CN113282031B - 一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路，包括防反接电路为防止控制器电源反接电路；防浪涌电路为发动机控制器浪涌防护电路；滤波电路是为了提高电源电路ECM特性；高边开关为功率驱动电路电源控制开关；DCDC电源电路为发动机控制器内部电路供电电源；单片机为发动机控制器主单片机；预驱动电路为发动机控制器驱动电路提供驱动；功率驱动电路用于驱动发动机控制系统相关外部负载；高边开关控制用于控制高边开关。本发明新的技术方案实现电源开关控制功能，体积小、寿命长、可靠性高、耐振动性能良好；能有效降低电压过冲；钥匙开关长时间工作可靠性高；发动机控制器电源系统成本低；减少1路驱动输出器件成本。

Description

一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路

技术领域

本发明涉及汽车发动机控制电路领域，特别是涉及一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路。

背景技术

随着汽车技术的不断进步，柴油机发动机逐渐淘汰机械系统，并普及电子控制系统，电子控制系统的核心是发动机控制器。发动机控制器一般采用12V电池系统或者24V电池系统供电，为了满足发动机控制系统的特殊需求，发动机控制器电源输入电路需要经过特殊设计，才能实现诸如上下电控制、延时控制、满足EMC设计要求等功能。在现有技术中，汽车发动机控制器主要通过钥匙开关和主继电器的配合使用，来实现发动机控制器供电控制。在实际应用过程中，发动机控制器未上电工作时，钥匙开关和主继电器均处于断开状态。

上述现有技术手段提供了一种发动机控制器电源输入解决方案，但是现有技术同时还存在几个明确的技术缺点：

现有技术采用主继电器实现电源防反接和功率供电开关控制，但继电器体积大、寿命短、故障率高、耐振动能力差；由于继电器外置，继电器至其他驱动回路导线过长并存在感抗，导致部分感性负载续流时产生电压过冲，容易造成器件损坏；钥匙开关与主继电器共同为控制器内部DCDC电源供电，钥匙开关持续流过较大电流，钥匙开关长时间工作可靠性不高；钥匙开关LOGIC_P与主继电器BAT_POWER需要分别拥有防浪涌和π型滤波电路，增加发动机控制器成本；现有技术需要额外增加1路驱动输出通道，占用1个接插件针脚资源，同时增加驱动输出器件成本。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路，包括：

防反接电路为防止控制器电源反接电路；

防浪涌电路为发动机控制器浪涌防护电路；

滤波电路是为了提高电源电路ECM特性；

高边开关为功率驱动电路电源控制开关；

DCDC电源电路为发动机控制器内部电路供电电源；

单片机为发动机控制器主单片机；

预驱动电路为发动机控制器驱动电路提供驱动；

功率驱动电路用于驱动发动机控制系统相关外部负载；

高边开关控制用于控制高边开关。

优选的：蓄电池为汽车设备提供电源，主要包括12V系统和24V系统；钥匙开关为汽车启动和停机开关及控制器供电，钥匙开关处理电路用于处理钥匙开关信号。

如此设置，外部控制电路控制整体电路的通断。

优选的：K1为发动机控制器接插件钥匙开关信号接口，K2为发动机控制器接插件功率电源输入接口。

如此设置，K1、K2用于提供控制信号。

优选的：LOGIC_P为钥匙开关信号输入,BAT_POWER为蓄电池正极，BAT_IN为发动机控制器电源正极π型滤波后端，为部分电源电路取电接点；GND为蓄电池负极，发动机控制器接地端；BAT_DRIVE为高边开关后端，用于为功率驱动电路供电；ON/OFF为DCDC电源电路使能控制端，控制信号为低电平有效；VCC为DCDC电源电路电源输出，用于为发动机控制器和单片机各个电路供电；GPIO1_EN为单片机发出的DCDC电源电路使能信号，用于实现延时断电功能；GPIO2_EN为单片机发出的高边开关控制信号，用于实现高边开关控制功能。

如此设置，各分段信号用于传输。

优选的：R20、R21、R22、D6、D7、D8、Q4共同构成钥匙开关处理电路，Q4为NPN三极管，其中R20的一端为LOGIC_P信号输入端，R20的另一端连接D6的正极，D7的正极为GPIO1_EN信号输入端，D6的负极连接D7的负极，D7的负极连接R21的一端，R21的另一端连接Q4的基极，D8的正极接地，D8的负极接在D7的负极与R21之间，R22的一端接地，R22的另一端接在R21与Q4基极之间，Q4的发射极接地，Q4的集电极连接ON/OFF使能控制端；Q2、R16、R17、D2共同构成BAT_POWER防反接电路，Q2为PMOS管，D2为稳压管，其中Q2的源极接蓄电池正极BAT_POWER，R16的一端接Q2的漏极，R16的另一端接Q2的栅极，R17的一端接Q2的栅极，R17的另一端接地，D2的正极接Q2的栅极，D2的负极接Q2的漏极；D3为防浪涌电路，D3是大功率TVS二极管，D3的正极接地，D3的负极接Q2的漏极；C14、C16、C15、C17、L4、D4共同构成滤波电路，其中C14的一端接Q2的漏极，C14的另一端接地，C16的一端接Q2的漏极，C16的另一端接地，D4与L4并联，L4的一端接Q2的漏极，D4的负极接Q2的漏极，D4的正极与L4并联后的一端与C15的一端连接，C15的另一端接地，C17的一端连接D4的正极与L4并联后的一端，C17的另一端接地，D4的正极与L4并联后的一端作为电源电路取电接点BAT_IN；U1、C22、C18、D9、R23、C20、L5、C19、C24、C23、C21、R18、R19共同构成DCDC电源电路，U1为DCDC电源芯片，其中U1的1脚接电源电路取电接点BAT_IN，U1的3脚接地，U1的5脚为ON/OFF使能控制端，U1的4脚接VCC，C22一端接U1的1脚，C22另一端接地，C18一端接U1的1脚，C18另一端接地，R18一端接U1的5脚，R18另一端接电源电路取电接点BAT_IN，R19一端接U1的5脚，R19另一端接地，D9的负极接U1的2脚，D9的正极接地，R23的一端接U1的2脚，R23的另一端接C20的一端，C20的另一端接地，L5的一端接U1的2脚，L5的另一端接VCC，C19、C24、C23以及C21并联，并联后的一端接VCC，并联后的另一端接地；C13、R13、R12、R14、D1、Q1、R11共同构成高边开关控制电路，Q1为NPN三极管，其中C13和R13并联，并联后的一端接GPIO2_EN，并联后的另一端接地，R12的一端接GPIO2_EN，R12的另一端接Q1的基极，R14的一端接Q1的基极，R14的另一端接Q1的发射极，D1的负极接Q1的基极，D1的正极接Q1的发射极，Q1的发射极接地，Q1的集电极接R11的一端；D5、R15、Q3、C25、C26共同构成高边开关，Q3为PMOS管，其中D5的正极接R11的另一端，D5的负极接电源电路取电接点BAT_IN，R15的一端接D5的正极，R15的另一端接D5的负极，Q3的栅极接D5的正极，Q3的漏极接D5的负极，Q3的源极接BAT_DRIVE，C25和C26并联，并联后的一端接Q3的源极，并联后的另一端接地。

如此设置，根据各个电路的电子元件处理不同控制信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

利用板内PMOS管替代主继电器，实现电源开关控制功能，体积小、寿命长、可靠性高、耐振动性能良好；利用功率驱动电路续流在π型滤波后端，续流回路短，能有效降低电压过冲；利用钥匙开关仅用作开关信号使用，不需要为控制器内部DCDC电源供电，钥匙开关流过电流仅10mA左右，钥匙开关长时间工作可靠性高；利用仅BAT_POWER需要防浪涌和π型滤波电路，钥匙开关作为逻辑信号，不需要额外增加防浪涌和π型滤波电路，发动机控制器电源系统成本低；利用PMOS管高边开关控制电路为弱电控制电路，不需要额外增加1路驱动输出通道，也不占用1个接插件针脚资源，减少1路驱动输出器件成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路的功能框图；

图2是本发明所述一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路的发动机控制器电源输入综合处理电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1-图2所示，一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路，包括：

防反接电路为防止控制器电源反接电路；

防浪涌电路为发动机控制器浪涌防护电路；

滤波电路是为了提高电源电路ECM特性；

高边开关为功率驱动电路电源控制开关；

DCDC电源电路为发动机控制器内部电路供电电源；

单片机为发动机控制器主单片机；

预驱动电路为发动机控制器驱动电路提供驱动；

功率驱动电路用于驱动发动机控制系统相关外部负载；

高边开关控制用于控制高边开关。

优选的：蓄电池为汽车设备提供电源，主要包括12V系统和24V系统；钥匙开关为汽车启动和停机开关及控制器供电，钥匙开关处理电路用于处理钥匙开关信号，外部控制电路控制整体电路的通断；K1为发动机控制器接插件钥匙开关信号接口，K2为发动机控制器接插件功率电源输入接口，K1、K2用于提供控制信号；LOGIC_P为钥匙开关信号输入,BAT_POWER为蓄电池正极，BAT_IN为发动机控制器电源正极π型滤波后端，为部分电源电路取电接点；GND为蓄电池负极，发动机控制器接地端；BAT_DRIVE为高边开关后端，用于为功率驱动电路供电；ON/OFF为DCDC电源电路使能控制端，控制信号为低电平有效；VCC为DCDC电源电路电源输出，用于为发动机控制器和单片机各个电路供电；GPIO1_EN为单片机发出的DCDC电源电路使能信号，用于实现延时断电功能；GPIO2_EN为单片机发出的高边开关控制信号，实现高边开关控制功能，各分段信号用于传输；R20、R21、R22、D6、D7、D8、Q4共同构成钥匙开关处理电路，Q4为NPN三极管，其中R20的一端为LOGIC_P信号输入端，R20的另一端连接D6的正极，D7的正极为GPIO1_EN信号输入端，D6的负极连接D7的负极，D7的负极连接R21的一端，R21的另一端连接Q4的基极，D8的正极接地，D8的负极接在D7的负极与R21之间，R22的一端接地，R22的另一端接在R21与Q4基极之间，Q4的发射极接地，Q4的集电极连接ON/OFF使能控制端；Q2、R16、R17、D2共同构成BAT_POWER防反接电路，Q2为PMOS管，D2为稳压管，其中Q2的源极接蓄电池正极BAT_POWER，R16的一端接Q2的漏极，R16的另一端接Q2的栅极，R17的一端接Q2的栅极，R17的另一端接地，D2的正极接Q2的栅极，D2的负极接Q2的漏极；D3为防浪涌电路，D3是大功率TVS二极管，D3的正极接地，D3的负极接Q2的漏极；C14、C16、C15、C17、L4、D4共同构成滤波电路，其中C14的一端接Q2的漏极，C14的另一端接地，C16的一端接Q2的漏极，C16的另一端接地，D4与L4并联，L4的一端接Q2的漏极，D4的负极接Q2的漏极，D4的正极与L4并联后的一端与C15的一端连接，C15的另一端接地，C17的一端连接D4的正极与L4并联后的一端，C17的另一端接地，D4的正极与L4并联后的一端作为电源电路取电接点BAT_IN；U1、C22、C18、D9、R23、C20、L5、C19、C24、C23、C21、R18、R19共同构成DCDC电源电路，U1为DCDC电源芯片，其中U1的1脚接电源电路取电接点BAT_IN，U1的3脚接地，U1的5脚为ON/OFF使能控制端，U1的4脚接VCC，C22一端接U1的1脚，C22另一端接地，C18一端接U1的1脚，C18另一端接地，R18一端接U1的5脚，R18另一端接电源电路取电接点BAT_IN，R19一端接U1的5脚，R19另一端接地，D9的负极接U1的2脚，D9的正极接地，R23的一端接U1的2脚，R23的另一端接C20的一端，C20的另一端接地，L5的一端接U1的2脚，L5的另一端接VCC，C19、C24、C23以及C21并联，并联后的一端接VCC，并联后的另一端接地；C13、R13、R12、R14、D1、Q1、R11共同构成高边开关控制电路，Q1为NPN三极管，其中C13和R13并联，并联后的一端接GPIO2_EN，并联后的另一端接地，R12的一端接GPIO2_EN，R12的另一端接Q1的基极，R14的一端接Q1的基极，R14的另一端接Q1的发射极，D1的负极接Q1的基极，D1的正极接Q1的发射极，Q1的发射极接地，Q1的集电极接R11的一端；D5、R15、Q3、C25、C26共同构成高边开关，Q3为PMOS管，其中D5的正极接R11的另一端，D5的负极接电源电路取电接点BAT_IN，R15的一端接D5的正极，R15的另一端接D5的负极，Q3的栅极接D5的正极，Q3的漏极接D5的负极，Q3的源极接BAT_DRIVE，C25和C26并联，并联后的一端接Q3的源极，并联后的另一端接地。

根据各个电路的电子元件处理不同控制信号。

工作原理：在钥匙开关断开时，BAT_POWER通过Q2寄生二极管导通，使BAT_IN处于常电状态，即发动机控制器待机状态时，BAT_IN节点处仍然带电，当钥匙开关闭合后后，LOGIC_P为高电平信号(与电池电压一致)，经过二极管D6后，通过稳压管D8保护，再经过R21、R22分压，使三极管Q4导通，ON/OFF由高电平变成低电平，U1电源芯片被使能开始工作，BAT_POWER通过Q2寄生二极管导通后，R16、R17、D2使Q2处于正常导通状态，D3作为TVS管，可以保护电源电路和发动机控制器避免被浪涌电流损坏，C14、C16、L4、D4、C15、C16构成的π型滤波电路，提高发动机控制器电源系统EMC性能，D4可以将后端功率驱动负载的续流电流快速流向蓄电池正极，避免在BAT_IN处形成过冲电压而烧毁DCDC电源电路芯片等，C22、C18为DCDC电源电路电源芯片+VIN端去耦电容，D9为电源芯片续流二极管，R23、C20为续流二极管瞬态电流吸收回路，L5为DCDC电源电路电感，C19、C24、C23、C21为DCDC电源电路输出电容，当LOGIC_P为高电平信号时，ON/OFF为低电平，U1电源芯片开始工作，并输出电源电压VCC，发动机控制器弱电电路开始正常供电并进行初始化，当单片机完成初始化和发动机控制器系统状态确认后，会分别发出DCDC电源电路使能信号GPIO1_EN和高边开关使能信号GPIO2_IN，DCDC电源电路使能信号GPIO1_EN与LOGIC_P钥匙开关信号并联输入到钥匙开关处理电路，共同控制电源芯片U1使能状态，高边开关使能信号GPIO2_IN输出至高边开关控制电路，使三极管Q1导通后，高边开关Q3由断开状态变成导通状态，BAT_DRIVE电源节点及后端功率驱动电路开始正常供电；

当钥匙开关断开时，发动机控制器进入断电过程，由于GPIO1_EN使能信号的存在，DCDC电源电路仍然正常工作，整个发动机控制器仍然处于正常供电和工作状态，钥匙开关信号断开后，单片机会通过信号采样电路获得钥匙开关关断信号，并开始完成数据备份等工作，然后分别发出控制信号关闭DCDC电源电路和断开高边开关，发动机控制器停止工作并实现断电延时功能；

若BAT_POWER和GND出现反接时，由于PMOS管Q2的存在，BAT_POWER和GND不能构成回路，实现电源系统防反接功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (1)

1.一种汽车发动机控制器电源输入综合处理电路，其特征在于：包括:

防反接电路为防止控制器电源反接电路；

防浪涌电路为发动机控制器浪涌防护电路；

滤波电路是为了提高电源电路ECM特性；

高边开关为功率驱动电路电源控制开关；

DCDC电源电路为发动机控制器内部电路供电电源；

单片机为发动机控制器主单片机；

预驱动电路为发动机控制器驱动电路提供驱动；

功率驱动电路用于驱动发动机控制系统相关外部负载；

高边开关控制用于控制高边开关；

蓄电池为汽车设备提供电源，主要包括12V系统和24V系统；钥匙开关为汽车启动和停机开关及控制器供电，钥匙开关处理电路用于处理钥匙开关信号；

K1为发动机控制器接插件钥匙开关信号接口，K2为发动机控制器接插件功率电源输入接口；

LOGIC_P为钥匙开关信号输入,BAT_POWER为蓄电池正极，BAT_IN为发动机控制器电源正极π型滤波后端，为部分电源电路取电接点；GND为蓄电池负极，发动机控制器接地端；BAT_DRIVE为高边开关后端，用于为功率驱动电路供电；ON/OFF为DCDC电源电路使能控制端，控制信号为低电平有效；VCC为DCDC电源电路电源输出，用于为发动机控制器和单片机各个电路供电；GPIO1_EN为单片机发出的DCDC电源电路使能信号，用于实现延时断电功能；GPIO2_EN为单片机发出的高边开关控制信号，用于实现高边开关控制功能；

R20、R21、R22、D6、D7、D8、Q4共同构成钥匙开关处理电路，Q4为NPN三极管，其中

R20的一端为LOGIC_P信号输入端，R20的另一端连接D6的正极，D7的正极为GPIO1_EN信号输入端，D6的负极连接D7的负极，D7的负极连接R21的一端，R21的另一端连接Q4的基极，D8的正极接地，D8的负极接在D7的负极与R21之间，R22的一端接地，R22的另一端接在R21与Q4基极之间，Q4的发射极接地，Q4的集电极连接ON/OFF使能控制端；

Q2、R16、R17、D2共同构成BAT_POWER防反接电路，Q2为PMOS管，D2为稳压管，其中

Q2的源极接蓄电池正极BAT_POWER，R16的一端接Q2的漏极，R16的另一端接Q2的栅极，R17的一端接Q2的栅极，R17的另一端接地，D2的正极接Q2的栅极，D2的负极接Q2的漏极；

D3为防浪涌电路，D3是大功率TVS二极管，D3的正极接地，D3的负极接Q2的漏极；

C14、C16、C15、C17、L4、D4共同构成滤波电路，其中

C14的一端接Q2的漏极，C14的另一端接地，C16的一端接Q2的漏极，C16的另一端接地，D4与L4并联，L4的一端接Q2的漏极，D4的负极接Q2的漏极，D4的正极与L4并联后的一端与C15的一端连接，C15的另一端接地，C17的一端连接D4的正极与L4并联后的一端，C17的另一端接地，D4的正极与L4并联后的一端作为电源电路取电接点BAT_IN；

U1、C22、C18、D9、R23、C20、L5、C19、C24、C23、C21、R18、R19共同构成DCDC电源电路，U1为DCDC电源芯片，其中

U1的1脚接电源电路取电接点BAT_IN，U1的3脚接地，U1的5脚为ON/OFF使能控制端，U1的4脚接VCC，C22一端接U1的1脚，C22另一端接地，C18一端接U1的1脚，C18另一端接地，R18一端接U1的5脚，R18另一端接电源电路取电接点BAT_IN，R19一端接U1的5脚，R19另一端接地，D9的负极接U1的2脚，D9的正极接地，R23的一端接U1的2脚，R23的另一端接C20的一端，C20的另一端接地，L5的一端接U1的2脚，L5的另一端接VCC，C19、C24、C23以及C21并联，并联后的一端接VCC，并联后的另一端接地；

C13、R13、R12、R14、D1、Q1、R11共同构成高边开关控制电路，Q1为NPN三极管，其中

C13和R13并联，并联后的一端接GPIO2_EN，并联后的另一端接地，R12的一端接GPIO2_EN，R12的另一端接Q1的基极，R14的一端接Q1的基极，R14的另一端接Q1的发射极，D1的负极接Q1的基极，D1的正极接Q1的发射极，Q1的发射极接地，Q1的集电极接R11的一端；

D5、R15、Q3、C25、C26共同构成高边开关，Q3为PMOS管，其中

D5的正极接R11的另一端，D5的负极接电源电路取电接点BAT_IN，R15的一端接D5的正极，R15的另一端接D5的负极，Q3的栅极接D5的正极，Q3的漏极接D5的负极，Q3的源极接BAT_DRIVE，C25和C26并联，并联后的一端接Q3的源极，并联后的另一端接地。

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