CN101272048A - 车载智能继电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车载智能继电器，属于汽车电子控制技术领域，该继电器由控制器外电路和控制器组成，该控制器外电路与控制器电路通过控制器的内部接口连接；所述控制器外电路由依次连接的输入接线柱A、电流传感器、电磁继电器C、输出接线柱B所组成；所述控制器由电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路、触点诊断电路、微处理单元、总线通讯模块，以及与控制器外电路相连的内部接口和与总线相连的总线接口组成；本发明用于应用总线技术汽车的功率供电通断控制，并对功率供电的故障状态实现监测，对过流保护实现优化控制，同时对电磁继电器本身进行故障诊断。具有结构简单、安装方便、实用性高的特点。
Description
技术领域
本发明属于汽车电子控制技术领域，特别涉及用于汽车电气系统的电器功率供电控制的车载智能继电器。
背景技术
随着汽车电子电气技术的发展，汽车上的电气设备越来越多，这在带来乘坐舒适性的同时，也大大增加了用电功率的要求，汽车电气系统中对继电器的使用也越来越广泛。
现有汽车电气系统中，电磁继电器的次级线圈与开关串联，开关控制继电器次级线圈的功率电通断，从而实现对继电器所控制通路的功率电通断控制；电磁继电器与熔断保险丝串联，当发生过流或短路时，熔断保险丝发热并延时断开，实现过流短路保护。这种控制方式简单，但是无法对继电器所控电路电流进行监测，无法实现对过流故障的优化控制，保险丝熔断后需要更换，给用户造成不便。同时，现有的电磁继电器对功率通断控制方式，无法实现对继电器本身的故障诊断。
目前市场上出现了应用总线技术的汽车，这种汽车为车载智能继电器的设计和应用提供了必要条件。
发明内容
本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提出一种车载智能继电器，用于应用总线技术汽车的功率供电通断控制，并对功率供电的故障状态实现监测，对过流保护实现优化控制，同时对电磁继电器本身进行故障诊断。具有结构简单、安装方便、实用性高的特点。
本发明提出的车载智能继电器，其特征在于，该继电器由控制器外电路和控制器组成，该控制器外电路与控制器电路通过控制器的内部接口连接；所述控制器外电路由依次连接的输入接线柱A、电流传感器、电磁继电器C、输出接线柱B所组成；其中，输入接线柱A为功率电输入，输出接线柱B为可控电输出，电磁继电器C的触头分别接输入接线柱A和输出接线柱B，电流传感器连接在输入接线柱A和电磁继电器C之间；该输入接线柱A、输出接线柱B、电磁继电器C和电流传感器均与内部接口相连；
所述控制器由电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路、触点诊断电路、微处理单元、总线通讯模块，以及与控制器外电路相连的内部接口和与总线相连的总线接口组成；其中，电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路依次连接；微处理单元分别与电流传感信号处理电路、协调保护电路、触点诊断电路、总线通讯模块连接；电流传感信号处理电路、继电器驱动电路、触点诊断电路均与内部接口相连，总线通讯模块与总线接口相连。
本发明的特点及有益效果：
本发明设计一种车载智能继电器，对传统的电磁继电器加装电流传感器与电控单元，实现对电路通断的故障诊断与优化控制，并对据继电器自身实现故障诊断。
本发明可对车用蓄电池的状态进行监测，包括蓄电池电压、电流、以及工作环境温度信息，同时对蓄电池的剩余电量进行估计，实现对电池低电量的报警和相应的保护措施，防止蓄电池过度放电。
本发明取消了可控功率供电线上熔断保险丝的使用，采用车载智能继电器对功率供电线实现电流监测，准确判断电流短路与过流程度，并进行优化控制。当发生小强度过流故障时，智能继电器能够发出过流报警信号，并延时断开功率供电。当发生强过流或短路故障时，智能继电器能够迅速切断功率供电。当故障排除后，智能继电器可以恢复正常工作，实现故障后的自恢复，避免了传统过流故障后更换熔断保险丝的麻烦。此外，智能继电器能够对电磁继电器自身实现故障自诊断，发现故障及时报警，也提高了继电器的可靠性和安全性。
本发明的车载智能继电器可以应用CAN协议、LIN协议等各种车载网络协议来实现其通讯功能。
附图说明
图1为本发明的车载智能继电器结构图；
图2为本发明的电流传感信号处理电路原理图；
图3为本发明的协调保护电路原理图；
图4为本发明的继电器驱动电路原理图；
图5为本发明的触点诊断电路原理图。
具体实施方式
本发明提出的车载智能电源管理系统结合附图及实施例详细说明如下：
本发明的车载智能继电器，其结构如图1所示，由控制器外电路I和控制器II组成，控制器外电路I与控制器II电路通过控制器II的内部接口连接。
控制器外电路I由依次连接的输入接线柱A、电流传感器、电磁继电器C、输出接线柱B所组成。
控制器外电路I中，输入接线柱A为功率电输入，输出接线柱B为可控电输出，电磁继电器C的触头分别接输入接线柱A和输出接线柱B，在输入接线柱A和电磁继电器C之间安装有电流传感器；输入接线柱A、输出接线柱B、电磁继电器C和电流传感器均与内部接口相连。
本实施例的电流传感器选用霍尔电流传感器，也可以选择其它形式的电流传感器；本实施例的电磁继电器选用的是SG-5型号和JQ204型号汽车继电器。
控制器II由电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路、触点诊断电路、微处理单元、总线通讯模块，以及与控制器外电路I相连的内部接口和与总线相连的总线接口组成；其中，电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路依次连接；微处理单元分别与电流传感信号处理电路、协调保护电路、触点诊断电路、总线通讯模块连接；电流传感信号处理电路、继电器驱动电路、触点诊断电路均与内部接口相连，总线通讯模块与总线接口相连。
控制器II中，电流传感器输出传感信号SC给控制器II进行处理；电磁继电器受控制器II输出的PR信号控制通断；从控制器外电路I输入接线柱A和输出接线柱B分别引出电压信号UIN、UOUT，送入控制器II进行处理；控制器II通过总线通讯模块与通讯总线连接，实现与车身网络的通讯。
本发明的电流传感信号处理电路实施例如图2所示，其作用是对电流传感信号Sc进行处理，输出电压信号Uc至微处理单元进行AD采样。该电流传感信号处理电路包括：运算放大器U1A，电阻R1、R2、Rv1、Rv2，电容C1以及稳压二极管D1；其中，Rv1、Rv2串联构成分压电路部分；R1、C1串联构成阻容滤波电路部分；U1A构成跟随器部分；R2、D1连接构成限压、限流电路部分。这四部分电路顺次连接。本发明的一个实施例中，运放U1选用芯片LM258实现其功能，稳压二极管D1选用其纳二极管实现其功能。
本发明的协调保护电路实施例如图3所示，其作用是监测强过流状态的发生，并协调微处理单元对继电器的控制命令实现协调控制。该协调保护电路包括：比较器U2A，与非门U3A、U3B、U3D，光电隔离器U4，以及电阻R3～R7。其中，比较器U2A与电阻R3、R4、R5构成比较电路部分，比较Uc与UO的大小；与非门U3A、U3B构成RS触发器部分；与非门U3D构成反相器部分；光电隔离器U4与电阻R6、R7构成受控输出电路部分；这四个部分的连接关系为：RS触发器部分与比较电路部分、反相器部分、受控输出电路部分分别连接。本实施例中，比较器U1选用芯片LM293实现其功能；与非门U3选用芯片74HC00实现其功能；光电隔离器U4选用芯片TLP521-1实现其功能。
该协调保护电路的工作状态如表1所示。
表1协调保护电路状态表
| 工作状态 | Pctrl | Pstatus | Dctrl |
| 系统上电 | 1 | 1 | 悬空 |
| 控制闭合 | 0 | 1 | 拉地 |
| 控制断开 | 1 | 1 | 悬空 |
| 强过流 | 0 | 0 | 悬空 |
| 强过流后瞬间 | 0 | 0 | 悬空 |
| 强过流后保持 | 1 | 1 | 悬空 |
本发明的继电器驱动电路实施例如图4所示，其作用是实现对继电器通断的控制。该继电器驱动电路包括：Mosfet开关芯片U5、泻放二极管D2、电阻R8；其中，泻放二极管U5与Mosfet开关芯片U5的漏极连接；电阻R8连接Mosfet开关芯片的源极与基极。本发明的一个实施实例中，Mosfet开关芯片U5选用IRF9Z34实现其功能，二极管D2选用芯片1N5401实现其功能。
本发明的触点诊断电路实施例如图5所示，其作用是对继电器的触点电压进行监测。该触点诊断电路包括：光电隔离器U6，以及与其相连的电阻R9～R14。本发明的一个实施例中，光电隔离器U6选用芯片TLP521-4实现其功能。
继电器故障诊断状态表见表2。
表2继电器故障诊断状态表
本发明的微处理单元采用一种带总线收发功能的单片机系统对电流传感信号处理电路的输出信号UC进行AD采样，输出控制信号Pctrl给协调保护电路，并从协调保护电路读取信号Pstatus，从触发诊断电路读取信号Pin、Pout，并进行状态判断。将结果按照传输协议进行转化，通过总线通讯模块发送。本发明的一个实施例中，微处理单元选用带LIN功能的MC68HC908QL4实现其功能。
本发明的总线通讯模块应用相应总线通讯协议的收发器芯片实现微处理单元与通讯总线之间的通讯。本发明的一个实施例中，总线通讯模块选用LIN收发器芯片MC33399实现其功能。
Claims (6)
1、一种车载智能继电器，其特征在于，该继电器由控制器外电路和控制器组成，该控制器外电路与控制器电路通过控制器的内部接口连接；所述控制器外电路由依次连接的输入接线柱A、电流传感器、电磁继电器C、输出接线柱B所组成；其中，输入接线柱A为功率电输入，输出接线柱B为可控电输出，电磁继电器C的触头分别接输入接线柱A和输出接线柱B，电流传感器连接在输入接线柱A和电磁继电器C之间；该输入接线柱A、输出接线柱B、电磁继电器C和电流传感器均与内部接口相连；
所述控制器由电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路、触点诊断电路、微处理单元、总线通讯模块，以及与控制器外电路相连的内部接口和与总线相连的总线接口组成；其中，电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路依次连接；微处理单元分别与电流传感信号处理电路、协调保护电路、触点诊断电路、总线通讯模块连接；电流传感信号处理电路、继电器驱动电路、触点诊断电路均与内部接口相连，总线通讯模块与总线接口相连。
2、如权利要求1所述的车载智能继电器，其特征在于，该电流传感信号处理电路包括：运算放大器U1A，电阻R1、R2、Rv1、Rv2，电容C1以及稳压二极管D1；其中，Rv1、Rv2串联构成分压电路部分；R1、C1串联构成阻容滤波电路部分；U1A构成跟随器部分；R2、D1连接构成限压、限流电路部分。该四部分电路顺次连接。
3、如权利要求1所述的车载智能继电器，其特征在于，该协调保护电路包括：比较器U2A，与非门U3A、U3B、U3D，光电隔离器U4，以及电阻R3～R7；其中，比较器U2A与电阻R3、R4、R5构成比较电路部分，比较Uc与UO的大小；与非门U3A、U3B构成RS触发器部分；与非门U3D构成反相器部分；光电隔离器U4与电阻R6、R7构成受控输出电路部分；该四个部分的连接关系为：RS触发器部分与比较电路部分、反相器部分、受控输出电路部分分别连接。
4、如权利要求1所述的车载智能继电器，其特征在于，该继电器驱动电路包括：Mosfet开关芯片U5、泻放二极管D2、电阻R8；其中，泻放二极管U5与Mosfet开关芯片U5的漏极连接；电阻R8连接Mosfet开关芯片的源极与基极。
5、如权利要求1所述的车载智能继电器，其特征在于，该继电器驱动电路包括：Mosfet开关芯片U5、泻放二极管D2、电阻R8；其中，泻放二极管U5与Mosfet开关芯片U5的漏极连接；电阻R8连接Mosfet开关芯片的源极与基极。
6、如权利要求1所述的车载智能继电器，其特征在于，该触点诊断电路包括：光电隔离器U6，以及与其相连的电阻R9～R14。
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