1 应用简报

数字输出模块中的测试脉冲是指在短时间内将高侧开关 (HSS) 强制切换到相反的电平，以验证输出的功能。如果输出状态变化较小，这对于安全应用正常运行尤其重要。如果开关正常接通（负载通电），则应用关断测试 (off-test) 脉冲。如果开关正常关断（负载断电），则应用接通测试 (on-test) 脉冲。所连接的负载不得受此测试的影响。在关断测试 (off-test) 中，必须降低 HSS 上的电压才能验证功能是否正常。需要进行反向电流阻断，以防止任何电流从负载返回到 HSS，因此，必须在测试期间使负载保持通电。在接通测试 (on-test) 中，HSS 的高输出可缩短负载电容部分的充电时间，从而验证 HSS 的功能是否正常。

实施选项

反向电流阻断可通过不同的方式实现。简单的方法是在输出端添加二极管（请参阅图 1-1，CHX）。这种方法的缺点是二极管处于导通状态时的功率耗散，这取决于通道输出电流和二极管压降。

通过使用 NMOS 和智能二极管控制器，例如 LM74700-Q1（图 1-1，CHy），可以实现功率耗散更低的解决方案。LM74700-Q1 可以自主阻断反向电流，但也具有使能引脚。由于可提供 HSS 控制信号 (HSS_ENABLE)，因此可直接控制 LM74700-Q1，从而有效地用作 NMOS 栅极驱动器。

图 1 实施选项

原理图讨论

图 1-2 显示了使用 LM74700-Q1 进行反向阻断的示例电路的原理图。用于测试的 HSS 是 TPS272C45。通过将信号 HSS_ENABLE 下拉为低电平来禁用 HSS 输出（信号 HSS_OUTPUT），从而启动关断测试 (off-test)。该信号也用于关闭 LM74700-Q1。

HSS_OUTPUT 电压节点（测试点 TP_ANODE）由比较器 TLV4041R1⁽³⁾ 监控。TLV4041R1 中集成的 1.2V 基准可减少 BOM 和布板空间。电阻分压器将比较器跳闸点设置为 12V，并在输出被禁用时为悬空节点提供接地基准。相对较低的电阻分压器有助于对阳极（HSS 输出端）的电容器放电，从而实现较短的测试脉冲。比较器的输出可以直接反馈回控制器，也可以先进行串行化以减少隔离应用中的隔离通道数量（请参阅通过数字隔离器将 SPI 转换为 GPIO 应用简报）。

图 2 LM74700-Q1 的实施原理图

测试结果

图 1-3 显示了 50Ω||100μF 负载下关断测试 (off-test) 的相关波形。波形 EN CH1 等于 HSS_ENABLE 并控制 HSS 和 LM74700-Q1 使能引脚。500μs 的测试脉冲长度足以将 HSS 输出电压（波形 LM74700 ANODE）降至 12V 以下，以使比较器跳闸（波形 COMP OUT）。采用这种输出配置，负载电压仅下降约 4V。在数字输出模块中，可以调节脉冲长度以支持多种负载。

图 3 关断测试 (off-test) 波形

图 1-4 显示了 50Ω||100μF 负载和 2A HSS 电流限值下接通测试 (on-test) 的相关波形。但是，实际电流为 4A，因为 HSS 输出电流在可选时间（此处为 22ms）内加倍，以解决容性负载⁽⁵⁾，从而有效缩短脉冲时间。对于此 HSS 负载配置，260μs 的 HSS 启用时间足以使阈值为 12V 的比较器跳闸。

如果关断测试 (off-test) 和接通测试 (on-test) 约定同样的电压阈值，则可以使用相同的比较器。请注意相对于关断测试 (off-test) 的脉冲反相。负载不应通过接通测试 (on-test) 脉冲开启。

图 4 接通测试 (on-test) 波形

其他用例

此外，如果端子上的电压在 HSS 被禁用时超过 HSS 电源电压，所提供的特性可有效阻断从输出端子进入模块的反向电流。这适用于以下情况：

通用数字 I/O 应用，可将终端软件编程为数字输入或数字输出。在数字输入配置中，如果禁用此功能，来自所连接传感器的电压可能会超过 HSS 电源电压的电压，从而使电流进入模块
例如，在接线错误的情况下，电源意外连接到输出端子。

结论

关断测试 (off-test) 和接通测试 (on-test) 是验证数字输出是否正常运行的有效方法。可通过不同的方法来实现此功能。但是，此实现方案还支持通用 I/O 模块并防止误接线。

参考文献

LM74700-Q1 产品文件夹
TPS272C45 产品文件夹
TLV4041R1 产品文件夹
德州仪器 (TI)，通过数字隔离器将 SPI 转换为 GPIO 应用简报
德州仪器 (TI)，如何驱动电阻、电感、电容和照明负载 应用报告