CN104062928B - 电动汽车整车控制器电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车控制系统技术领域，具体涉及一种电动汽车整车控制器电源电路。本发明所提供的电动汽车整车控制器电源电路，通过钥匙开关信号端输出钥匙开关信号至主控芯片MCU，从而控制主控芯片MCU的唤醒与切换；进一步的，本发明通过设置反接保护单元，起到反接保护作用；通过设置涌浪电压保护单元，起到涌浪电压保护作用；更近一步的，本发明通过设置带续流二极管的MOS晶体管，实现驱动电源处理电路的反接保护、关断控制以及将感性负载关断涌浪电压释放到电池。因此，本发明充分考虑了电动汽车整车控制的各种功能和安全需要，进而为提高电动汽车整车控制器的可靠性以及稳定性提供了有力的技术支持。

Description

电动汽车整车控制器电源电路

技术领域

本发明涉及电动汽车控制系统技术领域，具体涉及一种电动汽车整车控制器电源电路。

背景技术

电动汽车由于具有无污染，噪声小，结构简单，维修方便，能量转换效率高以及平抑电网的峰谷差等优点，已经得到了越来越广泛的关注。电动汽车整车控制器(VehicleController)是电动汽车整车控制系统的核心部件，它对电动汽车的正常行驶，再生能量回收，网络管理，故障诊断与处理，车辆的状态与监视等功能起着关键的作用，其性能的好坏直接关系到电动汽车的整体性能，而整车控制器中电源设计是否合理又直接关系到整车控制器是否能可靠运行。

由于整车控制器承担着整个电动汽车的综合控制的任务，所以整车控制器不但要提供5V的工作电源给处理器、传感器、通信模块供电，还要提供12V(24V)的驱动电源用来驱动外部的继电器或者开关。因此在整车控制器的电源电路设计过程中需要综合考虑12V(24V)继电器控制功耗大、干扰大，5V供电抗干扰弱的矛盾，又要满足电动汽车控制器电源电路具有电压检测、反接保护、延迟下电、短路保护、驱动电源可关断和感性负载关断浪涌电压能释放到电池的特征。

现有技术中，电动汽车整车控制器电源电路设计中，通常采用隔离DC/DC电源模块提供5V工作电源的方案，这种方案设计存在如下缺陷：

(1)、隔离DC/DC电源模块很少有汽车级产品；(2)隔离DC/DC电源模块难以实现休眠与唤醒；(3)、隔离DC/DC电源模块静态功耗过大：(4)、成本高；(5)、尽管使用了隔离DC/DC模块，但在电源设计时由于整车电路搭铁难以起到隔离效果。在驱动电源处理电路方面，则没有考虑电源的可关断性和感性负载关断浪涌电压释放问题，因此难以满足整车控制器的需要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种充分考虑了电动汽车整车控制各种需要的电动汽车整车控制器电源电路，从而提高电动汽车整车控制器的可靠性以及稳定性。

(二)技术方案

本发明技术方案如下：

一种电动汽车整车控制器电源电路，包括车载电源、钥匙开关信号端、主控芯片MCU、工作电源处理电路以及驱动电源处理电路；

所述工作电源处理电路输入端与车载电源阳极连接、输出端与所述主控芯片MCU输入端连接；

所述钥匙开关信号端输出钥匙开关信号至所述主控芯片MCU；

所述驱动电源处理电路包括控制导通驱动电源DrivePower和第五电阻(R5)、第六电阻(R6)连接处输出的分压VPR1的第一MOS晶体管以及第二MOS晶体管，所述第一MOS晶体管以及第二MOS晶体管均包括续流二极管，其中，所述第一MOS晶体管(Q7)的源极与所述钥匙开关信号端(KL15)相连接，所述第一MOS晶体管(Q7)的栅极通过第二电阻(R2)分别与所述第一MOS晶体管(Q7)的漏极和所述第二MOS晶体管(Q8)的漏极相连接；所述第二MOS晶体管(Q8)的漏极与所述第一MOS晶体管(Q7)的漏极相连接，以及所述第二MOS晶体管(Q8)的漏极与所述第一MOS晶体管(Q7)的漏极均通过电容(C1)和瞬变电压抑制二极管(TD6)接地；所述第二MOS晶体管(Q8)的栅极通过第一电阻(R1)与所述钥匙开关信号端(KL15)相连接，以及所述第二MOS晶体管(Q8)的栅极分别与第一晶体管(Q1)的集电极和第二晶体管(Q2)的集电极相连接，所述第一晶体管(Q1)的基极和所述第二晶体管(Q2)的基极分别通过第三电阻(R3)和第四电阻(R4)与所述主控芯片MCU中的处理器的控制引脚相连接，所述第一晶体管(Q1)的发射极和所述第二晶体管(Q2)的发射极均接地；所述第二MOS晶体管(Q8)的源极与驱动负载相连接，为所述驱动负载提供驱动电源，并通过第五电阻(R5)和第六电阻(R6)进行分压且所述第五电阻(R5)和所述第六电阻(R6)连接处输出的分压为VPR1。

优选的，所述滤波限流单元包括LC振荡电路。

优选的，所述钥匙开关信号使能时，主控芯片MCU处于唤醒状态；所述钥匙开关信号关断时，主控芯片MCU处于休眠状态。

优选的，所述工作电源处理电路输入端以及钥匙开关信号端均设置有反接保护单元。

优选的，所述反接保护单元包括二极管。

优选的，所述车载电源阳极与接地端之间通过涌浪电压保护单元连接。

优选的，所述涌浪电压保护单元包括瞬态电压抑制器。

优选的，所述工作电源处理电路输入端还设置有滤波限流单元。

优选的，所述第一MOS晶体管以及第二MOS晶体管均包括续流二极管。

优选的，所述主控芯片MCU为电源芯片TLE4471。

(三)有益效果

本发明所提供的电动汽车整车控制器电源电路，通过钥匙开关信号端输出钥匙开关信号至主控芯片MCU，从而控制主控芯片MCU的唤醒与切换；进一步的，本发明通过设置反接保护单元，起到反接保护作用；通过设置涌浪电压保护单元，起到涌浪电压保护作用；更近一步的，本发明通过设置带续流二极管的MOS晶体管，实现驱动电源处理电路的反接保护、关断控制以及将感性负载关断涌浪电压释放到电池。因此，本发明充分考虑了电动汽车整车控制的各种功能和安全需要，进而为提高电动汽车整车控制器的可靠性以及稳定性提供了有力的技术支持。

附图说明

图1是本发明实施例中电动汽车整车控制器电源电路的工作电源处理电路部分的电路示意图；

图2是本发明实施例中电动汽车整车控制器电源电路的驱动电源处理电路部分的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所提供的一种电动汽车整车控制器电源电路，包括车载电源、钥匙开关信号端、主控芯片MCU以及如图1中所示的工作电源处理电路和如图2中所示的驱动电源处理电路。

本发明中的工作电源处理电路的输入端KL30_VPE与车载电源阳极连接、输出端与主控芯片MCU输入端连接；钥匙开关信号端KL15_VPI输出钥匙开关信号至主控芯片MCU；本实施例中，主控芯片MCU为汽车级专用电源芯片TLE4471，TLE4471是一个单片集成非常低压降的三重电压调节器，主输出电源负载高达450mA，额外的两个跟踪输出高达50mA和100mA；此外，该电源芯片具备可调阈值复位、欠压复位、上电复位以及扩展支持功能，并且可以选择各自独立的看门狗和复位时序；同时，为了适用于电动汽车的控制，还配备了额外的保护，防止过载、短路以及过温，能实现多种极端情况的保护。

系统上电以及主控芯片MCU唤醒功能的实现：电源芯片TLE4471具有E1、E2以及E3三个接收端，其中任何一个接收端接收到使能信号有效(高电平)，则输出端Q1以及输出端Q2都有+5V的工作电源输出，EN端用于控制输出端Q3上的+5V的电源输出(一般输出给传感器供电)。本实施例中，接收端E1以及接收端E2通过钥匙开关信号KL15_VPI使能唤醒(钥匙开关信号KL15_VPI同时提供给主控芯片MCU)，接收端E3以及EN端通过主控芯片MCU进行控制。系统上电时，常电(9V—16V)输入到电源芯片TLE4471输入引脚3，当钥匙开关信号使能时，输出端Q1以及输出端Q2输出，主控芯片MCU开始工作，这时可以通过EN端控制是否对外部传感器进行供电；此时主控芯片MCU处于唤醒(正常)工作状态。

系统延迟下电与主控芯片MCU休眠功能的实现：当主控芯片MCU检测到钥匙开关信号KL15_VPI处于关断时，表明系统处于关闭状态，主控芯片MCU接受关闭指令，并通过EN端对外部传感器的供电进行关断，通过接收端E3延迟下达控制关闭+5V电源输出的指令；当接收端E3接收到低电平电压信号时，所有+5V输出电源关闭；此时主控芯片MCU处于休眠状态。

反接保护功能的实现：本发明在工作电源处理电路输入端以及钥匙开关信号端均设置有反接保护单元，反接保护单元即起到反接保护作用；本实施例中，反接保护单元包括设置在工作电源处理电路输入端的二极管D1，利用二极管D1的单向导通特性对输入常电进行反接保护；还包括设置在钥匙开关信号端的二极管D3，利用二极管D3对钥匙开关信号端进行反接保护。当电源正负极反接时，二极管D1(D2)处于反向截止状态，电源电路不工作，也不会损坏整车控制器，也起到了反接保护的作用。同时由于在钥匙开关信号端与常电之间增加了二级管D3，这样即使常电掉电，也能保证电源能正常工作。

涌浪电压保护功能的实现：本发明中，车载电源阳极与接地端之间通过涌浪电压保护单元连接，涌浪电压保护单元起到涌浪电压保护的作用；本实施例中，涌浪电压保护单元包括设置在电源阳极与接地端之间的TVS(TransientVoltageSuppressor，瞬态电压抑制器)管D2；TVS管D2对输入的电源具有浪涌电压保护作用。本实施例中还在工作电源处理电路输入端设置了滤波限流单元；滤波限流单元包括LC振荡电路，其由电感L1、电容C2以及电容C3组成；主要用于对输入的电源电压起到滤波和限流作用，防止车载电源的异常波动损坏后级电路。

本发明的驱动电源处理电路中包括分别用于控制导通DrivePower和VPR1的第一MOS晶体管Q7’以及第二MOS晶体管Q8’；本实施例中的第一MOS晶体管Q7’以及第二MOS晶体管Q8’均包括续流二极管。

反接保护功能的实现：当车载电源处于反接状态时，第一MOS晶体管Q7’中的续流二极管处于反向截至的状态，这时整车控制器不能正常工作，但也不会对整车控制器造成损坏，系统处于反接保护的状态。

驱动电源可关断的实现：当车载电源正常连接时，第一MOS晶体管Q7’中的续流二极管处于正向导通状态，晶体管Q1’以及晶体管Q2’处于截止状态，第二MOS晶体管Q8’中的栅极电压(电池电压)高于漏极电压，第二MOS晶体管Q8’处于导通状态。当发现需要切断驱动电源时，主控芯片MCU可以通过置晶体管Q1’或者晶体管Q2’的基极为高电平，使晶体管Q1’或者晶体管Q2’处于导通状态，这时第二MOS晶体管Q8’中的栅极电压(0.7V以下)低于漏极电压，因此第二MOS晶体管Q8’处于截止状态，于是关断了驱动电源。

感性负载关断浪涌电压释放功能的实现：整车控制器作为电动汽车的综合控制器，需要对一些感性负载(如继电器)进行开关控制，由于感性负载在关断时，会出现一定能量的浪涌电压，为了减小该浪涌电压对整车控制器的影响，需要迅速使该浪涌电压反馈到电池。本实施例中当DrivePower端出现浪涌电压时第二MOS晶体管Q8’中的续流二极管处于正向导通状态，第一MOS晶体管Q7’中的栅极电压高于漏极电压，第一MOS晶体管Q7’处于导通状态，浪涌电压的能量通过第一MOS晶体管Q7’反馈到电池。

综上所述，本发明所提供的电动汽车整车控制器电源电路，具备以下优点：

在工作电源处理电路方面：

(1)、本发明在输入电源浪涌保护方面通过对工作电源处理电路输入端和钥匙开关信号端都使用二级管，使工作电源处理电路输入端和钥匙开关信号端同时具有浪涌保护功能，同时利用LC滤波电路对输入的电源电压进行滤波和限流作用，防止车载电源的异常波动损坏后级电路。

(2)、选用了具有多端使能信号的汽车级专用电源芯片TLE4471，于是可以同时通过钥匙开关和主控芯片MCU对电源输出进行控制，很方便的实现了系统的延迟下电、休眠与唤醒的功能，从而满足了电动汽车对整车控制器静态电流的需要。

在驱动电源处理电路方面：

本发明巧妙的利用了两个带续流二极管的MOS晶体管，实现了驱动电源的反接保护、驱动电源可关断以及感性负载关断浪涌电压能释放到电池的要求。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (9)

1.一种电动汽车整车控制器电源电路，包括车载电源、钥匙开关信号端、主控芯片MCU、工作电源处理电路以及驱动电源处理电路；

其特征在于：

所述工作电源处理电路输入端与车载电源阳极连接、输出端与所述主控芯片MCU输入端连接；

所述钥匙开关信号端输出钥匙开关信号至所述主控芯片MCU；

所述驱动电源处理电路包括控制导通驱动电源DrivePower和第五电阻(R5)、第六电阻(R6)连接处输出的分压VPR1的第一MOS晶体管以及第二MOS晶体管；

所述第一MOS晶体管以及第二MOS晶体管均包括续流二极管；

其中，所述第一MOS晶体管(Q7)的源极与所述钥匙开关信号端(KL15)相连接，所述第一MOS晶体管(Q7)的栅极通过第二电阻(R2)分别与所述第一MOS晶体管(Q7)的漏极和所述第二MOS晶体管(Q8)的漏极相连接；所述第二MOS晶体管(Q8)的漏极与所述第一MOS晶体管(Q7)的漏极相连接，以及所述第二MOS晶体管(Q8)的漏极与所述第一MOS晶体管(Q7)的漏极均通过电容(C1)和瞬变电压抑制二极管(TD6)接地；所述第二MOS晶体管(Q8)的栅极通过第一电阻(R1)与所述钥匙开关信号端(KL15)相连接，以及所述第二MOS晶体管(Q8)的栅极分别与第一晶体管(Q1)的集电极和第二晶体管(Q2)的集电极相连接，所述第一晶体管(Q1)的基极和所述第二晶体管(Q2)的基极分别通过第三电阻(R3)和第四电阻(R4)与所述主控芯片MCU中的处理器的控制引脚相连接，所述第一晶体管(Q1)的发射极和所述第二晶体管(Q2)的发射极均接地；所述第二MOS晶体管(Q8)的源极与驱动负载相连接，为所述驱动负载提供驱动电源，并通过第五电阻(R5)和第六电阻(R6)进行分压且所述第五电阻(R5)和所述第六电阻(R6)连接处输出的分压为VPR1。

2.根据权利要求1所述的电动汽车整车控制器电源电路，其特征在于：所述主控芯片MCU为电源芯片TLE4471。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车整车控制器电源电路，其特征在于：所述钥匙开关信号使能时，主控芯片MCU处于唤醒状态；所述钥匙开关信号关断时，主控芯片MCU处于休眠状态。

4.根据权利要求3所述的电动汽车整车控制器电源电路，其特征在于：所述工作电源处理电路输入端以及钥匙开关信号端均设置有反接保护单元。

5.根据权利要求4所述的电动汽车整车控制器电源电路，其特征在于：所述反接保护单元包括二极管。

6.根据权利要求1-2、4-5任意一项所述的电动汽车整车控制器电源电路，其特征在于：所述车载电源阳极与接地端之间通过涌浪电压保护单元连接。

7.根据权利要求6所述的电动汽车整车控制器电源电路，其特征在于：所述涌浪电压保护单元包括瞬态电压抑制器。

8.根据权利要求1-2、4-5或7任意一项所述的电动汽车整车控制器电源电路，其特征在于：所述工作电源处理电路输入端还设置有滤波限流单元。

9.根据权利要求8所述的电动汽车整车控制器电源电路，其特征在于：所述滤波限流单元包括LC振荡电路。