一种车载辅助电源休眠及延时断电电路及系统
技术领域
本发明涉车载电源技术领域,具体涉及一种车载辅助电源休眠及延时断电电路及系统。
背景技术
电动汽车低污染和高性能的优点,使其成为了当代汽车发展的主要方向,因此对电动汽车关键技术进行开发和研究具有非常重要的意义。车载集成式高压控制器作为电动汽车电子系统的核心零部件之一,已成为电动汽车技术的一个重要研究内容。电动汽车集成式高压控制器承担整个电动汽车的综合控制,其可靠性直接影响电动汽车的可靠性,关系到电动汽车的安全性。其中集成式高压控制器的电源对控制器的性能影响很大,为了保证控制器在整个工作周期中稳定地工作,一个好的辅助电源是保证该控制器稳定工作的关键。
在一般情况下,高压控制器断电时需要一定的延时来保证各高压继电器的分时关断,同时在断电前需要保存相应的信息以便后续的故障诊断,因此控制器断电时需要一定的延时时间。然而现今大多电动汽车的控制器的断电是由点火钥匙直接控制,如果控制器立即断电,各高压继电器也会立即带电关断,这样会降低其使用寿命,同时具有数据丢失的风险。
另外,车载电子控制器在使用过程中,其断电后的静态电流也是一项重要指标,如果控制器没有完全断电进入休眠状态,则该控制器在车辆长期停放时会持续消耗低压蓄电池电量,导致低压蓄电池馈电,从而导致汽车无法启动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点,提供一种车载辅助电源休眠及延时断电电路及系统,具有在电动汽车钥匙关闭后能保证各高压继电器的分时关断并保存整车断电时的相应信息,同时经过一段时间后控制器进入休眠状态,降低其静态电流,减小低压蓄电池的静态损耗,提高抵压蓄电池的优点。
一种车载辅助电源休眠及延时断电电路,包括常电输入模块、唤醒启动预充模块、电源管理模块、控制模块、唤醒信号检测模块和电源延时断电模块;
所述常电输入模块的输出端、所述唤醒启动预充模块的输出端均与所述电源管理模块的输入端电连接;所述电源管理模块的输出端与所述控制模块的输入端电连接;所述唤醒信号检测模块的输出端与所述控制模块的输入端电连接;所述控制模块的输出端与所述电源延时断电模块的输入端电连接;所述电源延时断电模块的输出端与所述电源管理模块的输入端电连接。
本发明的有益效果是,电输入模块提供整个电源系统所需的电源,唤醒启动预充模块和电源延时断电模块给电源管理模块供电,电源管理模块通过唤醒启动预充模块输出的信号实现对电源管理模块的预充电并唤醒开关电源系统,进一步,控制模块得电启动并监控唤醒信号检测模块的输出信号,以便判断唤醒信号是否有效,当唤醒信号有效,电源系统启动完成,电源管理模块正常工作,当唤醒信号无效,电源延时断电模块经过设定时间后控制电源管理模块停机休眠,能在电动汽车钥匙关闭后能保证各高压继电器的分时关断并保存整车断电时的相应信息,同时,由于采用直接控制输入电源回路的方法,使得电源在休眠时静态电流极低,极大的增大低压蓄电池的可靠性。
进一步,所述电源管理模块包括电平变换单元、共模电感L1、第一电容C1和第二电容C2;
所述常电输入模块的正输出端与所述共模电感L1的第一输入端电连接,所述共模电感L1的第二输入端分别与电源延时断电模块的负输出端以及所述与所述唤醒启动预充模块的负输出端电连接,所述第一电容C1并联在所述共模电感L1的第一输入端和第二输入端之间;所述共模电感L1的第一输出端和第二输出端均与所述电平变换单元的输入端电连接,所述第二电容C2并联在所述共模电感L1的第一输出端和第二输出端之间,所述电平变换单元的输出端与所述控制模块的输入端电连接,所述电平转换单元用于将输入的电平变换为后级电路所需的多种电平。
采用上述进一步方案的有益效果是,电源管理模块用于电源的变换管理工作,通过电平变换单元和外围电路将输入电平变换为后级电路所需的各种电平,此电平包括5V+、3.3VD、+12V、-12V四个电平电压。
进一步,所述电平变换单元包括电源管理芯片,所述电源管理芯片的输入端与所述共模电感L1的第一输出端和第二输出端电连接,所述电源管理芯片的输出端与所述控制模块的输入端电连接,所述电源管理芯片用于将输入的电平变换为后级电路所需的多种电平。
进一步,所述唤醒启动预充模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一NMOS管Q1;
所述第一电阻R1的一端作为唤醒信号输入端,所述第一电阻R1的另一端与所述第一NMOS管Q1的栅极电连接,所述第一NMOS管Q1的漏极通过所述第三电阻R3与所述电源管理模块的输入端电连接,所述第一NMOS管Q1的源极与常电输入模块的负输出端电连接,所述第二电阻R2并在所述第一NMOS管Q1的栅极和源极之间。
采用上述进一步方案的有益效果是,唤醒启动预充模块用于将唤醒信号变换后使得常电Vcc输入到电源管理模块,完成电源模块的初始化启动工作,当唤醒信号为高电平,第一NMOS管Q1导通,其电源管理模块从待机休眠状态进入到开始预充工作状态。
进一步,还包括第一稳压二极管ZD1,所述第一稳压二极管ZD1的阴极与所述第一NMOS管Q1的栅极电连接,所述第一稳压二极管ZD1的阳极与所述第一NMOS管Q1的源极电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是,设置第一稳压二极管ZD1可将第一NMOS管Q1的驱动电压稳定在一定范围,防止电压过压损坏第一NMOS管Q1。
进一步,所述唤醒信号检测模块包括第一光电耦合器U1、第三稳压二极管ZD3、第一二极管D1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5;
所述第五电阻R5的一端作为唤醒信号输入端,所述第五电阻R5的另一端与所述第一二极管D1的阴极电连接,所述第一二极管D1的阳极与所述常电输入模块的负输出端电连接,所述第六电阻R6、所述第三电容C3并联在所述第一二极管D1的两端;所述第三稳压二极管ZD3的阴极与所述第一二极管D1的阴极电连接,所述第三稳压二极管ZD3的阳极与所述第一光电耦合器U1的第一输入端电连接,所述第一光电耦合器U1的第二输入端与所述第一二极管D1的阳极电连接;所述第一光电耦合器U1的第一输出端接电源,所述第一光电耦合器U1的第一输出端还通过所述第四电容C4接地,所述第一光电耦合器U1的第二输出端通过所述第八电阻R8的第一端电连接,所述第八电阻R8的第二端与所述控制模块的输入端电连接,所述第八电阻R8的第一端还通过所述第七电阻R7接地,所述第八电阻R8的第二端还通过所述第五电容C5接地。
采用上述进一步方案的有益效果是,唤醒信号检测模块用于将唤醒信号作电平变换处理后输入到控制模块,设置第一光电耦合器U1将电信号进行“电-光-电”转换,将输入和输出进行电气隔离,有效提高系统稳定性。
进一步,所述控制模块包括MCU微处理器、第二光电耦合器U2、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第六电容C6和第七电容C7;
所述MCU微处理器的输入端分别与所述唤醒信号检测模块的输出端以及所述电源管理模块的输出端电连接,所述MCU微处理器的输出端与所述第九电阻R9的一端电连接,所述第九电阻R9的另一端通过所述第十电阻R10接地;所述第六电容C6的两端、所述第二光电耦合器U2的两个输入端均并联在所述第十电阻R10的两端,所述第二光电耦合器U2的第一输出端接电源,所述第二光电耦合器U2的第一输出端还通过所述第七电容C7与所述常电输入模块的负输出端电连接,所述第二光电耦合器U2的第二输出端通过所述第十一电阻R11与所述电源延时断电模块的输入端电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是,控制模块用于检测唤醒输入信号,同时用于向电源延时断电模块发送断电信号,当唤醒信号有效,控制模块输出高电平,电源延时断电模块控制电源管理模块得电启动,当唤醒信号无效,控制模块经过设定的时间后输出低电平,电源延时断电模块控制电源管理模块停机休眠。
进一步,所述电源延时断电模块包括第二NMOS管Q2和第四电阻R4;
所述第二NMOS管Q2的栅极与所述控制模块的输出端电连接,所述第二NMOS管Q2的源极与所述常电输入模块的负输出端电连接,所述第二NMOS管Q2的漏极与所述电源管理模块的输入端电连接,所述第四电阻R4并联在所述第二NMOS管Q2的栅极和源极之间。
采用上述进一步方案的有益效果是,电源延时断电模块用于将控制模块输出的延时断电信号变换后使得电源管理模块断电,实现唤醒信号丢失的同时达到控制模块设定时间后,电源管理模块进入待机休眠状态。
进一步,还包括第二稳压二极管ZD2,所述第二稳压二极管ZD2的阴极与所述第二NMOS管Q2的栅极电连接,所述第二稳压二极管ZD2的阳极与所述第二NMOS管Q2的源极电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是,设置第二稳压二极管ZD2可将第二NMOS管Q2的驱动电压稳定在一定范围,防止电压过压损坏第二NMOS管Q2。
本发明还提供一种车载辅助电源休眠及延时断电电路系统,包括上述的车载辅助电源休眠及延时断电电路。
本发明的有益效果是,电输入模块提供整个电源系统所需的电源,唤醒启动预充模块和电源延时断电模块给电源管理模块供电,电源管理模块通过唤醒启动预充模块输出的信号实现对电源管理模块的预充电并唤醒开关电源系统,进一步,控制模块得电启动并监控唤醒信号检测模块的输出信号,以便判断唤醒信号是否有效,当唤醒信号有效,电源系统启动完成,电源管理模块正常工作,当唤醒信号无效,电源延时断电模块经过设定时间后控制电源管理模块停机休眠,能在电动汽车钥匙关闭后能保证各高压继电器的分时关断并保存整车断电时的相应信息,同时,由于采用直接控制输入电源回路的方法,使得电源在休眠时静态电流极低,极大的增大低压蓄电池的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种车载辅助电源休眠及延时断电电路;
图2为本发明常电输入模块电路示意图;
图3为本发明电源管理模块电路结构图;
图4为本发明唤醒启动预充模块电路结构图;
图5为本发明唤醒信号检测模块电路结构图;
图6为本发明控制模块电路结构图;
图7为本发明电源延时断电模块电路结果图;
图8为本发明一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下。
实施例1
参照图1,一种车载辅助电源休眠及延时断电电路,包括常电输入模块、唤醒启动预充模块、电源管理模块、控制模块、唤醒信号检测模块和电源延时断电模块;
所述常电输入模块的输出端、所述唤醒启动预充模块的输出端均与所述电源管理模块的输入端电连接;所述电源管理模块的输出端与所述控制模块的输入端电连接;所述唤醒信号检测模块的输出端与所述控制模块的输入端电连接;所述控制模块的输出端与所述电源延时断电模块的输入端电连接;所述电源延时断电模块的输出端与所述电源管理模块的输入端电连接。
电输入模块提供整个电源系统所需的电源,唤醒启动预充模块和电源延时断电模块给电源管理模块供电,电源管理模块通过唤醒启动预充模块输出的信号实现对电源管理模块的预充电并唤醒开关电源系统,进一步,控制模块得电启动并监控唤醒信号检测模块的输出信号,以便判断唤醒信号是否有效,当唤醒信号有效,电源系统启动完成,电源管理模块正常工作,当唤醒信号无效,电源延时断电模块经过设定时间后控制电源管理模块停机休眠,能在电动汽车钥匙关闭后能保证各高压继电器的分时关断并保存整车断电时的相应信息,同时,由于采用直接控制输入电源回路的方法,使得电源在休眠时静态电流极低,极大的增大低压蓄电池的可靠性。
在本实施例中,参照图2,常电输入模块,用于将常电输入至电源管理模块,为系统供电主回路,电压范围9~36V,兼容电动汽车12V与24V电压平台;其由开关电源输入常电正Vcc(9~36V),开关电源输入常电负Gnd组成;
在本实施例中,参照图3,所述电源管理模块包括电平变换单元、共模电感L1、第一电容C1和第二电容C2;
所述常电输入模块的正输出端与所述共模电感L1的第一输入端电连接,所述共模电感L1的第二输入端分别与电源延时断电模块的负输出端以及所述与所述唤醒启动预充模块的负输出端电连接,所述第一电容C1并联在所述共模电感L1的第一输入端和第二输入端之间;所述共模电感L1的第一输出端和第二输出端均与所述电平变换单元的输入端电连接,所述第二电容C2并联在所述共模电感L1的第一输出端和第二输出端之间,所述电平变换单元的输出端与所述控制模块的输入端电连接,所述电平转换单元用于将输入的电平变换为后级电路所需的多种电平。
在本实施例中,参照图3,所述电平变换单元包括电源管理芯片,所述电源管理芯片的输入端与所述共模电感L1的第一输出端和第二输出端电连接,所述电源管理芯片的输出端与所述控制模块的输入端电连接,所述电源管理芯片用于将输入的电平变换为后级电路所需的多种电平。
电源管理模块用于电源的变换管理工作,通过电平变换单元和外围电路将输入电平变换为后级电路所需的各种电平,此电平包括5V+、3.3VD、+12V、-12V四个电平电压。
在本实施例中,参照图4,所述唤醒启动预充模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一NMOS管Q1;
所述第一电阻R1的一端作为唤醒信号输入端,所述第一电阻R1的另一端与所述第一NMOS管Q1的栅极电连接,所述第一NMOS管Q1的漏极通过所述第三电阻R3与所述电源管理模块的输入端电连接,所述第一NMOS管Q1的源极与常电输入模块的负输出端电连接,所述第二电阻R2并在所述第一NMOS管Q1的栅极和源极之间。
唤醒启动预充模块用于将唤醒信号变换后使得常电Vcc输入到电源管理模块,完成电源模块的初始化启动工作,当唤醒信号为高电平,第一NMOS管Q1导通,其电源管理模块从待机休眠状态进入到开始预充工作状态。
在本实施例中,参照图4,还包括第一稳压二极管ZD1,所述第一稳压二极管ZD1的阴极与所述第一NMOS管Q1的栅极电连接,所述第一稳压二极管ZD1的阳极与所述第一NMOS管Q1的源极电连接。
设置第一稳压二极管ZD1可将第一NMOS管Q1的驱动电压稳定在一定范围,防止电压过压损坏第一NMOS管Q1。
在本实施例中,参照图5,所述唤醒信号检测模块包括第一光电耦合器U1、第三稳压二极管ZD3、第一二极管D1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5;
所述第五电阻R5的一端作为唤醒信号输入端,所述第五电阻R5的另一端与所述第一二极管D1的阴极电连接,所述第一二极管D1的阳极与所述常电输入模块的负输出端电连接,所述第六电阻R6、所述第三电容C3并联在所述第一二极管D1的两端;所述第三稳压二极管ZD3的阴极与所述第一二极管D1的阴极电连接,所述第三稳压二极管ZD3的阳极与所述第一光电耦合器U1的第一输入端电连接,所述第一光电耦合器U1的第二输入端与所述第一二极管D1的阳极电连接;所述第一光电耦合器U1的第一输出端接电源,所述第一光电耦合器U1的第一输出端还通过所述第四电容C4接地,所述第一光电耦合器U1的第二输出端通过所述第八电阻R8的第一端电连接,所述第八电阻R8的第二端与所述控制模块的输入端电连接,所述第八电阻R8的第一端还通过所述第七电阻R7接地,所述第八电阻R8的第二端还通过所述第五电容C5接地。
唤醒信号检测模块用于将唤醒信号作电平变换处理后输入到控制模块,设置第一光电耦合器U1将电信号进行“电-光-电”转换,将输入和输出进行电气隔离,有效提高系统稳定性。
在本实施例中,参照图6,所述控制模块包括MCU微处理器、第二光电耦合器U2、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第六电容C6和第七电容C7;
所述MCU微处理器的输入端分别与所述唤醒信号检测模块的输出端以及所述电源管理模块的输出端电连接,所述MCU微处理器的输出端与所述第九电阻R9的一端电连接,所述第九电阻R9的另一端通过所述第十电阻R10接地;所述第六电容C6的两端、所述第二光电耦合器U2的两个输入端均并联在所述第十电阻R10的两端,所述第二光电耦合器U2的第一输出端接电源,所述第二光电耦合器U2的第一输出端还通过所述第七电容C7与所述常电输入模块的负输出端电连接,所述第二光电耦合器U2的第二输出端通过所述第十一电阻R11与所述电源延时断电模块的输入端电连接。
控制模块用于检测唤醒输入信号,同时用于向电源延时断电模块发送断电信号,当唤醒信号有效,控制模块输出高电平,电源延时断电模块控制电源管理模块得电启动,当唤醒信号无效,控制模块经过设定的时间后输出低电平,电源延时断电模块控制电源管理模块停机休眠。
值得说明的是,在另一些实施例中,控制模块还可采用中央处理单元(CentralProcessing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
在本实施例中,参照图7,所述电源延时断电模块包括第二NMOS管Q2和第四电阻R4;
所述第二NMOS管Q2的栅极与所述控制模块的输出端电连接,所述第二NMOS管Q2的源极与所述常电输入模块的负输出端电连接,所述第二NMOS管Q2的漏极与所述电源管理模块的输入端电连接,所述第四电阻R4并联在所述第二NMOS管Q2的栅极和源极之间。
电源延时断电模块用于将控制模块输出的延时断电信号变换后使得电源管理模块断电,实现唤醒信号丢失的同时达到控制模块设定时间后,电源管理模块进入待机休眠状态。
参照图7,还包括第二稳压二极管ZD2,所述第二稳压二极管ZD2的阴极与所述第二NMOS管Q2的栅极电连接,所述第二稳压二极管ZD2的阳极与所述第二NMOS管Q2的源极电连接。
设置第二稳压二极管ZD2可将第二NMOS管Q2的驱动电压稳定在一定范围,防止电压过压损坏第二NMOS管Q2。
本实施例的实施原理为:参照图8
步骤1、开始时开关单元系统处于休眠状态,此时系统处于休眠状态,Weak_up为低电平,第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2均处于断开状态,电源管理模块停止工作状态;
步骤2、唤醒信号输入有效,电源管理模块通过预充回路获电启动,控制模块启动。此时Weak_up信号由低电平变为高电平,唤醒启动预充模块的第一NMOS管Q1处于导通状态,常电Vcc通过预充电阻R3开始对电源管理模块进行预充电,并唤醒启动电源管理模块;
步骤3、MCU微控制器模块判断唤醒信号的状态,K_ONS为高电平时代表唤醒信号有效,即Weak_up信号为高电平;K_ONS为低电平时代表唤醒信号失效,即Weak_up信号为高电平;
步骤4、若唤醒信号有效,则MCU微控制器将DelayON置为高电平,电源延时断电模块中第二NMOS管Q2导通,IN_Gnd与常电负Gnd处于导通状态,电源系统启动完成;
步骤5、若唤醒信号失效,则MCU微控制器将DelayON经过已设定的延时时间后置为低电平,该断电延时时间可通过MCU设定,进一步的电源延时断电模块中第二NMOS管Q2断开,IN_Gnd与常电负Gnd断开,电源管理模块停机休眠。此时系统处于休眠状态,DelayON低电平、NMOS管和Q2断开,电源模块停止工作。
实施例2
本发明还提供一种车载辅助电源休眠及延时断电电路系统,包括上述的车载辅助电源休眠及延时断电电路。
电输入模块提供整个电源系统所需的电源,唤醒启动预充模块和电源延时断电模块给电源管理模块供电,电源管理模块通过唤醒启动预充模块输出的信号实现对电源管理模块的预充电并唤醒开关电源系统,进一步,控制模块得电启动并监控唤醒信号检测模块的输出信号,以便判断唤醒信号是否有效,当唤醒信号有效,电源系统启动完成,电源管理模块正常工作,当唤醒信号无效,电源延时断电模块经过设定时间后控制电源管理模块停机休眠,能在电动汽车钥匙关闭后能保证各高压继电器的分时关断并保存整车断电时的相应信息,同时,由于采用直接控制输入电源回路的方法,使得电源在休眠时静态电流极低,极大的增大低压蓄电池的可靠性。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护。