[发明专利]一种脉冲宽度调制开关电路的实时诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对脉冲宽度调制（简称PWM）开关电路的实时诊断方法。

背景技术

很多电感型电子执行器比如电磁阀、电机需要对其开度、转速等进行连续控制，对这类应用最常用的控制方法之一就是通过脉冲宽度调制（PWM）的方式进行驱动，通过对占空比的控制获得不同的平均电流，以实现对开度、转速的控制，例如汽车中的电子节气门是通过PWM方式控制电机的电流来即输出扭矩实现对其开度大小的连续控制。

在实时控制系统中，通常需要对输出的有效性进行诊断。由于PWM输出的电平是周期性跳变的，实现PWM开关电路的实时诊断主要问题在于必须能实时的感知PWM的电平和负载与开关间的电平状态，同时由于开关动作有一定的延时，负载与开关间的电平变化会滞后于PWM电平的变化，必须在合适的时机进行诊断。正是以上的原因实现对PWM开关电路的实时诊断比较困难，通常需要设计专门的集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC）来实现，增加了硬件设计难度和成本。但在电机、电磁阀连续控制这类的应用中一般都会使用单片机对控制目标量进行采集，并调节PWM输出实现系统的闭环控制，而目前多数单片机都可以同时具备以下资源：

1.    PWM输出，软件设定好PWM的周期、占空比参数后无须自动输出PWM波形；

2.    带中断的定时器，通过软件设定好一个时间后产生定时中断；

3.    引脚中断，单片机引脚在指定电平或指定边沿到来时产生中断；

4.    引脚电平采集，采集单片机引脚电平的高、低状态。

  因此，利用单片机的以上资源结合适当的诊断流程，可实现对PWM开关电路的实时诊断。

发明内容

本发明的目的是利用单片机资源对PWM驱动型开关电路故障的实时诊断，并通过如下的技术和步骤实现：

S1：使用单片机具备PWM输出功能的IO口（3）来驱动电子低位开关（9）；通过一路具有输入电平状态检测功能的电平输入口（4）来检测负载和低位开关连接导线上的电平高、低状态；使用一路具有电平或边沿捕捉功能的边沿中断口（2）感知PWM驱动口（3）的电平变化，当PWM电平发生变化时此IO产生中断；使用单片机内部一路定时器（12）用于诊断延时定时，即在PWM电平跳变后延时一定时间读取负载和低位开关连接导线上的电平状态，避免开关延时、开关刚动作时可能的不稳定脉冲等因素导致负载和低位开关连接导线上的电平状态变化晚于PWM输出口的电平变化（如附图2）。 

S2：设置PWM的周期和初始占空比，启动低位开关驱动口的PWM输出，并限制在后续控制过程中对PWM输出的占空比进行限制。

S3：计算由于S2中对PWM占空比的限制，PWM波最小的高电平时间和低电平时间分别记为th_min、tl_min。

S4： 设置边沿中断口（2）在上升沿或高电平时产生中断，并使能中断。 

S5：当PWM驱动口（3）出现边沿中断口（2）预设的高电平或上升沿时边沿中断口（2）产生中断，在该中断服务程序中记录PWM驱动口（3）为高电平状态，由于开关动作存在一定延时，设定定时器（12）在th_min/2后产生中断读取电平输入口（4）的电平。 

S6：定时器（12）定时中断到来时，读取电平输入口（4）的电平高、低状态，比较该电平状态与S5中记录的PWM驱动口（3）状态，判断电路是否存在故障，翻转设置边沿中断口（2）在下降沿或低电平时产生中断。

S7： 当PWM驱动口（3）出现下降沿或低电平时再次触发边沿中断口（2）进入中断，在该中断服务程序中记录PWM驱动口（3）为低电平状态，由于开关动作存在一定延时，设定定时器（12）在tl_min/2后产生中断读取电平输入口（4）的电平。

S8: 定时器（12）中断到来时，读取电平输入口（4）的电平高、低状态，比较该电平状态与S7记录的PWM驱动口（3）状态对电路是否存在故障进行诊断，翻转设置边沿中断口（2）在上升沿或高电平时产生中断。

S9：重复S5-S8进行诊断。

 由以上步骤即可在每个PWM周期都对电路是否存在故障进行诊断，实现了对PWM开关的实时诊断。