SiLM9714中离线诊断模式的工作原理和实现方式

离线诊断模式的实现方式

—— 应用笔记 ——

本应用笔记主要阐述了SiLM9714中离线诊断模式的工作原理以及实现方式。

离线诊断工作原理

诊断与保护一直占据着系统运行中的最高优先级，随之带来的稳定可靠的诊断功能需求与日俱增。SiLM9714设计了离线诊断负载开路(OL)和短路(SC)功能，用于确定负载(电机，螺线管和电阻器)与栅极驱动器的功率级连接情况。

离线诊断会在功率管运行前检测输出端子是否与负载断开连接，是否短路到电源或者短路到地，以适应更安全、更可靠的系统。离线诊断模式下所有功率管都处于高阻(Hi-Z) 状态，而极少量的诊断电流在短时间内流过负载，以测试负载与功率管的连接。诊断电流必须非常小，以避免负载动作。

为了提供诊断电流，上位机向栅极驱动器发送命令以激活离线诊断模式，并通过内部阻断二极管启动对应的离线诊断电流源。对于每个半桥中的功率管，对应都有一个离线诊断模式电流源和内部阻断二极管。

图 1. 离线诊断OLSC

图1. 展示了离线诊断OLSC在直流有刷电机中的实现。

离线诊断模式中功率管状态一定是高阻态，内部的电流源提供灌/拉电流给连接中的负载（如图1中SHx和SHy两个端子上连接的有刷直流电机BDC）。离线诊断的电流非常低（在SiLM9714中，这个诊断电流是3mA），不会让负载动作。

如果负载连接到了SHx和SHy上，打开诊断电流，一个低阻抗路径被建立，诊断电流变大直至饱和运行。如果负载没有连接到SHx和SHy端子上，打开诊断电流，一个高阻抗路径被建立，诊断电流减小到0，和电流源共享同一个节点SHx / SHy的VDS比较器输入端会受到电流变化影响。当比较器的正端比负端电压高时，比较器输出高，这些比较器的输出是离线诊断的标志位。

考虑到内部阻断二极管（如图 1）的正向跌落电压，离线诊断中比较器的阈值建议设置大于1V以确保足够的裕量。

离线诊断的运行与检测

SiLM9714的离线诊断模式是由OLSC_CTRL寄存器中的相关位控制的。首先需要通过EN_OLSC寄存器使能，然后独立的电流源通过PD_SHx和PU_SHx寄存器打开。

SHx节点上的电压持续调节VDS比较器状态。在离线诊断模式下，SPI的VDS状态位寄存器会实时报告VDS比较器上读取的SHx节点上的电压状态。当VDS比较器运行在离线诊断模式下，总的状态位中DS_GS不报告错误或者警告。

在使能离线诊断模式之前，推荐通过将EN_DRV寄存器位设置为“0”关闭驱动输出，确保外部半桥功率管处于关断状态。

根据H桥输出SHx和SHy如何连接到负载，有3种情形会使得至少有1个比较器输出置“1”：H桥开路、H桥短路或者是H桥连接到负载。只有半桥中上下桥臂的VDS OC比较器均输出置“1”，才说明负载连接正常。

H桥开路

图 2为H桥开路的实例。图中H桥的一个输出端子SHy未连接到负载。对应的SH节点电压，离线诊断模式电流源配置和VDS比较器输出状态信息见下表 1。H桥高/低边VDS比较器结果不一致说明负载开路。

表1. 离线诊断H桥开路真值表

图2. H桥开路

H桥短路到地

图3为H桥短路到地的实例。图中H桥的一个输出端子SHy短路到地。对应的SH节点电压，离线诊断模式电流源配置和VDS比较器输出状态信息见下表 2。H桥低边VDS比较器均置“0”说明短路到地。

表2. 离线诊断H桥短路到地真值表

图3. H桥短路到地

H桥短路到电源

图4为H桥短路到电源的实例。图中H桥的一个输出端子SHy短路到电源。对应的SH节点电压，离线诊断模式电流源配置和VDS比较器输出状态信息见下表 3。H桥高边VDS比较器均置“0”说明短路到电源。

表3. 离线诊断H桥短路到电源真值表

图4. H桥短路到电源

H桥链接到负载

图5为H桥连接到负载的实例。图中H桥的输出端子SHx和SHy连接到负载。对应的SH节点电压，离线诊断模式电流源配置和VDS比较器输出状态信息见下表 4。H桥高低边VDS比较器均置“1”说明负载连接正常。

表4. 离线诊断H桥连接负载真值表

图5. H桥连接到负载

总 结

离线诊断模式提供了一种负载连接情况的判断方法。为了能够有效的保护系统安全可靠运行，需要在功率级电路未动作前执行该离线诊断模式。SiLM9714通过灵活配置离线诊断模式电流源，并通过VDS比较器可实时返回半桥输出中点电压状态，及时获取负载连接情况。