CN107745687B - 一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路及控制方法 - Google Patents

一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路及控制方法，使能信号采集电路，用于采集多个不同类型的上电使能信号，使能信号隔离转换电路，用于解析上电使能信号的状态信息，电源开关驱动电路，用于在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；电源开关执行电路，用于根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电。本发明利用分立器件搭配实现逻辑上电功能，上电前，电机控制器完全没有静态功耗，静态功耗相比现有电源管理芯片方案成本更低，静态功耗更小，更省电。

Description

一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车，尤其涉及一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路及控制方法。
背景技术
在新能源汽车生产如火如荼的时代背景下，电动汽车发展越来越广泛。电动汽车在整车功能设计时，对车载所有部件上电时序以及上电条件进行相应约束，以使整车达到最安全的工作状态。对电机控制器而言，要求其能够实时响应各种上电使能信号，随即开启电源，给控制器供电。
本发明的发明人发现：对于目前已有技术中，大部分均通过控制相应的电源管理芯片来实现，但是电源芯片成本较高，且在休眠状态下，电源芯片本身存在静态功耗，可能会导致电机控制器静态功耗不能满足整车要求。现有技术中虽然能够解决逻辑上电功能，但其方案实现成本较高，不利于今后项目量产。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种能够满足逻辑上电功能的解决方案，且静态功耗相比现有电源管理芯片方案更低，成本更有优势。
根据本发明的一方面，提供了一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路，包括：使能信号采集电路、使能信号隔离转换电路、电源开关驱动电路和电源开关执行电路；其中，
使能信号采集电路，用于采集多个不同类型的上电使能信号，并将采集到的上电使能信号输出到使能信号隔离转换电路；
使能信号隔离转换电路，用于隔离输入的多个上电使能信号，解析上电使能信号的状态信息，并将解析出的状态信息转换为相应的电压或电流信号输出至电源开关驱动电路；
电源开关驱动电路，用于在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；
电源开关执行电路，用于根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电。
进一步地，所述上电使能信号包括整车点火信号KL15、充电时唤醒信号WAKEUP和CAN通讯网络中的唤醒信号CANWAKE。
进一步地，使能信号隔离转换电路包括多个支路，每个支路包括一个上电使能信号输入端和至少一个二极管，每个支路的二极管的负极并联。
进一步地，所述上电使能信号的状态信息为有效状态和无效状态；
所述使能信号隔离转换电路还用于在解析出的状态信息为有效状态时，输出上电信号对应的电压信号至电源开关驱动电路。
进一步地，上电信号对应的电压信号为高电平信号或低电平信号。
进一步地，所述上电使能信号的状态信息为有效状态和无效状态；
所述使能信号隔离转换电路还用于在解析出的状态信息为有效状态时，输出上电信号对应的电流信号至电源开关驱动电路。
进一步地，所述电源开关执行电路包括开关，所述开关在接收到上电驱动信号时闭合，在接收到下电驱动信号时断开，所述开关与电机控制器的低压输入电源串联。
进一步地，所述开关为金属氧化物晶体管，所述电源开关驱动电路用于在接收到的上电信号时向金属氧化物晶体管发送导通电平信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括电机控制器，还包括上述任一所述的电动汽车多性能使能逻辑上电电路。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车多性能使能逻辑上电控制方法，包括：
使能信号采集电路采集多个不同类型的上电使能信号，并将采集到的上电使能信号输出到使能信号隔离转换电路；
使能信号隔离转换电路隔离输入的多个上电使能信号，解析上电使能信号的状态信息，并将解析出的状态信息转换为相应的电压或电流信号输出至电源开关驱动电路；
电源开关驱动电路在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；
电源开关执行电路根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电。
综上所述，本发明提供了一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路及控制方法，通过使能信号采集电路采集多个不同类型的上电使能信号，并将采集到的上电使能信号输出到使能信号隔离转换电路；通过使能信号隔离转换电路隔离输入的多个上电使能信号，解析上电使能信号的状态信息，并将解析出的状态信息转换为相应的电压或电流信号输出至电源开关驱动电路；通过电源开关驱动电路在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；通过电源开关执行电路根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电。本发明利用分立器件搭配实现逻辑上电功能，相对于现有的电源管理芯片方案，成本更低；本发明通过切断电源负载，使得静态功耗降至最低；上电前，电机控制器完全没有静态功耗，静态功耗相比现有电源管理芯片方案成本更低，静态功耗更小，更省电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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它附图。
图1是本发明实施例提供的电动汽车多性能使能逻辑上电电路的结构框图；
图2是本发明实施例提供的使能信号隔离转换电路的原理图；
图3是本发明实施例提供电动汽车多性能使能逻辑上电控制方法的流程图。
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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
纯电动汽车(Blade Electric Vehicles，BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。在电动汽车的整车系统中，主要包含几大部件：整车控制器(VCU，Vehicle Control Unit)、电机控制器(MCU，Motor Control Unit)和电池管理系统(BMS，Battery Management System)。还包括驱动电机、充电机以及其他相关辅件。
电动汽车整车控制器VCU是电动汽车动力系统的总成控制器，负责协调发动机、驱动电机、变速箱、动力电池等各部件的工作，具有提高车辆的动力性能、安全性能和经济性等作用。
电机控制器MCU作为主要部件，用于接收整车相关使能信号以及整车控制器VCU的相关指令，并进行相应处理，以实现驾驶员的操作意图。
具体的，电机控制器MCU根据VCU的指令，控制电机的旋转状态。MCU是电动汽车特有的核心功率电子单元，通过接收VCU的车辆行驶控制指令，控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。同时，MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。
在整机下电时，由于电机控制器尚有部分工作要完成，不能马上下电。电机控制器MCU的低压供电系统中包含有低压输入电源，将整个电机控制器的低压输入电源断电后，电机控制器进入待机状态，此时电机控制器的静态功耗降至最低值。
本发明提供了一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路，以实现降低静态功耗。如图1所示，电动汽车多性能使能逻辑上电电路包括：
使能信号采集电路100，用于采集多个不同类型的上电使能信号，并将采集到的上电使能信号输出到使能信号隔离转换电路；
使能信号隔离转换电路200，用于隔离输入的多个上电使能信号，解析上电使能信号的状态信息，并将解析出的状态信息转换为相应的电压或电流信号输出至电源开关驱动电路；
电源开关驱动电路300，用于在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；
电源开关执行电路400，用于根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电。
使能信号采集电路100能够实时监测各路使能信号，如果各路使能信号均处于无效状态，则电机控制器一直处于待机模式，并时刻监控使能信号；当各路使能信号其中之一有效之后，使能信号采集电路100立即响应使能操作。
在一个可选的实施例中，所述上电使能信号包括整车点火信号KL15、充电时唤醒信号WAKEUP。在一些特殊的场景中，上下电使能信号包括CAN通讯网络中的唤醒信号CANWAKE。
在一个具体应用场景中，如图2所示，使能信号隔离转换电路200包括多个支路，每个支路包括一个上电使能信号输入端和至少一个二极管201，每个支路的二极管201的负极并联。每个支路还包括电阻202。
使能信号隔离转换电路200由相应的分立半导体器件组成，各种使能信号为或的关系，只要其中任一路信号有效，即认为使能有效；同时，各路使能信号之间不能有串扰，任意一路信号有效与否不得影响其他几路使能信号。因此使能信号隔离转换电路能够实现对各路原始使能信号的有效隔离，使各路使能信号之间不会串扰；同时使能信号隔离转换电路将接收到的使能信号进行相应电平转换，使其变成有效的开关逻辑来控制后续电源开关执行电路中的开关器件；并将此信号输入至后续的电源开关驱动电路。
在一个可选的实施例中，所述上电使能信号的状态信息为有效状态和无效状态；
所述使能信号隔离转换电路200还用于在解析出的状态信息为有效状态时，输出上电信号对应的电压信号至电源开关驱动电路。
上电信号对应的电压信号为高电平信号或低电平信号。
电机控制器500在工作过程中，必须要求上述多个上下电使能信号中至少一个为有效状态，从而使电机控制器500处于正常工作模式下；如果上述多个上下电使能信号均转换为无效状态，则表明整车系统要求电机控制器500下电。
在一个可选的实施例中，电源开关驱动电路300由相应的驱动电阻、电容器件组成，其能够驱动后续电源开关执行电路中的开关，避免开关误开通的风险，同时确保开关不会损坏。当电源开关驱动电路300接收到使能信号隔离转换电路200的电平信号之后，将其信号驱动放大，以便驱动后级电源开关执行电路400。
电源开关驱动电路300用于在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路400发送上电驱动信号。
在一个可选的实施例中，所述使能信号隔离转换电路200还用于在解析出的状态信息为有效状态时，输出上电信号对应的电压信号至电源开关驱动电路300。
具体的，当电源开关执行电路400中的开关为电压型开关时，若上电信号对应的电压信号为低电平信号，电源开关驱动电路300向电源开关执行电路400发送的上电驱动信号可以是低电平信号。当然，在其他的实施方式中，若上电信号对应的电压信号为高电平信号，电源开关驱动电路300向电源开关执行电路400发送的上电驱动信号可以是高电平信号。
在一个可选的实施例中，所述使能信号隔离转换电路200还用于在解析出的状态信息为有效状态时，输出上电信号对应的电流信号至电源开关驱动电路300。
当电源开关执行电路400中的开关为电流型开关时，若上电信号对应的电流信号为低电流信号，电源开关驱动电路300向电源开关执行电路400发送的上电驱动信号可以是低电流信号。当然，在其他的实施方式中，若上电信号对应的电流信号为高电流信号，电源开关驱动电路300向电源开关执行电路400发送的上电驱动信号可以是高电流信号。
电机控制器500包括低压输入电源501。
电源开关执行电路400，用于根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号断开电路，以使电机控制器的低压输入电源501供电。
电源开关执行电路400为整个逻辑上电功能的核心部件，也是最关键的部件，主要由开关器件金属氧化物晶体管组成，能够通过门级驱动信号的高低电平状态来实现自身的导通与关断。
在一个可选的实施例中，所述电源开关执行电路400包括开关401，所述开关401在接收到上电驱动信号时闭合，在接收到下电驱动信号时断开，所述开关401与电机控制器的低压输入电源501串联。在一个可选的实施例中，开关401为金属氧化物晶体管，所述电源开关驱动电路用于在接收到的上电信号时向金属氧化物晶体管发送导通电平信号。
金属氧化物晶体管包括MOS管，MOS管包括栅极(Gate——G，也叫做门极)，源极(Source——S)，漏极(Drain——D)。金属氧化物晶体管能够通过门级驱动信号的高低电平状态来实现自身的导通与关断。
在一个实施例中，金属氧化物晶体管当门极驱动信号为高电平时导通，当门极驱动信号为低电平时关断。此时，导通电平信号为高电平信号。
在另一个实施例中，金属氧化物晶体管当门极驱动信号为低电平时导通，当门极驱动信号为高电平时关断。此时，导通电平信号为低电平信号。
当其门级接收到由上述电源开关驱动电路300的导通电平信号之后，随即导通开关管，实现电机控制器低压供电系统的上电操作，将整个电机控制器的低压输入电源501通电，电机控制器500进入工作状态。此前，由于电机控制器500为待机状态，所以本发明的电路可将电机控制器的静态功耗降至最低值。
当然，在其他的应用场景中，开关401也可以是三极管，所述电源开关驱动电路用于在接收到的上电信号时向金属氧化物晶体管发送导通电流信号。
本发明实施例还提供了一种电动汽车，包括电机控制器500，还包括上述电动汽车多性能使能逻辑上电电路。
如图3所示，本发明实施例还提供了一种电动汽车多性能使能逻辑上电控制方法，包括：
S10，使能信号采集电路采集多个不同类型的上电使能信号，并将采集到的上电使能信号输出到使能信号隔离转换电路；
S20，使能信号隔离转换电路隔离输入的多个上电使能信号，解析上电使能信号的状态信息，并将解析出的状态信息转换为相应的电压或电流信号输出至电源开关驱动电路；
S30，电源开关驱动电路在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；
S40，电源开关执行电路根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电。
综上所述，本发明提供了一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路及控制方法，通过使能信号采集电路采集多个不同类型的上电使能信号，并将采集到的上电使能信号输出到使能信号隔离转换电路；通过使能信号隔离转换电路隔离输入的多个上电使能信号，解析上电使能信号的状态信息，并将解析出的状态信息转换为相应的电压或电流信号输出至电源开关驱动电路；通过电源开关驱动电路在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；通过电源开关执行电路根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电。本发明利用分立器件搭配实现逻辑上电功能，相对于现有的电源管理芯片方案，成本更低；本发明通过切断电源负载，使得静态功耗降至最低；上电前，电机控制器完全没有静态功耗，静态功耗相比现有电源管理芯片方案成本更低，静态功耗更小，更省电。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动汽车多性能使能逻辑上电电路，其特征在于，包括：使能信号采集电路、使能信号隔离转换电路、电源开关驱动电路和电源开关执行电路；其中，
使能信号采集电路，用于采集多个不同类型的上电使能信号，并将采集到的上电使能信号输出到使能信号隔离转换电路；
使能信号隔离转换电路，用于隔离输入的多个上电使能信号，解析上电使能信号的状态信息，并将解析出的状态信息转换为相应的电压或电流信号输出至电源开关驱动电路；
电源开关驱动电路，用于在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；
电源开关执行电路，用于根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电；
所述使能信号隔离转换电路包括多个支路，每个支路包括一个上电使能信号输入端和至少一个二极管，每个支路的二极管的负极并联；
每个所述支路还包括电阻，所述电阻连接于所述上电使能信号输入端和所述二极管的正极之间。
2.根据权利要求1所述的电动汽车多性能使能逻辑上电电路，其特征在于，所述上电使能信号包括整车点火信号KL15、充电时唤醒信号WAKEUP和CAN通讯网络中的唤醒信号CANWAKE。
3.根据权利要求1所述的电动汽车多性能使能逻辑上电电路，其特征在于，所述上电使能信号的状态信息为有效状态和无效状态；
所述使能信号隔离转换电路还用于在解析出的状态信息为有效状态时，输出上电信号对应的电压信号至电源开关驱动电路。
4.根据权利要求3所述的电动汽车多性能使能逻辑上电电路，其特征在于，上电信号对应的电压信号为高电平信号或低电平信号。
5.根据权利要求1所述的电动汽车多性能使能逻辑上电电路，其特征在于，所述上电使能信号的状态信息为有效状态和无效状态；
所述使能信号隔离转换电路还用于在解析出的状态信息为有效状态时，输出上电信号对应的电流信号至电源开关驱动电路。
6.根据权利要求1所述的电动汽车多性能使能逻辑上电电路，其特征在于，所述电源开关执行电路包括开关，所述开关在接收到上电驱动信号时闭合，在接收到下电驱动信号时断开，所述开关与电机控制器的低压输入电源串联。
7.根据权利要求1所述的电动汽车多性能使能逻辑上电电路，其特征在于，所述开关为金属氧化物晶体管，所述电源开关驱动电路用于在接收到的上电信号时向金属氧化物晶体管发送导通电平信号。
8.一种电动汽车，其特征在于，包括电机控制器，还包括权利要求1-7中任一所述的电动汽车多性能使能逻辑上电电路。
9.一种电动汽车多性能使能逻辑上电控制方法，其特征在于，包括：
使能信号采集电路采集多个不同类型的上电使能信号，并将采集到的上电使能信号输出到使能信号隔离转换电路；
使能信号隔离转换电路隔离输入的多个上电使能信号，解析上电使能信号的状态信息，并将解析出的状态信息转换为相应的电压或电流信号输出至电源开关驱动电路；
电源开关驱动电路在接收到上电信号对应的电压或电流信号时，向电源开关执行电路发送上电驱动信号；
电源开关执行电路根据电源开关驱动电路发送的上电驱动信号导通电路，以使电机控制器的低压输入电源上电；
其中，所述使能信号隔离转换电路包括多个支路，每个支路包括一个上电使能信号输入端和至少一个二极管，每个支路的二极管的负极并联；
每个所述支路还包括电阻，所述电阻连接于所述上电使能信号输入端和所述二极管的正极之间。
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