CN107546843B - 一种多电源供电的行车记录仪电源控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电源供电的行车记录仪电源控制系统，其特征在于，可分别由ACC，电池及超级电容三路电源来给系统进行供电，同时，引入了多微控制单元对其整个电路进行控制，从而使得了行车记录仪更加的安全可靠，使用更加的方便快捷。

Description

一种多电源供电的行车记录仪电源控制系统

技术领域

本发明属于一种多电源供电的行车记录仪电源控制系统。

背景技术

行车记录器在汽车上的应用，经过几年的发展已经逐渐从后装领域进入到汽车前装的领域；几年前就可以清晰看到行车记录器在前装将以标配的形式存在（这将类似于部队的制式武器了）；现在不仅验证了标配的趋势，而且更是以安全件的形式存在于汽车上。既然作为安全件，结合行车记录器的特定属性，必要要求特定而且符合高可靠性的电源结构。除了能符合汽车严苛而且复杂的工作条件，还要能应对各种异常的工作状况，并使得系统具有自我回复的特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多电源供电的行车记录仪电源控制系统。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种多电源供电的行车记录仪电源控制系统，其特征在于，可分别由ACC，电池及超级电容三路电源来给系统进行供电，同时，引入了多微控制单元对其整个电路进行控制；

其中系统供电输入端分别接入相应的ACC及电池电源供电端，同时，分别在ACC及电池电源供电端接入两只整流二极管D1和D3，此外，在电源接入端后还分别接入过压保护二极管D2同时，在过压保护二极管D2后端还设有一自恢复型保险丝F1，同时，电源接入端后还设有电容C1，C2，C3，C4和L1所构成的线路滤波电路；

超级电容C17一端通过电阻R21与微控制单元U3的ADC15接口连接，另一端接地，所述超级电容C17一端通过电阻R21与微控制单元U3的ADC15接口连接端还依次接入电容C16与电阻R23，电容C16与电阻R23另一端接地；

此外，第一微控制单元U1的VIN接口直接接入电源电路，同时，第一微控制单元U1的VIN接口与第一微控制单元U1的EN接口通过电阻R1相互连接，第一微控制单元U1的COMP接口通过电阻R3与电容C13与第一微控制单元U1的GND 接口相互连接，第一微控制单元U1的SS接口通过电容C14与第一微控制单元U1的第一微控制单元U1的GND 接口相互连接，第一微控制单元U1的SYNC接口通过电阻R6与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的FS接口通过电阻R7与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的GND接口接地，同时，第一微控制单元U1的PGND接口与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的VCC接口通过电容C12与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的BOOT接口通过电容C5与第一微控制单元U1的PHASE接口相互连接；

第一微控制单元U1的PHASE接口通过一电感L2与第二微控制单元U2的VIN接口相互连接，同时，第一微控制单元U1的PHASE接口后的电感L2后端还依次通过电容C7，C8，C9，C10与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第二微控制单元U2的SS接口与第二微控制单元U2的GND接口通过电容C11相互连接，第二微控制单元U2的VOUT接口输出5V电压；

此外，电路中还引用了第二微控制单元U2与第五微控制单元U5，第二微控制单元U2与第五微控制单元U5通过UART分别与第一微控制单元U1与第三微控制单元U3进行通信，从而，第二微控制单元U2与第五微控制单元U5可从第一微控制单元U1与第三微控制单元U3获取心跳信号，一旦在规定的时间没有获取到心跳信号，那么MCU会通过U2和U5开关系统的电源，让主芯片重新复位；

其中第二微控制单元U2的VIN口与第一微控制单元U1的PHASE口通过电感L2进行相互连接，第二微控制单元U2的EN口与第三微控制单元U3的GPIOA2DH口通过电阻R10进行相互连接；

第五微控制单元U5的VIN口与第三微控制单元U3的ADC15口通过电阻R21连接，第五微控制单元U5的EN口与第三微控制单元U3的P01通过电阻R25口相互连接。

进一步地，优选的，所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统的第一微控制单元U1为ISL85410。

进一步地，优选的，所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统的第三微控制单元U3为WT51F108

进一步地，优选的，所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统的第二微控制单元U2与第五微控制单元U5为EUP3508VIR1。

本发明采取了上述方案以后，具有以下优势

1、电源供应结构上的创新

A） 采用ACC + B+的方式给系统供电，既有一定的可靠度也具有较好的性价比，在绝大部分时候都可以满足产品的使用要求。尤其在蓄电池安装结构比较可靠的基础上，撞车导致B+电源异常中断就是一个极小概率事件。为了极小概率事件花费成本是值得商榷的。

B） 采用ACC + 超级电容+ B+的方式给系统供电，那么系统具有最高的可靠性；即使ACC和B+同时发生异常中断的条件下，也可以确保行车记录器的文件系统完整性以及录影数据不会发生丢失。在系统仅有超级电容供电的条件下，系统将不再支持延时录影，而是在数据和文件系统完整记录之后就关闭系统电源。这样就可以选择较小容量的超级电容，优化产品的成本。

2、简洁、独特而创新的电路设计，以高压高频的DC-DC为核心，以较低的成本实现如下的功能：

A) 采用高频高压的DC-DC，能适应6V – 40V的宽电源电压输入范围，由于采用开关变换方式，因此可以实现非常高的电源变换效率；而较高的工作频率则可以选择比较小的电感和电容，并且可以提供较高的功率密度；

B) 选择具有PFM工作模式的DC-DC，以及具有极低的静态工作电流；从而使得以非常简单的电路就获取较优秀的待机功耗；

C) VCC和B+都是高压输入，我们的设计并不会针对每一路电源输入配置专门的电源变换处理，这样就会导致电路复杂，成本上升。我们设计其共用一路DC-DC变换器，输入端通过两个整流二极管做或的选择，两路电源任意一路有电都会使得变换电路有电源输入；二极管还起到极性反接保护的作用；还可以起到隔离检测的作用，后端的检测回路要检测ACC和B+的有和无，由于有二极管的存在就可以隔离电源变换电路输出的电压反灌回输入端影响检测的准确性；

D) 高压电源输入的过压保护，过流保护和滤波等处理，都应该放在二极管或的选择之后，这样电源变换输入端的器件也被合并和精简了；

3、整个设计完全不使用电解电容，从而使得产品的可靠性大大提高，体积也可以缩小，尤其能大幅度改善低温（< -40℃）启动的性能。铝电解电容频率特性不好，这非常不适合使用于开关电源的功率滤波位置上，使得铝电解电容在此处的损耗增加，加快了点解液泄露的速度，从而缩减电解电容的寿命；钽电解电容虽然频率特性比较好，但是存在一个致命的缺陷，耐压比较低，一旦发生故障，其故障模式为短路。这样一来，将钽电解电容用于电源线的输入和输出端都不是高可靠性的选择。

另外，所有使用电解液的电容，其电解液都存在泄露的可能；因此，电解电容的寿命都是比较短的。尤其是使用在高温的条件下，电解液泄露的速度会加快。行车记录器的产品内部环境温度并不低。

使用电解液做介质的电容还有另外一个缺陷，低温条件下，电解液会被冻住；电源电路使用电解电容都很容易导致低温启动不了的故障。

行车记录器上完全不使用任何电解电容是设计的一大创新。

4、引入超级电容做备用电源让整个产品更加坚固可靠。这个属于低压电源因此没有办法在高压电源输入引入，我们必须在DC-DC的输出端混入。超级电容的引入必然带来控制逻辑的复杂化，我们努力将这些做得简单而且可靠。

A) 在系统系能满足的前提条件下，选择最小的超级电容容量，从而使得系统的成本最低；

B) 增加充电电流限制措施，否则在超级电容完全没有电的条件下给系统上电，会导致DC-DC检测到过流保护的条件；

C) 在系统关闭时要迅速切断超级电容和系统的连接，为系统的下一次上电做好准备。避免系统在没有充分放电的基础上重新上电，这容易导致数字电路出现闩锁状态。这些措施可以让系统应对点火阶段出现的多次快速通断电的冲击。确保系统可靠复位后进入正常工作状态；

D) 超级电容的加入，由于充满电之后超级电容存在漏电的问题，需要持续补充电量；这就是使得系统待机时的损耗比较大，达不到 < 0.2mA@12V这样的标准。我们设计了一个控制措施，在待机时让DC-DC输出一个更低的电压，以非常低成本的方式切断超级电容和DC-DC之间的连接，从而使得系统的待机电流符合要求。

5、引入MCU，这颗MCU必须要仔细筛选，具有多种可靠复位的措施以及有独立时钟的WDT这样的品种。MCU的引入可以检测ACC,B+和超级电容的电压状态，对系统电源进行控制；并且在主芯片由于闩锁或者其他条件导致停止工作时，可以重新通断系统后级的电源让整个系统重新恢复工作。

6、可以取消系统复位按钮，很多行车记录器产品都保留有一个复位按钮；让客户在系统崩溃是可以进行手动复位。当然，这是一个非常不人性化的措施。我们的设计是不需要这个复位按钮的，即便系统出现异常时也有自会恢复的机制，免除用户的干预和处理。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，

图1是本发明多电源供电的行车记录仪电源控制系统的结构示意图；

图2是本发明多电源供电的行车记录仪电源控制系统的8号元件的示意图；

图3是本发明多电源供电的行车记录仪电源控制系统的17号元件的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

一种多电源供电的行车记录仪电源控制系统，其特征在于，可分别由ACC，电池及超级电容三路电源来给系统进行供电，同时，引入了多微控制单元对其整个电路进行控制；

其中系统供电输入端分别接入相应的ACC及电池电源供电端，同时，分别在ACC及电池电源供电端接入两只整流二极管D1和D3，此外，在电源接入端后还分别接入过压保护二极管D2同时，在过压保护二极管D2后端还设有一自恢复型保险丝F1，同时，电源接入端后还设有电容C1，C2，C3，C4和L1所构成的线路滤波电路；

超级电容C17一端通过电阻R21与微控制单元U3的ADC15接口连接，另一端接地，所述超级电容C17一端通过电阻R21与微控制单元U3的ADC15接口连接端还依次接入电容C16与电阻R23，电容C16与电阻R23另一端接地；

此外，第一微控制单元U1的VIN接口直接接入电源电路，同时，第一微控制单元U1的VIN接口与第一微控制单元U1的EN接口通过电阻R1相互连接，第一微控制单元U1的COMP接口通过电阻R3与电容C13与第一微控制单元U1的GND 接口相互连接，第一微控制单元U1的SS接口通过电容C14与第一微控制单元U1的第一微控制单元U1的GND 接口相互连接，第一微控制单元U1的SYNC接口通过电阻R6与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的FS接口通过电阻R7与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的GND接口接地，同时，第一微控制单元U1的PGND接口与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的VCC接口通过电容C12与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的BOOT接口通过电容C5与第一微控制单元U1的PHASE接口相互连接；

第一微控制单元U1的PHASE接口通过一电感L2与第二微控制单元U2的VIN接口相互连接，同时，第一微控制单元U1的PHASE接口后的电感L2后端还依次通过电容C7，C8，C9，C10与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第二微控制单元U2的SS接口与第二微控制单元U2的GND接口通过电容C11相互连接，第二微控制单元U2的VOUT接口输出5V电压；

此外，电路中还引用了第二微控制单元U2与第五微控制单元U5，第二微控制单元U2与第五微控制单元U5通过UART分别与第一微控制单元U1与第三微控制单元U3进行通信，从而，第二微控制单元U2与第五微控制单元U5可从第一微控制单元U1与第三微控制单元U3获取心跳信号，一旦在规定的时间没有获取到心跳信号，那么MCU会通过U2和U5开关系统的电源，让主芯片重新复位；

其中第二微控制单元U2的VIN口与第一微控制单元U1的PHASE口通过电感L2进行相互连接，第二微控制单元U2的EN口与第三微控制单元U3的GPIOA2DH口通过电阻R10进行相互连接；

第五微控制单元U5的VIN口与第三微控制单元U3的ADC15口通过电阻R21连接，第五微控制单元U5的EN口与第三微控制单元U3的P01通过电阻R25口相互连接。

进一步地，优选的，所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统的第一微控制单元U1为ISL85410。

进一步地，优选的，所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统的第三微控制单元U3为WT51F108

进一步地，优选的，所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统的第二微控制单元U2与第五微控制单元U5为EUP3508VIR1。

本发明采取了上述方案以后，具有以下优势

1、电源供应结构上的创新

A） 采用ACC + B+的方式给系统供电，既有一定的可靠度也具有较好的性价比，在绝大部分时候都可以满足产品的使用要求。尤其在蓄电池安装结构比较可靠的基础上，撞车导致B+电源异常中断就是一个极小概率事件。为了极小概率事件花费成本是值得商榷的。

B） 采用ACC + 超级电容+ B+的方式给系统供电，那么系统具有最高的可靠性；即使ACC和B+同时发生异常中断的条件下，也可以确保行车记录器的文件系统完整性以及录影数据不会发生丢失。在系统仅有超级电容供电的条件下，系统将不再支持延时录影，而是在数据和文件系统完整记录之后就关闭系统电源。这样就可以选择较小容量的超级电容，优化产品的成本。

2、简洁、独特而创新的电路设计，以高压高频的DC-DC为核心，以较低的成本实现如下的功能：

A) 采用高频高压的DC-DC，能适应6V – 40V的宽电源电压输入范围，由于采用开关变换方式，因此可以实现非常高的电源变换效率；而较高的工作频率则可以选择比较小的电感和电容，并且可以提供较高的功率密度；

B) 选择具有PFM工作模式的DC-DC，以及具有极低的静态工作电流；从而使得以非常简单的电路就获取较优秀的待机功耗；

C) VCC和B+都是高压输入，我们的设计并不会针对每一路电源输入配置专门的电源变换处理，这样就会导致电路复杂，成本上升。我们设计其共用一路DC-DC变换器，输入端通过两个整流二极管做或的选择，两路电源任意一路有电都会使得变换电路有电源输入；二极管还起到极性反接保护的作用；还可以起到隔离检测的作用，后端的检测回路要检测ACC和B+的有和无，由于有二极管的存在就可以隔离电源变换电路输出的电压反灌回输入端影响检测的准确性；

D) 高压电源输入的过压保护，过流保护和滤波等处理，都应该放在二极管或的选择之后，这样电源变换输入端的器件也被合并和精简了；

3、整个设计完全不使用电解电容，从而使得产品的可靠性大大提高，体积也可以缩小，尤其能大幅度改善低温（< -40℃）启动的性能。铝电解电容频率特性不好，这非常不适合使用于开关电源的功率滤波位置上，使得铝电解电容在此处的损耗增加，加快了点解液泄露的速度，从而缩减电解电容的寿命；钽电解电容虽然频率特性比较好，但是存在一个致命的缺陷，耐压比较低，一旦发生故障，其故障模式为短路。这样一来，将钽电解电容用于电源线的输入和输出端都不是高可靠性的选择。

另外，所有使用电解液的电容，其电解液都存在泄露的可能；因此，电解电容的寿命都是比较短的。尤其是使用在高温的条件下，电解液泄露的速度会加快。行车记录器的产品内部环境温度并不低。

使用电解液做介质的电容还有另外一个缺陷，低温条件下，电解液会被冻住；电源电路使用电解电容都很容易导致低温启动不了的故障。

行车记录器上完全不使用任何电解电容是设计的一大创新。

4、引入超级电容做备用电源让整个产品更加坚固可靠。这个属于低压电源因此没有办法在高压电源输入引入，我们必须在DC-DC的输出端混入。超级电容的引入必然带来控制逻辑的复杂化，我们努力将这些做得简单而且可靠。

A) 在系统系能满足的前提条件下，选择最小的超级电容容量，从而使得系统的成本最低；

B) 增加充电电流限制措施，否则在超级电容完全没有电的条件下给系统上电，会导致DC-DC检测到过流保护的条件；

C) 在系统关闭时要迅速切断超级电容和系统的连接，为系统的下一次上电做好准备。避免系统在没有充分放电的基础上重新上电，这容易导致数字电路出现闩锁状态。这些措施可以让系统应对点火阶段出现的多次快速通断电的冲击。确保系统可靠复位后进入正常工作状态；

D) 超级电容的加入，由于充满电之后超级电容存在漏电的问题，需要持续补充电量；这就是使得系统待机时的损耗比较大，达不到 < 0.2mA@12V这样的标准。我们设计了一个控制措施，在待机时让DC-DC输出一个更低的电压，以非常低成本的方式切断超级电容和DC-DC之间的连接，从而使得系统的待机电流符合要求。

5、引入MCU，这颗MCU必须要仔细筛选，具有多种可靠复位的措施以及有独立时钟的WDT这样的品种。MCU的引入可以检测ACC,B+和超级电容的电压状态，对系统电源进行控制；并且在主芯片由于闩锁或者其他条件导致停止工作时，可以重新通断系统后级的电源让整个系统重新恢复工作。

6、可以取消系统复位按钮，很多行车记录器产品都保留有一个复位按钮；让客户在系统崩溃是可以进行手动复位。当然，这是一个非常不人性化的措施。我们的设计是不需要这个复位按钮的，即便系统出现异常时也有自会恢复的机制，免除用户的干预和处理。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多电源供电的行车记录仪电源控制系统，其特征在于，可分别由ACC，电池及超级电容三路电源来给系统进行供电，同时，引入了多微控制单元对其整个电路进行控制；

其中系统供电输入端分别接入相应的ACC及电池电源供电端，同时，分别在ACC及电池电源供电端接入两只整流二极管D1和D3，此外，在电源接入端后还分别接入过压保护二极管D2同时，在过压保护二极管D2后端还设有一自恢复型保险丝F1，同时，电源接入端后还设有电容C1，C2，C3，C4和L1所构成的线路滤波电路；

超级电容C17一端通过电阻R21与微控制单元U3的ADC15接口连接，另一端接地，所述超级电容C17一端通过电阻R21与微控制单元U3的ADC15接口连接端还依次接入电容C16与电阻R23，电容C16与电阻R23另一端接地；

此外，第一微控制单元U1的VIN接口直接接入电源电路，同时，第一微控制单元U1的VIN接口与第一微控制单元U1的EN接口通过电阻R1相互连接，第一微控制单元U1的COMP接口通过电阻R3与电容C13与第一微控制单元U1的GND 接口相互连接，第一微控制单元U1的SS接口通过电容C14与第一微控制单元U1的第一微控制单元U1的GND 接口相互连接，第一微控制单元U1的SYNC接口通过电阻R6与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的FS接口通过电阻R7与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的GND接口接地，同时，第一微控制单元U1的PGND接口与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的VCC接口通过电容C12与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第一微控制单元U1的BOOT接口通过电容C5与第一微控制单元U1的PHASE接口相互连接；

第一微控制单元U1的PHASE接口通过一电感L2与第二微控制单元U2的VIN接口相互连接，同时，第一微控制单元U1的PHASE接口后的电感L2后端还依次通过电容C7，C8，C9，C10与第一微控制单元U1的GND接口相互连接，第二微控制单元U2的SS接口与第二微控制单元U2的GND接口通过电容C11相互连接，第二微控制单元U2的VOUT接口输出5V电压；

此外，电路中还引用了第二微控制单元U2与第五微控制单元U5，第二微控制单元U2与第五微控制单元U5通过UART分别与第一微控制单元U1与第三微控制单元U3进行通信，从而，第二微控制单元U2与第五微控制单元U5可从第一微控制单元U1与第三微控制单元U3获取心跳信号，一旦在规定的时间没有获取到心跳信号，那么MCU会通过U2和U5开关系统的电源，让主芯片重新复位；

其中第二微控制单元U2的VIN口与第一微控制单元U1的PHASE口通过电感L2进行相互连接，第二微控制单元U2的EN口与第三微控制单元U3的GPIOA2DH口通过电阻R10进行相互连接；

第五微控制单元U5的VIN口与第三微控制单元U3的ADC15口通过电阻R21连接，第五微控制单元U5的EN口与第三微控制单元U3的P01通过电阻R25口相互连接。

2.根据权利要求1所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统，其特征在于，所述第一微控制单元U1为ISL85410。

3.根据权利要求1所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统，其特征在于，所述第三微控制单元U3为WT51F108。

4.根据权利要求1所述的多电源供电的行车记录仪电源控制系统，其特征在于，所述第二微控制单元U2与第五微控制单元U5为EUP3508VIR1。

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