CN112838574A - 一种抗电磁干扰的车载控制器电路 - Google Patents

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祝挺
付华芳
杨国超
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Abstract

本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种抗电磁干扰的车载控制器电路，车载控制器的处理器上设有多个外部输入输出接口，车载控制器的外部输入连接器与各个外部输入输出接口间均分别设有一个防护电路，所述防护电路包括瞬态二极管TVS、磁珠、电容、限幅器和滤波器。以不影响电控系统正常工作为前提，综合运用脉冲吸收、微波限幅和EMI滤波技术，总体上达到先浪涌保护后滤波抑制的保护效果，实现抗干扰效果更好的防护电路。

Description

一种抗电磁干扰的车载控制器电路
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种抗电磁干扰的车载控制器电路。
背景技术
车载控制器工作环境复杂、要求在各种工况下都能正常工作，尤其是涉及到安全的零部件控制器，必须能够防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其他电子设备的正常工作。
现有的车载控制器仅在部分外部输入输出接口设有抗干扰电路，且抗干扰电路仅通过增加滤波器进行滤波，其抗干扰效果差。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种抗电磁干扰的车载控制器电路，实现瞬态强电磁脉冲的抑制。
本发明技术方案为：一种抗电磁干扰的车载控制器电路，车载控制器的处理器上设有多个外部输入输出接口，车载控制器的外部输入连接器与各个外部输入输出接口间均分别设有一个防护电路，所述防护电路包括瞬态二极管TVS、磁珠、电容、限幅器和滤波器。
较为优选的，所述磁珠与滤波器串联，所述瞬态二极管TVS一端连接磁珠一端，另一端接地，所述电容和限幅器并联，所述电容和限幅器一端连接在磁珠另一端与滤波器输入端之间，所述电容和限幅器另一端接地。
较为优选的，所述限幅器包括并联设置的第一限幅器和第二限幅器。
较为优选的，所述外部输入输出接口包括电源输入接口、开关信号输入接口、模拟信号输入接口、频率信号输入接口、传感器供电输出接口和通讯接口。
较为优选的，所述滤波器为EMI滤波器。
较为优选的，所述通讯接口包括CAN通讯接口，所述CAN通讯接口的CAN_H和CAN_L线上均分别设有一个防护电路。
较为优选的，所述车载控制器还包括复位电路，所述复位电路包括DC/DC模块、CPU、复位模块和与门电路。
较为优选的，所述DC/DC模块的RST 3V3A复位信号输出端与与门电路输入端连接，所述DC/DC模块的RST 3V3B复位信号输出端与复位模块的复位信号输入端连接，所述复位模块的WDRST信号输出端与与门电路输入端连接，所述与门电路输出端与CPU的RST信号输入端连接，所述CPU的RST OUT信号输出端与复位模块的RST OUT信号输入端连接。
较为优选的，当复位模块未接收到CPU发送的喂狗信号时，向与门电路输出WDRST信号。
较为优选的，所述车载控制器的外部输入连接器采用航空连接器，所述航空连接器的插座端法兰盘与机箱之间紧密设置导电橡胶垫。
本发明的有益效果为：在保持原有滤波的情况下，增强对高频信号的限幅，提高高频率信息阻抗和感抗，吸收核电磁脉冲和高功率微波为代表的强电磁脉冲。以不影响电控系统正常工作为前提，综合运用脉冲吸收、微波限幅和EMI滤波技术，总体上达到先浪涌保护后滤波抑制的保护效果，实现抗干扰效果更好的防护电路。
附图说明
图1为本发明一种抗电磁干扰的车载控制器电路示意图；
图2为本发明防护电路示意图；
图3为本发明电源输入接口防护电路示意图；
图4为本发明开关信号输入接口防护电路示意图；
图5为本发明模拟信号输入接口防护电路示意图；
图6为本发明频率信号输入接口防护电路示意图；
图7为本发明传感器供电输出接口防护电路示意图；
图8为本发明通讯接口防护电路示意图；
图9为本发明复位电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，一种抗电磁干扰的车载控制器电路，车载控制器的处理器上设有多个外部输入输出接口，车载控制器的外部输入连接器与各个外部输入输出接口间均分别设有一个防护电路，外部输入输出接口包括电源输入接口、开关信号输入接口、模拟信号输入接口、频率信号输入接口、传感器供电输出接口和通讯接口。
如图2所示，防护电路包括瞬态二极管TVS、磁珠、电容、限幅器和滤波器。磁珠与滤波器串联，所述瞬态二极管TVS一端连接磁珠一端，另一端接地，所述电容和限幅器并联，所述电容和限幅器一端连接在磁珠另一端与滤波器输入端之间，所述电容和限幅器另一端接地。限幅器包括并联设置的第一限幅器和第二限幅器，滤波器为EMI滤波器。
瞬态二极管TVS一端位于电控单元内部最外侧，EMI滤波器一侧位于电控单元内部最里侧。当TVS管受到瞬态高能量冲击时，能以极高的速度(亚纳秒级)将两极间的阻抗变为低阻抗，从而具有很好的瞬态干扰的吸收能力。微波限幅器是一种功率限制器件，当输入信号功率低于门限功率的信号能够无衰减的通过，当输入信号功率高于门限功率时，衰减会迅速增大，起到后续电路的保护作用。根据截止频率、额定电压、额定电流、插入损耗这四个主要参数设计或选择EMI滤波器。磁珠的主要原料为铁氧体，铁氧体的特点是高频损耗非常大，广泛的用于抑制线路中的高频电磁干扰。车辆控制信号为低频信号，而电磁干扰一般为高频干扰，因此磁珠非常适用于电路中的EMI抑制。采用金属壳体，一方面用于电磁保护，一方面外壳接地，将干扰电流通过低阻抗回路导出到外部地。
如图3所示为电源输入接口处的防护电路，蓄电池负极回路，接口对应的是接地；蓄电池正极回路，对应接口为TVS、磁珠、电容和限幅器电路。+24V接到外部电路电源正极，+24V*接到内部电路电源正极，防护电路处于电源接口。在电路中针对电源滤波电路，采用EMC滤波电路，综合抑制共模及差模骚扰，大功率TVS器件吸收瞬态高压，并在TVS之前对地加限幅器。根据电源滤波电路的电压输入，选取箝位电压的TVS，在TVS之前加限幅器，同时抑制两个方向的脉冲干扰。同理，电源地也增加该防护电路。
如图4所示为开关信号输入接口处的防护电路，信号输入端接到SW/ENGINE_BRAKE_1_SW，SW/ENGINE_BRAKE_1_SW*端接入到内部电路开关量信号引脚。开关电路中，一般对地加两个微波限幅器和TVS以及EMI滤波器进行保护。微波限幅器宜选用响应速度快的PIN二极管；TVS宜选用大功率的双向TVS二极管，如果原电路中有防静电的TVS则保留。
针对开关量输入电路，TVS器件吸收瞬态高压。在对地加两个反向串联的限幅器，原电路有两级RC低通滤波电路，在滤波电路之前对地加两个限幅器，配合低通滤波电路达到先浪涌保护后高频抑制的保护效果。
如图5所示为模拟信号输入接口处的防护电路，信号输入端接到PEDAL_POSITION_2，PEDAL_POSITION_2*接入到内部电路AD引脚。
模拟量输入电路中，对地加两个微波限幅器和TVS以及EMI滤波器进行保护。针对模拟量输入电路，在对地加两个限幅器，在原有RC低通滤波电路之前对地加上限幅器，相互配合作用达到保护效果。
模拟量输出电路中，一般对地加TVS以及EMI滤波器进行保护。微波限幅器宜选用响应速度快的PIN二极管；TVS宜选用大功率的双向TVS二极管。如果原电路中有防静电的TVS则保留。由于信号为模拟量，并且在输出端有瞬态强电磁脉冲抑制器件，因此配合加上滤波器达到多级保护效果。
如图6所示为频率信号输入接口处的防护电路，信号输入端接到EPS_BACKUP，EPS_BACKUP*端接入到内部电路频率量信号引脚。
对PWM输入电路中，一般对地加两个微波限幅器和TVS以及EMI滤波器进行保护。微波限幅器宜选用响应速度快的PIN二极管；TVS宜选用大功率的双向TVS二极管。如果有防静电的TVS则保留。由于PWM输入电路中存在滤波器，因此在对地加上两个微波限幅器和TVS，和原电路配合进行多级保护。
如图7所示为传感器供电输出接口处的防护电路，内部输出电源正极到SENSOR_SUPPLY2，SENSOR_SUPPLY2*接入到对外供电接口。
对外供电电路中，一般对地加两个微波限幅器和TVS以及EMI滤波器进行保护。微波限幅器宜选用响应速度快的PIN二极管；TVS宜选用大功率的双向TVS二极管。如果原电路没有共模滤波器，增加共模滤波器。
针对输出电源接口电路，在OUT端口电路中加上TVS，并在TVS之前对地加两个限幅器。由于原电路有电感器件，因此在电感之前加上限幅器和TVS的组合，达到多级保护效果。对电源电路中，在空间允许的条件下采用级数越多的EMC滤波电路，综合抑制共模及差模骚扰，一般对地加两个微波限幅器和TVS以及共模和差模滤波器进行保护。传感器供电由RST3V3A和RST 5V逻辑或后作为使能，即当两个信号都复位时，关闭传感器供电输出。同理，对外供电地也增加该防护电路。
如图8所示为通讯接口处的防护电路，在CAN高和CAN低都需要加入该电路。以CAN高为例，CAN1-接入到CAN_H的外部接口，CAN1-*接入到CAN收发器的CAN_H引脚。
CAN总线电路中，一般对地加两个微波限幅器和TVS以及共模滤波器进行保护。微波限幅器宜选用响应速度快的PIN二极管；TVS宜选用大功率的双向TVS二极管。针对CAN总线电路，CAN_H和CAN_L上对地加两个限幅器。由于原电路中有共模滤波器和TVS器件，因此提高保护能力，在TVS之前加上微波限幅器，和原电路相互配合进行保护。
如图9所示为复位电路，在复位电路相关引脚增加脉冲吸收器件。复位信号由复位芯片、DC/DC芯片产生，可产生上电复位和电压监控复位。DC/DC产生两个3.3V复位RST 3V3A和RST 3V3B，其中RST 3V3A作为CPU复位输入端，RST 3V3B作为芯片复位输入。CPU在复位结束后产生RST OUT给芯片复位。芯片有看门狗功能，由CPU喂狗，芯片看门狗复位输出与RST3V3A线与，可实现复位CPU。
上电复位：由上电复位芯片输出复位信号给与门，与门输出RST低电平复位CPU，并且CPU发送RSTOUT复位燃油芯片；
电源电压监控复位:当电源电压3.3V低时，与门输出RST低电平复位CPU；
燃油芯片复位:当燃油芯片接收不到MCU发送的喂狗信号时，燃油芯片发出WDRST到与门，与门输出RST复位MCU。
此外，为达成设计方案在工程中运用，本方案的外部输入连接器采用航空连接器，插座端法兰盘与机箱之间采用导电橡胶垫压紧，插头端尾夹可与电缆防波套配合形成有效的屏蔽结构，提高连接器屏蔽和线束屏蔽性能；模块各结合面采用导电垫条和导电密封胶，提高整体屏蔽性能；6层板的参考叠层分布依次为SIG--GND--SIG—PWR--GND—SIG(根据布线情况调整)，提高电路级屏蔽性能；保护电路布线按照各针脚对应信号本身的布线宽度，不做特殊更改；根据布局情况，保护电路PCB布局尽可能靠近接插件；壳体表面导电氧化处理，降低阻抗。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种抗电磁干扰的车载控制器电路，车载控制器的处理器上设有多个外部输入输出接口，其特征在于：车载控制器的外部输入连接器与各个外部输入输出接口间均分别设有一个防护电路，所述防护电路包括瞬态二极管TVS、磁珠、电容、限幅器和滤波器。
2.根据权利要求1所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：所述磁珠与滤波器串联，所述瞬态二极管TVS一端连接磁珠一端，另一端接地，所述电容和限幅器并联，所述电容和限幅器一端连接在磁珠另一端与滤波器输入端之间，所述电容和限幅器另一端接地。
3.根据权利要求2所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：所述限幅器包括并联设置的第一限幅器和第二限幅器。
4.根据权利要求1所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：所述外部输入输出接口包括电源输入接口、开关信号输入接口、模拟信号输入接口、频率信号输入接口、传感器供电输出接口和通讯接口。
5.根据权利要求1所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：所述滤波器为EMI滤波器。
6.根据权利要求4所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：所述通讯接口包括CAN通讯接口，所述CAN通讯接口的CAN_H和CAN_L线上均分别设有一个防护电路。
7.根据权利要求1所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：所述车载控制器还包括复位电路，所述复位电路包括DC/DC模块、CPU、复位模块和与门电路。
8.根据权利要求7所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：所述DC/DC模块的RST 3V3A复位信号输出端与与门电路输入端连接，所述DC/DC模块的RST 3V3B复位信号输出端与复位模块的复位信号输入端连接，所述复位模块的WDRST信号输出端与与门电路输入端连接，所述与门电路输出端与CPU的RST信号输入端连接，所述CPU的RST OUT信号输出端与复位模块的RST OUT信号输入端连接。
9.根据权利要求3所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：当复位模块未接收到CPU发送的喂狗信号时，向与门电路输出WDRST信号。
10.根据权利要求1所述的抗电磁干扰的车载控制器电路，其特征在于：所述车载控制器的外部输入连接器采用航空连接器，所述航空连接器的插座端法兰盘与机箱之间紧密设置导电橡胶垫。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113207205A (zh) * 2021-04-13 2021-08-03 上海交通大学 基于瞬态电压抑制器的微波防护电路

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