CN110045222A - 一种风扇驱动级的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇驱动级的故障诊断方法，风扇驱动级设有低边MOS管和高边MOS管，低边MOS管用于感性负载续流回路的开关控制，高边MOS管用于驱动回路的开关控制，该方法包括以下步骤：风扇对电源短路故障诊断步骤：打开低边MOS管并关闭高边MOS管，以接通风扇的续流回路，检测低边MOS管的源漏极电压：若源漏极电压大于阈值，则风扇为对电源短路故障，否则，风扇无故障；和/或风扇对地短路故障诊断步骤：打开高边MOS管并关闭低边MOS管，以接通风扇的驱动回路，检测高边MOS管的源漏极电压：若源漏电压大于阈值，则风扇为对地短路故障，否则，风扇无故障。本发明具有诊断方便高效准确、可小占空比故障检测、延长风扇使用寿命、提高风扇使用安全的技术特点。

Description

一种风扇驱动级的故障诊断方法

技术领域

本发明属于风扇故障诊断技术领域，尤其涉及一种风扇驱动级的故障诊断方法。

背景技术

风扇控制器一般要承受较大的风扇功率，控制器器件的发热量很大。特别在短路等故障模式，发热量更大。过大的发热量会降低控制器的使用寿命，严重时可在最多几十毫秒的时间内将控制器损。

风扇控制器的驱动级诊断包括驱动端对电源短路、对地短路、开路这三种故障模式。现在一般的诊断方式是当有驱动请求时，直接驱动电机，在驱动状态下，硬件芯片等会报出响应故障信息。

这种常规诊断方式，有以下缺点：

过程中发热量大，容易形成热量累积，降低寿命或有损坏风险。

风扇从静止到驱动过程中，一般是从驱动占空比为0开始，逐渐增加，直到目标或最大占空比。由于占空比驱动有一定的周期，那么在小占空比驱动过程中，一个占空比驱动波形的有效驱动部分时间很短，难以达到硬件芯片诊断需要的时间门限，这种情况下，即使有驱动级故障问题，也无法得出故障状态。这样在小占空比驱动过程中，热量就会瞬间大量累计，降低寿命或有损坏器件的风险。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种风扇驱动级的故障诊断方法，具有诊断方便高效准确、可小占空比故障检测、延长风扇使用寿命、提高风扇使用安全的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种风扇驱动级的故障诊断方法，所述风扇驱动级设有低边MOS管和高边MOS管，所述低边MOS管用于所述风扇的感性负载续流回路的开关控制，所述高边MOS管用于所述风扇的驱动回路的开关控制，所述故障诊断方法包括以下步骤：

所述风扇对电源短路故障的诊断步骤：

打开所述低边MOS管并关闭所述高边MOS管，以接通所述风扇的续流回路，检测所述低边MOS管的源漏极电压：若所述低边MOS管的源漏极电压大于阈值，则所述风扇为对电源短路故障，否则，所述风扇无故障；

和/或所述风扇对地短路故障的诊断步骤：

打开所述高边MOS管并关闭所述低边MOS管，以接通所述风扇的驱动回路，检测所述高边MOS管的源漏极电压：若所述高边MOS管的源漏电压大于阈值，则所述风扇为对地短路故障，否则，所述风扇无故障。

根据本发明一实施例，所述风扇驱动级还设有恒流源，所述恒流源与所述风扇的远离地线端电连接，所述故障诊断方法还包括以下步骤：

所述风扇开路故障的诊断步骤：

关闭所述高边MOS管和所述低边MOS管；

打开所述恒流源，检测所述高边MOS管的第一源漏极电压；

关闭所述恒流源，检测所述高边MOS管的第二源漏极电压；

判定：若所述第一源漏极电压超过阈值且所述第二源漏极电压小于阈值，则所述风扇为开路故障，否则，所述风扇无故障。

根据本发明一实施例，所述风扇驱动级还包括控制模块，所述故障诊断方法具体包括以下步骤：

所述控制模块发送一诊断序列，所述诊断序列控制所述低边MOS管、高边MOS管、恒流源的打开与关闭，分别进行所述风扇的对电源短路故障诊断、对地短路故障诊断、开路诊断；其中，

在故障诊断过程中，若所述风扇为对电源短路故障或者对地短路故障或者开路故障，则所述控制模块跳出当前所述诊断序列的发送，并关闭驱动电源。

根据本发明一实施例，在故障诊断过程中，所述控制模块对所述低边MOS管的源漏极电压、所述高边MOS管的源漏极电压进行检测，并将所述检测的结果存储在所述控制模块的寄存器中。

根据本发明一实施例，所述风扇开路故障的诊断步骤具体为：

关闭所述高边MOS管和所述低边MOS管；

清除所述控制模块的寄存器中所述高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，打开所述恒流源，并读取所述高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，以获知所述高边MOS管的第一源漏极电压；

关闭所述恒流源，再次清除所述控制模块的寄存器中所述高边MOS管的第一源漏极电压对应的故障标记，并读取所述高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，以获知所述高边MOS管的第二源漏极电压；

判定：若所述第一源漏极电压超过阈值且所述第二源漏极电压小于阈值，则所述风扇为开路故障，否则，所述风扇无故障。

根据本发明一实施例，所述风扇对电源短路故障的诊断步骤中，所述低边MOS管的打开时间为5至1000us；

所述风扇对地短路故障的诊断步骤中，所述高边MOS管的打开时间为5至1000us；

所述风扇开路故障的诊断步骤中，所述恒流源的打开时间和关闭时间为5-1000ms。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明通过检测驱动级的高、低边管的源漏极电压量，在小占空比驱动的情况下，即驱动时间小于硬件芯片诊断需要的时间门限的情况下，诊断风扇是否对电源短路、是否对地短路：在风扇对电源短路的诊断中，无论占空比为多小，一旦风扇对电源短路，高边MOS管即会过流，即会导致高边MOS管的源漏极电压升高；在风扇对地短路的诊断中，无论占空比为多小，一旦风扇对地短路，低边MOS管即会过流，即会导致低边MOS管的源漏极电压升高；故而可在小占空比驱动的情况下，不受硬件芯片诊断需要的时间门限的限制，直接通过物理参量反应电路的故障问题，达到了诊断方便高效准确、可小占空比故障检测、延长风扇使用寿命、提高风扇使用安全的技术效果；

(2)本发明通过恒流源的开与关的情况下去检测风扇是否为开路，其中，恒流源并不是用于驱动风扇，恒流源结合高边MOS管对开路状态进行判断：在高低边MOS管关闭的情况下，若风扇为开路，当恒流源打开，因为没有电流流动，恒流源相当于地线，则电源与地之间的高边MOS管的源漏电极之间即会呈现很大的电压差，即会检测出第一源漏极电压大于设定的阈值，当恒流源关闭时，高边MOS管的一边为电源，另一边因为风扇开路而悬空，故而即会检测出高边MOS管的第二源漏极电压小于设定的阈值；并且本发明通过第一源漏极电压和第二源漏极电压的双重诊断，确保了开路诊断的准确性，达到了诊断方便高效准确、延长风扇使用寿命、提高风扇使用安全的技术效果；

(3)本发明通过控制模块发送诊断序列，以进行风扇故障诊断，可自动对风扇的驱动级进行自动的故障诊断，无需人员去控制高低边MOS管、恒流源的打开与关闭，其次，在检测到故障时能够自动跳出诊断序列，并关闭驱动电源，以起到及时的安全保护，达到了诊断方便高效、操作自动化、延长风扇使用寿命、提高风扇使用安全的技术效果。

附图说明

图1为本发明的一种风扇驱动级的故障诊断方法的流程图；

图2为本发明的一种风扇驱动级的故障诊断方法的诊断信号过程图；

图3为本发明的一种风扇驱动级的故障诊断方法的最简适用电路图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种风扇驱动级的故障诊断方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1，本实施例提供一种风扇驱动级的故障诊断方法，风扇驱动级设有低边MOS管和高边MOS管，低边MOS管用于风扇的感性负载续流回路的开关控制，高边MOS管用于风扇的驱动回路的开关控制，故障诊断方法包括以下步骤：

风扇对电源短路故障的诊断步骤：打开低边MOS管并关闭高边MOS管，以接通风扇的续流回路，检测低边MOS管的源漏极电压：若低边MOS管的源漏极电压大于阈值，则风扇为对电源短路故障，否则，风扇无故障；

和/或风扇对地短路故障的诊断步骤：打开高边MOS管并关闭低边MOS管，以接通风扇的驱动回路，检测高边MOS管的源漏极电压：若高边MOS管的源漏电压大于阈值，则风扇为对地短路故障，否则，风扇无故障。

现对本实施例进行详细地说明：

具体地，本实施例的风扇驱动级的故障诊断方法特别适用于发动机冷却风扇的驱动级的故障诊断。

本实施例通过检测驱动级的高、低边管的源漏极电压量，在小占空比驱动的情况下，即驱动时间小于硬件芯片诊断需要的时间门限的情况下，诊断风扇是否对电源短路、是否对地短路：在风扇对电源短路的诊断中，无论占空比为多小，一旦风扇对电源短路，高边MOS管即会过流，即会导致高边MOS管的源漏极电压升高；在风扇对地短路的诊断中，无论占空比为多小，一旦风扇对地短路，低边MOS管即会过流，即会导致低边MOS管的源漏极电压升高；故而可在小占空比驱动的情况下，不受硬件芯片诊断需要的时间门限的限制，直接通过物理参量反应电路的故障问题，达到了诊断方便高效准确、可小占空比故障检测、延长风扇使用寿命、提高风扇使用安全的技术效果。

较优地，风扇驱动级还设有恒流源，恒流源与风扇的远离地线端电连接，故障诊断方法还包括以下步骤：

风扇开路故障的诊断步骤：关闭高边MOS管和低边MOS管；打开恒流源，检测高边MOS管的第一源漏极电压；关闭恒流源，检测高边MOS管的第二源漏极电压；判定：若第一源漏极电压超过阈值且第二源漏极电压小于阈值，则风扇为开路故障，否则，风扇无故障。

具体地，本实施例中提及多个阈值，这些阈值是根据所采用MOS管的类型及MOS管在过流情况和正常工作情况下的特性进行设定。

具体地，风扇对电源短路故障的诊断步骤、风扇对地短路故障的诊断步骤、风扇开路故障的诊断步骤三者之间没有唯一的先后顺序，可根据实际情况自由安排诊断顺序。

本实施例通过恒流源的开与关的情况下去检测风扇是否为开路，其中，恒流源并不是用于驱动风扇，恒流源结合高边MOS管对开路状态进行判断：在高低边MOS管关闭的情况下，若风扇为开路，当恒流源打开，因为没有电流流动，恒流源相当于地线，则电源与地之间的高边MOS管的源漏电极之间即会呈现很大的电压差，即会检测出第一源漏极电压大于设定的阈值，当恒流源关闭时，高边MOS管的一边为电源，另一边因为风扇开路而悬空，故而即会检测出高边MOS管的第二源漏极电压小于设定的阈值；并且本实施例通过第一源漏极电压和第二源漏极电压的双重诊断，确保了开路诊断的准确性，达到了诊断方便高效准确、延长风扇使用寿命、提高风扇使用安全的技术效果。

较优地，风扇驱动级还包括控制模块，故障诊断方法具体包括以下步骤：控制模块发送一诊断序列，诊断序列控制低边MOS管、高边MOS管、恒流源的打开与关闭，分别进行风扇的对电源短路故障诊断、对地短路故障诊断、开路诊断；其中，在故障诊断过程中，若风扇为对电源短路故障或者对地短路故障或者开路故障，则控制模块跳出当前诊断序列的发送，并关闭驱动电源。

具体地，本实施例的一种诊断序列如图2所示，其中，①②为控制低边MOS管开启，③为控制高边MOS管开启，④为控制恒流源打开，⑤为控制恒流源关闭。

具体地，参看图2，当序列①发出后，即低边MOS管被打开，在序列①持续过程中，若在某一时刻出现风扇对电源短路故障，则会检出故障信号⑥，即低边MOS管的源漏极电压大于阈值，则认为是对电源短路故障。图2中为在序列①的末尾时刻出现风扇对电源短路故障，特别地，为简单明了地说明诊断序列的诊断过程，在图2中，本实施例的所有故障均发生在诊断序列的末尾时刻。

较优地，参看图2，序列①发出后若未发生故障，即未检出故障信号⑥，则会继续发序列②，再次打开低边MOS管，再次确认风扇是否对电源短路，若检出故障信号⑦，即低边MOS管的源漏极电压大于阈值，则认为是对电源短路故障，否则为正常。

具体地，参看图2，序列③发出后，即高边MOS管被打开，在序列③持续过程中，若在某一时刻出现风扇对地短路故障，则会检出故障信号⑧，即高边MOS管的源漏极电压大于阈值，则认为是对地短路故障。

具体地，参看图2，序列④发出后，即恒流源被打开，在序列④持续过程中，若在某一时刻出现风扇开路故障，则会检出故障信号⑨，即第一源漏极电压大于阈值；然后序列⑤发出后，即恒流源被关闭，在序列⑤持续过程中由于出现风扇开路故障，则会检出故障信号⑩，即第二源漏极电压小于阈值；判定：若故障信号⑨与故障信号⑩均检出，则认为是风扇开路故障。

具体地，在执行序列①-④过程中，当发现故障后，对于发动机冷却风扇则立即进入跛行模式，关闭驱动电源，跳出序列，对于一般的风扇则关闭驱动电源并跳出诊断序列。

较优地，在故障诊断过程中，控制模块对低边MOS管的源漏极电压、高边MOS管的源漏极电压进行检测，并将检测的结果存储在控制模块的寄存器中。具体地，参看图2，故障信号⑥-⑩即对应控制模块中寄存器，用于存储低边MOS管的源漏极电压、高边MOS管的源漏极电压的检测结果，以作标记。

具体地，通过控制模块的寄存器进行自动化故障诊断时，需要涉及上述寄存器的标志的清除、存储与读取；其中，在每次诊断之前需对寄存器的标志进行清除，已避免上一次诊断对本次诊断造成干扰。

具体地，风扇开路故障的诊断步骤具体为：关闭高边MOS管和低边MOS管；清除控制模块的寄存器中高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，打开恒流源，并读取高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，以获知高边MOS管的第一源漏极电压；关闭恒流源，再次清除控制模块的寄存器中高边MOS管的第一源漏极电压对应的故障标记，并读取高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，以获知高边MOS管的第二源漏极电压；判定：若第一源漏极电压超过阈值且第二源漏极电压小于阈值，则风扇为开路故障，否则，风扇无故障。

本实施例通过控制模块发送诊断序列，以进行风扇故障诊断，可自动对风扇的驱动级进行自动的故障诊断，无需人员去控制高低边MOS管、恒流源的打开与关闭，其次，在检测到故障时能够自动跳出诊断序列，并关闭驱动电源，以起到及时的安全保护，达到了诊断方便高效、操作自动化、延长风扇使用寿命、提高风扇使用安全的技术效果。

具体地，风扇对电源短路故障的诊断步骤中，低边MOS管的打开时间为5至1000us；风扇对地短路故障的诊断步骤中，高边MOS管的打开时间为5至1000us；风扇开路故障的诊断步骤中，恒流源的打开时间和关闭时间为5-1000ms。

较优地，本实施例的低边MOS管的打开时间设定为100us，再次确认风扇对电源故障的低边MOS管的打开时间可设定为600us，高边MOS管的打开时间设定为100us，恒流源的打开和关闭的时间均设定为20ms。显然地，上述时间的设定仅为本实施例的一种设定，对于本领域技术人员，可根据时间的诊断需求调整相应的时间。

参看图3，现结合原理对本实施例进行详细说明：

参看图3，图3为本实施例的故障诊断方法的最简适用电路图，其中，BAT为电源，QH为高边MOS管，QL为低边MOS管,I为恒流源。显然地，图3仅为本实施例适用的一种直接简单的风扇驱动级电路图，基于图3所示的电路图，对于本领域的技术人员可以扩展出更加复杂、功能多样的风扇的驱动级电路，以满足不同技术领域的风扇控制需求，显然地，这些扩展电路同样适用本实施例的方法进行风扇驱动级的故障诊断。

参看图3，高边MOS管QH作用是驱动风扇电机工作，通过GH即可控制QH的开关；低边MOS管QL主要作用是感性负载电机续流，通过GL即可控制QL的开关；恒流源作用不驱动风扇电机，而是为了风扇驱动级开路检测设定的恒定电流输出。

对电源短路的故障诊断：此时，高边MOS管QH断路，低边MOS管QL通路，若风扇对电源短路故障，则QL会过流，QL过流其源漏极电压即会升高超过设定的阈值，若风扇对电源不短路，则QL的源漏极电压小于阈值，故而可以诊断出风扇是否对电源短路故障。

对地短路的故障诊断：此时，高边MOS管QH通路，低边MOS管QL断路，若风扇对地短路故障，则QH会过流，QH过流其源漏极电压即会升高超过设定的阈值，若风扇对地不短路，则QH的源漏极电压小于阈值，故而可以诊断出风扇是否对地短路故障。

开路的故障诊断：此时，高边MOS管QH和低边MOS管QL均断路，若风扇为开路：当恒流源打开时，由于断路恒流源的输出的电流不同，相当于接地，故而QH源漏极电压相当于电源的电压，该值大于设定的阈值；当恒流源关闭时，由于断路QH的远离电源端被悬空，故而QH源漏极电压相当于为零，该值小于设定的阈值，因此可以诊断处风扇是否开路故障。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种风扇驱动级的故障诊断方法，其特征在于，所述风扇驱动级设有低边MOS管和高边MOS管，所述低边MOS管用于所述风扇的感性负载续流回路的开关控制，所述高边MOS管用于所述风扇的驱动回路的开关控制，所述故障诊断方法包括以下步骤：

所述风扇对电源短路故障的诊断步骤：

打开所述低边MOS管并关闭所述高边MOS管，以接通所述风扇的续流回路，检测所述低边MOS管的源漏极电压：若所述低边MOS管的源漏极电压大于阈值，则所述风扇为对电源短路故障，否则，所述风扇无故障；

和/或所述风扇对地短路故障的诊断步骤：

打开所述高边MOS管并关闭所述低边MOS管，以接通所述风扇的驱动回路，检测所述高边MOS管的源漏极电压：若所述高边MOS管的源漏电压大于阈值，则所述风扇为对地短路故障，否则，所述风扇无故障。

2.根据权利要求1所述的风扇驱动级的故障诊断方法，其特征在于，所述风扇驱动级还设有恒流源，所述恒流源与所述风扇的远离地线端电连接，所述故障诊断方法还包括以下步骤：

所述风扇开路故障的诊断步骤：

关闭所述高边MOS管和所述低边MOS管；

打开所述恒流源，检测所述高边MOS管的第一源漏极电压；

关闭所述恒流源，检测所述高边MOS管的第二源漏极电压；

判定：若所述第一源漏极电压超过阈值且所述第二源漏极电压小于阈值，则所述风扇为开路故障，否则，所述风扇无故障。

3.根据权利要求2所述的风扇驱动级的故障诊断方法，其特征在于，所述风扇驱动级还包括控制模块，所述故障诊断方法具体包括以下步骤：

所述控制模块发送一诊断序列，所述诊断序列控制所述低边MOS管、高边MOS管、恒流源的打开与关闭，分别进行所述风扇的对电源短路故障诊断、对地短路故障诊断、开路诊断；其中，

在故障诊断过程中，若所述风扇为对电源短路故障或者对地短路故障或者开路故障，则所述控制模块跳出当前所述诊断序列的发送，并关闭驱动电源。

4.根据权利要求3所述的风扇驱动级的故障诊断方法，其特征在于，在故障诊断过程中，所述控制模块对所述低边MOS管的源漏极电压、所述高边MOS管的源漏极电压进行检测，并将所述检测的结果存储在所述控制模块的寄存器中。

5.根据权利要求4所述的风扇驱动级的故障诊断方法，其特征在于，所述风扇开路故障的诊断步骤具体为：

关闭所述高边MOS管和所述低边MOS管；

清除所述控制模块的寄存器中所述高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，打开所述恒流源，并读取所述高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，以获知所述高边MOS管的第一源漏极电压；

关闭所述恒流源，再次清除所述控制模块的寄存器中所述高边MOS管的第一源漏极电压对应的故障标记，并读取所述高边MOS管的第一源漏极电压对应的反馈标记，以获知所述高边MOS管的第二源漏极电压；

判定：若所述第一源漏极电压超过阈值且所述第二源漏极电压小于阈值，则所述风扇为开路故障，否则，所述风扇无故障。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的风扇驱动级的故障诊断方法，其特征在于，所述风扇对电源短路故障的诊断步骤中，所述低边MOS管的打开时间为5至1000us；

所述风扇对地短路故障的诊断步骤中，所述高边MOS管的打开时间为5至1000us；

所述风扇开路故障的诊断步骤中，所述恒流源的打开时间和关闭时间为5-1000ms。