CN106427835A - 一种新能源汽车电子vcu模块的低功耗休眠电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路，其中主电源控制电路与主电源相连接，所述主电源控制电路用于控制所述主电源的供电输出，所述主电源与接口电路、处理器、CAN收发器相连接并为其提供工作电源；辅助电源控制电路与辅助电源相连接，所述辅助电源控制电路用于控制所述辅助电源的供电输出，辅助电源与处理器、CAN收发器相连接并为其提供在休眠状态时的工作电源，处理器与CAN收发器、主电源控制电路、辅助电源控制电路相连接。本发明采用低功耗设计，通过使用辅助电源与主电源配合工作，使处理器工作在不同的模式，最大程度的节约了新能源汽车电子VCU模块的静态能耗。
Description
技术领域
本发明涉及到新能源汽车电子技术领域，特别是一种新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路及休眠方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，越来越多的电子系统在汽车上得到了应用，完成不同的测量、控制、和驱动等功能，电子控制系统的增加，同时也增加了供电电源的消耗。新能源车辆在停驶后的一段时间内，系统内所有的电子控制单元(如整车VCU、电池管理系统、高压控制单元、电机控制器等)仍处于工作状态，其总电流可达几百mA,需要在汽车不运行以及所选的电子设备不工作时，关闭控制模块或进入低功耗状态，避免导致电池耗尽。为了应对不断增长的低功耗需求，汽车电子应用处理器除了改善器件的特性，采用更先进的工艺，在电路和系统上进行优化，还采用多种低功耗设计，如不同的工作模式(正常模式、空闲模式、休眠模式)，在空闲模式下，处理器的功耗约为几mA，在休眠模式下，单片机的功毫为uA级，极大的降低了电源的消耗，当处理器处于休眠状态下，其功耗可以忽略不计，但是在整个电子系统中，为ECU模块供电的电源仍处于工作状态下，与处理器相连接的各种外设接口，仍然存在电源的消耗。现有的技术方案中有采用对电源进行控制的方法，通过硬件直接对电源进行开关控制，其不足之处是当电源关闭后，处理器掉电后，CPU和定时器等电路的时钟全部被冻结，只有重新上电并硬件复位后才能再次进入工作状态，处理器RAM中的数据全部丢失，程序将从头开始执行。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路，其包括主电源控制电路、主电源、辅助电源控制电路、辅助电源、接口电路、处理器、CAN收发器组成；
主电源控制电路与主电源相连接，所述主电源控制电路用于控制所述主电源的供电输出，所述主电源与接口电路、处理器、CAN收发器相连接并为其提供工作电源；
辅助电源控制电路与辅助电源相连接，所述辅助电源控制电路用于控制所述辅助电源的供电输出，辅助电源与处理器、CAN收发器相连接并为其提供在休眠状态时的工作电源，处理器与CAN收发器、主电源控制电路、辅助电源控制电路相连接。
较佳地，所述主电源控制电路与所述处理器相连接并受处理器控制，所述处理器产生一个控制信号并发送至所述主电源控制电路，所述主电源控制电路控制所述主电源进入工作状态或休眠状态，当所述主电源处于工作状态时，输出一个稳定电压给所述接口电路、处理器和CAN收发器；
辅助电源控制电路与所述处理器相连接并受处理器控制，所述处理器产生一个控制信号发送至所述主电源控制电路，所述主电源控制电路控制辅助电源进入工作状态或休眠状态，当辅助电源工作时，所述辅助电源输出一个稳定电压，给所述处理器和CAN收发器提供休眠工作电源。
较佳地，所述处理器在休眠状态下，如果有外部中断触发或CAN总线上有信息活动时，显性电平会触发CAN唤醒动作，激活处理器的CAN接收中断，处理器重新进入正常工作模式，其GPIO输出电平控制信号，接通主电源，关闭辅助电源，使系统重新进入工作状态。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路采用低功耗设计，通过使用辅助电源与主电源配合工作，通过软件控制处理器工作在不同的工作模式下，从软件从次上，控制硬件的工作频率和硬件的工作时间，在低功耗时使系统活动减少，内核时钟关闭，锁相环、flash存储器、模数转换器等模块关闭,从而降低处理器自身功耗的。同时，使外部接口芯片大部分电源被切断,从而达到可能的最小系统功耗,此时处理器可以被外部的引脚、复位或者使用低功耗时钟的周期性唤醒源所唤醒。或通过CAN总线网络，产生唤醒中断，使系统重新进入工作状。通过芯片的休眠模式切换，使系统在不的状态下采用不同的工作模式(休眠模式，工作模式，低功耗模式)，降低系统功耗，最大程度的节约了新能源汽车电子VCU模块的能耗。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路框图；
图2为本发明提供的新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路结构图；
图3为本发明提供的低功耗休眠电路处理器在工作状态下的工作示意图；
图4为本发明提供的低功耗休眠电路处理器在休眠状态下的工作示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路，其包括主电源控制电路、主电源、辅助电源控制电路、辅助电源、接口电路、处理器、CAN收发器组成；
主电源控制电路与主电源相连接，所述主电源控制电路用于控制所述主电源的供电输出，所述主电源与接口电路、处理器、CAN收发器相连接并为其提供工作电源；
辅助电源控制电路与辅助电源相连接，所述辅助电源控制电路用于控制所述辅助电源的供电输出，辅助电源与处理器、CAN收发器相连接并为其提供在休眠状态时的工作电源，处理器与CAN收发器、主电源控制电路、辅助电源控制电路相连接。
如图1、图2所示，所述主电源控制电路与所述处理器相连接并受处理器控制，所述处理器产生一个控制信号并发送至所述主电源控制电路，所述主电源控制电路控制所述主电源进入工作状态或休眠状态，当所述主电源处于工作状态时，输出一个稳定电压给所述接口电路、处理器和CAN收发器；
辅助电源控制电路与所述处理器相连接并受处理器控制，所述处理器产生一个控制信号发送至所述主电源控制电路，所述主电源控制电路控制辅助电源进入工作状态或休眠状态，当辅助电源工作时，所述辅助电源输出一个稳定电压，给所述处理器和CAN收发器提供休眠工作电源。
所述处理器在休眠状态下，如果有外部中断触发或CAN总线上有信息活动时，显性电平会触发CAN唤醒动作，激活处理器的CAN接收中断，处理器重新进入正常工作模式，其GPIO输出电平控制信号，接通主电源，关闭辅助电源，使系统重新进入工作状态。
休眠电路构成如图2所示，主电源由U1、C1、V1、L1、R5、R6、C2、C3组成一个开关型集成稳压器，可提供一个驱动能力达3A，具有良好的线性和负载调节特性的电源,其输出电压通过电阻R5、R6分压实现调节输出，图中C1为Cboost电容，V1为整流管，L1为储能电感，为开关管工作提供保证，并通过电容C2、C3进行滤波，产生一个稳定电压VCC0，为整个系统提供正常工作时所需的电源。主电源控制电路由电阻R1、R2、R3、R4、和三极管Q1、Q2及控制信号S1组成，当S1为低电平时，三极管Q1截止，三极管Q2导通，开关稳压器U1的ON/OFF引脚为高电平，开关稳压器U1开始工作。主电源输出电路由二极管V3和V4组成，当主电源工作时，电压VCC0通过二极管V3、V4分别为处理器、CAN收发器、和接口电路提供工作电源。
辅助电源由三极管Q4、Q5、电阻R10、C4、稳压管V2，滤波电容C5组成，当三极管Q4导通时，电源VBB通过三极管Q4、电阻R10分压、稳压管V2稳压、三极管Q5基极滤波电容C4滤波后，在稳压管V2上产生一个稳定的电压VD2，其输出电压VDD等于VD2与三极管Q5的Ube极结电压之差。辅助电源控制电路由电阻R7、R8、R9、和三极管Q3及控制信号S2组成，当S2为高电平时，三极管Q3、Q4导通，在稳压管V2上产生一个稳定的电压VD2，三极管Q5导通，并经电容C5滤波输出一个稳定的电压VDD。辅助电源工作状态检测电路由电阻R11、R12、电容C6组成，主要用于检测辅助电源电路是否投入工作状态，当三极管Q4导通后，在稳压管V2上产生一个电压VD2以后，该电压被电阻R1、R12分压并经电容C6滤波后，得到一个采样电压，送入到处理器U2的ADC采样通道AN0，通过对AN0通道的采样值获取，可判断辅助电源是否处于工作并输出状态。
ECU模块在工作过程中，主电源工作，为系统提供电源，处理器通过CAN收发器接收总线上的CAN信息，并进行相应的处理，当整车系统进入停驶状态时，总线上的控制节点先后被关闭，ECU模块接收不到总线上的CAN信息，此进处理器准备进入休眠模式，其处理流程如图3所示，处理器首先对其外部的GPIO进行处理，将部分端器配置到相应的电平，以降低功耗，如图2所示，CAN收发器休眠控制端口STB连接到处理器的控制端口PA3，在正常模式处理器将PA3配置为一个低电平。在这种模式下,收发器可以通过CAN线路CANH和CANL传输和接收数据。将总线上的差分接收信号转换成数字信号经RXD输出到处理器。进入休眠模式时，处理器将PA3端口配置为高电平，此时CAN收发器U3进入休眠模式，电流下降至微安级。
随后，处理器将其输出端口PA1(S2)置为高电平，当PA1(S2)为高电平时，通过电阻R7、R8分压，送入到三极管Q3的基极，三极管Q3导通，Q3的集电极为低电平，三极管Q4导通，在稳压管V2上产生一个稳定的电压VD2，三极管Q5导通，并经电容C5滤波输出一个稳定的电压VDD。辅助电源工作状态检测电路由电阻R11、R12、电容C6组成，主要用于检测辅助电源电路是否投入工作状态，当三极管Q4导通后，在稳压管V2上产生一个电压VD2以后，该电压被电阻R1、R12分压并经电容C6滤波后，得到一个采样电压，送入到处理器U2的ADC采样通道AN0，通过对AN0通道的采样值获取，可判断辅助电源是否处于工作并输出状态。
当处理器检测到AN0通道有电压存在并达到相应的电压值时，表明辅助电源已经投入正常工作，处理器通过软件关闭其内部ADC模块，外设模块，并配置CAN唤醒中断后，重新初始化CAN模块，随后设置一个备份寄存器并关闭看门狗模块，用于系统唤醒后的状态查询，最后将处理器的GPIO端口PA0(S1)置为高电平，当PA0(S1)为高电平时，三极管Q1导通，三极管Q2截止，开关稳压器U1的ON/OFF引脚为低电平，开关稳压器U1停止工作。主电源VCC0输出关闭。此时辅助电源已经正常工作，系统供电转由辅助电源VDD提供。在辅助电源工作时，由于在主电源和辅助电源之间串接了一个二极管V3，防止了辅助电源反串到主电源电路为接口电路提供工作电源。
处在休眠状态下的ECU模块，总电流下降至微安级，此时，处理器内部时钟及看门狗模块，ADC模块、外设模块等均处理停止状态，运行数据均保存在RAM单元，当系统重新进入工作状态时，总线上有信息活动时，CAN信号通过CAN线路CANH和CANL传输和接收数据。将总线上的差分接收信号转换成数字信号经RXD输出到处理器。当RXD输出端口有电平脉冲信号输出时，触发CAN唤醒中断，处理器的软件跳转到CAN唤醒中断处理程序中，其处理流程如图4所示，当产生唤醒中断时，系统重新对CAN模块进行初始化，并配置相应的接收中断后完成中断配置，并配置外部中断，修改备份寄存器后，对外部的GPIO进行处理，将PA3配置为低电平，使CAN收发器进入正常工作状态。随后开启ADC模块，外设模块，和看门狗模块，系统转入正常工作状态，最后处理器将输出端口PA2(S1)配置为低电平，PA1(S2)置为低电平，当S1为低电平时，三极管Q1截止，三极管Q2导通，开关稳压器U1的ON/OFF引脚为高电平，开关稳压器U1开始工作。主电源电路输出电压VCC0，电压VCC0通过二极管V3、V4分别为处理器、CAN收发器、和接口电路提供工作电源。同时当PA1(S2)为低电平时，三极管Q3截止，Q3的集电极为高电平，三极管Q4截止，在稳压管V2无电压，三极管Q5截止辅助电源关闭。
本发明提供的新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路采用低功耗设计，通过使用辅助电源与主电源配合工作，使处理器不同的工作模式，最大程度的节约了新能源汽车电子VCU模块的能耗。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路，其特征在于，包括主电源控制电路、主电源、辅助电源控制电路、辅助电源、接口电路、处理器、CAN收发器组成；
主电源控制电路与主电源相连接，所述主电源控制电路用于控制所述主电源的供电输出，所述主电源与接口电路、处理器、CAN收发器相连接并为其提供工作电源；
辅助电源控制电路与辅助电源相连接，所述辅助电源控制电路用于控制所述辅助电源的供电输出，辅助电源与处理器、CAN收发器相连接并为其提供在休眠状态时的工作电源，处理器与CAN收发器、主电源控制电路、辅助电源控制电路相连接。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路，其特征在于，所述主电源控制电路与所述处理器相连接并受处理器控制，所述处理器产生一个控制信号并发送至所述主电源控制电路，所述主电源控制电路控制所述主电源进入工作状态或休眠状态，当所述主电源处于工作状态时，输出一个稳定电压给所述接口电路、处理器和CAN收发器；
所述辅助电源控制电路与所述处理器相连接并受处理器控制，所述处理器产生一个控制信号发送至所述主电源控制电路，所述主电源控制电路控制辅助电源进入工作状态或休眠状态，当辅助电源工作时，所述辅助电源输出一个稳定电压，给所述处理器和CAN收发器提供休眠工作电源。
3.根据权利要求1所述的新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路，其特征在于，所述处理器与主电源控制、辅助电源电路相连接，当处理器处理工作状态时，控制主电源工作，给系统的接口电路、CAN收发器和处理器自身提供工作电源，处理器的外设与接口电路进行通讯并实现电路的正常工作，CAN收发器处于正常工作状态；
当处理器接收不到CAN信息时或需要进入休眠模式时，自动关闭外设接口电路，保存堆栈，使CAN收发器进入休眠模式，同时输出一个信号给辅助电源控制电路，接通辅助电源，当检测到辅助电源工作正常后，处理器输出一个信号给主电源控制电路，关闭主电源，系统转由辅助电源供电，处理器配置外部中断，用来唤醒停止模式，配置相关的GPIO到相应的电平以确保省电，并对相关数据进行备份保存后进入STOP模式，ECU模块进入休眠状态。
4.根据权利要求1所述的新能源汽车电子VCU模块的低功耗休眠电路，其特征在于，所述处理器在休眠状态下，如果有外部中断触发或CAN总线上有信息活动时，显性电平会触发CAN唤醒动作，激活处理器的CAN接收中断，处理器重新进入正常工作模式，其GPIO输出电平控制信号，接通主电源，关闭辅助电源，使系统重新进入工作状态。
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