定的几个周期之后，输出信号s_δt返回到在时刻t53具有其在减少δt-出现之前的时刻t30和t41之间具有的相同值(即，输出信号s_δt返回到零值)，因为两个rc电路的输出达到相同的全速最终值：以这种方式，被测电子电路2吸收的功率或电流的变化被检测到。
[0070]
处理单元5(例如微处理器或可编程电子设备)连接到电子监测电路4，并从其接收代表脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或占空比)变化的信号s_δt，其中所述脉宽(或占空比)变化是被测电子电路2吸收的功率或电流的函数。
[0071]
处理单元5具有以下功能：根据在代表控制信号s_pwm_ctlr的脉宽(或其占空比)变化的信号s_δt和与在被测电子电路2的限定的(即已知的)运行状态下由电子设备2吸收的功率或电流相关联的预期值p_ex之间的比较，生成诊断信号s_d，该诊断信号s_d代表被测电子电路2的正确运行或不正确运行。
[0072]
例如，诊断信号s_d是逻辑信号，其具有指示被测电子电路2的正确运行的低逻辑值和指示被测电子电路2的不正确运行的高逻辑值。
[0073]
预期值p_ex的一个示例是预期值的范围中的预期值，其被定义为被测电子电路2吸收的功率的最大变化的函数，即，被测电子电路2在限定的(即，已知的)运行状态下能够吸收的功率的最大变化：在这种情况下，在信号s_δt的变化δt+/δt-的值具有在所述预期值范围内的值的情况下，处理单元5生成具有指示被测电子电路2的正确运行的值(例如，低逻辑值)的诊断信号s_d，而在信号s_δt的变化δt+/δt-的值具有在所述期望值范围之外的值的这种情况下，处理单元5生成具有指示被测电子电路2的不正确运行的值(例如，高
逻辑值)的诊断信号s_d。
[0074]
更具体地，电子监测电路4包括如下部件，它们如图2所示电连接：
[0075]-第一rc电路；
[0076]-第二rc电路；
[0077]-电阻器4-6；
[0078]-电阻器4-7；
[0079]-差分放大器4-5；
[0080]-反馈电阻器4-9；
[0081]-电阻器4-8；
[0082]-电阻器4-10；
[0083]-电容器4-11；
[0084]-电阻器4-12；
[0085]-电阻器4-13。
[0086]
第一rc电路(即第一rc支路)包括电阻器4-3和第一电容器4-1的串联连接，其中所述串联连接连接在输入端子和接地参考电压之间。
[0087]
在控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化δt+/δt-开始的时刻(t10或t40)和控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的所述变化δt+/δt-达到全速值的最终时刻(t12或t41)之间的过渡阶段期间，第一rc电路具有以下功能：通过检测电容器c1两端的电压降的趋势来检测在第一时间常数τ1＝r1xc1下控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化δt+/δt-随时间的趋势。
[0088]
第二rc电路(即，第二rc支路)包括电阻器4-4和第二电容器4-2的串联连接，其中所述串联连接连接在输入端子和接地参考电压之间。
[0089]
类似地，在控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化δt+/δt-开始的时刻(t10或t40)和控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的所述变化δt+/δt-达到全速值的最终时刻(t12或t41)之间的相同过渡阶段期间，第二rc电路具有以下功能：通过检测电容器c2两端的电压降的趋势来检测在第二时间常数τ2＝r2
×
c2(不同于第一时间常数τ1＝r1
×
c1)下控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化δt+/δt-随时间的趋势。
[0090]
第一rc电路的输出是第一电容器4-1两端的电压降(即电阻器4-3和电容器4-1的公共端电压)，以及第一rc电路的输出通过电阻器4-6连接到差分放大器4-5的第一输入端子。
[0091]
第二rc电路的输出是第二电容器4-2两端的电压降(即电阻器4-4和第二电容器4-2的公共端电压)，以及第二rc电路的输出通过电阻器4-7连接到差分放大器4-5的第二输入端子。
[0092]
第一rc电路、第二rc电路和差分放大器4-5的集合具有以下功能：在过渡阶段期间处理在第一rc电路和第二rc电路之间的不同定时的控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化δt+/δt-，以便(在过渡阶段期间)有效地捕捉在短时间间隔(几百微秒的量级)内通过第一rc电路和第二rc电路检测到的脉宽(或其占空比)变化的差异，这根据以下两种可能的解决方案：
[0093]-第一rc电路的电阻器4-3的电阻r1的值等于第二rc电路的电阻器4-4的电阻r3的
值，而第一电容器4-1的电容c1的值不同于第二电容器4-2的电容c2的值(例如，r1＝r3＝10千欧姆，c1＝5纳法拉，c2＝560纳法拉)：在这种情况下，脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化与电容器4-1和4-2的电容c1和c2的值之间的差(在过渡阶段)成比例；
[0094]-电阻器4-3的电阻r1的值不同于电阻器4-4的电阻r3的值，而第一电容器4-1的电容c1的值等于第二电容器4-2的电容c2的值：在这种情况下，脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化与电阻器4-3和4-4的电阻r1和r3的值之间的差(在过渡阶段)成比例。
[0095]
在上述两种解决方案中，占空比的时间变化越大，在过渡阶段期间作为第一rc电路的输出而生成的电压和作为第二rc电路的输出而生成的电压之间的差就越大。
[0096]
电阻器4-6连接在第一电容器4-1和电阻器4-3的公共端子与差分放大器4-5的第一输入端子之间。
[0097]
电阻器4-7连接在第二电容器4-2和电阻器4-4的公共端子与差分放大器4-5的第二输入端子之间。
[0098]
电阻器4-6的电阻r9的值例如等于1千欧姆，以及电阻器4-7的电阻r11的值例如等于1千欧姆。
[0099]
差分放大器4-5被提供有第一电源电压vcc1，例如等于5伏。
[0100]
差分放大器4-5包括连接到电阻器4-6的第一输入端子，包括连接到电阻器4-7的第二输入端子，并且包括适于根据在第一输入端子和第二输入端子之间的电压差生成放大的电压信号v_ampl的输出端子。
[0101]
差分放大器4-5具有放大第一输入端子和第二输入端子的电压差的功能。
[0102]
差分放大器4-5例如被制成运算放大器。
[0103]
电阻器4-8连接在参考电压v_ref(例如，等于1.65伏)和差分放大器4-5的第一输入端子之间。
[0104]
例如，电阻器4-8的电阻r28的值等于100千欧姆。
[0105]
反馈电阻器4-9连接在差分放大器4-5的第二输入端子和输出端子之间。
[0106]
反馈电阻器4-9的电阻r29的值例如等于100千欧姆。
[0107]
电阻器4-10包括连接到差分放大器4-5的输出端子的第一端子。
[0108]
例如，电阻器4-10的电阻r12的值等于200欧姆。
[0109]
电容器4-11连接在电阻器4-10的第二端子和接地参考电压之间。
[0110]
电容器4-11的电容c3的值例如等于220纳法拉。
[0111]
电阻器4-12连接在电阻器4-10的第二端子和输出端子之间。
[0112]
电阻器4-13连接在电阻器4-12的第二端子和接地参考电压之间。
[0113]
齐纳二极管4-15连接在第二电源电压vcc2和电阻器4-10和4-12的公共端子之间。
[0114]
优选地，电子监测电路4包括插在输入端子和电阻器4-3、4-4之间的二极管4-14；二极管4-14包括连接到电子监测电路4的输入端子的阳极端子和连接到电阻器4-6和电阻器4-7的阴极端子。
[0115]
注意，图2示出了电子监测电路4，其中有两个rc电路，以便检测(在过渡阶段期间)控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)(由第一rc电路的第一电容器4-1的两端的电压
降测量)的变化和控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)(由第二rc电路的第二电容器4-2的两端的电压降测量)的变化之间的差异。
[0116]
然而，本发明也能够使用单个rc电路来实现(例如，电阻器4-3和电容器4-1的串联连接，即，没有电容器4-2和电阻器4-4)，从而检测控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化δt+(增加)或δt-(减少)的全速绝对值。
[0117]
还应当注意，为了解释本发明，已经考虑了差分放大器4-5，但是也可以使用其他电子部件。
[0118]
还应当注意，为了解释本发明，仅考虑了一个被测电子电路2，但是更一般地，本发明也适用于两个或更多个被测电子电路(即，同一电子电路的两个或更多个部分)：在这种情况下，两个或更多个电路(或两个或更多个电路部分)被顺序激活，并且对于它们中的每一个，在相应的限定(即，已知的)运行状态，测量相应的脉宽调制控制信号的脉宽(或其占空比)的变化。
[0119]
注意，本发明也能够完全用软件实现，使用微处理器代替电子监测电路4来实现，只要具有足够高计算能力的微处理器可用，该微处理器能够在控制信号s_pwm_ctrl的每个周期中捕捉脉宽调制控制信号s_pwm_ctrl的脉宽(或其占空比)的变化。