CN102104276B - 一种车用自适应双路控制器电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：它包括一外部接口模块，蓄电池电源通过所述外部接口模块为所述控制器电供电线路过流保护部分和控制器电转换与切换部分供电，所述微处理单元的输入端连接所述耗电电流监测电路和工作温度稳定性监测电路的输出端；所述微处理单元输出控制信号分别传输至所述供电线路切断控制电路和控制器电切换电路；所述供电线路切断控制电路输出端通过所述外部接口模块对外输出双路控制器电；所述微处理单元还通过所述总线通讯模块和总线接口模块与外界设备进行信息交互。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制器电源，特别是关于一种用于汽车电气系统中对控制器供电控制的车用自适应双路控制器电源。
背景技术
随着汽车内车载电气设备的大量使用，汽车电子控制的发展异常迅速，整车用电器的供电也越来越复杂。越来越多的电器由ECU(电子控制单元)控制，需要供给稳定的12V直流电源，部分控制器还需要稳定的-12V直流电源。因此，整车供电包括两部分：一部分是发电机/蓄电池直接供给的直流电用于电器的驱动，称为功率电；另一部分是电源系统经过稳压、调压后供给各ECU工作用的12V直流电，称为数字电。对于用电器的功率负载而言，用电电流较大，电流波动较大，对电源电压的稳定性要求较低，因此，功率电可以直接采用蓄电池-发电机的电压进行供电，这也是目前传统汽车采用的方法。控制器电路的电压要求稳定，电流较小，用电电流波动非常小，故控制器电需要进行电压转换后才能进行供电，控制器电的电压要求范围为9～15V。而且，现有汽车电气系统中，控制器电源无法对内部开关电源模块的过热故障进行监测，对控制器供电电流无法进行过流保护。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能为整车提供双路可切换的控制器电供电线路，并能对内部开关电源模块的过热故障进行监测，同时能对控制器电供电线路进行过流保护的车用自适应双路控制器电源。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：它包括一外部接口模块、一控制器电供电线路过流保护部分、一控制器电转换与切换部分、一微处理单元、一总线通讯模块、与总线相连的总线接口模块；所述控制器电供电线路过流保护部分包括耗电电流监测电路和供电线路切断控制电路；所述控制器电转换与切换部分包括自适应的控制器电切换电路、电源转换器件的工作温度稳定性监测电路和控制器地回流电路；蓄电池电源通过所述外部接口模块为所述控制器电供电线路过流保护部分和控制器电转换与切换部分供电，所述微处理单元的输入端连接所述耗电电流监测电路和工作温度稳定性监测电路的输出端；所述微处理单元输出控制信号至所述供电线路切断控制电路和控制器电切换电路；所述供电线路切断控制电路输出端通过所述外部接口模块对外输出双路控制器电；所述微处理单元还通过所述总线通讯模块和总线接口模块与外界设备进行信息交互。
所述控制器电切换电路包括隔离型二级开关控制环节、电压转换环节和输出端连接控制环节；所述隔离型二级开关控制环节包括三个光电隔离器，第一个所述光电隔离器的输入端连接所述微处理单元的输出端，该所述光电隔离器的输出端连接一P型MOSFET开关芯片，所述开关芯片的输出端将功率电输入至所述电压转换环节；第二个所述光电隔离器与第一个所述光电隔离器的外围电路连接相同；第三个所述光电隔离器的输入端连接所述微处理单元的输出端，该所述光电隔离器的输出端连接一P型三极管，所述三极管的输出端将功率电输入至所述输出端连接控制环节；所述电压转换环节包括两个直流电源转换模块，各所述直流电源转换模块将接收到的功率电转换为控制器电后，输出至所述输出端连接控制环节；所述输出端连接控制环节包括一继电器。
所述控制器地回流电路采用0欧姆电阻连接功率地与控制器地。
所述工作温度稳定性监测电路包括温度传感器、RC滤波电路、电压跟随器和一由电阻和稳压二极管组成的端口保护电路，所述温度传感器输出的传感电压信号依次经所述RC滤波电路和电压跟随器处理后，由所述端口保护电路输出信号至所述微处理单元。
所述耗电电流监测电路包括霍尔电流传感器、分压电路、另一RC滤波电路、另一电压跟随器和另一由电阻和稳压二极管组成的端口保护电路，所述霍尔电流传感器将电压信号依次经过所述分压电路、RC滤波电路和电压跟随器处理后，由所述端口保护电路输出模拟信号至所述微处理单元。
所述微处理单元采用带CAN功能的型号为MC68HC908GZ的微处理器；所述总线通讯模块采用CAN收发器芯片PCA82C250。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用包括控制器电供电线路过流保护部分和控制器电转换与切换部分两部分的车用自适应双路控制器电源，能输出双路控制器电供电线路。因此，实现了能为整车提供双路可切换的控制器电供电线路的功能。2、本发明为汽车用电器提供稳定性要求较高的控制器电，与功率电分离开，防止了电压电流粗糙的功率电对控制器电产生污染，保证了控制器电路工作的稳定性和可靠性。3、本发明由于采用电源转换器件的工作温度稳定性监测电路，因此能够对内部开关电源模块的过热故障进行监测，保证了本发明车用自适应双路控制器电源的可靠工作。4、本发明应用独特的切换逻辑使内部开关电源模块交替工作，从而实现了控制器电源的工作寿命的延长，提高了电源工作的可靠性。5、本发明的车用自适应双路控制器电源可以应用CAN协议、LIN协议等各种车载网络协议来实现其通讯功能。本发明能广泛应用于汽车电子控制技术领域中。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的自适应的控制器电切换电路原理结构示意图；
图3是本发明的电源转换器件的工作温度稳定性监测电路原理示意图；
图4是本发明的控制器地回流电路原理示意图；
图5是本发明的耗电电流监测电路原理示意图；
图6是本发明的供电线路切断控制电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
本发明输出双路控制器电供电线路，包括常通控制器电和可控控制器电。常通控制器电为OFF档位时仍需要工作的电器供电，可控控制器电为其他所有电器供电；为了减小汽车静态耗电，所有不必要的控制器电用电器应该在车辆OFF档位时关断，而一些重要的用电器在OFF档位时仍需要工作，因此本发明既能满足此需求，也使对汽车静态耗电的控制成为可能。
如图1所示，本发明包括一外部接口模块1、一控制器电供电线路过流保护部分2、一控制器电转换与切换部分3、一微处理单元4、一总线通讯模块5、与总线相连的总线接口模块6，其中，控制器电供电线路过流保护部分2包括耗电电流监测电路7和供电线路切断控制电路8；控制器电转换与切换部分3包括自适应的控制器电切换电路9、电源转换器件的工作温度稳定性监测电路10和控制器地回流电路11。
蓄电池电源PBAT通过外部接口模块1为控制器电供电线路过流保护部分2和控制器电转换与切换部分3供电，微处理单元4的输入端连接耗电电流监测电路7和工作温度稳定性监测电路10的输出端，由微处理单元4对其进行AD采集；微处理单元4输出控制信号分别传输至供电线路切断控制电路8和控制器电切换电路9，控制其工作。供电线路切断控制电路8输出端通过外部接口模块1对外输出双路控制器电。微处理单元4还通过总线通讯模块5和总线接口模块6与外界设备进行信息交互。
如图2所示，本发明的控制器电切换电路9包括隔离型二级开关控制环节12、电压转换环节13和输出端连接控制环节14。
隔离型二级开关控制环节12包括三个光电隔离器U11、U12和U13，光电隔离器U11的输入端连接微处理单元4的输出端，接收微处理单元4传输的控制信号；光电隔离器U11的输出端连接一P型MOSFET开关芯片U21，开关芯片U21的输出端将功率电输入至电压转换环节13。其中，开关芯片U21的栅极与漏极之间并联一电阻R21，漏极与源极之间并联续流二极管D01，用以保护开关芯片U21在负载断开时不会被外界电路感应电动势的瞬间高电压损坏。光电隔离器U12与光电隔离器U11的外围电路连接相同。光电隔离器U13的输入端连接微处理单元4的输出端，接收微处理单元4传输的控制信号；光电隔离器U13的输出端连接一P型三极管U23，三极管U23的输出端将功率电输入至输出端连接控制环节14。其中，三极管U23的基极与发射极之间并联另一电阻R23。
电压转换环节13包括两个直流电源转换模块DC/DC1和DC/DC2，各直流电源转换模块DC/DC1或DC/DC2将接收到的功率电转换为控制器电后，输出至输出端连接控制环节14。
输出端连接控制环节14包括一继电器Re，继电器Re的线圈输入端连接三极管U23的输出端，继电器Re的开关两端分别连接两直流电源转换模块DC/DC1和DC/DC2，输出两路控制器电e1、e2。
控制器电切换电路9的工作方式如下：对于直流电源转换模块DC/DC1而言，当微处理单元4的输出信号p1＝0时，光电隔离器U11处于导通状态，开关芯片U21处于截止状态，直流电源转换模块DC/DC1没有获得供电，输出控制器电e1为0V；当微处理单元4的输出信号p1＝1时，光电隔离器U11处于断开状态，开关芯片U21处于默认导通状态，直流电源转换模块DC/DC1获得24V供电，输出控制器电e1为12V。对于直流电源转换模块DC/DC2而言，当微处理单元4的输出信号p2＝0时，光电隔离器U12处于导通状态，开关芯片U22处于导通，直流电源转换模块DC/DC2获得24V供电，输出控制器电e2为12V；当微处理单元4的输出信号p2＝1时，光电隔离器U12处于断开状态，开关芯片U22处于截止状态，直流电源转换模块DC/DC2没有获得供电，输出控制器电e2为0V。这样保证了车用自适应双路控制器电源在最初上电的时候，连接功率电PX时，即有直流电源转换模块DC/DC1获得供电，使得控制器电e1输出12V电压，提供常通控制器电ec；直流电源转换模块DC/DC2不获得供电，无供电输出，继电器Re处于断开状态，两路控制器电e1与e2分离。
上述实施例中，本发明的控制器电切换电路9用于对直流电源转换模块DC/DC1、直流电源转换模块DC/DC2、以及直流电源转换模块DC/DC1和DC/DC2输出端之间的连接进行供电通断控制，以实现以下三个方面的功能：(1)对直流电源转换模块DC/DC1的供电通断控制，当车用自适应双路控制器电源在最初连接24V电源时，直流电源转换模块DC/DC1能够自动获得电源并且开始输出常通控制器电。(2)对直流电源转换模块DC/DC2的供电通断控制电路要求与直流电源转换模块DC/DC1恰好相反，即要求直流电源转换模块DC/DC2不工作，待接收到相应的上电控制指令后才开始工作。(3)直流电源转换模块DC/DC1和直流电源转换模块DC/DC2输出端之间的连接控制，直流电源转换模块DC/DC1与直流电源转换模块DC/DC2的输出端应该要能够搭接，使得汽车在ACC/ON/STA档位时，常通控制器电能够从直流电源转换模块DC/DC2的输出端取电，但此处的搭接应该是常断搭接，即当车用自适应双路控制器电源在最初连接24V电源时，直流电源转换模块DC/DC1的输出端与直流电源转换模块DC/DC2的输出端不应该连接，否则直流电源转换模块DC/DC1的输出端同时连接常通控制器电供电线路和可控控制器电供电线路，对直流电源转换模块DC/DC1造成严重过载。
如图3所示，本发明的工作温度稳定性监测电路10用于监测过流状态的发生，并在检测到过热时发出报警提示。其包括温度传感器U1、RC滤波电路15、电压跟随器16和一由电阻R2和稳压二极管D1组成的端口保护电路17，温度传感器U1输出的传感电压信号依次经RC滤波电路15和电压跟随器16处理后，由端口保护电路17输出信号s2至微处理单元4的AD端口进行采集。
如图4所示，本发明的控制器地回流电路11用于实现功率地与控制器地的单点连接，其采用0欧姆电阻R0连接功率地与控制器地，0欧姆电阻相当于很窄的电流通路，有效限制环外电流并使得噪声得到抑制，在所有频带上都具有一定的衰减作用，适合噪声频率不确定的情况使用。
如图5所示，本发明的耗电电流监测电路7用于监测控制器电的耗电电流，为实现过流判断和保护提供依据。其包括霍尔电流传感器H、分压电路18、另一RC滤波电路19、另一电压跟随器20和另一由电阻R6和稳压二极管D2组成的端口保护电路21。霍尔电流传感器H输出电压信号sc，电压信号sc依次经过分压电路18、RC滤波电路19和电压跟随器20处理后，由端口保护电路21输出模拟信号s1至微处理单元4的AD端口进行采集。
当控制器电的供电线路出现过流故障并启用过流分级保护中的关断控制时，本发明的供电线路切断控制电路8用于断开控制器电的某一路供电线路。如图6所示，本发明的供电线路切断控制电路8包括两个光电隔离器U41和U42，其中光电隔离器U41的输入端连接微处理单元4的输出端，接收微处理单元4传输的控制信号；光电隔离器U41的输出端连接一P型场效应管U51，场效应管U51的输出端将控制器电输出。其中，场效应管U51的漏极与源极之间并联续流二极管D11，用以保护场效应管U51不受损坏。光电隔离器U42与光电隔离器U41的外围电路连接相同。
当光电隔离器U41的输入信号p4＝0时，光电隔离器U41处于导通状态，场效应管U51处于截止状态，控制器电e1停止输出常通控制器电ec；当光电隔离器U41的输入信号p4＝1时，光电隔离器U41处于断开状态，场效应管U51处于导通状态，控制器电e1保持对常通控制器电ec的输出。类似的，当光电隔离器U42的输入信号p5＝0时，光电隔离器U42处于导通状态，场效应管U52处于截止状态，控制器电e2停止输出可控控制器电es；当光电隔离器U42的输入信号p5＝1时，光电隔离器U42处于断开状态，场效应管U52处于导通状态，控制器电e2保持对可控控制器电es的输出。
上述各实施例中，微处理单元4采用带CAN功能的型号为MC68HC908GZ的微处理器。微处理单元4采用的带总线收发功能的单片机系统对电源转换器件的工作温度监测电路10的输出信号s2进行AD采样，根据上下电指令输出控制信号p1、p2、p3给自适应的控制器电切换电路9，对耗电电流监测电路7的输出信号s1进行AD采样，从总线上获取供电线路切断命令并输出控制信号p4和p5给控制器电供电线路切断控制电路8。
上述各实施例中，总线通讯模块5采用CAN收发器芯片PCA82C250。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：它包括一外部接口模块、一控制器电供电线路过流保护部分、一控制器电转换与切换部分、一微处理单元、一总线通讯模块、与总线相连的总线接口模块；所述控制器电供电线路过流保护部分包括耗电电流监测电路和供电线路切断控制电路；所述控制器电转换与切换部分包括自适应的控制器电切换电路、电源转换器件的工作温度稳定性监测电路和控制器地回流电路；
蓄电池电源通过所述外部接口模块为所述控制器电供电线路过流保护部分和控制器电转换与切换部分供电，所述微处理单元的输入端连接所述耗电电流监测电路和工作温度稳定性监测电路的输出端；所述微处理单元输出控制信号至所述供电线路切断控制电路和控制器电切换电路；所述供电线路切断控制电路输出端通过所述外部接口模块对外输出双路控制器电；所述微处理单元还通过所述总线通讯模块和总线接口模块与外界设备进行信息交互。
2.如权利要求1所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述控制器电切换电路包括隔离型二级开关控制环节、电压转换环节和输出端连接控制环节；
所述隔离型二级开关控制环节包括三个光电隔离器，第一个所述光电隔离器的输入端连接所述微处理单元的输出端，该所述光电隔离器的输出端连接一P型MOSFET开关芯片，所述开关芯片的输出端将功率电输入至所述电压转换环节；第二个所述光电隔离器与第一个所述光电隔离器的外围电路连接相同；第三个所述光电隔离器的输入端连接所述微处理单元的输出端，该所述光电隔离器的输出端连接一P型三极管，所述三极管的输出端将功率电输入至所述输出端连接控制环节；所述电压转换环节包括两个直流电源转换模块，各所述直流电源转换模块将接收到的功率电转换为控制器电后，输出至所述输出端连接控制环节；所述输出端连接控制环节包括一继电器。
3.如权利要求1所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述控制器地回流电路采用0欧姆电阻连接功率地与控制器地。
4.如权利要求2所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述控制器地回流电路采用0欧姆电阻连接功率地与控制器地。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述工作温度稳定性监测电路包括温度传感器、RC滤波电路、电压跟随器和一由电阻和稳压二极管组成的端口保护电路，所述温度传感器输出的传感电压信号依次经所述RC滤波电路和电压跟随器处理后，由所述端口保护电路输出信号至所述微处理单元。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述耗电电流监测电路包括霍尔电流传感器、分压电路、另一RC滤波电路、另一电压跟随器和另一由电阻和稳压二极管组成的另一端口保护电路，所述霍尔电流传感器输出电压信号，该电压信号依次经过所述分压电路、另一RC滤波电路和另一电压跟随器处理后，由所述另一端口保护电路输出模拟信号至所述微处理单元。
7.如权利要求5所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述耗电电流监测电路包括霍尔电流传感器、分压电路、另一RC滤波电路、另一电压跟随器和另一由电阻和稳压二极管组成的另一端口保护电路，所述霍尔电流传感器将电压信号依次经过所述分压电路、另一RC滤波电路和另一电压跟随器处理后，由所述另一端口保护电路输出模拟信号至所述微处理单元。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述微处理单元采用带CAN功能的型号为MC68HC908GZ的微处理器；所述总线通讯模块采用CAN收发器芯片PCA82C250。
9.如权利要求5所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述微处理单元采用带CAN功能的型号为MC68HC908GZ的微处理器；所述总线通讯模块采用CAN收发器芯片PCA82C250。
10.如权利要求6所述的一种车用自适应双路控制器电源，其特征在于：所述微处理单元采用带CAN功能的型号为MC68HC908GZ的微处理器；所述总线通讯模块采用CAN收发器芯片PCA82C250。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130102 |