CN107623367B - 用于将电压源连接至主负载的连接电路 - Google Patents

Abstract

提供一种用于将电压源连接至负载的电路。该电路可包括配置成连接至电压源的Vbatt节点以及与Vbatt节点电连接的二极管。电池隔离开关模块与该二极管电连接，该二极管串联地设置在电池隔离开关模块和Vbatt节点之间。电容器组与电池隔离开关模块电连接并且连接至地面。电容器组配置成进一步与微处理器电源连接。高侧驱动器可配置成从电压源接收电力。二极管配置成使得电容器组和电源隔离。该二极管设置成防止电流通过二极管从电池隔离开关模块和电容器组流回至Vbatt节点或HSD输出。

Description

用于将电压源连接至主负载的连接电路

技术领域

本发明涉及电路，并且更具体地涉及用于将电压源连接至负载的电路。

背景技术

变速器控制单元通常包括控制电路，该控制电路包括驱动器，该驱动器配置成控制向负载的输出。该负载通常包括螺线管，这些螺线管用于控制离合器控制线路的致动。例如，变速器控制单元通常控制多个螺线管以在变速器中切换档位。在一个示例中，变速器控制系统激励（例如，打开）一个或多个螺线管以将变速器切换至特定的档位。变速器控制单元通过调节供给至螺线管的电流的量来激励螺线管。激励螺线管改变用于致动变速器中多个离合器的液压压力水平。在一个示例中，变速器控制单元增大供给至螺线管的电流量以激励螺线管，这增大液压压力并且由此致动变速器离合器。

通常，变速器控制单元由机动车辆的12伏电池供电。对于变速器控制单元控制器自身，变速器控制单元还可包括微处理器电源或者主电源。然而，取决于所使用的ASIC，如果供给至微处理器电源的电压低于变速器控制单元的微处理器所需的阈值，则控制器将重置。对于1A非升压微处理器电源，阈值通常是5伏特或6伏特，低于该阈值，电源就无法将足够的电压提供给微处理器。如果在微处理器电源处的电路电压下降至低于该阈值，则控制器将重置。

通常，变速器控制电路中的电压在例如由车辆电池所供给的约12伏特的范围内。为了控制电压水平中变化，电容器组设置在微处理器电源和用于将输出电压提供给螺线管的驱动器处。驱动器的输出设计成驱动具有电阻和电感的负载，并且当操作时提供电流。如果在驱动器输出处发生向地面的短路，则电阻将下降为接近零，并且电容器组将几乎瞬时地放电。因此，电流会飙升至相当高的水平。电流飙升导致电压在电池和控制器输入之间的线束电阻中下降，并且在控制器输入处以及在微处理器电源输入处的电压可下降至低于控制器操作所需的阈值。如果这发生，控制器将重置。一旦控制器重新起动，而短路并未移除，则驱动器一接通，控制器就会再次重置。会发生控制器重置的循环，导致变速器控制单元不能操作。因此，需要一种变速器控制电路，其防止变速器控制器的不期望重置。

发明内容

本发明提供一种电压源连接体系结构，其使得在短路条件期间所需的体积电容最小，以避免在短路故障期间在变速器控制电路的微处理器电源的输入处产生过大或过快速的电压下降。于是，微处理器电源免于因电压下降至低于重置阈值而重置。

在可与这里描述的其它形式组合或分开的一种形式中，提供一种连接电路，其用于将电压源连接至主负载。连接电路包括控制器的Vbatt节点，该控制器配置成电连接至电压源。阻塞二极管电连接至Vbatt节点。电池隔离开关模块电连接在阻塞二极管和微处理器电源输入电容器组之间，该阻塞二极管串联地设置在电池隔离开关模块和Vbatt节点之间。尤其是在短路条件期间，阻塞二极管设置成防止电流通过阻塞二极管从微处理器电源输入电容器组流回至Vbatt节点或者流回至驱动器输出。微处理器电源输入电容器组在微处理器电源输入电容器组的第一端处电连接至电池隔离开关模块。微处理器电源输入电容器组在微处理器电源输入电容器组的第二端处连接至地面。微处理器电源输入电容器组的第一端配置成进一步与电源连接。

在可与这里描述的其它形式组合或分开的另一形式中，提供一种用于控制汽车系统的汽车控制电路。汽车控制电路包括高侧驱动器，其配置成从电压源接收电力并且驱动负载。高侧驱动器（HSD）电容器组设置成将所存储的电荷提供给高侧驱动器。包括用于对汽车控制电路供电的微处理器电源，其中，该微处理器电源配置成如果供给至微处理器电源的电压下降至低于预定阈值就重置。微处理器电源输入电容器组设置成将所存储的电荷提供给微处理器电源。阻塞二极管配置成使得微处理器电源输入电容器组和微处理器电源与由高侧驱动器向地面的短路所引起的快速电压下降隔离。

该电路可包括附加的特征，例如：阻塞二极管是肖特基二极管；HSD电容器组在HSD电容器组的第一端处电连接至Vbatt节点；HSD电容器组在HSD电容器组的第二端处连接至地面；高侧驱动器在高侧驱动器的第一节点处电连接至Vbatt节点；高侧驱动器的第一节点进一步电连接至HSD电容器组的第一端；高侧驱动器配置成在高侧驱动器的第二节点处电连接至主负载；微处理器电源输入电容器组包括彼此并联地设置的两个或更多个电容器，且微处理器电源输入电容器组的第一端电连接至电池隔离开关模块并且微处理器电源输入电容器组的第二端连接至地面；微处理器电源设置并且电连接至微处理器电源输入电容器的第一端并且连接至电池隔离开关模块；HSD电容器组是第一HSD电容器。

可包括又一些附加的特征，例如：反向电池保护模块在反向电池保护模块的第一节点处电连接至Vbatt节点；反向电池保护模块的第二节点电连接至HSD电容器组的第一端并且连接至HSD；该反向电池保护模块具有二极管或者带有体二极管的MOSFET；唤醒模块具有与反向电池保护模块的第二节点、HSD电容器组的第一端以及高侧驱动器电连接的第一节点；唤醒模块具有电连接至电池隔离开关模块的第二节点；唤醒模块具有第三节点，其配置成电连接至来自控制器外部的唤醒信号源；栅极电阻器电连接至反向电池保护模块的第三节点以及连接至地面；栅-源电阻器连接在反向电池保护装置的源和栅极之间；电池隔离开关模块包括隔离MOSFET；隔离MOSFET的s端子电连接至阻塞二极管；隔离MOSFET的d端子电连接至微处理器电源输入电容器组的第一端并且连接至微处理器电源；电池隔离开关模块进一步包括第一电池隔离电阻器，该第一电池隔离电阻器电连接至隔离MOSFET的g端子并且连接至启用器开关的第一端子；电池隔离开关模块进一步包括第二电池隔离电阻器，其电连接至隔离MOSFET的g端子和s端子；启用器开关具有电连接至第一电池隔离电阻器的第一端子；启用器开关具有连接至地面的第二端子和电连接至唤醒隔离电阻器的第三端子；电池隔离开关模块进一步包括电连接至启用器开关的第二和第三端子的第三电池隔离电阻器；唤醒隔离电阻器电连接至唤醒模块的第二节点；高侧驱动器包括高侧驱动器MOSFET；电池隔离开关模块配置成在微处理器电源的关闭状态中使得该微处理器电源与电压源隔离；阻塞二极管配置成当高侧驱动器短路连接至地面时限制电源输入电容器组的放电速率；阻塞二极管设置成防止电流通过阻塞二极管从微处理器电源输入电容器组流回至Vbatt节点以及流回至高侧驱动器输出；其中，电源电容器组提供在约45至约60 µF范围内的体积电容；其中，高侧驱动器的向地面的短路导致控制器输入电压（Vbatt节点）下降，并且导致在微处理器电源处的电压以不同的速率下降，但由控制电路维持为高于预定阈值；12伏特电压源连接至Vbatt节点；微处理器电源引起在约0.5 A至约1.5 A范围内的负载需求；以及预定阈值高于或等于6伏特。

本发明的又一些可应用领域将从详细描述以及视图中显而易见。详细描述以及特定示例仅仅旨在说明的目的并且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

图1是根据本发明原理的汽车变速器控制电路的一部分的功能性框图；

图2是根据本发明原理的汽车变速器控制电路的电路图，其包括相同的功能块；

图3是根据本发明原理的汽车控制电路的另一变型的电路图，其包括相同的功能块；以及

图4是说明根据本发明原理的电源输入电压与电源输入电流和HSD输入电压相比的图表。

在附图中，附图标记可用于指代类似的和/或相同的元件。

具体实施方式

下文描述仅仅用于说明的目的，并且并不意图限制本发明、其应用或其使用。

现参照图1，根据本发明的变速器控制单元电路示意地在框图中说明并且大体以附图标记10指代。变速器控制单元电路10配置成连接至电压源、例如12伏特车辆电池12，并且电路10包括高侧驱动器14，该高侧驱动器具有配置成连接至主负载（负载未示出）的输出16。通常，主负载包括多个螺线管，用以控制在汽车变速器内的换档。因此，电路10是用于将电压源连接至主负载的连接电路，并且其可适用于除了所说明的变速器控制单元以外的其它类型控制器。例如，这里公开的元件可用在车身控制器或者发动机控制器中。高侧驱动器14配置成接收来自电压源（电池12）的电力以驱动负载。

电池12由线束18连接至电路10的Vbatt节点20。线束18通常具有小电阻、例如0.2Ohm的电阻。Vbatt节点20可以是在变速器控制单元上的引脚，其电气地并且机械地连接至线束12。在电路10的第一路径22中，Vbatt节点20电连接至反向电池保护模块26的第一节点24。当下文参照图2和3解释时，将更详细地描述反向电池保护模块26的示例部件。

反向电池保护模块26的第二节点28电连接至HSD电容器组30。HSD电容器组30可包括一个或多个HSD电容器30a、30b。HSD电容器30a、30b的每个与第一端32a、32b并联地连接，该第一端电连接至反向电池保护模块26的第二节点28。反向电池保护模块26的第二节点28以及HSD电容器组30的HSD电容器30a、30b的第一端32a、32b电连接至高侧驱动器（HSD）14的第一节点34。高侧驱动器14的第二节点36电连接至输出16。HSD电容器30a、30b的每个的第二端38a、38b连接至地面50。反向电池保护模块26的第二节点28、HSD电容器组30的第一端32a、32b以及高侧驱动器34的第一节点34还与唤醒模块40电连接，这将在下文进行描述。

在电路10的第二路径42中，阻塞二极管44在第一端46处电连接至Vbatt节点20。阻塞二极管44较佳地是肖特基二极管。肖特基二极管具有约0.3 V的低电压下降。阻塞二极管44具有第二端48，其进一步电连接至电池隔离开关模块54。因此，阻塞二极管44串联地设置在Vbatt节点20和电池隔离开关模块54之间。电池隔离开关模块54可有助于当控制器关闭时使得从电压源的大量泄漏电流最小。

电池隔离开关模块54具有第二节点56，该第二节点电连接至微处理器电源58和微处理器电源输入电容器组60。虽然元件58称为“微处理器电源”，但应理解的是，在该文件全文中术语“微处理器电源”的使用包括可控制或驱动除了微处理器以外附件的电源。类似于HSD电容器组30，微处理器电源输入电容器组60可包括一个或多个电源输入电容器60a、60b。电源输入电容器60a、60b的每个与电连接至电池隔离开关模块54的第二节点56的第一端62a、62b并联地连接。电池隔离开关模块54的第二节点56和电源输入电容器组60的第一端62a、62b电连接至微处理器电源58，并且可选地连接至诸如包括压力传感器的其它输入/输出之类的其它接口64。电源输入电容器60a、60b的每个的第二端66a、66b连接至地面50。

唤醒模块40可以是由电池12供电的收发器，并且配置成在输出线路70a上以诸如CAN或LIN的协议将信号沿着输入70b发送至电池隔离开关模块54。虽然并未示出，应理解的是，输出70a和输入70b电连接。唤醒模块40可包括开关，并且可配置成沿着输出线路70a发送串行数据消息。唤醒模块40具有与反向电池保护模块26的第二节点28、HSD电容器组30的第一端32a、32b以及高侧驱动器14电连接的第一节点74。唤醒模块40具有电连接至电池隔离开关模块54的第二节点76，并且唤醒模块40具有经由电气线路68电连接至变速器控制电路外部的唤醒信号源的第三节点78。

在电路10中，微处理器电源输入电容器组60和微处理器电源58通过阻塞二极管44与高侧驱动器电容器组30隔离。阻塞二极管44设置成防止电流通过阻塞二极管44从电池隔离开关模块54的包括微处理器电源输入电容器组60的路径流回至Vbatt节点20。阻塞二极管44还用作用于微处理器电源58的反向电池保持电路。

在变速器控制单元电路10的正常操作期间，电池12将电压提供给电路10，并且电容器组30、60将电荷存储在电路10内。微处理器电源58和其它接口64可构成在约0.5 Amp至约1.5 Amp或者约0.8 Amp至约1.0 Amp的范围内的负载。当故障发生时，或者更确切地说，当存在高侧驱动器14向地面50的短路（以虚线72示出）时，在输出16处的电阻变得接近零。因此，电容器组30、60会通常以高速率放电并且由此导致电流飙升（高达约60 Amp），并且微处理器电源输入58处的电压下降、甚至可能低于6 V。

然而，在阻塞二极管44就位的情形下，微处理器电源输入电容器组60并不通过短路路径放电。而是，微处理器电源输入电容器组60仅仅以微处理器电源58和其它接口64的速率放电负载电流。因此，阻塞二极管44配置成使得微处理器电源输入电容器组60和微处理器电源58与由高侧驱动器14向地面50的短路所引起的快速电压下降隔离。阻塞二极管44配置成当高侧驱动器14短路连接至地面50时限制电源输入电容器组60的放电速率。于是，微处理器电源输入电容器组60的小得多的电容量需要将电源输入电压保持为约6伏特。（微处理器电源58可配置成在5伏特或6伏特下重置，以维持微处理器的功能性，这需要以最低电压来操作）。例如，在电容器组60处的体积电容可在约45 µF至约60 µF的范围内提供。

现参照图2，说明电路10的附加电路部件。例如，反向电池保护模块26包括MOSFET80和体二极管82。由于MOSFET 80在接通时允许沿两个相反方向的电流流动，因而电路10可允许进出高侧驱动器14的双向电流流动，同时仍使得微处理器电源58和微处理器电源输入电容器组60与大瞬变电流尖峰和/或电压下降隔离。栅极电阻器84电连接至反向电池保护模块26的第三节点86以及连接至地面50。栅-源电阻器87连接在反向电池保护模块26的栅极和源之间。在该示例中，高侧驱动器14还包括MOSFET 88。

电池隔离开关54还包括隔离MOSFET 89。隔离MOSFET 89的s端子电连接至阻塞二极管44，隔离MOSFET 89的d端子电连接至微处理器电源输入电容器组60的第一端62a、62b并且连接至微处理器电源58。

电池隔离开关模块54进一步包括第一电池隔离电阻器90，该第一电池隔离电阻器电连接至隔离MOSFET 89的g端子并且连接至启用器开关92的第一端子91。电池隔离开关模块54进一步包括第二电池隔离电阻器93，其电连接至隔离MOSFET 89的g端子和s端子。启用器开关92具有电连接至第一电池隔离电阻器90的第一端子91、连接至地面50的第二端子94以及电连接至唤醒隔离电阻器96的第三端子95。电池隔离开关模块54进一步包括第三电池隔离电阻器97，该第三电池隔离电阻器电连接至启用器开关92的第二和第三端子94、95。唤醒隔离电阻器96电连接至唤醒模块40的第二节点76。

现参照图3，说明所示出变速器控制单元电路的另一变型并且其以10’指代。图3中示出的大多数部件均与之前在图1和/或2中示出的相同；因此，具有与上述相同附图标记的任何元件应理解成与已描述并且示出的元件相同，并且此种描述通过参考的方式纳入到本段落中。图2所示电路10和图3所示电路10’之间的仅有差别在于反向电池保护模块26’。除了使用如图2中所示附带有电阻器84、87的双向MOSFET 80以外，包括双向反向电池保护模块26’，其具有彼此并联地设置的两个二极管98a、98b。

现参照图4，提供说明使用本发明的元件的模拟的图表。在水平轴线（横坐标）上绘制以毫秒计的时间。在垂直轴线（纵坐标）上，存在四个区段。在顶部区段中，绘制微处理器电源输入电压。这是期望维持在预定阈值、例如6伏特以上的电压，以使得微处理器电源58并不重置。在次顶部区段中，绘制微处理器电源输入电流。在底部区段中，绘制高侧驱动器输入电压。

在向下第三区段中，绘制短路电流；这是高侧驱动器短路时的电流。所考虑的短路检测时间是250 µsec，这以窗口w指示。可能发生电流峰值，因为通常会检测到的过电流的最快时间是在150-250 µs的范围内。一旦检测到过电流，高侧驱动器就通常会关闭。

在绘制时间开始时，电路正常地操作。因此，电源输入电压是约11伏特，电源输入电流是0.75 A（这是电源58的负载），在高侧驱动器处的电流（在短路之前）是约5 A，并且高侧驱动器输入电压是约11.5 V。在时间t = 5 ms时，对地短路施加在高侧驱动器处，例如在向下第三图表中所示。因此，电流飙升至约60 A并且然后在高侧驱动器处维持41.5 A的稳态短路电流大致250 µs过电流期间，直到高侧驱动器14关闭为止。例如在第二图表中所示，电源维持0.75 A的相同负载。由于在高侧驱动器处的高电流，高侧驱动器输入电压下降至5V，例如第四图表中所示。最后，顶部图表示出在微处理器电源输入处的电压，该电压下降至约7 V，其高于重置阈值。这说明了上文解释的体系结构有效地防止在电源处的电压下降至低于6 V。

前文描述在本质上仅仅是说明性的，并且决不旨在限制本发明及其应用或使用。本发明的广泛教示可以通过各种形式来实施。因此，虽然本发明包括了特定示例，但是本发明的真实范围不应该局限于此，因为在研读了附图、说明书以之后，其它修改将变得显而易见。此外，虽然每个实施例如上所述具有某些特征，但参照本发明的任何实施例描述的任何一个或多个特征可在任何其它实施例中实施和/或与任何其它实施例的特征组合，即使该组合并未明确地描述。换言之，所描述的实施例并不相互排斥，并且一个或多个实施例彼此的排列组合仍落在本发明的范围内。

元件之间（例如，在电路之间）的空间和功能关系使用各种术语来描述，这些术语包括“连接”、“接合”、“联接”、“邻近”、“靠近”、“在其顶部”、“之上”、“之下”以及“设置”。除非明确地描述为“直接”，当第一和第二元件之间的关系在上文中描述时，该关系可以是其中在第一和第二元件之间并不存在其它居间元件的直接关系，但该关系还可以是其中在第一和第二元件之间存在（空间上或功能上）一个或多个居间元件的间接关系。如这里所使用的，术语A、B和C的至少一个应理解成意指使用非排他性逻辑或的逻辑（A或B或C），并且不应被理解成意指“至少一个A、至少一个B以及至少一个C”。

术语“电路”可指代如下的一部分或者包括：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或混合的模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合的数字/模拟集成电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列（FPGA）；或者上述的一些或所有的组合，例如在片上系统中。

权利要求中所述的元件都不旨在落在35 U.S.C.§112(f)的含义内的平均加功能元件，除非元件使用术语“用于...装置”明确地阐述，或者在方法权利要求的情形中使用术语“用于...的操作”或者“用于...的步骤”。

Claims (9)

1.一种连接电路，所述连接电路用于将电压源连接至主负载，所述连接电路包括：

Vbatt节点，所述Vbatt节点配置成电连接至电压源和主负载；

阻塞二极管，所述阻塞二极管电连接至所述Vbatt节点；

电池隔离开关模块，所述阻塞二极管串联地设置在所述电池隔离开关模块和所述Vbatt节点之间；

微处理器电源输入电容器组，所述微处理器电源输入电容器组在所述电源输入电容器组的第一端处电连接至所述电池隔离开关模块，所述电池隔离开关模块电连接在所述阻塞二极管和所述微处理器电源输入电容器组之间，所述微处理器电源输入电容器组在所述微处理器电源输入电容器组的第二端处连接至地面，所述微处理器电源输入电容器组的所述第一端配置成进一步与电源连接，所述阻塞二极管设置成防止电流通过所述阻塞二极管从所述微处理器电源输入电容器组流回至所述Vbatt节点；和

HSD电容器组，所述HSD电容器组在所述HSD电容器组的第一端处电连接至所述Vbatt节点，所述HSD电容器组在所述HSD电容器组的第二端处连接至地面。

2.根据权利要求1所述的连接电路，其中，所述阻塞二极管是肖特基二极管。

3.根据权利要求1所述的连接电路，进一步包括高侧驱动器，所述高侧驱动器在所述高侧驱动器的第一节点处电连接至所述Vbatt节点，所述高侧驱动器的所述第一节点进一步电连接至所述HSD电容器组的所述第一端，所述高侧驱动器配置成在所述高侧驱动器的第二节点处电连接至所述主负载。

4.根据权利要求3所述的连接电路，所述微处理器电源输入电容器组包括彼此并联地设置的多个第一电容器，所述HSD电容器组包括彼此并联地设置的多个第二电容器。

5.根据权利要求1所述的连接电路，进一步包括电源，所述电源电连接至所述微处理器电源输入电容器组的所述第一端并且连接至所述电池隔离开关模块，所述电源是微处理器电源。

6.根据权利要求3所述的连接电路，进一步包括反向电池保护模块，所述反向电池保护模块在所述反向电池保护模块的第一节点处电连接至所述Vbatt节点，所述反向电池保护模块的第二节点电连接至所述HSD电容器组的所述第一端并且连接至所述高侧驱动器，其中，所述反向电池保护模块包括具有体二极管的MOSFET，所述连接电路进一步包括唤醒模块，所述唤醒模块具有与所述反向电池保护模块的所述第二节点、所述HSD电容器组的所述第一端以及所述高侧驱动器电连接的第一节点，所述唤醒模块具有电连接至所述电池隔离开关模块的第二节点，所述唤醒模块具有配置成电连接至唤醒信号源的第三节点。

7.根据权利要求6所述的连接电路，进一步包括栅极电阻器，所述栅极电阻器电连接至所述反向电池保护模块的第三节点并且连接至地面，所述连接电路进一步包括栅-源电阻器，所述栅-源电阻器连接在反向电池保护模块MOSFET的栅极和源之间。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的连接电路，其中，所述电池隔离开关模块包括隔离MOSFET，所述隔离MOSFET的s端子电连接至所述阻塞二极管，所述隔离MOSFET的d端子电连接至所述微处理器电源输入电容器组的第一端并且连接至所述电源，所述电池隔离开关模块进一步包括第一电池隔离电阻器，所述第一电池隔离电阻器电连接至所述隔离MOSFET的g端子并且连接至启用器开关的第一端子，所述电池隔离开关模块进一步包括第二电池隔离电阻器，所述第二电池隔离电阻器电连接至所述隔离MOSFET的所述g端子和所述s端子，其中，所述启用器开关具有电连接至所述第一电池隔离电阻器的第一端子、所述隔离开关具有连接至地面的第二端子以及电连接至唤醒隔离电阻器的第三端子，所述电池隔离开关模块进一步包括电连接至所述启用器开关的所述第二和第三端子的第三电池隔离电阻器，所述唤醒隔离电阻器电连接至所述唤醒模块的所述第二节点。

9.根据权利要求3所述的连接电路，其中，所述高侧驱动器包括高侧驱动器MOSFET。

Images