CN112313519A - 控制器内部电路的自验证 - Google Patents

Abstract

提供了用于测试电路操作的***和方法。方面包括一种电路，其包括电源、开关元件和负载。感测元件布置在所述开关元件与所述负载之间，并且所述感测元件通信地耦合到微控制器，其中所述微控制器被配置成执行针对所述电路的诊断操作，所述诊断操作包括：响应于操作所述开关元件，从所述感测元件获得与所述负载相关联的第一传感器数据，其中所述第一传感器数据包括与所述负载相关联的电气值；从所述感测元件获得与所述开关元件的输出相关联的第二传感器数据，其中所述第二传感器数据包括与所述开关元件的所述输出相关联的电气值；以及分析所述第一传感器数据和所述第二传感器数据以确定所述电路的故障状况。

Description

控制器内部电路的自验证

背景技术

示例性实施例涉及电路诊断领域，并且更特定地，涉及容器控制器内部电路的自验证。

运输制冷单元（TRU）是设计成在特定温度或在某个温度范围内运载易腐货物的容器。TRU能够配有用于在机柜内保持特定温度的多种制冷***。通常，控制***操作制冷***以保持机柜内的温度。这些控制***由电路元件组成，这些电路元件能随着时间的过去而出现故障。另外，在控制***的组件之间的连接能够退化或者变得断开。例如，控制***上的负载能够失去与控制***的引脚的机械连接。存在针对用于控制***的电路内的各个位置的测试过程的需求，以识别故障的原因，而不是仅仅在有故障时替换控制***。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种***。***包含电路，所述电路包括电源、开关元件和负载。感测元件布置在开关元件与负载之间，并且感测元件通信地耦合到微控制器，其中微控制器被配置成执行针对电路的诊断操作，所述诊断操作包括：响应于操作开关元件，从感测元件获得与负载相关联的第一传感器数据，其中第一传感器数据包括与负载相关联的电气值；从感测元件获得与开关元件的输出相关联的第二传感器数据，其中第二传感器数据包括与开关元件的输出相关联的电气值；以及分析第一传感器数据和第二传感器数据以确定电路的故障状况。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含：分析第一传感器数据包含将与负载相关联的电气值和用于负载的值的操作范围进行比较。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含：分析第二传感器数据包含将与开关元件的输出相关联的电气值和用于开关元件的输出的值的操作范围进行比较。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含：针对电路的诊断操作进一步包含基于以下确定，将故障状况与负载相关联：与负载相关联的电气值在用于负载的值的操作范围之外的确定；以及与开关元件的输出相关联的电气值在用于开关元件的输出的值的操作范围之内的确定。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含：感测元件是第一感测元件；并且其中***进一步包含布置在电源与感测元件之间的第二感测元件，第二感测元件通信地耦合到微控制器，其中针对电路的诊断操作进一步包含：从第二感测元件获得与电源相关联的第三传感器数据，其中第三传感器数据包含与电源相关联的电气值；以及比较与电源相关联的电气值和用于电源的值的操作范围。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含：针对电路的诊断操作进一步包含基于以下确定，将故障状况与开关元件相关联：与开关元件的输出相关联的电气值在用于开关元件的输出的值的操作范围之外的确定；以及与电源相关联的电气值在用于电源的值的操作范围之内的确定。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含：针对电路的诊断操作进一步包含基于与电源相关联的电气值在用于电源的值的操作范围之外的确定，将故障状况与电源相关联。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含：针对电路的诊断操作进一步包含基于故障状况来生成警报，以及在显示装置上显示警报。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含：感测元件包括电压感测电路。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可包含：感测元件包括电流感测电路。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可包含：感测元件包括耦合到开关元件的输出的反馈电阻器。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可以包含通信地耦合到微控制器的模数转换器。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，***的其它实施例可包含：电路是用于挂车制冷单元的控制***。

根据一个实施例，提供了一种方法。方法包括：由处理器从电路中的感测元件获得与电路上的负载相关联的第一传感器数据，其中电路包括电源和开关元件，其中响应于开关元件的操作而获得第一传感器数据，其中第一传感器数据包括与负载相关联的电气值；从感测元件获得与开关元件的输出相关联的第二传感器数据，其中第二传感器数据包括与开关元件的输出相关联的电气值；以及分析第一传感器数据和第二传感器数据以确定电路的故障状况。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，方法的其它实施例可以包含：分析第一传感器数据包含将与负载相关联的电气值和用于负载的值的操作范围进行比较，并且分析第二传感器数据包含将与开关元件的输出相关联的电气值和用于开关元件的输出的值的操作范围进行比较。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，方法的其它实施例可以包含基于以下确定，将故障状况与负载相关联：与负载相关联的电气值在用于负载的值的操作范围之外的确定；以及与开关元件的输出相关联的电气值在用于开关元件的输出的值的操作范围之内的确定。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，方法的其它实施例可以包含：从电路中的第二感测元件获得与电源相关联的第三传感器数据，其中第三传感器数据包括与电源相关联的电气值；以及将与电源相关联的电气值和用于电源的值的操作范围进行比较。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，方法的其它实施例可以包含基于以下确定，将故障状况与开关元件相关联：与开关元件的输出相关联的电气值在用于开关元件的输出的值的操作范围之外的确定；以及与电源相关联的电气值在用于电源的值的操作范围之内的确定。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，方法的其它实施例可以包含：基于与电源相关联的电气值在用于电源的值的操作范围之外的确定，将故障状况与电源相关联。

除上述特征的一个或多个外，或者作为备选方案，方法的其它实施例可以包含：基于故障状况来生成警报；以及在显示装置上显示警报。

附图说明

下面的描述不应被视为以任何方式进行限制。参照附图，相似的元件被相似地编号：

图1描绘了在示例性实施例中的运输制冷单元；

图2描绘了制冷单元的实施例的示意图；

图3描绘了根据一个或多个实施例，带有利用内部电路进行自验证的控制***的框图；以及

图4描绘了根据一个或多个实施例，用于测试电路操作的方法的流程图。

具体实施方式

现在转到与本公开的方面更具体相关的技术的概述，运输制冷单元（TRU）是设计为在特定温度或在某个温度范围内运载易腐货物的容器。诸如被用来经海洋、铁路或公路运输货品的冷藏货运卡车或冷藏牵引车挂车是卡车、挂车或货物容器，其一般限定货舱以及被修改以包含位于卡车、挂车或货物容器的一端的制冷***。制冷***通常包含压缩器、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，它们通过制冷剂管路根据众所周知的制冷剂蒸汽压缩循环被串联连接在闭合的制冷剂电路中。诸如内燃机的功率单元驱动制冷单元的压缩器，并且可以是柴油动力、天然气动力或其它类型的引擎。TRU能够配有用于在机柜内保持特定温度的多种制冷***。通常，机载控制器电路管理制冷***的操作。随着时间的过去，需要对机载控制器电路进行维护和/或测试。为检查控制器的输出的功能操作，输出状态由经培训的服务人员人工监测，经培训的服务人员将激活输出并且通过在各个测试点进行测试的电压表或电流表来监测负载状况和输出操作。这些服务测试点允许服务技术人员为控制器电路排除***失效故障。由于控制器通常具有多个输出，因此，此人工测试能够是复杂的。例如，当前制冷控制器具有29个输出。为满足对这些控制器电路的成本和空间约束，能够去除这些服务测试点。

现在转到本公开的方面的概述，本公开的一个或多个实施例通过提供用于允许控制器利用内部电流和电压感测输入执行自验证的***和方法，解决了上述问题。控制器能够利用监测控制器输出的三个内部传感器来执行自验证。控制器输出能够包含控制器上的负载的混合，诸如例如，24V A/C负载和12V D/C负载。来自电源输入和在被监测的每个输出的内部电压反馈能够和由于状态的输出更改而在输出处的预期电压更改进行比较。测量的电流消耗的内部电流传感器读数能够和用于12V DC和24V AC负载的预期电流消耗进行比较。对输出电压和电流消耗的监测允许将在控制器上执行的正确输出操作的自诊断。

如上所提及的，TRU中利用了控制器（或控制***）。图1描绘了具有冷藏挂车的示例运输制冷***50。挂车可以由牵引车52拉动。示例性挂车包含限定内部舱56的容器54。要理解的是，本文中所描述的实施例可以应用于通过铁轨或大海运送而不使用牵引车52的装运容器。安装到容器54前方的设备外壳58可以含有电源。制冷***可以电耦合到电源以接收电力。如本领域所熟知的，制冷***包含压缩器、冷凝器、膨胀阀以及一个或多个蒸发器，其限定用于循环制冷剂的制冷电路。制冷***也包含一个或多个风扇，诸如冷凝器风扇、蒸发器风扇或通风风扇。要理解的是，本文中所描述的实施例可以应用于通过铁轨、大海、空中运送的装运容器或任何其它适合的容器，由此运载工具可以是卡车、火车、船、飞机等。

图2中示出了制冷***60的实施例的示意图。制冷***60包含电源96、配有压缩器76、冷凝器78、制冷剂调节器70、蒸发器82、以及风扇74、84的制冷单元64、以及控制***86（“控制器”）。制冷单元64经配置，使得制冷剂穿过闭环路径88中的压缩器76、冷凝器78、制冷剂调节器70和蒸发器82。风扇84具有交流（“ac”）电机或直流（“dc”）电机，并且被配置成调节通过蒸发器82来自图1中内部舱56和/或在一些实施例中来自图1中内部舱56之外的空气80，并且空气80返回到图1中内部舱56。风扇74具有交流（“ac”）电机或直流（“dc”）电机，并且被配置成通过冷凝器78将空气90移至外部以便将热量排出制冷***。电源96适于供应功率到制冷单元64的组件中的一个或多个（例如，压缩器76、制冷剂调节器70、风扇84、风扇74、控制器98等）。

控制器电路86包含处理器98，处理器98适于接收来自位于内部舱和/或制冷单元64内的一个或多个传感器40的、指示内部舱内的环境参数（例如，温度、压力、湿度等）的一个或多个反馈信号和/或指示制冷单元64的操作参数的反馈信号。处理器98进一步适于基于反馈信号、算法或其某一组合，使用与制冷单元64保持通信的致动器92（例如，开关、阀、中继、三端双向可控硅开关元件、FET、晶体管及其它功率开关装置）来选择性地保持或更改制冷单元64的操作模式。例如，在内部舱内感测到的温度值可以提示控制器86使非操作的制冷单元64加入以供应冷却空气到内部舱，或者它可以提示控制器86让操作的制冷单元64脱离。类似地，与制冷单元64相关联的操作参数值可以提示控制器86使休眠的制冷单元64加入，或者让操作的制冷单元64脱离。应注意的是，处理器98的功能性可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现。

图3描绘了根据一个或多个实施例，带有利用内部电路进行自验证的控制***的框图。控制***300包含处理器302和模数转换器（ADC）304。微控制器302被配置成操作一个或多个功率开关306a、306b。控制***200包含一个或多个电源310、312和一个或多个负载350、352。负载350、352例如能够是图2的制冷单元64中的元件中的任何元件。电源310、312能够是交流（AC）电源或直流（DC）电源。电源310、312能够连接到开关元件306a、306b，开关元件306a、306b被连接到电源310（高侧功率开关元件）或接地（低侧功率开关元件）。在一个或多个实施例中，控制***300能够是用于如图2中所描述的制冷单元64的控制器86。

在一个或多个实施例中，来自电源310、312的功率输入能够由ADC 304监测，以便处理器302能够检测到负载功率的存在或可用性。使用到ADC 304中的输入，电阻器322和电阻器324能够监测电源310，并且电阻器326和电阻器328能够监测电源312。ADC 304的输出在被路由到处理器302前能够通过复用器（MUX）。处理器302能够分析ADC 304输出以确定被监测的电压或电流是否在用于电路的正常操作范围内，以确定是否存在与控制***300有关的潜在问题。在一个或多个实施例中，参考电压（VREF1）能够提供用于AC功率信号的DC偏移以确保完整的AC信号能够被ADC 304读取。电流传感器320被用来监测去往功率输出的负载电流。电流传感器320能够是AC或DC电流传感器。

在一个或多个实施例中，开关元件306a、306b由处理器302控制，处理器302能够既对于控制***300的正常操作又或在***的诊断测试期间按照需要来单独或协调控制每个元件。通过第一反馈电阻器332，能够反馈第一开关元件306a的输出，第一反馈电阻器332通过输入通道连接到ADC 304。通过连接到ADC 304的第二反馈电阻器334，能够反馈第二开关元件306b的输出。对于任何其它开关元件，能够利用另外的反馈电阻器336。在一个或多个实施例中，可以将求和结偏置参考电压（VREF2）以允许在未削波的情况下监测AC信号。开关元件306a、306b输出可具有上拉电阻器334或下拉电阻器342以通过避免由于潜在泄漏电流造成的浮动输出或误差，确保来自在断开（OFF）状态的开关元件306a、306b的模拟信号遵循预期的状态。在一个或多个实施例中，反馈电阻器332、334、336能够比负载350、352大得多，使得反馈不会给开关元件306a、306b增加任何显著的载荷。此外，能够针对分辨率或范围来优化对公共电压反馈节点（例如，求和电阻器）338的反馈电阻器332、334、336电阻比。用于所有输出的公共电压反馈节点338被用来感测表示一个或多个输出的输出状态中的更改的电压中的更改。用于所有输出的单个电压反馈节点338的益处是降低了尺寸和复杂性，允许通过最小量的组件和ADC资源（1个ADC通道）来监测所有输出。

在一个或多个实施例中，处理器302能够被用来执行诊断操作以识别***300的电路内的故障状况。这通过使用ADC 304监测电压和电流值来执行。如果检测到与控制***300有关的问题，则能够自动启动诊断操作，消除了对技术人员人工排除故障的需要。在诊断操作期间，处理器302能够从存储器访问用于不同负载350、352和电源310、312的值的已知操作范围。例如，每个负载350、352的标称电流消耗能够存储在被处理器302所访问的存储器中。

在一个或多个实施例中，处理器302能够通过读取监测电源310、312的对应ADC304通道，来验证电源存在并且位于值的操作范围内。处理器302能够操作开关元件306a、306b以开启输出负载350、352中的一个或多个。处理器302能够验证负载电流和/或负载电压中的更改，并且将这些值与用于特定负载的操作范围进行比较。如果负载电流和/或负载电压中的更改不是预期值，则处理器302随后能够验证开关元件是否在更改状态。如果开关元件306a、306b在值的预期范围内操作，并且负载电流/电压不在值的预期范围内，则负载350可能是与控制***300有关的问题的原因。一些示例负载问题包含导线或引脚未从控制器正确连接到负载，或者存在负载的故障组件（例如，制冷单元中的坏压缩器等）。如果负载电流/电压值在值的预期范围内，但在开关元件306a、306b的输出没有电压，则开关元件可能是与***300有关的问题的原因。然而，为确认开关元件是问题的可能原因，处理器302监测电源以确定电源310、312是否具有在用于电源的值的预期范围内的电压值。如果电源310、312具有在预期范围内的电压值，并且负载具有在预期范围内的电压/电流值，则开关元件306a、306b是问题的原因并且将需要被替换。例如，控制***通常通过使用接触器来控制制冷***负载，所述接触器被额定有比在制冷控制板上的更小功率开关装置更高的电流和/或电压。例如，在容器***中，控制***将开启24V AC输出（三端双向可控硅开关元件/中继），所述24V AC输出进而将为连接460V AC功率到压缩器的高电压接触器供给能量。实施例参照了在控制***中的诊断，其将测量从内部中继/三端双向可控硅开关元件应用于高电压接触器线圈的24V AC电压/电流，但穿过接触器触点的460V AC电压或电流未被直接监测。存在单独的可操作外部电压和电流步降变压器，其可以被用来监测初级电压和电流信号。本文中的一个或多个实施例涉及监测控制***的内部功率控制装置而非外部功率装置的操作。

在一个或多个实施例中，处理器302能够基于监测用于电源、开关元件和负载的电压/电流值来生成警报。此警报能够被显示在连接到***300并且由技术人员访问的显示装置上。在一些实施例中，警报能够经由网络传送到装置以便向用户显示。

图4描绘了根据一个或多个实施例，用于测试电路操作的方法的流程图。如框402中所示，方法400包含处理器从电路中的感测元件获得与电路上的负载相关联的第一传感器数据，其中电路包括电源和开关元件，其中响应于开关元件的操作而获得第一传感器数据，其中第一传感器数据包括与负载相关联的电气值。在框404，方法400包含从感测元件获得与开关元件的输出相关联的第二传感器数据，其中第二传感器数据包括与开关元件的输出相关联的电气值。而且在框406，方法400包含比较第一传感器数据和第二传感器数据以确定电路是否存在故障状况。

另外的过程也可被包含在内。应理解的是，图4中描绘的过程表示说明，并且其它过程可被添加，或者现有过程可被移除、修改或重新布置而不脱离本公开的范围和精神。

本文中参照附图，作为说明且不是限制地呈现了公开的设备的一个或多个实施例的详细描述。

用语“大约”意图包含与基于在提交本申请时可用的设备的具体量的测量关联的误差度。例如，“大约”能够包含给定值的± 8%或5%或2%的范围。

本文中使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，并且无意于限制本公开。在本文使用时，除非上下文另有明确指示，否则，单数形式“一（a/an）”、和“该”也意在包含复数形式。将进一步理解的是，用语“包括（comprise和/或comprising）”在本说明书中使用时指定存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其的群组。

尽管本公开已参考一个或多个示范实施例被描述，但本领域技术人员将理解，可以进行各种更改，并且可以用等效物替代其的元件而不背离本公开的范围。另外，在不背离其本质范围的情况下，可进行许多修改以使具体情况或材料适应于本公开的教导。因此，本公开无意被限于作为预想用于执行本公开的最佳模式而公开的具体实施例，而是本公开将包含落在权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于测试电路操作的***，所述***包括：

电路，所述电路包括电源、开关元件和负载；

布置在所述开关元件与所述负载之间的感测元件，所述感测元件通信地耦合到微控制器，其中所述微控制器被配置成执行针对所述电路的诊断操作，所述诊断操作包括：

响应于操作所述开关元件，从所述感测元件获得与所述负载相关联的第一传感器数据，其中所述第一传感器数据包括与所述负载相关联的电气值；

从所述感测元件获得与所述开关元件的输出相关联的第二传感器数据，其中所述第二传感器数据包括与所述开关元件的所述输出相关联的电气值；以及

分析所述第一传感器数据和所述第二传感器数据以确定所述电路的故障状况。

2.根据权利要求1所述的***，其中分析所述第一传感器数据包括：

将与所述负载相关联的所述电气值和用于所述负载的值的操作范围进行比较。

3.根据权利要求2所述的***，其中分析所述第二传感器数据包括：

将与所述开关元件的所述输出相关联的所述电气值和用于所述开关元件的所述输出的值的操作范围进行比较。

4.根据权利要求3所述的***，其中针对所述电路的所述诊断操作进一步包括：

基于以下确定，将所述故障状况与所述负载相关联：

与所述负载相关联的所述电气值在用于所述负载的值的所述操作范围之外的确定；以及

与所述开关元件的所述输出相关联的所述电气值在用于所述开关元件的所述输出的值的所述操作范围之内的确定。

5.根据权利要求3所述的***，其中所述感测元件是第一感测元件；并且其中所述***进一步包括：

布置在所述电源与所述开关元件之间的第二感测元件，所述第二感测元件通信地耦合到所述微控制器，其中针对所述电路的所述诊断操作进一步包括：

从所述第二感测元件获得与所述电源相关联的第三传感器数据，其中所述第三传感器数据包括与所述电源相关联的电气值；以及

将与所述电源相关联的所述电气值和用于所述电源的值的操作范围进行比较。

6.根据权利要求5所述的***，其中针对所述电路的所述诊断操作进一步包括：

基于以下确定，将所述故障状况与所述开关元件相关联：

与所述开关元件的所述输出相关联的所述电气值在用于所述开关元件的所述输出的值的所述操作范围之外的确定；以及

与所述电源相关联的所述电气值在用于所述电源的值的所述操作范围之内的确定。

7.根据权利要求5所述的***，其中针对所述电路的所述诊断操作进一步包括：

基于与所述电源相关联的所述电气值在用于所述电源的值的所述操作范围之外的确定，将所述故障状况与所述电源相关联。

8.根据权利要求1所述的***，其中针对所述电路的所述诊断操作进一步包括：

基于所述故障状况来生成警报；以及

在显示装置上显示所述警报。

9.根据权利要求1所述的***，其中所述感测元件包括电压感测电路。

10.根据权利要求1所述的***，其中所述感测元件包括电流感测电路。

11.根据权利要求1所述的***，其中所述感测元件包括耦合到所述开关元件的所述输出的反馈电阻器。

12.根据权利要求1所述的***，进一步包括通信地耦合到所述微控制器的模数转换器。

13.根据权利要求1所述的***，其中所述电路是用于挂车制冷单元的控制***。

14.一种用于测试电路操作的方法，所述方法包括：

由处理器从电路中的感测元件获得与所述电路上的负载相关联的第一传感器数据，其中所述电路包括电源和开关元件；

其中响应于所述开关元件的操作而获得所述第一传感器数据；

其中所述第一传感器数据包括与所述负载相关联的电气值；

从所述感测元件获得与所述开关元件的输出相关联的第二传感器数据，其中所述第二传感器数据包括与所述开关元件的所述输出相关联的电气值；以及

分析所述第一传感器数据和所述第二传感器数据以确定所述电路的故障状况。

15.根据权利要求14所述的方法，其中分析所述第一传感器数据包括将与所述负载相关联的所述电气值和用于所述负载的值的操作范围进行比较；以及

其中分析所述第二传感器数据包括将与所述开关元件的所述输出相关联的所述电气值和用于所述开关元件的所述输出的值的操作范围进行比较。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

基于以下确定，将所述故障状况与所述负载相关联：

与所述负载相关联的所述电气值在用于所述负载的值的所述操作范围之外的确定；以及

与所述开关元件的所述输出相关联的所述电气值在用于所述开关元件的所述输出的值的所述操作范围之内的确定。

17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

从所述电路中的第二感测元件获得与所述电源相关联的第三传感器数据，其中所述第三传感器数据包括与所述电源相关联的电气值；以及

比较与所述电源相关联的所述电气值和用于所述电源的值的操作范围。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

基于以下确定，将所述故障状况与所述开关元件相关联：

与所述开关元件的所述输出相关联的所述电气值在用于所述开关元件的所述输出的值的所述操作范围之外的确定；以及

与所述电源相关联的所述电气值在用于所述电源的值的所述操作范围之内的确定。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

基于与所述电源相关联的所述电气值在用于所述电源的值的所述操作范围之外的确定，将所述故障状况与所述电源相关联。

20.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

基于所述故障状况来生成警报；以及

在显示装置上显示所述警报。

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