CN105634284A - 一种电源控制电路及低压控制电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源控制电路及低压控制电源电路，属于电源电路领域。本发明电源控制电路包括升压控制电路、降压控制电路、电源比较电路、逻辑电路、开关电路、输出电路、电源转换电路，外部电源的输出端分别与升压控制电路输出端、电源比较电路输入端、开关电路输入端相连，开关电路输出端与输出电路的输入端相连，输出电路的输出端与电源转换电路输入端相连，逻辑电路的输入端与所述电源比较电路输出端相连，逻辑电路的输出端分别与升压控制电路输入端和降压控制电路输入端相连，降压控制电路输出端与开关电路输入端相连。本发明不仅能够提供整个控制板的各种电源，实现对电源的监控控制，还能够满足ASIL-D的功能安全。

Description

一种电源控制电路及低压控制电源电路
技术领域
本发明涉及一种电源电路，尤其涉及一种电源控制电路及低压控制电源电路。
背景技术
在新能源车辆的电机控制器领域，电机控制器包括驱动板和控制板，控制板，负责信号采集和控制，驱动板负责IGBT信号的驱动。其中控制板中，为了实现对电机的控制，需要提供低压控制电源,主要就是为了给外围传感器、信号电路、控制单元提供电源。
在电机控制器低压控制电源领域，目前使用的较多的就是隔离和非隔离电源二大类，如图1和图2所示，但都有一个共同的特点，可以满足各种电气功能、试验功能，但是无法满足安全功能，也就是无法满足ASIL的功能安全。
其中，ASIL是汽车安全完整性等级，ASIL的每个等级都规定了ISO26262功能安全标准提出的要求以及避免出现不可接受的风险所应采取的措施。安全等级分为A至D四等，ASIL-D是其中要求最为严格的。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种能够满足ASIL-D功能安全的电源控制电路，及包含该电源控制电路的低压控制电源电路。
本发明电源控制电路包括升压控制电路、降压控制电路、电源比较电路、逻辑电路、开关电路、输出电路、电源转换电路，外部电源的输出端分别与所述升压控制电路输出端、电源比较电路输入端、开关电路输入端相连，所述开关电路输出端与输出电路的输入端相连，所述输出电路输出12V电源，并且所述输出电路的输出端与用于输出5V电源的电源转换电路输入端相连，所述逻辑电路的输入端与所述电源比较电路输出端相连，所述逻辑电路的输出端分别与所述升压控制电路输入端和所述降压控制电路输入端相连，所述降压控制电路输出端与所述开关电路输入端相连。
本发明作进一步改进，还包括内部电源、控制芯片及电源控制通讯电路，所述内部电源输入端与外部电源输出端相连，所述内部电源为电源控制电路内部各个电路模块供电，所述电源控制通讯电路与控制芯片相连。
本发明作进一步改进，还包括电压电流监测电路，所述电压电流监测电路的输入端与所述输出电路的输出端相连，所述电压电流监测电路输出端与所述电源控制通讯电路输入端相连。
本发明作进一步改进，还包括LDO电源，所述LDO电源为所述控制芯片供电。
本发明作进一步改进，所述电源控制通讯电路包括定时器电路、唤醒与使能电路、电压检测与复位电路、看门狗电路、安全中断电路和SPI通讯电路，外部控制信号与所述唤醒与使能电路和升压控制电路相连，所述SPI通讯电路用于与所述控制芯片通讯。
本发明作进一步改进，所述升压控制电路为boost控制电路。
本发明作进一步改进，所述降压控制电路为buck控制电路。
本发明作进一步改进，所述电源转换电路包括uP的5V数字电源电路、uP的5V模拟电源电路、5V外设数字电源电路、5V外设模拟电源电路、5V外设参考电源电路。
本发明还提供一种包含上述电源控制电路的低压控制电源电路，还包括硬件信号电路、电源入口电路，外部电源通过所述电源入口电路与所述电源控制电路输入端相连，所述硬件信号电路的输出端分别与所述电源控制电路输入端和控制芯片输入端相连，所述电源控制电路输出端与控制芯片输入端相连。
本发明作进一步改进，所述硬件信号电路用于控制外围的硬件控制信号，所述硬件控制信号包括使能信号、复位信号、唤醒信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：不仅能够提供整个控制板的各种电源，实现对电源的监控控制，实时和控制板的控制芯片进行通讯，还能够满足最为严格的ASIL-D的功能安全。
附图说明
图1为现有技术非隔离低压控制电源电路示意图；
图2为现有技术隔离低压控制电源电路示意图；
图3为本发明一实施例电源控制电路框图；
图4为本发明低压控制电源电路框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图3所示，本发明的电源控制电路包括升压控制电路、降压控制电路、电源比较电路、逻辑电路、开关电路、输出电路、电源转换电路，外部电源的输出端分别与所述升压控制电路输出端、电源比较电路输入端、开关电路输入端相连，所述开关电路输出端与输出电路的输入端相连，所述输出电路输出12V电源，并且所述输出电路的输出端与用于输出5V电源的电源转换电路输入端相连，所述逻辑电路的输入端与所述电源比较电路输出端相连，所述逻辑电路的输出端分别与所述升压控制电路输入端和所述降压控制电路输入端相连，所述降压控制电路输出端与所述开关电路输入端相连。
外界的12V(或者24V，也就是电压输入范围在4～40V的时候，经过该电路后，其输出都为控制信号和外围控制电路需要的主12V电源。
本例的升压控制电路为Boost控制电路(一种开关直流升压电路，它可以使输出电压比输入电压高)，所述降压控制电路为Buck控制电路(降压式变换电路)，所述开关电路为MOSFET开关电路，其中，MOSFET为金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。
本例的电源转换电路包括五路电源电路，分别为uP的5V数字电源电路——用于输出控制芯片数字电源、uP的5V模拟电源电路——用于输出控制芯片模拟电源、5V外设数字电源电路——用于输出5V外设数字电源、5V外设模拟电源电路——用于输出5V外设模拟电源、5V外设参考电源电路——用于输出5V外设参考电源。
参数如图4所示，具体如下：
1)给控制芯片提供数字电源，5V/600mA；
2)给控制芯片提供模拟电源，5V/200mA；
3)给外部电路芯片提供数字电源，5V/150mA；
4)给外部电路芯片提供模拟电源，5V/150mA；
5)给外部电路芯片提供参考电源，5V/150mA；
上述五路电源电路，可以由普通的电源电路，如LDO电源、DCDC电源等产生。
本例的电源比较电路和逻辑电路为一个COMS电平的比较器，当电压低于12V后，就给出一个启动Boost控制电路的信号，启动Boost控制电路；当电压高于12V的时候，给出一个启动Buck控制电路的信号，启动Buck控制电路。
图3中粗线表示电源电流的主要流向，也就是主回路的电流方向。当外界的电源，比如12V或者24V，或者当电压输入范围在4～40V的时候，经过本发明电路后，其输出都为控制信号和外围控制电路需要的主12V电源。
当输入电压为5V的时候，内部的电源比较电路的就会给出一个信号，启动内部的Boost电路，继续正常输出工作。相当于，不管外界电源电压如何变化，均输出12V电源，给控制电路使用。
本例还包括内部电源、控制芯片、LDO电源及电源控制通讯电路，所述内部电源输入端与外部电源输出端相连，所述内部电源为电源控制电路内部各个电路模块供电，所述电源控制通讯电路与控制芯片相连，所述LDO(lowdropoutregulator，是一种低压差线性稳压器)电源为所述控制芯片供电。
所述内部电源其实就是内部电路的一个小型的电源系统，给内部的各种电路提供工作电源，主要是5～12V电源。
本例的电源控制通讯电路其实是一个小型的单片机系统，具体由定时器电路、唤醒与使能电路、电压检测与复位电路、看门狗电路、安全中断电路、SPI通讯电路等部分组成，主要的目的就是为了监控各个输出电源的电压、电流等负载情况，并且把这些转化成信号和电机控制器的主控制板也就是控制芯片进行SPI(SerialPeripheralInterface，串行外设接口)通讯，用于监控整个控制电路的多路各种电源，用于实时控制。主要功能如下：
1)监测正常输出的电压和电流，用于外围的负载保护；
2)用于过载保护：当其中的一路或者几路外界负载过重，可以直接关闭电源输出，让控制器处于电源保护状态；这样可以让使用者停止使用，保护硬件电路；
3)失效保护：当出现电源线断线，负载电流就会很小，可以判定外围断线，直接保护，不让控制器工作在不确定状态。
上述的这些功能，在一般的电机控制器控制电源里面，是没有的。本例的控制芯片为DSP(数字信号处理)芯片TC275。
本例还包括电压电流监测电路，所述电压电流监测电路的输入端与所述输出电路的输出端相连，所述电压电流监测电路输出端与所述电源控制通讯电路输入端相连。主要就是采集主回路的输出电压和电流参数，直接用于整个电源电路的控制，并且也是和电机控制器的控制芯片间通讯的主要数据信号，是作为故障判定的一个依据。
本发明还提供了一种包含上述电源控制电路的低压控制电源电路，还包括硬件信号电路、电源入口电路，外部电源通过所述电源入口电路与所述电源控制电路输入端相连，所述硬件信号电路的输出端分别与所述电源控制电路输入端和控制芯片输入端相连，所述电源控制电路输出端与控制芯片输入端相连。
本发明输出的12V电源为外部12V设备和电路供电，输出的5V电源为外部5V设备和电路供电。本发明的控制芯片分别和外部12V设备和电路输出端、外部5V设备和电路输出端及电源控制电路输出端相连，用于实现对外部12V设备和电路、外部5V设备和电路和本发明电源控制电路的监控。
本例的硬件信号电路控制器外围的一些硬件控制信号，如使能信号、复位信号、唤醒等信号，经过电路处理后，给到本发明的低压控制电源电路，用于整个低压控制电源电路的运行前提条件，相当于“准备好”信号。
本发明可以提供电机控制器的整个控制板的各种电源，并且可以实现电源的监控控制，实时和控制板的控制芯片实现通讯，满足ASIL-D的功能安全，是今后新能源汽车领域的发展趋势。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电源控制电路，其特征在于：包括升压控制电路、降压控制电路、电源比较电路、逻辑电路、开关电路、输出电路、电源转换电路，外部电源的输出端分别与所述升压控制电路输出端、电源比较电路输入端、开关电路输入端相连，所述开关电路输出端与输出电路的输入端相连，所述输出电路输出12V电源，并且所述输出电路的输出端与用于输出5V电源的电源转换电路输入端相连，所述逻辑电路的输入端与所述电源比较电路输出端相连，所述逻辑电路的输出端分别与所述升压控制电路输入端和所述降压控制电路输入端相连，所述降压控制电路输出端与所述开关电路输入端相连。
2.根据权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于：还包括内部电源、控制芯片及电源控制通讯电路，所述内部电源输入端与外部电源输出端相连，所述内部电源为电源控制电路内部各个电路模块供电，所述电源控制通讯电路与控制芯片相连。
3.根据权利要求2所述的电源控制电路，其特征在于：还包括电压电流监测电路，所述电压电流监测电路的输入端与所述输出电路的输出端相连，所述电压电流监测电路输出端与所述电源控制通讯电路输入端相连。
4.根据权利要求2所述的电源控制电路，其特征在于：还包括LDO电源，所述LDO电源为所述控制芯片供电。
5.根据权利要求2-4任一项所述的电源控制电路，其特征在于：所述电源控制通讯电路包括定时器电路、唤醒与使能电路、电压检测与复位电路、看门狗电路、安全中断电路和SPI通讯电路，外部控制信号与所述唤醒与使能电路和升压控制电路相连，所述SPI通讯电路用于与所述控制芯片通讯。
6.根据权利要求1-4任一项所述的电源控制电路，其特征在于：所述升压控制电路为Boost控制电路。
7.根据权利要求1-4任一项所述的电源控制电路，其特征在于：所述降压控制电路为Buck控制电路。
8.根据权利要求1-4任一项所述的电源控制电路，其特征在于：所述电源转换电路包括uP的5V数字电源电路、uP的5V模拟电源电路、5V外设数字电源电路、5V外设模拟电源电路、5V外设参考电源电路。
9.一种含权利要求1-8任一项所述电源控制电路的低压控制电源电路，其特征在于：包括硬件信号电路、电源入口电路，外部电源通过所述电源入口电路与所述电源控制电路输入端相连，所述硬件信号电路的输出端分别与所述电源控制电路输入端和控制芯片输入端相连，所述电源控制电路输出端与控制芯片输入端相连。
10.根据权利要求9所述的低压控制电源电路，其特征在于：所述硬件信号电路用于控制外围的硬件控制信号，所述硬件控制信号包括使能信号、复位信号、唤醒信号。
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