CN110435565A - 一种汽车仪表的供电控制电路及方法、汽车仪表和汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车仪表的供电控制电路及方法、汽车仪表和汽车，该电路包括MCU和与MCU连接的采样电路和开关组，MCU、采样电路和开关组均与电源连接，开关组中的各个开关分别与汽车仪表的不同功能模块连接；采样电路用于采样电源电压；MCU用于根据电源电压的采样值控制开关组，实现汽车仪表的不同功能模块的供电控制。本发明基于电源电压的采样值，按照预设的开关控制逻辑控制开关组的动作，能够在不同的电压变化情况下调整汽车仪表的各个模块的供电来降低内部功耗，减缓内部电压跌落的速率，以便维持汽车仪表内部所需正常电压，从而实现在不增加额外储能元件的情况下，降低电压瞬间跌落时汽车仪表发生死机、重启等异常情况的概率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子领域，具体涉及一种汽车仪表的供电控制电路及方法、汽车仪表和汽车。
背景技术
全液晶仪表使用到性能更强的MPU和大尺寸TFT液晶屏，其功耗大，对电源电压的变动比较敏感。比如，电源电压瞬间跌落时，仪表内部由于功耗很大，电源电容电荷不够维持正常内部所需正常电压，会导致重启、死机、部分功能失效等异常。因此，这类高功耗的仪表对电源设计要求比较高，为应对电源变动，一般都是在硬件上做针对性的设计。比如为应对高压脉冲，会在电源输入端加入大功率TVS管来做电压钳位。为应对电压瞬间跌落，在电源电路上加入大容量的储能元件，比如串接大感抗的电感和并联大容量的电容。但储能元件往往容量越高体积越大，更大体积意味着需要预留更大的PCB空间，不利于PCB设计和结构设计。会增加PCB和结构件成本，同时更高的容量的储能元件价格也更高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种汽车仪表的供电控制电路及方法、汽车仪表和汽车。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种汽车仪表的供电控制电路，包括MCU和与所述MCU连接的采样电路和开关组，MCU、采样电路和开关组均与电源连接，所述开关组中的各个开关分别与汽车仪表的不同功能模块连接；
所述采样电路用于采样电源电压；
所述MCU用于根据所述电源电压的采样值控制所述开关组，实现所述汽车仪表的不同功能模块的供电控制。
本发明的有益效果是：基于电源电压的采样值，按照预设的开关控制逻辑控制开关组的动作，能够在不同的电压变化情况下调整汽车仪表的不同功能模块的供电来降低内部功耗，减缓内部电压跌落的速率，以便维持汽车仪表内部所需正常电压，从而实现在不增加额外储能元件的情况下，降低电压瞬间跌落时汽车仪表发生死机、重启等异常情况的概率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述功能模块包括CPU模块，所述MCU具体用于：
当所述电源电压的采样值大于第一阈值时，控制所述开关组中的所有开关闭合；
当所述电源电压的采样值小于第二阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开，其中所述第一阈值大于第二阈值。
采用上述进一步方案的有益效果是，当电源电压的采样值小于第二阈值时，通过维持CPU模块的供电，并切断其他次要功能模块的电源，来达到降低内部功耗，减缓内部电压跌落的速率的目的。
进一步，所述功能模块还包括背光模块，所述MCU与所述背光模块连接，所述MCU具体还用于：
当所述电源电压的采样值大于等于所述第二阈值，且小于等于所述第一阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，控制所述背光模块的亮度降低，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开。
采用上述进一步方案的有益效果是，当电源电压的采样值大于等于第二阈值，且小于等于第一阈值时，首先降低背光模块的亮度，能够保证汽车仪表在低亮度的情况下进行显示，在降低功耗的同时满足车主的使用需求。
进一步，还包括DC/DC模块，电源通过所述DC/DC模块与所述开关组连接。
进一步，还包括低压差线性稳压器，电源通过所述低压差线性稳压器与所述MCU连接。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种基于上述供电控制电路的汽车仪表的供电控制方法，包括：
采样电路采样电源电压；
MCU根据所述电源电压的采样值控制开关组，实现汽车仪表的不同功能模块的供电控制。
进一步，所述功能模块包括CPU模块，所述MCU根据所述电源电压的采样值控制开关组，实现汽车仪表的不同功能模块的供电控制，具体包括：
当所述电源电压的采样值大于第一阈值时，控制开关组中的所有开关闭合；
当所述电源电压的采样值小于第二阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开，其中所述第一阈值大于第二阈值。
进一步，所述功能模块还包括背光模块，所述MCU根据所述电源电压的采样值控制开关组，实现汽车仪表的不同功能模块的供电控制，具体还包括：：
当所述电源电压的采样值大于等于所述第二阈值，且小于等于所述第一阈值时，控制所述开关组中对应于所述CPU模块的开关闭合，控制所述背光模块的亮度降低，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开。
本发明还提供一种汽车仪表，包括上述汽车仪表的供电控制电路，电源通过所述供电控制电路与所述汽车仪表的各个模块连接。
本发明还提供一种汽车，包括上述汽车仪表。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种汽车仪表的供电控制电路的结构示意图；
图2为采样电路的电路图；
图3为开关电路的电路图；
图4为电源滤波电路的电路图；
图5为电源控制状态切换逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的一种汽车仪表的供电控制电路的结构示意图，如图1所示，该电路包括MCU和与所述MCU连接的采样电路和开关组，MCU、采样电路和开关组均与电源连接，所述开关组中的各个开关分别与汽车仪表的不同功能模块连接。
具体的，如图1所示，汽车的12V电源经DC/DC模块转换成5V，通过开关组后，分别给汽车仪表的CPU模块、背光模块、音频模块、存储模块、通讯模块等各个功能模块供电。
采样电路采样电源电压并输入MCU的ADC接口，采样电路的电路图如图2所示，采样电路包括π型RC滤波电路、分压电路和二极管，所述π型RC滤波电路分别与分压电路和二极管连接。其中，R149、R151组成分压电路，二极管D58起到钳位作用，C88、R148、C87组成π型RC滤波电路。
电源通过低压差线性稳压器LDO为MCU供电。
图3为开关组中的一个开关电路的电路图，图中，FB1为磁珠，用于电源滤波；C143为电容，用于提供上电旁路；EC4为电容，用于电源滤波；R246、R247、R248、R274为电阻，用于限流；Q28为MOS管，用于控制SYS_VDD5V电源的通断；Q32为三极管，用于控制Q28的通断；ARM_SYS5V_EN是由MCU的通用型输入输出接口GPIO控制的开关通断信号，经过三极管Q32控制MOS管Q28的通断，从而控制对应模块电源的通断。
如图3所示，磁珠FB1的一端接入5V电源，另一端分别与电容C143的一端、电阻248的一端和MOS管Q28的源极连接，电容143和电阻248的另一端、MOS管Q28的栅极和电阻R274的一端连接，MOS管Q28的漏极与对应的功能模块连接，并通过电容EC4接地，电阻R274的另一端与三极管Q32的集电极连接，三极管Q32的发射极接地，三极管Q32的基极与电阻R247和电阻R246的一端连接，电阻R247的另一端接地，电阻R246的另一端接入MCU的开关通断信号ARM_SYS5V_EN。
另外，还可在电源接口处设置一个电源滤波电路，如图4所示，其中，D2为防反接二极管；二极管D54、D57有两个作用：当外部有高压脉冲灌入时，能把电压钳位在24V，防止损坏内部元件。当电压瞬间跌落时，充当电感PL1的续流二极管；C137、C132、C133、C134、C136、C135、C1为高频滤波电容；电容EC7、EC8和电感PL1为主要储能元件。
如图4所示，电源通过防反接二极管D2分别与二极管D54、D57、电容C137、C132、C133、C134、C136、C135、C1的一端连接，二极管D54、D57、电容C137、C132、C133、C134、C136、C135、C1的另一端接地。
本发明实施例提供的一种汽车仪表的供电控制电路，基于电源电压的采样值，可按照预设的开关控制逻辑控制开关组的动作，能够在不同的电压变化情况下调整汽车仪表的各个模块的供电来降低内部功耗，减缓内部电压跌落的速率，以便维持汽车仪表内部所需正常电压，从而实现在不增加额外储能元件的情况下，降低电压瞬间跌落时汽车仪表发生死机、重启等异常情况的概率。
具体的，在该实施例中，MCU具体用于：
当所述电源电压的采样值大于第一阈值时，控制所述开关组中的所有开关闭合；
当所述电源电压的采样值小于第二阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开，其中所述第一阈值大于第二阈值。
具体的，当电源电压的采样值小于第二阈值时，通过维持CPU模块的供电，并切断其他次要模块的电源，来达到降低内部功耗，减缓内部电压跌落的速率的目的。
可选地，在该实施例中，MCU具体还用于：
当所述电源电压的采样值大于等于所述第二阈值，且小于等于所述第一阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，控制所述背光模块的亮度降低，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开。
具体的，MCU可通过自身的PWM接口输出PWM信号到背光模块，通过控制脉冲的占空比来调节LCD的背光亮度。
当电源电压的采样值大于等于第二阈值，且小于等于第一阈值时，首先降低背光模块的亮度，能够保证汽车仪表在低亮度的情况下进行显示，在降低功耗的同时满足车主的使用需求。
本发明实施例还提供一种汽车仪表的供电控制方法，包括：
S1、采样电路采样电源电压；
S2、MCU根据所述电源电压的采样值控制开关组，实现汽车仪表的不同功能模块的供电控制。
可选地，在该实施例中，步骤S2具体包括：
S21、当所述电源电压的采样值大于第一阈值时，控制开关组中的所有开关闭合；
S22、当所述电源电压的采样值小于第二阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开，其中所述第一阈值大于第二阈值。
可选地，在该实施例中，步骤S2具体还包括：：
S23、当所述电源电压的采样值大于等于所述第二阈值，且小于等于所述第一阈值时，控制所述开关组中对应于所述CPU模块的开关闭合，控制所述背光模块的亮度降低，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开。
一个具体的应用实例如下：
MCU通过采样电路实时采集12V电源电压。当检测到电源电压低于9V时，MCU进入低压状态，保持CPU模块的供电，同时通过PWM把LCD背光亮度降低、并把其他模块电源切断。当电压恢复到10V以上时，MCU恢复到正常电压状态。如果在低压状态下检测到电压低于7V，则进入超低压状态，同时把除CPU以外的模块供电全切断。在此状态下，当电压检测电压超过8.5V则MCU恢复到低压模式。具体的电源控制状态切换逻辑示意图如图5所示。
本发明实施例提供的一种汽车仪表的供电控制方法，通过比较电源电压的采样值和阈值来切换供电控制状态，在不同的状态下采取不同的供电策略，在电压跌落时，通过切断次要模块的电源，降低内部功耗，在储能元件容量不变的情况下，减缓内部电压跌落的速率。如果在实车环境下，由于仪表的功耗降低了，电池的负载减轻，也可以减轻电源电压的跌落幅度。通过以上机制，可以把仪表内部电压控制在最低门限之上，从而降低死机、重启等异常的概率。
本发明还提供一种汽车仪表，包括上述供电控制电路，电源通过所述供电控制电路与所述汽车仪表的各个模块连接。
本发明还提供一种汽车，包括上述汽车仪表。。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种汽车仪表的供电控制电路，其特征在于，包括MCU和与所述MCU连接的采样电路和开关组，所述MCU、采样电路和开关组均与电源连接，所述开关组中的各个开关分别与汽车仪表的不同功能模块连接；
所述采样电路用于采样电源电压；
所述MCU用于根据所述电源电压的采样值控制所述开关组，实现所述汽车仪表的不同功能模块的供电控制。
2.根据权利要求1所述的汽车仪表的供电控制电路，其特征在于，所述功能模块包括CPU模块，所述MCU具体用于：
当所述电源电压的采样值大于第一阈值时，控制所述开关组中的所有开关闭合；
当所述电源电压的采样值小于第二阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开，其中所述第一阈值大于所述第二阈值。
3.根据权利要求2所述的汽车仪表的供电控制电路，其特征在于，所述功能模块还包括背光模块，所述MCU与所述背光模块连接，所述MCU具体还用于：
当所述电源电压的采样值大于等于所述第二阈值，且小于等于所述第一阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，控制所述背光模块的亮度降低，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开。
4.根据权利要求1至3任一项所述的汽车仪表的供电控制电路，其特征在于，还包括DC/DC模块，电源通过所述DC/DC模块与所述开关组连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的汽车仪表的供电控制电路，其特征在于，还包括低压差线性稳压器，电源通过所述低压差线性稳压器与所述MCU连接。
6.一种汽车仪表，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的供电控制电路，电源通过所述供电控制电路与所述汽车仪表的各个模块连接。
7.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求6所述的汽车仪表。
8.一种汽车仪表的供电控制方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的供电控制电路实现，所述供电控制方法包括：
采样电路采样电源电压；
MCU根据所述电源电压的采样值控制开关组，实现汽车仪表的不同功能模块的供电控制。
9.根据权利要求8所述的汽车仪表的供电控制方法，其特征在于，所述功能模块包括CPU模块，所述MCU根据所述电源电压的采样值控制开关组，实现汽车仪表的不同功能模块的供电控制，具体包括：
当所述电源电压的采样值大于第一阈值时，控制所述开关组中的所有开关闭合；
当所述电源电压的采样值小于第二阈值时，控制所述开关组中对应于CPU模块的开关闭合，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开，其中所述第一阈值大于所述第二阈值。
10.根据权利要求9所述的汽车仪表的供电控制方法，其特征在于，所述功能模块还包括背光模块，所述MCU根据所述电源电压的采样值控制开关组，实现汽车仪表的不同功能模块的供电控制，具体还包括：：
当所述电源电压的采样值大于等于所述第二阈值，且小于等于所述第一阈值时，控制所述开关组中对应于所述CPU模块的开关闭合，控制所述背光模块的亮度降低，并控制所述开关组中对应于其他功能模块的开关断开。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20191112 Assignee: HUAAN XINCHUANG HOLDINGS (BEIJING) CO.,LTD. Assignor: FUTURE AUTOMOTIVE TECHNOLOGY (SHENZHEN) Co.,Ltd. Contract record no.: X2023450000036 Denomination of invention: A power supply control circuit and method for automotive instruments, automotive instruments, and automobiles Granted publication date: 20200925 License type: Common License Record date: 20231023 |
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Application publication date: 20191112 Assignee: Jiangsu Tianhua Automotive Electronic Technology Co.,Ltd. Assignor: HUAAN XINCHUANG HOLDINGS (BEIJING) CO.,LTD. Contract record no.: X2024980002027 Denomination of invention: A power supply control circuit and method for automotive instruments, automotive instruments, and automobiles Granted publication date: 20200925 License type: Common License Record date: 20240207 |
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