CN112653321A - 交叉过压比较电路及eps电源模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交叉过压比较电路，包括:第一比较器正输入引脚通过第一电阻接第一电压，负输入引脚通过第二电阻接第二电压并通过第四电阻接地，输出端通过第一二极管接驱动关闭信号输出单元；第二比较器正输入引脚通过第七电阻接第二电压并通过第六电阻接地，负输入引脚通过第八电阻接第一电压，输出端通过第二二极管接驱动关闭信号输出单元；第五电阻接在关闭信号输出单元输入端和第二电压之间。本发明还公开了一种具有所述交叉过压比较电路的EPS电源模块。本发明在EPS电源模块MCU损毁情况下保证EPS电源模块安全使用，提升了产品故障诊断覆盖率，提升了产品适用性同时降低了成本，提升了产品的竞争力，在EPS转向系统具有广泛的应用前景。

Description

交叉过压比较电路及EPS电源模块
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于EPS电源模块的交叉过压比较电路。本发明还涉及一种EPS电源模块。
背景技术
ISO26262功能安全标准是汽车领域的一个国际性标准，广泛应用在汽车电子零部件中，其目的是提高汽车电子零部件电子产品的功能安全水平。ISO26262是从2005年11月开始制定，经历了约6年时间，于2011年11月正式颁布，成为国际标准。中国也正在跟进相应国标的制定。ISO 26262标准根据安全风险程度对系统或系统某组成部分确定划分由A到D的安全需求等级(Automotive Safety Integrity Level汽车安全完整性等级ASIL)，其中D级为最高等级，需要最苛刻的安全需求。伴随着ASIL等级的增加，针对系统硬件和软件开发流程的要求也随之增强。
EPS转向助力系统是车辆至关重要的控制系统之一，其安全可靠运行直接关系到车辆及人员安全。随着系统复杂度不断提高，车辆电子化率的日益提升，设计符合ISO26262的EPS转向系统已十分必须要。且其安全等级需要符合系统级ASILD的要求。目前国内外OEM均对EPS系统提出了ASILD的要求。
电源架构是EPS转向系统内部的主要模块之一。为了达到EPS系统的功能安全ASILD的要求通常的方案有2种：
1、选用符合功能安全要求ASILD要求的电源芯片，电源芯片主流芯片厂商均有成熟符合功能安全ASILD要求的芯片可以提供，比如英飞凌的TLF35584。但符合功能安全ASILD要求的电源芯片逻辑复杂，成本较高。经济性较差。
2、选用非功能安全LDO芯片通过增加系统级诊断的方案，以此满足系统级功能安全ASILD要求。但此方案由于需要MCU进行判断，当MCU电压超出范围后MCU的判断将不准确。故障不能全范围覆盖，故障诊断覆盖率较低。
特举例英飞凌的TLF35584说明选用符合功能安全ASILD芯片的电源架构，框架如图1所示。该架构中采用符合功能安全ASILD的电源芯片①，全部诊断均由芯片实现，且内部集成看门狗功能。当主控制MCU②检查到电源模块出现故障时，由SS1和SS2引脚输出关闭信号通过关断路径③关闭系统输出，实现系统级功能安全ASILD要求。该方案由于采用系统级逻辑电源芯片，控制逻辑复杂，功能冗余重复且成本较高。本发明中提出的方案可以切实满足系统要求的同时，结构简单，成本低廉。对于系统简化逻辑，降低成本有重大意义。
特举例采用非功能安全的LDO芯片的的电源方案中如图2,电源的过压，欠压诊断均需采用MCU进行AD采样，此方案可以做到一定程度的诊断，当电压波动在MCU承受范围内时，进行判断，系统进入安全状态。但当电压过压超过MCU承受能力后，MCU损坏后，控制器无法进行关闭输出。诊断策略无法覆盖这部分故障，诊断覆盖率较低。对于一些高要求产品就存在局限性。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种用于EPS电源模块，能在EPS电源模块MCU损毁情况下保证EPS电源模块安全使用(满足安全ASILD级别)的交叉过压比较电路。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种在MCU损毁情况下保证EPS电源模块安全使用(满足安全ASILD级别)的EPS电源模块。
为解决上述技术问题，本发明提供的交叉过压比较电路，包括:
第一比较器，其正输入引脚通过第一电阻连接第一电压，其负输入引脚通过第二电阻连接第二电压并通过第四电阻连接地，其输出端通过第一二极管连接驱动关闭信号输出单元；
第二比较器，其正输入引脚通过第七电阻连接第二电压并通过第六电阻连接地，其负输入引脚通过第八电阻连接第一电压，其输出端通过第二二极管连接驱动关闭信号输出单元；
第五电阻，其连接在关闭信号输出单元输入端和第二电压之间。
可选择的，进一步改进所述的交叉过压比较电路，还包括:
交叉电路校验单元，其连接第一比较器U1负输入引脚和第二比较器U2负输入引脚，其接收MCU的电路阀值进行故障注入，由MCU主动注入降低第一比较器U1和第二比较器U2比较器的阀值，通过输出结果判断第一比较器U1和第二比较器U2是否工作正常；
第三电阻，其连接在第一比较器负输入引脚和交叉电路校验电路之间；
第九电阻，其连接在第二比较器负输入引脚和交叉电路校验电路之间。
可选择的，进一步改进所述的交叉过压比较电路，第一二极管D1和第二二极管D2是肖特基二极管。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有所述交叉过压比较电路的EPS电源模块，包括：
电源管理芯片，其包括多个独立的非功能安全电源芯片，其能为系统提供多个独立电源输出电压，能监控各独立电源输出电压和MCU，当发生预设故障时使能MCU复位，能将各独立电源输出电压分别转换为MCU所需采样电压
MCU，其通过交叉比较判断各独立电源输出电压是否异常，若独立电源输出电压异常则通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出；
交叉过压比较电路，其通过比较为MCU供电的独立电源输出电压判断是否主动通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出。
可选择的，进一步改进所述的EPS电源模块，包括：
电源管理芯片，其包括多个独立的非功能安全电源芯片，其能为系统提供多个独立电源输出电压；
硬件看门狗，其监控各独立电源输出电压和MCU，当发生预设故障时使能MCU复位；
电源采样电路组，其包括多个与所述非功能安全电源芯片一一对应设置的电源采样电路，所述电源采样电路将功能安全电源芯片输出电压转换为MCU所需采样电压。
可选择的，进一步改进所述的EPS电源模块，为MCU供电的独立电源为第一电压和第二电压，其中一路作为比较基准，另一路出现单点过压或欠压时，其主动通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出。
可选择的，进一步改进所述的EPS电源模块，交叉过压比较电路执行以下控制：
当第一电压欠压时，第二比较器U2拉低；
当第一电压过压时，第一比较器U1拉低；
当第二电压欠压时，第一比较器U1拉低；
当第二电压过压时，第二比较器U2拉低；
第一比较器U1和第二比较器U2任何一路拉低均能通过逻辑控制单元驱动关闭信号输出单元。
可选择的，进一步改进所述的EPS电源模块，逻辑控制单元是逻辑电路或逻辑芯片。
本发明提供了一种用于EPS电源模块，能在EPS电源模块MCU损毁情况下保证EPS电源模块安全使用(满足安全ASILD级别)的交叉过压比较电路。具有该交叉过压比较电路的EPS电源模块能独立于MCU实现电源安全关断。当电压超过MCU的承受能力，MCU损毁后，由交叉过压比较电路进行电源输出关断，提升了电源诊断策略的诊断覆盖率，弥补了非功能安全的LDO芯片的的电源方案使用的局限性。
本发明EPS电源模块生产成本低且安全可靠，满足了EPS系统的安全性即功能安全ASILD的要求，当电EPS电源模内任何单点故障出现时，均可以保证系统切换至安全状态。同时本发明的功能简洁，逻辑简单，满足系统级功能安全的同时，提升了产品故障诊断覆盖率，提升了产品的适用性。同时降低了成本，提升了产品的竞争力，在EPS转向系统具有广泛的应用前景。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是一种现有符合功能安全的EPS电源结构示意图。
图2是一种现有采用LDO的EPS电源结构示意图。
图3是本发明交叉过压比较电路结构示意图一。
图4是本发明交叉过压比较电路结构示意图一。
图5是本发明EPS电源模块示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
第一实施例；
如图3所示，本发明提供一种交叉过压比较电路，包括:
第一比较器U1，其正输入引脚通过第一电阻R1连接第一电压VCC3V3，其负输入引脚通过第二电阻R2连接第二电压VCC5V0并通过第四电阻R4连接地，其输出端通过第一二极管D1连接驱动关闭信号输出单元；
第二比较器U1，其正输入引脚通过第七电阻R7连接第二电压VCC5V0并通过第六电阻连接地，其负输入引脚通过第八电阻R8连接第一电压VCC3V3，其输出端通过第二二极管D2连接驱动关闭信号输出单元；
第五电阻，其连接在关闭信号输出单元输入端和第二电压之间。
本发明第一实施例能在EPS电源模块MCU损毁情况下通过比较两路MCU供电电压判断MCU损毁，输出关闭信号切断电源能输出，保证EPS电源模块安全使用满足安全ASILD级别。
第二实施例；
如图4所示，本发明提供一种交叉过压比较电路，包括:
第一比较器U1，其正输入引脚通过第一电阻R1连接第一电压VCC3V3，其负输入引脚通过第二电阻R2连接第二电压VCC5V0并通过第四电阻R4连接地，其输出端通过第一二极管D1连接驱动关闭信号输出单元；
第二比较器U1，其正输入引脚通过第七电阻R7连接第二电压VCC5V0并通过第六电阻连接地，其负输入引脚通过第八电阻R8连接第一电压VCC3V3，其输出端通过第二二极管D2连接驱动关闭信号输出单元；
第五电阻R5，其连接在关闭信号输出单元输入端和第二电压之间VCC5V0；
交叉电路校验单元，其连接第一比较器U1负输入引脚和第二比较器U2负输入引脚，其接收MCU的电路阀值进行故障注入，由MCU主动注入降低第一比较器U1和第二比较器U2比较器的阀值，通过输出结果判断第一比较器U1和第二比较器U2是否工作正常；
第三电阻R3，其连接在第一比较器U1负输入引脚和交叉电路校验电路之间；
第九电阻R9，其连接在第二比较器U2负输入引脚和交叉电路校验电路之间。
若瞬时过压造成MCU的损坏，MCU无法进行电压采集，MCU处于不确定状态。本发明第二实施例提供的双运放交叉电压比较电路能对MCU过/欠压进行硬件比较。MCU供电的电源芯片其中一路作为比较基准，另外一路出现单点过压或欠压时，若为MCU供电的电源芯片超过MCU损坏电压，由该电路硬件主动驱动关闭信号输出单元关闭系统输出，使系统进入安全状态。
交叉过压比较电路控制原理如下：
当第一电压VCC3V3欠压时，第二比较器U2拉低；
当第一电压VCC3V3过压时，第一比较器U1拉低；
当第二电压VCC5V0欠压时，第一比较器U1拉低；
当第二电压VCC5V0过压时，第二比较器U2拉低；
第一比较器U1和第二比较器U2任何一路拉低均能通过逻辑控制单元驱动关闭信号输出单元。
其中，逻辑控制单元是逻辑电路或逻辑芯片，比如逻辑门与门、也可以是分离器件搭建的逻辑电路。
为保证交叉过压比较电路的可靠性，第二实施例增加了交叉电路校验电路。通过MCU对该电路阀值进行故障注入，由MCU主动注入降低第一比较器U1和第二比较器U2比较器的阀值，通过输出结果判断第一比较器U1和第二比较器U2是否工作正常。进而可以判断出该交叉比较电路是否可靠，确保该电路的可靠性。
第三实施例；
本发明提供一种第一实施例或第二实施例所述交叉过压比较电路的EPS电源模块，包括：
电源管理芯片，其包括多个独立的非功能安全电源芯片，非功能安全电源芯片例如集成有硬件看门狗的LDO低压差线性稳压器芯片，其能为系统提供多个独立电源输出电压，集成的硬件看门狗能监控各独立电源输出电压和MCU，当发生预设故障时使能MCU复位，能将各独立电源输出电压分别转换为MCU所需采样电压
MCU，其通过交叉比较判断各独立电源输出电压是否异常，若独立电源输出电压异常则通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出；
交叉过压比较电路，其通过比较为MCU供电的独立电源输出电压判断是否主动通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出。
第四实施例；
本发明提供一种第一实施例或第二实施例所述交叉过压比较电路的EPS电源模块，包括：
电源管理芯片，其包括多个独立的非功能安全电源芯片，本实施例的非功能安全电源芯片LDO低压差线性稳压器没有集成硬件看门狗，其能为系统提供多个独立电源输出电压；
硬件看门狗，其监控各独立电源输出电压和MCU，当发生预设故障时使能MCU复位；
电源采样电路组，其包括多个与所述非功能安全电源芯片一一对应设置的电源采样电路，所述电源采样电路将功能安全电源芯片输出电压转换为MCU所需采样电压；
MCU，其通过交叉比较判断各独立电源输出电压是否异常，若独立电源输出电压异常则通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出；
交叉过压比较电路，其通过比较为MCU供电的独立电源输出电压判断是否主动通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出。
其中，为MCU供电的独立电源为第一电压VCC3V3和第二电压VCC5V0，其中一路作为比较基准，另一路出现单点过压或欠压时，其主动通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出，交叉过压比较电路执行以下控制：
当第一电压VCC3V3欠压时，第二比较器U2拉低；
当第一电压VCC3V3过压时，第一比较器U1拉低；
当第二电压VCC5V0欠压时，第一比较器U1拉低；
当第二电压VCC5V0过压时，第二比较器U2拉低；
第一比较器U1和第二比较器U2任何一路拉低均能通过逻辑控制单元驱动关闭信号输出单元。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种交叉过压比较电路，其特征在于，包括:
第一比较器，其正输入引脚通过第一电阻连接第一电压，其负输入引脚通过第二电阻连接第二电压并通过第四电阻连接地，其输出端通过第一二极管连接驱动关闭信号输出单元；
第二比较器，其正输入引脚通过第七电阻连接第二电压并通过第六电阻连接地，其负输入引脚通过第八电阻连接第一电压，其输出端通过第二二极管连接驱动关闭信号输出单元；
第五电阻，其连接在关闭信号输出单元输入端和第二电压之间。
2.如权利要求1所述的交叉过压比较电路，其特征在于，还包括:
交叉电路校验单元，其连接第一比较器负输入引脚和第二比较器负输入引脚，其接收MCU的电路阀值进行故障注入，由MCU主动注入降低第一比较器和第二比较器比较器的阀值，通过输出结果判断第一比较器和第二比较器是否工作正常；
第三电阻，其连接在第一比较器负输入引脚和交叉电路校验电路之间；
第九电阻，其连接在第二比较器负输入引脚和交叉电路校验电路之间。
3.如权利要求1所述的交叉过压比较电路，其特征在于:第一二极管和第二二极管是肖特基二极管。
4.一种具有权利要求1-3任意一项所述交叉过压比较电路的EPS电源模块，其特征在于，包括：
电源管理芯片，其包括多个独立的非功能安全电源芯片，其能为系统提供多个独立电源输出电压，能监控各独立电源输出电压和MCU，当发生预设故障时使能MCU复位，能将各独立电源输出电压分别转换为MCU所需采样电压
MCU，其通过交叉比较判断各独立电源输出电压是否异常，若独立电源输出电压异常则通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出；
交叉过压比较电路，其通过比较为MCU供电的独立电源输出电压判断是否主动通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出。
5.如权利要求4所述的EPS电源模块，其特征在于，包括：
电源管理芯片，其包括多个独立的非功能安全电源芯片，其能为系统提供多个独立电源输出电压；
硬件看门狗，其监控各独立电源输出电压和MCU，当发生预设故障时使能MCU复位；
电源采样电路组，其包括多个与所述非功能安全电源芯片一一对应设置的电源采样电路，所述电源采样电路将功能安全电源芯片输出电压转换为MCU所需采样电压。
6.如权利要求4所述的EPS电源模块，其特征在于：
为MCU供电的独立电源为第一电压和第二电压，其中一路作为比较基准，另一路出现单点过压或欠压时，其主动通过关闭信号输出单元关闭系统助力输出。
7.如权利要求4所述的EPS电源模块，其特征在于，交叉过压比较电路执行以下控制：
当第一电压欠压时，第二比较器拉低；
当第一电压过压时，第一比较器拉低；
当第二电压欠压时，第一比较器拉低；
当第二电压过压时，第二比较器拉低；
第一比较器和第二比较器任何一路拉低均能通过逻辑控制单元驱动关闭信号输出单元。
8.如权利要求7所述的EPS电源模块，其特征在于：逻辑控制单元是逻辑电路或逻辑芯片。
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