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Jul . 2023

英飛凌技術支援系列 | 智慧高邊開關SPOC ™+2系列SPI檢測實例

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卜祥瑞

英飛凌技術支援中心

高級工程師


本文以BTS71040-4ESA為代表,介紹SPOC ™+2系列產品的檢測功能。與傳統的模擬檢測手段(通過IS Pin的電流回饋)不同,SPOC ™+2系列有時需要通過SPI通訊讀取狀態寄存器獲得診斷結果。本文會介紹BTS71040-4ESA的檢測原理以及對SPI指令進行解讀。

|BTS71040-4ESA 診斷原理

BTS71040-4ESA的診斷與傳統的高邊產品相似,分為ON狀態診斷和OFF狀態診斷。ON狀態診斷仍然是檢測與負載電流成正比的IS電流,讓MCU識別當前的工作狀態。但是需要滿足的前提是:


A. 內部MOSFET的VDS小於閾值VDS(SB),其中VDS(SB)是內部switch bypass monitor的閾值,它的比較結果會被儲存在STDDIAG寄存器的STDDIAG.SBM bit中

B. 當前通道的診斷功能開啟(通過SPI指令實現)

C. 電路中不存在錯誤(當電路出現“硬”故障或為開啟診斷功能時,IS Pin會呈現出高阻態)


而OFF狀態診斷則是通過內部的比較器,比較輸出端的電壓。與傳統智慧開關相同,這往往需要外部元器件配合,比如外接上拉電阻或下拉電阻等。它可以診斷出負載丟失以及輸出端對電池電路,具體原理可以參閱往期文章:英飛凌技術支援系列|智慧高邊開關的開路檢測

|通過SPI的診斷功能

各個通道的診斷資訊會被儲存在狀態寄存器中,並可以通過SPI讀取。BTS71040-4ESA共有3個狀態寄存器:WRNDIAG,STDDIAG和ERRDIAG寄存器。其中,錯誤旗幟,過溫,過流資訊會被儲存在WRNDIAG寄存器中。而比如之前提到的開路以及對Vs短路都會被儲存在STDDIAG中。而如果發生門閂關斷,則會被儲存在ERRDIAG寄存器中。

|通過SPI進行負載開路檢測

下面用SPOC ™+2 BTS71040-4ESA子主機板以開路診斷為例,展示所需的SPI指令並進行解讀。

表格中匯總了ON/OFF狀態下各種電路狀態對應的IS電流和寄存器資料。分析可知,在ON狀態下,檢測IS Pin,如果IIS=IIS(EN),則可以判定為開路。IIS(EN)為內部電流檢測電路工作時的漏電流,在正常工作時,IS會回饋一個與IL成正比的電流,具體原理參閱:英飛凌技術支援系列|智慧高邊開關電流標定。IIS=IIS(EN)表示,當器件開通時,電路中幾乎沒有電流通過,此時即可判定為開路。


而在OFF狀態下需要首先對輸出端配置上拉電阻,此後如果STDDIAG.SBM=0,則發生開路或者是對Vs短路。於是我們在SPOC ™+2的OUT1與Vs之間添加12K上拉電阻。


打開GUI中的SPI寄存器命令控制,添加以下命令並運行。


With load:

No load (Open load):

指令解讀:

1. 開啟通道0的診斷功能

2. 讀取OFF狀態下的STDDIAG寄存器

3. 打開通道1觀察ON狀態下的變化,並接收到STDDIAG寄存器中的資料

4. 讀取ON狀態下的STDDIAG寄存器

5. 讀取OUT0寄存器確認開關狀態,並接收到STDDIAG寄存器中的資料

6. 關閉OUT0通道,並收到之前OUT0的開關資訊


結論

診斷結果與表格中的理論值相符,在OFF狀態下通道0開路,STDDIAG.SBM為0,電路中的異常狀態被識別。與OFF狀態下連接負載實驗相對比,STDDIAG.SBM在有負載時為1。


而在ON狀態有無負載STDDIAG.SBM都為0,此時讀取IS Pin中的電流,可以通過IIS=IIS(EN)確認負載開路。


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