CN108415404A - 模块化的整车控制器电源与接口电路及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块化的整车控制器电源与接口电路及其设计方法，所述电源与接口电路包括集成在一张电路板上的对外连接器、CAN收发器、第一保护与滤波电路、第二保护与滤波电路和对内连接器，所述设计方法包括如下步骤：步骤1、分析当前版本的整车控制器；步骤2、建立Altium Designer PCB工程；步骤3、选型三种线对板连接器；步骤4、电路板原理图绘制；步骤5、空间设计；步骤6、完成PCB图绘制；步骤7、制作样品；步骤8、样品试验；步骤9、产品成型。本发明所述电源与接口电路有效的简化了整车控制器的电路结构，减少了整车控制器升级、改版的工作量；本发明所述设计方法步骤简便，设计效率高。

Description

模块化的整车控制器电源与接口电路及其设计方法

技术领域

本发明涉及整车控制器技术领域，具体涉及一种模块化的整车控制器电源与接口电路及其设计方法。

背景技术

整车控制器作为纯电动汽车的三大核心部件之一，起着解析驾驶员操作意图、能量管理、协调其他ECU、车辆状态监测和故障诊断等重要作用。

随着纯电动汽车工业的发展，市场对电动汽车提出了越来越高的要求，为了能够更好的满足市场要求，除了要对电机和电机控制、电池和电池管理等系统进行优化之外，还要求整车控制器系统更加稳定，功能更加强大，为了使整车控制器系统更加稳定、功能更加强大，还有需求的变更、元器件的变更、单片机的升级换代等等，导致控制器电路板不停地升级和改版，然而，整车控制器电路板上元器件众多，PCB板绘制复杂，工作量大，容易出错。为了整车控制器的不断优化，电路板不可避免地需要升级、改版，在升级、改版的过程中，有些功能部分基本是不变的，那就是电源和接口电路部分。这部分电路经过前期的设计验证和试验检验后，已基本定型，很少修改。

例如，中国发明专利申请号为201711001319.6的专利文献公开了一种基于三核处理器的纯电动整车控制器，包括三核中央处理器、模拟量采集模块、开关量采集模块、CAN通讯模块、电源模块、继电器驱动模块和电机驱动模块，所述电源模块分别连接于所述三核中央处理器、所述模拟量采集模块、所述开关量采集模块和所述CAN通讯模块，所述模拟量采集模块、所述开关量采集模块和所述CAN通讯模块均连接于所述三核中央处理器以向所述三核中央处理器发送数据，所述三核中央处理器分别连接于所述继电器驱动模块和所述电机驱动模块，其特征在于，所述三核中央处理器包括整车控制模块、功能安全模块和远程监控模块，所述整车控制模块连接于所述功能安全模块，所述功能安全模块连接于所述远程监控模块，所述模拟量采集模块、所述开关量采集模块和所述CAN通讯模块均连接于所述整车控制模块以向所述整车控制模块发送数据，所述整车控制模块分别连接于所述继电器驱动模块和所述电机驱动模块。

现有技术中提供了基于三核处理器的纯电动整车控制器，该现有技术在实际的工作过程中存在如下技术问题：

在整车控制器的升级、改版过程中，由于电源与接口电路集成在整车控制器的主板上，在整车控制器的升级、改版时，因整车控制器的主板上比较复杂，升级、改版的工作量很大。

现有技术中存在如上的技术问题，本发明人结合多年的研究经验，提出一种模块化的整车控制器电源与接口电路及其设计方法。

发明内容

本发明提供一种模块化的整车控制器电源与接口电路及其设计方法，所述模块化的整车控制器电源与接口电路将整车控制器的电源与接口电路设计成一块独立的电路板，有效的简化了整车控制器的电路结构，减少了整车控制器升级、改版的工作量；所述设计方法步骤简便，设计效率高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种模块化的整车控制器电源与接口电路，包括集成在一张电路板上的对外连接器、CAN收发器、第一保护与滤波电路、第二保护与滤波电路和对内连接器，所述对外连接器通过电源线分别连接于所述第一保护与滤波电路和所述第二保护与滤波电路，所述第一保护与滤波电路和所述第二保护与滤波电路均通过电源线连接于所述对内连接器，所述CAN收发器通过数据线连接于所述对外连接器和所述对内连接器之间，所述对外连接器和所述对内连接器还通过第一数据线连接，所述对内连接器连接于整车控制器中的逻辑与控制电路，其中：

所述第一保护与滤波电路用于整车控制器中控制部分电源的保护和滤波；

所述第二保护与滤波电路用于整车控制器中功率部分电源的保护和滤波。

进一步地，所述对外连接器能够连接于蓄电池、ECU、传感器、电机以及继电器。

进一步地，所述对外连接器采用防护等级为IP67的密封连接器。

进一步地，所述模块化的整车控制器电源与接口电路的电路板上预留有三路CAN收发器电路。

进一步地，所述CAN收发器为TJA1050高速CAN收发器。

进一步地，所述CAN收发器包括电源去耦电容C1、收发芯片U1、模式设置电阻R1、滤波电路、CAN终端电阻、去耦电容C4和静电防护管Q1，所述电源去耦电容C1连接于所述收发芯片U1，所述收发芯片U1连接于所述滤波电路，所述滤波电路连接于所述CAN终端电阻，所述CAN终端电阻并联于所述静电防护管Q1，所述收发芯片U1和所述滤波电路之间还连接有所述模式设置电阻R1，所述CAN终端电阻上还连接有去耦电容C4。

进一步地，所述第一保护与滤波电路采用英飞凌BTS6143D芯片。

进一步地，所述第一保护与滤波电路包括使能控制电路、芯片、防反接二极管、瞬态电压抑制器件、差模及共模滤波电路和两级π滤波电路，所述使能控制电路连接于所述芯片，所述芯片连接于所述防反接二极管，所述防反接二极管连接于所述瞬态电压抑制器件，所述瞬态电压抑制器件连接于所述差模及共模滤波电路，所述差模及共模滤波电路连接于所述两级π滤波电路。

本发明还提供一种模块化的整车控制器电源与接口电路的设计方法，包括如下步骤：

步骤1、分析当前版本的整车控制器及其升级、改版历史；

步骤2、将当前版本整车控制器的对外连接器、CAN收发器、功率部分电源保护与滤波电路以及控制部分电源保护与滤波电路分离出来，重新建立一个Altium Designer PCB工程，新建原理图纸；

步骤3、根据逻辑与控制部分电路板的需求，选型三种线对板连接器，用于功率部分电源连接、控制部分电源连接和信号连接；

步骤4、完成电源与接口部分电路板原理图绘制和逻辑与控制部分电路板原理图绘制；

步骤5、分析并合理分配电源与接口部分电路板和逻辑与控制部分电路板在原有壳体中的空间，确定两块电路板的尺寸和边框；

步骤6、完成PCB图绘制；

步骤7、制作样品；

步骤8、进行样品试验和EMC测试；

步骤9、改进，并最终完成产品。

与现有技术相比，本发明的优越效果在于：

本发明所述的模块化的整车控制器电源与接口电路，通过将对外连接器、CAN收发器、第一保护与滤波电路、第二保护与滤波电路和对内连接器集成在一张电路板上，使所述模块化的整车控制器电源与接口电路独立于整车控制器的主板，有效的简化了整车控制器的电路结构，减少了整车控制器升级、改版的工作量；本发明所述的模块化的整车控制器电源与接口电路的设计方法步骤简便，设计效率高。

附图说明

图1为本发明实施例1中的模块化的整车控制器电源与接口电路的示意图；

图2为本发明实施例1中的CAN收发器的电路原理示意图；

图3为本发明实施例1中的第一保护与滤波电路原理示意图；

图4为本发明实施例1中的第二保护与滤波电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做详细说明。

实施例1

如图1所示，一种模块化的整车控制器电源与接口电路，包括集成在一张电路板上的对外连接器、CAN收发器、第一保护与滤波电路、第二保护与滤波电路和对内连接器，所述对外连接器通过电源线分别连接于所述第一保护与滤波电路和所述第二保护与滤波电路，所述第一保护与滤波电路和所述第二保护与滤波电路均通过电源线连接于所述对内连接器，所述CAN收发器通过数据线连接于所述对外连接器和所述对内连接器之间，所述对外连接器和所述对内连接器还通过第一数据线连接，所述对内连接器连接于整车控制器中的逻辑与控制电路，其中：

所述第一保护与滤波电路用于整车控制器中控制部分电源的保护和滤波；

所述第二保护与滤波电路用于整车控制器中功率部分电源的保护和滤波。

所述对外连接器能够连接于蓄电池、ECU、传感器、电机以及继电器。

所述对外连接器采用防护等级为IP67的密封连接器。

所述模块化的整车控制器电源与接口电路的电路板上预留有三路CAN收发器电路。

所述CAN收发器为TJA1050高速CAN收发器。

本发明还提供一种如权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路的设计方法，包括如下步骤：

步骤1、分析当前版本的整车控制器及其升级、改版历史；

步骤2、将当前版本整车控制器的对外连接器、CAN收发器、功率部分电源保护与滤波电路以及控制部分电源保护与滤波电路分离出来，重新建立一个Altium Designer PCB工程，新建原理图纸；

步骤3、根据逻辑与控制部分电路板的需求，选型三种线对板连接器，用于功率部分电源连接、控制部分电源连接和信号连接；

步骤4、完成电源与接口部分电路板原理图绘制和逻辑与控制部分电路板原理图绘制；

步骤5、分析并合理分配电源与接口部分电路板和逻辑与控制部分电路板在原有壳体中的空间，确定两块电路板的尺寸和边框；

步骤6、完成PCB图绘制；

步骤7、制作样品；

步骤8、进行样品试验和EMC测试；

步骤9、改进，并最终完成产品。

如图2所示，所述CAN收发器包括电源去耦电容C1、收发芯片U1、模式设置电阻R1、滤波电路、CAN终端电阻、去耦电容C4和静电防护管Q1，所述电源去耦电容C1连接于所述收发芯片U1，所述收发芯片U1连接于所述滤波电路，所述滤波电路连接于所述CAN终端电阻，所述CAN终端电阻并联于所述静电防护管Q1，所述收发芯片U1和所述滤波电路之间还连接有所述模式设置电阻R1，所述CAN终端电阻上还连接有去耦电容C4。

所述第一保护与滤波电路采用英飞凌BTS6143D芯片。

如图3所示，所述第一保护与滤波电路包括使能控制电路、芯片、防反接二极管、瞬态电压抑制器件、差模及共模滤波电路和两级π滤波电路，所述使能控制电路连接于所述芯片，所述芯片连接于所述防反接二极管，所述防反接二极管连接于所述瞬态电压抑制器件，所述瞬态电压抑制器件连接于所述差模及共模滤波电路，所述差模及共模滤波电路连接于所述两级π滤波电路，其中，R11、C11、R21、Q11构成U11使能控制电路，U11为BTS6143D；D11、D21为防反接二极管；TVS1为瞬态电压抑制器件，用于抑制浪涌能量；C21、L11、C31构成差模、共模滤波电路；C41、L21、C51、C61、L31、C71、C81构成两级π滤波电路。

如图4所示为第二保护与滤波电路，其中，TVS12、TVS22为瞬态电压抑制器件，抑制浪涌能量；U12、C52、Q12构成防反接电路，防止电源接反时损坏后级电路；C12、C22、C32、C42、L12、C62、C72、C82构成滤波电路，L12选用一体成型式电感可减小PCB空间占用。

防反接电路中控制芯片U12选用德州仪器LM74610-Q1智能二极管，其设计用于驱动外部MOSFET，串联电源时可模拟理想二极管整流器，该机制的独特优势在于不以接地为参考，因此静态电流Iq为零，LM74610-Q1控制器为外部N沟道MOSFET提供栅极驱动，并配有快速响应内部比较器，可使MOSFET栅极在反极性情况下放电，这种快速降压特性有效限制了检测到反极性时反向电流的大小和持续时间。

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (9)

1.一种模块化的整车控制器电源与接口电路，包括集成在一张电路板上的对外连接器、CAN收发器、第一保护与滤波电路、第二保护与滤波电路和对内连接器，其特征在于，所述对外连接器通过电源线分别连接于所述第一保护与滤波电路和所述第二保护与滤波电路，所述第一保护与滤波电路和所述第二保护与滤波电路均通过电源线连接于所述对内连接器，所述CAN收发器通过数据线连接于所述对外连接器和所述对内连接器之间，所述对外连接器和所述对内连接器还通过第一数据线连接，所述对内连接器连接于整车控制器中的逻辑与控制电路，其中：

所述第一保护与滤波电路用于整车控制器中控制部分电源的保护和滤波；

所述第二保护与滤波电路用于整车控制器中功率部分电源的保护和滤波。

2.根据权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路，其特征在于，所述对外连接器能够连接于蓄电池、ECU、传感器、电机以及继电器。

3.根据权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路，其特征在于，所述对外连接器采用防护等级为IP67的密封连接器。

4.根据权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路，其特征在于，所述模块化的整车控制器电源与接口电路的电路板上预留有三路CAN收发器电路。

5.根据权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路，其特征在于，所述CAN收发器为TJA1050高速CAN收发器。

6.根据权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路，其特征在于，所述CAN收发器包括电源去耦电容C1、收发芯片U1、模式设置电阻R1、滤波电路、CAN终端电阻、去耦电容C4和静电防护管Q1，所述电源去耦电容C1连接于所述收发芯片U1，所述收发芯片U1连接于所述滤波电路，所述滤波电路连接于所述CAN终端电阻，所述CAN终端电阻并联于所述静电防护管Q1，所述收发芯片U1和所述滤波电路之间还连接有所述模式设置电阻R1，所述CAN终端电阻上还连接有去耦电容C4。

7.根据权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路，其特征在于，所述第一保护与滤波电路采用英飞凌BTS6143D芯片。

8.根据权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路，其特征在于，所述第一保护与滤波电路包括使能控制电路、芯片、防反接二极管、瞬态电压抑制器件、差模及共模滤波电路和两级π滤波电路，所述使能控制电路连接于所述芯片，所述芯片连接于所述防反接二极管，所述防反接二极管连接于所述瞬态电压抑制器件，所述瞬态电压抑制器件连接于所述差模及共模滤波电路，所述差模及共模滤波电路连接于所述两级π滤波电路。

9.一种如权利要求1所述的模块化的整车控制器电源与接口电路的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、分析现有的整车控制器及其升级、改版历史；

步骤2、将当前版本整车控制器的对外连接器、CAN收发器、功率部分电源保护与滤波电路以及控制部分电源保护与滤波电路分离出来，重新建立一个Altium Designer PCB工程，新建原理图纸；

步骤3、根据逻辑与控制部分电路板的需求，选型三种线对板连接器，用于功率部分电源连接、控制部分电源连接和信号连接；

步骤4、完成电源与接口部分电路板原理图绘制和逻辑与控制部分电路板原理图绘制；

步骤5、分析并合理分配电源与接口部分电路板和逻辑与控制部分电路板在原有壳体中的空间，确定两块电路板的尺寸和边框；

步骤6、完成PCB图绘制；

步骤7、制作样品；

步骤8、进行样品试验和EMC测试；

步骤9、改进，并最终完成产品。