車載控制單元電源防反接及掉電后處理電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車載控制單元電源防反接及掉電后處理電路，屬于車輛電子控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過一對對稱安裝的PMOSFET實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的防反接以及可控接通與關(guān)斷；通過一對三極管開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的掉電檢測以及掉電后處理；通過一對串聯(lián)安裝的TVS管實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的浪涌抑制。通過上述處理與實(shí)踐證明，該電路可以很好地實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的反接保護(hù)、浪涌抑制以及掉電后處理，提升了電源系統(tǒng)的可靠性以及可維修性。
【專利說明】
車載控制單元電源防反接及掉電后處理電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及車輛電子控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車載控制單元電源防反接及掉電后處理電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著車輛電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的車載控制單元被應(yīng)用于車輛上來輔助車輛各種任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，例如動(dòng)力傳動(dòng)控制、車輛底盤控制以及車身電子控制等，因此車載控制單元在整車可靠性中起著至關(guān)重要的作用。為了提升車載控制單元的可靠性，首要任務(wù)就是提升其電源功能的健壯性，由于車輛電網(wǎng)特性復(fù)雜多變、車輛負(fù)載特性各異，車輛電網(wǎng)難以避免地存在尖峰、浪涌、反接等各種狀況，這就對車載控制單元的電源系統(tǒng)可靠性提出了更高的要求。
[0003]傳統(tǒng)的車載控制單元電源電路往往使用二極管的單向?qū)щ娦赃M(jìn)行電源系統(tǒng)的防反接保護(hù)。由于二極管本身熱阻大、導(dǎo)通電壓較高、封裝較小等原因，所以電源系統(tǒng)的功率受到了一定的限制；同時(shí)二極管無法控制其導(dǎo)通及關(guān)斷時(shí)刻，屬于被動(dòng)形式，不利于電源系統(tǒng)的主動(dòng)控制。
[0004]另外，傳統(tǒng)的車載控制單元在車輛鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)到OFF檔時(shí)，控制單元會(huì)立刻斷電，導(dǎo)致控制單元的功能馬上失效，無法進(jìn)行有效的動(dòng)作保護(hù)，比如掉電前關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、相關(guān)負(fù)載無法回到起始工作位置等，不利于車輛的維護(hù)保養(yǎng)。
[0005]為解決上述問題，同時(shí)能夠提升車載控制單元電源系統(tǒng)的可靠性及可維修性，需要設(shè)計(jì)一種新的車載控制單元的電源防反接以及掉電后處理電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何設(shè)計(jì)一種新的車載控制單元的電源防反接以及掉電后處理電路，以更好地實(shí)現(xiàn)對車載控制單元電源系統(tǒng)的反接保護(hù)、浪涌抑制以及掉電后處理，提升車載控制單元電源系統(tǒng)的可靠性以及可維修性。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種車載控制單元電源防反接及掉電后處理電路，包括防反接模塊、浪涌抑制模塊、控制及掉電后處理模塊，以及信號隔離模塊四個(gè)豐旲塊;
[0010]所述浪涌抑制模塊用于實(shí)現(xiàn)對車載控制單元電源浪涌的抑制與泄放；
[0011]所述防反接模塊用于實(shí)現(xiàn)電路的防反接功能以及對車載控制單元電源輸出進(jìn)行有效地控制；
[0012]所述控制及掉電后處理模塊用于實(shí)現(xiàn)車載控制單元電源的供電正常輸出以及在外部MCU的控制下實(shí)現(xiàn)掉電后處理；
[0013]所述信號隔離模塊用于實(shí)現(xiàn)車載控制單元電源輸入端與MCU之間的地隔離。
[0014]優(yōu)選地，所述浪涌抑制模塊包括串聯(lián)的TVS管D1、D3;
[0015]所述防反接模塊包括防反接PMOS管Ql和后級電路開關(guān)PMOS管Q2，車載控制單元電源從Ql漏極輸入、從Ql源極輸出，從Q2源極輸入、從Q2漏極輸出，Ql源極接Dl的負(fù)極和Q2的源極，Ql的柵極接Q2的柵極；
[0016]所述控制及掉電后處理模塊包括主三極管開關(guān)Q3以及掉電后處理三極管開關(guān)Q4，Q3的基極接點(diǎn)火開關(guān)IGN信號，Q3、Q4的集電極連接并輸出防反接模塊的柵極控制信號Psignal到Q1、Q2的柵極，點(diǎn)火開關(guān)IGN信號和Q4的基極接信號隔離模塊的一端，信號隔離模塊的另一端接MCU，掉電后處理信號AfterRun信號以及IGN信號經(jīng)過信號隔離模塊實(shí)現(xiàn)與MCU的隔離;首先主三極管開關(guān)Q3用于實(shí)現(xiàn)車載控制單元電源正常上電時(shí)的工況，通過采集點(diǎn)火開關(guān)IGN信號，打開主三極管開關(guān)Q3，從而輸出防反接模塊的柵極控制信號Psignal，實(shí)現(xiàn)了車載控制單元電源的供電正常輸出；其次點(diǎn)火信號IGN通過信號隔離模塊輸入到M⑶中，MCU通過對點(diǎn)火信號IGN的識(shí)別來判斷車載控制單元電源的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)到ON檔時(shí)，M⑶識(shí)別此信號并通過信號隔離模塊輸出AfterRun信號給掉電后處理三極管開關(guān)Q4，掉電后處理三極管開關(guān)Q4打開并和主三極管開關(guān)Q3共同控制柵極控制信號Psignal;最后當(dāng)鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)到OFF檔時(shí)，主三極管開關(guān)Q3關(guān)閉，MCU識(shí)別此斷電模式并根據(jù)任務(wù)需求通過信號隔離模塊維持一定時(shí)間的掉電后處理信號AfterRun，待MCU完成掉電前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、相關(guān)控制輸出復(fù)位后，MCU關(guān)閉AfterRun信號，掉電后處理三極管開關(guān)Q4關(guān)閉，整個(gè)電路切斷輸出，完成電源斷電過程。
[0017](三)有益效果
[0018]本發(fā)明通過一對對稱安裝的PM0SFET實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的防反接以及可控接通與關(guān)斷;通過一對三極管開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的掉電檢測以及掉電后處理;通過一對串聯(lián)安裝的TVS管實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的浪涌抑制。通過上述處理與實(shí)踐證明，該電路可以很好地實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的反接保護(hù)、浪涌抑制以及掉電后處理，提升了電源系統(tǒng)的可靠性以及可維修性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電路中各模塊工作原理框圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的電原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種車載控制單元(ECU)電源防反接及掉電后處理電路，包括防反接模塊、浪涌抑制模塊、控制及掉電后處理模塊，以及信號隔離模塊四個(gè)模塊。虛線框表示的后級電源電路和MCU不屬于該電路的一部分。
[0023]浪涌抑制模塊主要實(shí)現(xiàn)對控制單元電源浪涌的抑制與泄放功能，根據(jù)民用車輛標(biāo)準(zhǔn)IS07637對電源系統(tǒng)的要求，本發(fā)明采用兩個(gè)TVS管SM8S16A串聯(lián)的方式進(jìn)行浪涌抑制，單個(gè)SM8S16A峰值吸收功率6.6KW，能夠承受120V，20A，300ms的脈沖沖擊。采用串聯(lián)的方式，極大地提高了對瞬態(tài)浪涌電流的泄放能力以及TVS承受過電壓的時(shí)間。
[0024]防反接模塊主要由防反接PMOS管和后級電路開關(guān)PMOS管組成，兩個(gè)管子都選擇了NEC公司的NP50P06KDG型號。該功率管導(dǎo)通阻抗只有17πιΩ，額定電流可以達(dá)到50Α，因此電流通行能力比傳統(tǒng)的二極管要大得多；另外兩個(gè)PMOS功率管對稱安裝，即防反接管是電源從漏極輸入、源極輸出，后級電路開關(guān)管是電源從源極輸入、漏極輸出，這樣設(shè)計(jì)就保證了當(dāng)電源反接時(shí)，電流不會(huì)借助PMOS管本身的體位二極管流向輸入端以及后級電源電路，從而即可靠地實(shí)現(xiàn)了電路的防反接功能又可以對電源輸出進(jìn)行有效地控制。
[0025]控制及掉電后處理模塊主要由主三極管開關(guān)以及掉電后處理三極管開關(guān)組成，兩個(gè)管子的型號都選擇了安森美公司的BC846ALT1G型號。首先主三極管開關(guān)主要負(fù)責(zé)電源正常上電時(shí)的工況，通過采集點(diǎn)火開關(guān)IGN信號，打開主三極管開關(guān)，從而輸出防反接模塊的柵極控制信號Psignal，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電源系統(tǒng)的供電正常輸出；其次點(diǎn)火信號IGN通過信號隔離模塊輸入到MCU控制系統(tǒng)中，MCU通過對該信號的識(shí)別來判斷電源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)車輛鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)到ON檔時(shí)，M⑶識(shí)別此信號并通過信號隔離模塊輸出AfterRun信號給掉電后處理三極管開關(guān)，此掉電后處理三極管開關(guān)打開并和主三極管開關(guān)共同控制柵極控制信號Psignal;最后當(dāng)鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)到OFF檔時(shí)，主三極管開關(guān)關(guān)閉，MCU識(shí)別此斷電模式并根據(jù)實(shí)際任務(wù)需求通過信號隔離模塊維持一定時(shí)間的掉電后處理信號AfterRun，待M⑶完成掉電前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、相關(guān)控制輸出復(fù)位后，MCU關(guān)閉AfterRun信號，掉電后處理三極管開關(guān)關(guān)閉，整個(gè)電路切斷輸出，完成電源斷電過程。
[0026]信號隔離模塊主要實(shí)現(xiàn)車載控制電源輸入處理端與微控制器控制處理部分的地隔離，采用TI公司的磁隔離芯片IS07240CF來實(shí)現(xiàn)，主要隔離的信號有點(diǎn)火開關(guān)信號IGN以及掉電后處理信號Af terRun。
[0027 ] 如圖2所示，VBAT為電源輸入端，VBAT_PR為電源輸出端，接圖1中的后級電源電路，圖中AFTER_RUN、IGN_Samp I e接外部MCU。Q1、Q2及其附屬電路(Cl是QI的附屬電路元件，C2?C4是Q2的附屬電路元件，D2、R1是二者共用的附屬電路元件)構(gòu)成防反接模塊，Ql為防反接PM0SFET，Q2為后級電路開關(guān)PM0SFET;D1、D3構(gòu)成浪涌抑制模塊;Q3、Q4及其附屬電路(Q3左側(cè)的電路為其附屬電路，Q4的附屬電路元件包括R10、R4)構(gòu)成控制及掉電后處理模塊，Q3為主三極管開關(guān)，Q4掉電后處理三極管開關(guān);Ul及其附屬電路(附屬電路元件包括C5、C6、R5、R6)構(gòu)成信號隔離模塊，AfterRun信號以及IGN信號經(jīng)過信號隔離模塊實(shí)現(xiàn)與微控制單元MCU的隔離。
[0028]當(dāng)電源系統(tǒng)正常工作時(shí)，IGN信號有效，Q3首先打開，此時(shí)Ql和Q2柵源電壓Vgs= -12V(即柵極控制信號Psignal)，確保Ql和Q2的可靠導(dǎo)通，VBAT_PR獲得穩(wěn)定的輸出電壓給后級電源電路供電；微控制器MCU通過信號隔離芯片Ul獲取IGN信號，輸出AfterRun信號給Q4，Q4隨后被打開，與Q3同時(shí)確保Ql與Q2的可靠導(dǎo)通。
[0029]當(dāng)電源系統(tǒng)斷電時(shí)，IGN信號關(guān)閉，Q3被關(guān)斷，Q4確保為Ql和Q2提供穩(wěn)定的柵源電壓，保證Ql和Q2仍然導(dǎo)通;微控制器通MCU過信號隔離芯片Ul獲取IGN信號關(guān)閉，起動(dòng)斷電管理邏輯，完成掉電前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、相關(guān)控制輸出復(fù)位等工作后，輸出AfterRun信號給Q4，Q4隨后被關(guān)閉，整個(gè)系統(tǒng)可靠斷電。
[0030]當(dāng)電源系統(tǒng)反接時(shí)，Ql和Q2關(guān)閉，反接電源無法通過Ql進(jìn)入到電源前級，同時(shí)反接電源也無法通過Q2進(jìn)入后級電源電路，整個(gè)電路系統(tǒng)得到了很好的保護(hù)，避免了電源反接所造成的損害。
[0031]本發(fā)明的電路經(jīng)過了項(xiàng)目臺(tái)架聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明其能夠滿足車輛的使用要求。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車載控制單元電源防反接及掉電后處理電路，其特征在于，包括防反接模塊、浪涌抑制模塊、控制及掉電后處理模塊，以及信號隔離模塊四個(gè)模塊； 所述浪涌抑制模塊用于實(shí)現(xiàn)對車載控制單元電源浪涌的抑制與泄放； 所述防反接模塊用于實(shí)現(xiàn)電路的防反接功能以及對車載控制單元電源輸出進(jìn)行有效地控制； 所述控制及掉電后處理模塊用于實(shí)現(xiàn)車載控制單元電源的供電正常輸出以及在外部微控制器MCU的控制下實(shí)現(xiàn)掉電后處理； 所述信號隔離模塊用于實(shí)現(xiàn)車載控制單元電源輸入端與MCU之間的地隔離。2.如權(quán)利要求1所述的車載控制單元電源防反接及掉電后處理電路，其特征在于，所述浪涌抑制模塊包括串聯(lián)的TVS管Dl、D3; 所述防反接模塊包括防反接PMOS管Ql和后級電路開關(guān)PMOS管Q2，車載控制單元電源從QI漏極輸入、從QI源極輸出，從Q2源極輸入、從Q2漏極輸出，QI源極接DI的負(fù)極和Q2的源極，Ql的柵極接Q2的柵極； 所述控制及掉電后處理模塊包括主三極管開關(guān)Q3以及掉電后處理三極管開關(guān)Q4，Q3的基極接點(diǎn)火開關(guān)IGN信號，Q3、Q4的集電極連接并輸出防反接模塊的柵極控制信號Ps i gna I至|JQ1、Q2的柵極，點(diǎn)火開關(guān)IGN信號和Q4的基極接信號隔離模塊的一端，信號隔離模塊的另一端接MCU，掉電后處理信號AfterRun信號以及IGN信號經(jīng)過信號隔離模塊實(shí)現(xiàn)與MCU的隔離;首先主三極管開關(guān)Q3用于實(shí)現(xiàn)車載控制單元電源正常上電時(shí)的工況，通過采集點(diǎn)火開關(guān)IGN信號，打開主三極管開關(guān)Q3，從而輸出防反接模塊的柵極控制信號Psignal，實(shí)現(xiàn)了車載控制單元電源的供電正常輸出；其次點(diǎn)火信號IGN通過信號隔離模塊輸入到M⑶中，MCU通過對點(diǎn)火信號IGN的識(shí)別來判斷車載控制單元電源的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)到ON檔時(shí)，MCU識(shí)別此信號并通過信號隔離模塊輸出AfterRun信號給掉電后處理三極管開關(guān)Q4，掉電后處理三極管開關(guān)Q4打開并和主三極管開關(guān)Q3共同控制柵極控制信號Psignal;最后當(dāng)鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)到OFF檔時(shí)，主三極管開關(guān)Q3關(guān)閉，MCU識(shí)別此斷電模式并根據(jù)任務(wù)需求通過信號隔離模塊維持一定時(shí)間的掉電后處理信號AfterRun，待MCU完成掉電前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、相關(guān)控制輸出復(fù)位后，M⑶關(guān)閉AfterRun信號，掉電后處理三極管開關(guān)Q4關(guān)閉，整個(gè)電路切斷輸出，完成電源斷電過程。
【文檔編號】B60R16/023GK105857215SQ201610251796
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】李艷明, 高峰, 倪永亮, 李申, 王道燦, 蔣任君, 王美靖, 紀(jì)超, 喬風(fēng)普
【申請人】中國北方車輛研究所