一种故障检测电路及其检测方法技术

本申请提供了一种故障检测电路及其检测方法，应用于MCU故障处理技术领域，该电路包括：微控制单元、比较器单元、反相器单元和逻辑芯片单元，微控制单元的目标PWM输出引脚通过低通滤波单元连接比较器单元的输入端，比较器单元包括两个检测回路，比较器单元的输出端连接反相器单元的正极输入端，反相器单元的负极输出端连接逻辑芯片单元的OE接口。本申请利用微控制单元自身产生的待检测信号结合后端的故障检测电路实现微控制单元工作状态实时监控和逻辑判定，通过比较器单元调整待检测信号的频率和比较点电压进行范围判定，实现了调制保护及提高了响应速度，并保证了在微控制单元处于异常故障状态时能够输出安全电平状态。处于异常故障状态时能够输出安全电平状态。处于异常故障状态时能够输出安全电平状态。

【技术实现步骤摘要】
一种故障检测电路及其检测方法


[0001]本申请涉及MCU故障处理
，具体而言，涉及一种故障检测电路及其检测方法。

技术介绍

[0002]MCU (Microcontroller Unit，微控制单元)，通常包含DSP(Digital Singnal Processor，数字信号处理器)或者ARM (Advanced RISC Machines，嵌入式处理)等多种实现形式，它是控制板的核心大脑，用于分析计算电路板的各种采集信号，并控制对应的控制输出信号，实现设计的功能，但一旦MCU因软件或硬件问题工作异常时，对应的控制对象会因没有控制指令或者错误的控制指令而出错，特别是部分要求更严重的信号例如IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的PWM (Pulse Width Modulation，脉冲宽度调节) 控制信号，或断路器分合闸指令信号等，他们的指令一旦出错，就会出现严重的故障甚至于直接出现炸机问题。
[0003]针对MCU软件或硬件故障，目前行业内常用以下几种形式进行防护；方案一：采用CPLD(Complex Programmable Logic Device，可编程逻辑器件) 或FPGA (Field－Programmable Gate Array可编程门阵列)协助MCU进行输出信号的控制，通过CPLD或FPGA检测MCU提供的通讯内容或心跳指令等方式，一旦MCU的通讯指令异常或心跳指令丢失，立即封锁对应的输出信号，将输出信号置位为安装状态，这种方案需要增加额外的辅助控制芯片实现，随着近年来CPLD、FPGA等芯片的价格逐年上升，此方案成本越来越高。
[0004]方案二：采用外部看门狗芯片，各MCU厂家通常会配备外置看门狗芯片，该芯片会要求MCU定期给出信号，用来判断MCU工作是否正常，一旦看门狗芯片长期未收到指定信号，看门狗芯片就会给MCU复位引脚给出复位指令，重启MCU，这种方法成本较方法一低，但是由于看门狗芯片动作时间较长，无法应对IGBT类控制信号的快速响应要求（由于控制信号异常超过10微秒即可能导致IGBT损坏）；同时MCU再复位过程中输出引脚的电平状态不受MCU控制，需要外围电路保证输出引脚的状态。
[0005]方式三：采用双MCU冗余设计，通过增加额外的一路MCU，两者都可以控制对应输出信号，主MCU在工作正常时，由它实现对应的输出逻辑控制，同时它和从MCU之间有严格的互为判断对方是否正常工作的通讯协议或者逻辑指令，一旦主MCU未能按协议通讯，从MCU立即接手主MCU工作，同时控制主MCU重启，这之后，主从MCU工作状态互换，由从MCU实现对应输出信号控制，主MCU实现监控功能，通过双MCU冗余设计，可以解决MCU工作异常时的控制信号输出保证，但该方案成本极高。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请实施例提供了一种故障检测电路，通过微控制单元结合比较器单元和逻辑芯片单元实现了微控制单元工作状态实时监控和逻辑判定，保证了在微控制单
元处于异常故障状态时能够输出安全电平状态。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种故障检测电路，所述电路包括：微控制单元、比较器单元、反相器单元和逻辑芯片单元，所述微控制单元的目标PWM输出引脚通过低通滤波单元连接所述比较器单元的输入端，所述比较器单元包括两个检测回路，所述比较器单元的输出端连接所述反相器单元的正极输入端，所述反相器单元的负极输出端连接所述逻辑芯片单元的OE接口；所述微控制单元，用于将在一个振荡周期内的待检测信号输入给所述比较器单元，所述待检测信号中携带有变频器的PWM控制信号或断路器分/合闸指令信号；所述比较器单元，用于判断所述待检测信号的正峰值是否在第一检测回路的参考电压上限值的范围内，以及判断所述待检测信号的负峰值是否在第二检测回路的参考电压下限值的范围内，若所述待检测信号的正峰值在第一检测回路的参考电压上限值的范围内，以及所述待检测信号的负峰值在第二检测回路的参考电压下限值范围内，则得到两个检测回路的参考电压上限值和参考电压下限值范围内的第一OC信号，若所述待检测信号的正峰值未在第一检测回路的参考电压上限值的范围内，以及所述待检测信号的负峰值未在第二检测回路的参考电压下限值范围内，则得到一个恒高电平或者恒低电平的第二OC信号；所述反相器单元，用于分别将所述第一OC信号或所述第二OC信号输入给所述逻辑芯片单元；所述逻辑芯片单元，当接收到所述第一OC信号时，用于直接输出与所述微控制单元波形相同的电平状态信号，当接收到所述第二OC信号，且处于高阻状态时，用于输出与所述第二OC信号反相的电平状态信号。
[0008]结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述微控制单元，具体用于当所述微控制单元处于正常工作状态时，通过所述微控制单元的目标PWM输出引脚将F频率、且在一个振荡周期内占空比为50%的方波信号输入给低通滤波单元。
[0009]结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述微控制单元，具体用于当所述微控制单元处于异常状态时，通过所述微控制单元的目标PWM输出引脚则输出一个恒高电平信号或者恒低电平信号，并将该恒高电平信号或者恒低电平信号输入给低通滤波单元。
[0010]结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述低通滤波单元包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1的一端连接所述微控制单元的目标PWM输出引脚，所述电阻R1的另一端分别连接所述比较器单元的输入端和电容C1的一端，且所述电容C1的另一端接地；所述低通滤波单元，具体用于根据所述电阻R1串联的所述电容C1组成的一阶低通滤波电路对方波信号的频率、振幅和相位进行滤波，得到滤波后的待检测信号，并将所述待检测信号输入给比较器单元。
[0011]结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述比较器单元，具体用于判断所述待检测信号的正峰值是否在所述第一检测回路的参考电压上限值的范围内，若是则得到第一判定结果；
判断所述待检测信号的负峰值是否在所述第二检测回路的参考电压下限值的范围内，若是则得到第二判定结果；依据均满足判定范围的所述第一判定结果和所述第二判定结果，所述比较器单元得到在两个检测回路的参考电压上限值和参考电压下限值范围内的第一OC信号。
[0012]结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，所述比较器单元，具体用于若所述待检测信号的正峰值是否未在所述第一检测回路的参考电压上限值的范围内，则得到第三判定结果；若所述待检测信号的负峰值是否未在所述第二检测回路的参考电压下限值的范围内，则得到第四判定结果；依据不满足范围的所述第三判定结果和所述第四判定结果，所述比较器单元得到一个恒高电平或者恒低电平的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种故障检测电路，其特征在于，所述电路包括：微控制单元、比较器单元、反相器单元和逻辑芯片单元，所述微控制单元的目标PWM输出引脚通过低通滤波单元连接所述比较器单元的输入端，所述比较器单元包括两个检测回路，所述比较器单元的输出端连接所述反相器单元的正极输入端，所述反相器单元的负极输出端连接所述逻辑芯片单元的OE接口；所述微控制单元，用于将在一个振荡周期内的待检测信号输入给所述比较器单元，所述待检测信号中携带有变频器的PWM控制信号或断路器分/合闸指令信号；所述比较器单元，用于判断所述待检测信号的正峰值是否在第一检测回路的参考电压上限值的范围内，以及判断所述待检测信号的负峰值是否在第二检测回路的参考电压下限值的范围内，若所述待检测信号的正峰值在第一检测回路的参考电压上限值的范围内，以及所述待检测信号的负峰值在第二检测回路的参考电压下限值范围内，则得到两个检测回路的参考电压上限值和参考电压下限值范围内的第一OC信号，若所述待检测信号的正峰值未在第一检测回路的参考电压上限值的范围内，以及所述待检测信号的负峰值未在第二检测回路的参考电压下限值范围内，则得到一个恒高电平或者恒低电平的第二OC信号；所述反相器单元，用于分别将所述第一OC信号或所述第二OC信号输入给所述逻辑芯片单元；所述逻辑芯片单元，当接收到所述第一OC信号时，用于直接输出与所述微控制单元波形相同的电平状态信号，当接收到所述第二OC信号，且处于高阻状态时，用于输出与所述第二OC信号反相的电平状态信号。2.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述微控制单元，具体用于当所述微控制单元处于正常工作状态时，通过所述微控制单元的目标PWM输出引脚将F频率、且在一个振荡周期内占空比为50%的方波信号输入给低通滤波单元。3.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述微控制单元，具体用于当所述微控制单元处于异常状态时，通过所述微控制单元的目标PWM输出引脚则输出一个恒高电平信号或者恒低电平信号，并将该恒高电平信号或者恒低电平信号输入给低通滤波单元。4.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述低通滤波单元包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1的一端连接所述微控制单元的目标PWM输出引脚，所述电阻R1的另一端分别连接所述比较器单元的输入端和所述电容C1的一端，且所述电容C1的另一端接地；所述低通滤波单元，具体用于根据所述电阻R1串联的所述电容C1组成的一阶低通滤波电路对方波信号的频率、振幅和相位进行滤波，得到滤波后的待检测信号，并将所述待检测信号输入给比较器单元。5.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述比较器单元，具体用于判断所述待检测信号的正峰值是否在所述第一检测回路的参考电压上限值的范围内，若是则得到第一判定结果；判断所述待检测信号的负峰值是否在所述第二检测回路的参考电压下限值的范围内，若是则得到第二判定结果；依据均满足判定范围的所述第一判定结果和所述第二判定结果，所述比较器单元得到在两个检测回路的参考电压上限值和参考电压下限值范围内的第一OC信号。
6.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋一鸣，宋国伟，李新娟，秦玲，陈小佳，
申请(专利权)人：东方博沃北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：