【導讀】在英飛凌開發(fā)者論壇(Infineon Developer Community)里，智能高邊開關(guān)的負載開路檢測一直是一個熱度很高的話題。負載開路故障主要是由兩種原因引起，一種是導線斷裂，另一種是負載損壞。按照要求，當汽車轉(zhuǎn)向燈斷開時，需要用加倍的閃爍頻率來提示故障。而其他類型的負載開路故障則通常由OEM進行定義，但控制單元首先要得到故障信息，而英飛凌的智能高邊芯片(PROFET)可以對開路進行檢測并報告。
智能高邊開關(guān)的開路檢測分為開通狀態(tài)(ON state)開路檢測和關(guān)斷狀態(tài)(OFF state)開路檢測，二者都是通過內(nèi)部比較器檢測Vout，前提是V_DEN > V_DEN(H)，以激活診斷功能。
（一）開通狀態(tài)(ON state)開路檢測
其中開通狀態(tài)的開路檢測比較簡單，如果DMOS導通時發(fā)生開路，OUT pin的電壓會抬升至Vs，此時如果V_DEN > V_DEN(H)，則判定open load at ON state，IS PIN輸出I_IS <= I_IS(OFFSET)。如圖1所示。
圖1. ON state開路狀態(tài)下電路示意圖
（二）關(guān)斷狀態(tài)(OFF state)開路檢測
關(guān)斷狀態(tài)下的開路檢測較為復雜，需要額外的外部電路進行配合。
可在下圖2虛線中的位置添加一個外接電阻ROL。此時，在DMOS關(guān)斷時發(fā)生開路，OUT pin的電壓同樣會抬升至觸發(fā)V_out > V_out(OL_OFF)，被判定為open load at OFF state, IS pin輸出I_IS <= I_IS(OFFSET)。
圖2. OFF state開路檢測外接電路配置圖(option1)
圖3. OFF state 開路檢測波形
但隨之而來會產(chǎn)生一定的問題，比如當DMOS導通，電路連接正常時，外接電阻的回路中同樣會產(chǎn)生電流回路，因此我們要求ROL盡可能的大一些。第二點，當DMOS關(guān)斷，電路連接正常時，外接電阻回路中會產(chǎn)生一定的電流，從而增加功耗甚至影響負載。所以，我們可以增加一個開關(guān)T1，在不需要關(guān)斷狀態(tài)開路檢測功能時斷開該回路。這樣只需要在關(guān)斷開路檢測時打開T1即可，其他情況下可以規(guī)避這條外接回路對電路的影響。
圖3中是只配備上拉電阻進行關(guān)斷開路檢測時的波形，可以觀察到的一個細節(jié)是：當智能高邊開關(guān)在關(guān)斷狀態(tài)下開路時，即使不加外接電阻，OUT Pin的輸出電壓也不為0。這是由于器件中的漏電流所導致的；而當負載正常連接時，這里漏電流的影響就可以忽略不計，后面會附上實測波形供大家參考。
需要注意的是，這種只配備外接上拉電阻和可控開關(guān)的關(guān)斷開路檢測方式也并非完美無缺，下面分析兩種異常工況, 如下圖4所示。
圖4. 負載對電池電路和負載開路故障對比
（Short to battery: OUT pin與電池正極短路，此時電路的開斷狀態(tài)不取決于DMOS開關(guān)與否）
以24V車身系統(tǒng)為例，通過分析可以看到，兩種不同的異常工況都會在MOSFET的Source端產(chǎn)生24V的電勢。當只使用上拉電阻時，OFF狀態(tài)下的開路與對電池短路的OUT Pin電壓相同，都是接近電池電壓，我們無法區(qū)分到底是發(fā)生了哪種錯誤。
更加完美的解決方案是使用如下圖5中的上下拉電阻配合的外接電路，當同時使用這種組合時，當OFF狀態(tài)下開路，OUT Pin電壓為上拉電阻上的分壓。而如果發(fā)生的是對電池短路，OUT pin的電壓為電池電壓。
這樣我們就可以準確得到當前電路發(fā)生異常的具體情況。
圖5. OFF state開路檢測外接電路配置圖(option2)
● 使用開發(fā)板BTS500xx-1LUA Arduino shield進行高邊智能開關(guān)的開路檢測功能演示，設(shè)備連接如下：
圖6. 開發(fā)板連接示意圖
● 該demo板原理圖如下：
圖7. BTS500xx-1LUA Arduino shield 原理圖
其中，U1是BTS50005-1LUA，U2是BTS50010-1LUA。圖中R13是BTS50010-1LUA用于關(guān)斷狀態(tài)下開路檢測的外接電阻。其工作原理如下，通過配置外接上拉電阻可以在OFF status下檢測OUT腳的電壓；而BTS5005-1LUA的開路檢測回路，由上拉電阻（圖中R5）和下拉電阻（圖中R7）組成。
● 不同條件下的OUT Pin的電壓測試結(jié)果：
1. OFF狀態(tài)下開路，綠色波形為只配置上拉電阻的Out Pin電壓，藍色波形表示配置了上下拉電阻分壓的Out Pin電壓。得出結(jié)論：配置上拉電阻后，OFF狀態(tài)下開路，Out Pin的電壓為Vs電壓（12V），而用了分壓電阻后，Out Pin上電壓為Vs的分壓（6V）.
2. OFF狀態(tài)下開路，但不配置外接電阻，觀察到有漏電流引起的電壓。注：這個是正?，F(xiàn)象，下圖中所示，粉色波形為無任何外接電阻的電路測量結(jié)果。當Vs=12V時，BTS50010-1LUA的漏電流引起高于GND約1.37V的電壓差。
3. OFF狀態(tài)下連接負載，發(fā)現(xiàn)外接電阻不會拉高OUT Pin上的電壓。注：圖中50mV是由Offset引起，對比發(fā)現(xiàn)當芯片不供電時示波器仍顯示50mV，因此得出：當OFF狀態(tài)下連接負載，OUT Pin上的電壓無限接近于GND.
4. ON狀態(tài)下（PWM控制）突然失去負載（ON state open load），Vout無法再被拉低（Infineon Intelligent Latch）。
作者：卜祥瑞，英飛凌技術(shù)支持中心高級工程師
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