CN109936322B - 车载电机控制器及基于pwm调速信号的控制器开关电路 - Google Patents

Abstract

车载电机控制器及基于PWM调速信号的控制器低功耗开关电路，涉及电子控制领域，该车载电机控制器包括控制单元、电源模块、PWM调速接口电路和开关电路，开关电路包括微分开关电路、积分开关电路和电源开关电路，微分开关电路的控制端接入PWM调速信号，微分开关电路的输入端连接电源电压VBAT，微分开关电路的输出端连接积分开关电路的控制端，积分开关电路的输入端依次串联电阻R13、电阻R11后连接电源电压VBAT，积分开关电路的输出端接地，电源开关电路的控制端接于电阻R11和电阻R13之间，电源开关电路的输入端连接电源电压VBAT，电源开关电路的输出端连接电源模块的正极。本发明结构简单、成本低，适用性好。

Description

车载电机控制器及基于PWM调速信号的控制器开关电路

技术领域

本发明涉及电子控制技术领域，尤其指一种车载电机控制器及基于PWM调速信号的控制器开关电路。

背景技术

车载电机控制器，是汽车电机专用的微机控制器，被称之为“行车电脑”或“车载电脑”，它主要包括控制单元和与控制单元连接的电源模块及PWM调速接口电路，其中电源模块的正极连接电源电压VBAT，负极接地GND，PWM调速接口电路接入PWM调速信号。汽车在驶过程中，车载电机控制器处于工作状态，而当汽车暂停行驶时，为节能省电，驾驶人员通常会使车载电机控制器进入低功耗待机模式。目前，车载电机控制器的低功耗待机方法主要有以下两种。

第一种，如图1所示，利用汽车的点火开关引入一个点火开关信号IG给车载电机控制器的电源模块，打开点火开关时，控制器得电进入工作状态，关闭点火开关时，控制器则掉电进入低功耗待机状态。当前市面上的车载电机控制器基本上都没有接点火开关信号IG，引入该点火开关信号IG需要先从汽车上的点火开关位置引出一路点火开关信号，通过后续搭建的线路后接至车载电机控制器的电源模块，此种连接控制方式会使车载电机控制器的拓扑结构更复杂。

第二种，不用特意引入点火开关信号IG，控制器自身拥有低功耗进入睡眠模式的功能，然而此种控制器的唤醒条件比较苛刻，目前市面上主流的15Hz~200Hz的方波占空比调速控制方式很难适用，这样就使得外围唤醒的处理电路及控制器低功耗程序比较复杂，开发难度及成本高。

发明内容

本发明提供了一种基于PWM调速信号的控制器开关电路及车载电机控制器，其中控制器开关电路能利用PWM调速信号控制车载电机控制器电源的通断，使得车载电机控制器进入低功耗模式或者从低功耗模式中被唤醒，该电路结构简单、成本低，对车载电机控制器的MCU是否具有睡眠功能无要求，适用性好。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于PWM调速信号的控制器开关电路，包括微分开关电路、积分开关电路和电源开关电路，所述微分开关电路的控制端接入PWM调速信号，所述微分开关电路的输入端连接电源电压VBAT，所述微分开关电路的输出端连接积分开关电路的控制端，所述积分开关电路的输入端依次串联电阻R13、电阻R11后连接电源电压VBAT，所述积分开关电路的输出端接地，所述电源开关电路的控制端接于电阻R11和电阻R13之间，所述电源开关电路的输入端连接电源电压VBAT，所述电源开关电路的输出端连接车载电机控制器中电源模块的正极。

进一步地，所述微分开关电路包括电阻R12、电容C11和三极管V12，所述电容C11的一端与三极管V12的基极连接，所述电容C11的另一端与电阻R12的一端共线后接入PWM调速信号，所述三极管V12的发射极与电阻R12的另一端共线后连接电源电压VBAT，所述三极管V12的集电极与积分开关电路的控制端连接。

再进一步地，所述积分开关电路包括电阻R14、电容C12和三极管V13，所述电阻R14的一端与三极管V12的集电极连接，所述电阻R14的另一端、电容C12的一端、三极管V13的基极三点共线，所述电容C12的另一端及三极管V13的发射极均接地GND，所述三极管V13的集电极依次串联电阻R13、电阻R11后连接电源电压VBAT。

优选地，所述电源开关电路包括三极管V11，所述三极管V11的基极接于电阻R11和电阻R13之间，所述三极管V11的发射极连接电源电压VBAT，所述三极管V11的集电极连接车载电机控制器中电源模块的正极。

再优选地，所述三极管V11和三极管V12均为PNP型三极管，所述三极管V13为NPN型三极管，所述三极管V12的基极与发射极之间、三极管V12的基极与发射极之间分别接有一个电阻，所述三极管V12的基极、三极管V13的基极上也分别接有一个电阻。

作为本发明的另一面，车载电机控制器，包括控制单元以及分别与控制单元连接的电源模块及PWM调速接口电路，所述电源模块的正极连接电源电压VBAT，所述电源模块的负极接地GND，所述PWM调速接口电路接入PWM调速信号，其特征在于：还包括开关电路，所述开关电路的输入端连接电源电压VBAT，所述开关电路的输出端连接电源模块的正极，所述开关电路的控制端接入PWM调速信号，当汽车输出有PWM调速信号时，所述开关电路通路，当没有输出PWM调速信号时，所述开关电路切断电源电压VBAT与电源模块之间的线路，所述控制单元进入低功耗模式。

进一步地，所述开关电路采用前述的基于PWM调速信号的控制器开关电路。

更进一步地，前述车载电机控制器还包括滤波电路，所述滤波电路包括电容C13和电感L21，所述电容C13的一端连接电源电压VBAT，另一端接地GND，所述电感L21的一端连接电源电压VBAT，另一端分别与三极管V11及三极管V12的发射极连接。

具体地，所述电源模块采用蓄电池，所述控制单元采用MCU，该车载电机控制器在低功耗模式下的静态电流小于15uA。

相比于传统的技术方案，本发明提供的低功耗开关电路无需接入点火开关信号IG，无需额外增设信号线，利用原有的两根电源线（VBAT电源线、GND电源线）和PWM调速信号线，再使用一些电阻、电容及晶体管器件搭建简单的开关电路，就可以实现对车载电机控制器电源的通断。总体而言，该低功耗开关电路简单、开发难度和成本低，可以减少使用信号线，简化接插件设计，不会对原有车载电机控制器的拓扑结构带来影响，且应用时，对车载电机控制器控制单元是否具有睡眠功能无要求，适用性很好。另外，本发明还可以实现对外部信号的短路保护，当PWM调速信号对电源或对地短接时，PWM调速信号被拉成恒为高电平，或恒为低电平，此时车载电机控制器接收到的信号异常，传统方案需要MCU做特殊软件故障处理，如果处理不及时会出现控制器损坏的情况，本发明从硬件上就可以主动屏蔽这2种短路故障，加快系统的反应速度，减少MCU的软件处理负荷率。

附图说明

图1为传统的车载电机控制器的电路原理图；

图2为本发明中涉及的车载电机控制器及其低功耗开关电路的电路原理图。

实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

如2图所示，一种基于PWM调速信号的控制器开关电路，包括微分开关电路、积分开关电路和电源开关电路，微分开关电路的控制端接入PWM调速信号，微分开关电路的输入端连接电源电压VBAT，微分开关电路的输出端连接积分开关电路的控制端，积分开关电路的输入端依次串联电阻R13、电阻R11后连接电源电压VBAT，积分开关电路的输出端接地，电源开关电路的控制端接于电阻R11和电阻R13之间，电源开关电路的输入端连接电源电压VBAT，电源开关电路的输出端连接车载电机控制器中电源模块的正极。

在上述实施方式提供的基于PWM调速信号的控制器开关电路中，当微分开关电路的控制端有接收到PWM调速信号时，微分开关电路将产生一个电压幅值与电源电压VBAT相等、频率与PWM调速信号相同的方波信号给积分开关电路，积分开关电路再把方波信号整形成直流信号，此时，电源开关电路控制端的电平降低且恒定，电源开关电路通路，电源模块得电，控制器正常工作。反之，当微分开关电路的控制端没有接收到PWM调速信号或者接收到的信号为恒定电平时，微分开关电路断路，积分开关电路和电源开关电路也断路，电源模块掉电，控制器进入低功耗待机状态。需要特别提出说明的是，PWM调速信号为方波交流信号，正常情况下，微分开关电路的控制端要么接收到方波交流信号，要么未接收到信号（是否接收到PWM调速信号取决于汽车是否发出PWM调速信号），而在某些异常情况下，外部信号可能出现短路，短接到GND或短接到电源，此时，整车控制器的调速输出信号为恒定电平，在本实施方式所涉的低功耗开关电路中，即使发生了前述异常情况，开关电路也会及时断路，使得电源模块掉电，控制器进入低功耗待机状态，从而起到保护作用。

从上述内容不难看出，相比于传统的技术方案，本实施方式提供的低功耗开关电路无需接入点火开关信号IG，无需额外增设信号线，利用原有的两根电源线（VBAT电源线、GND电源线）和PWM调速信号线，再搭建一些简单的电路，就可以实现对车载电机控制器电源的通断。总体而言，该低功耗开关电路简单、开发难度和成本低，不会对原有车载电机控制器的拓扑结构带来影响，且应用时，对车载电机控制器控制单元是否具有睡眠功能无要求，适用性很好。

本发明在选择微分开关电路、积分开关电路和电源开关电路时，可以实现的方式有很多种，可以但不局限于以下方式，接下来具体说明各电路的具体结构。

微分开关电路：包括电阻R12、电容C11和三极管V12，电容C11的一端与三极管V12的基极连接，电容C11的另一端与电阻R12的一端共线后接入PWM调速信号，三极管V12的发射极与电阻R12的另一端共线后连接电源电压VBAT，三极管V12的集电极与积分开关电路的控制端连接。

积分开关电路：包括电阻R14、电容C12和三极管V13，电阻R14的一端与三极管V12的集电极连接，电阻R14的另一端、电容C12的一端、三极管V13的基极三点共线，电容C12的另一端及三极管V13的发射极均接地GND，三极管V13的集电极依次串联电阻R13、电阻R11后连接电源电压VBAT。

电源开关电路：包括三极管V11，三极管V11的基极接于电阻R11和电阻R13之间，三极管V11的发射极连接电源电压VBAT，三极管V11的集电极连接车载电机控制器中电源模块的正极。

考虑到三极管使用的稳定性，可以在三极管V12的基极与发射极之间、三极管V12的基极与发射极之间分别接一个电阻，且在三极管V12的基极、三极管V13的基极上也分别接有一个电阻。

在本实施方式提供的低功耗开关电路中，电阻R12为上拉电阻，电阻R12、电容C11组成微分电路，三极管V12为带阻PNP型三极管，电阻R14、电容C12组成积分电路，三极管V13为带阻NPN型三极管，起开关作用，电阻R13为限流电阻，三极管V11为PNP型开关三极管。当PWM调速信号有效时，通过电阻R12与电容C11组成的微分电路，打开三极管V12，此时三极管V12的集电极输出与电源电压VBAT的电压幅值相等且与PWM调速信号的频率相同的方波信号，再经过电阻R14与电容C12组成的积分电路，把方波信号整形成直流信号，输入到三极管V13的基级，打开三极管V13，此时三极管V11的基极被拉低，三极管V11打开，电源模块得电，控制器正常工作。相反地，当PWM调速信号无效时，三极管V12断开，整个低功耗开关电路断路，电源模块掉电，控制器进入低功耗睡眠模式，节省用电，在此种状态下，控制器的静态电流可以控制在很小的范围内。

实施例2

如图2所示，一种车载电机控制器，包括控制单元以及分别与控制单元连接的电源模块及PWM调速接口电路，电源模块的正极连接电源电压VBAT，负极接地GND，PWM调速接口电路接入PWM调速信号，该车载电机控制器还包括开关电路，开关电路的输入端连接电源电压VBAT，开关电路的输出端连接电源模块的正极，开关电路的控制端接入PWM调速信号，当汽车输出有PWM调速信号时，开关电路通路，当没有输出PWM调速信号时，开关电路切断电源电压VBAT与电源模块之间的线路，所述控制单元进入低功耗模式。

在现有技术中，可以使用电阻、电容、晶体管等电子元器件搭建不同的开关电路，实现前述车载电机控制器中控制单元电源通断的功能，在本实施方式中，优选地，该车载电机控制器中的开关电路采用前述的基于PWM调速信号的控制器开关电路，再优选地，电源模块采用蓄电池，控制单元采用MCU。该车载电机控制器进入低功耗睡眠模式以及从低功耗睡眠模式中被唤醒的工作原理参考低功耗开关电路的工作原理，在此不再赘述，再有，该车载电机控制器在低功耗模式下的静态电流小于15uA。

前述车载电机控制器还可以包括滤波电路，滤波电路包括电容C13和电感L21，电容C13的一端连接电源电压VBAT，另一端接地GND，电感L21的一端连接电源电压VBAT，另一端分别与三极管V11及三极管V12的发射极连接。该滤波电路能减小电源电压VBAT的信号脉动，保证信号更平稳。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (6)

1.基于PWM调速信号的控制器开关电路，其特征在于：包括微分开关电路、积分开关电路和电源开关电路，所述微分开关电路的控制端接入PWM调速信号，所述微分开关电路的输入端连接电源电压VBAT，所述微分开关电路的输出端连接积分开关电路的控制端，所述积分开关电路的输入端依次串联电阻R13、电阻R11后连接电源电压VBAT，所述积分开关电路的输出端接地，所述电源开关电路的控制端接于电阻R11和电阻R13之间，所述电源开关电路的输入端连接电源电压VBAT，所述电源开关电路的输出端连接车载电机控制器中电源模块的正极；所述微分开关电路包括电阻R12、电容C11和三极管V12，所述电容C11的一端与三极管V12的基极连接，所述电容C11的另一端与电阻R12的一端共线后接入PWM调速信号，所述三极管V12的发射极与电阻R12的另一端共线后连接电源电压VBAT，所述三极管V12的集电极与积分开关电路的控制端连接；所述积分开关电路包括电阻R14、电容C12和三极管V13，所述电阻R14的一端与三极管V12的集电极连接，所述电阻R14的另一端、电容C12的一端、三极管V13的基极三点共线，所述电容C12的另一端及三极管V13的发射极均接地GND，所述三极管V13的集电极依次串联电阻R13、电阻R11后连接电源电压VBAT；所述电源开关电路包括三极管V11，所述三极管V11的基极接于电阻R11和电阻R13之间，所述三极管V11的发射极连接电源电压VBAT，所述三极管V11的集电极连接车载电机控制器中电源模块的正极。

2.根据权利要求1所述的基于PWM调速信号的控制器开关电路，其特征在于：所述三极管V11和三极管V12均为PNP型三极管，所述三极管V13为NPN型三极管，所述三极管V12的基极与发射极之间、三极管V12的基极与发射极之间分别接有一个电阻，所述三极管V12的基极、三极管V13的基极上也分别接有一个电阻。

3.车载电机控制器，包括控制单元以及分别与控制单元连接的电源模块及PWM调速接口电路，所述电源模块的负极接地GND，所述PWM调速接口电路接入PWM调速信号，其特征在于：还包括开关电路，所述开关电路的输入端连接电源电压VBAT，所述开关电路的输出端连接电源模块的正极，所述开关电路的控制端接入PWM调速信号，当汽车输出有PWM调速信号时，所述开关电路通路，当没有输出PWM调速信号时，所述开关电路切断电源电压VBAT与电源模块之间的线路，所述控制单元进入低功耗模式；所述开关电路采用权利要求1或2所述的基于PWM调速信号的控制器开关电路。

4.根据权利要求3所述的车载电机控制器，其特征在于：还包括滤波电路，所述滤波电路包括电容C13和电感L21，所述电容C13的一端连接电源电压VBAT，另一端接地GND，所述电感L21的一端连接电源电压VBAT，另一端分别与三极管V11及三极管V12的发射极连接。

5.根据权利要求4所述的车载电机控制器，其特征在于：所述电源模块采用蓄电池。

6.根据权利要求5所述的车载电机控制器，其特征在于：所述控制单元采用MCU，该车载电机控制器在低功耗模式下的静态电流小于15uA。