CN113335203B - 一种车载ecu快速供电及异常处理电路 - Google Patents

一种车载ecu快速供电及异常处理电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车载ECU快速供电及异常处理电路，通过设置主控模块、通断控制模块、过流检测模块、分压模块及输出维持模块，当所述过流检测模块检测的电流过大时，所述通断控制模块基于变化的电压断开输出端的连接，使得该电路可基于通断控制模块的电压变化来实现过流保护功能，减少了保险丝依赖的温度熔断保护，避免了在低温环境下保险丝发热慢，关断不及时，导致PMOS管烧坏或者二极管烧坏的问题，减少了环境温度对电路的影响，提高了电路过流保护的稳定性及可靠性。

Description

一种车载ECU快速供电及异常处理电路
技术领域
本发明涉及车载ECU供电电路领域，尤其涉及一种车载ECU快速供电及异常处理电路。
背景技术
在全景控制器(AVM)、自动泊车系统(APS)、自动驾驶系统(ADAS)、流媒体后视镜等车载ECU中，外接了大量摄像头。根据系统设计要求：1、ECU 启动时能够快速给摄像头上电输出图像；2、当电路中某路摄像头的电源过流(包括超过所设计的电源电流最大值而过流或者对地短路过流)时，ECU需要快速诊断出该摄像头电源过流并快速关断该路摄像头电源，若过流消除则重新上电启动恢复功能，若过流超过预定时间则提示检修并一直关断此路摄像头电源，避免损坏该摄像头线路中的其它元器件。
现有的车载ECU供电电路中，如图1所示，该电路主要由电阻R1、R2、 R3、保险丝F1、稳压二极管D1、电容C1、PMOS管Q1、NPN三极管Q2(内有两个电阻)、微处理器(MCU如R5F10BBFLNA等)U1的一路GPIO口 MCU_GPIO1及其串口，片上系统(SOC)U2的一路串口，内部电源VDD_DC(如以VDD_8V电源举例)构成。
ECU要启动外置的摄像头工作而输出摄像头电源时，MCU_GPIO1设置成输出模式，输出1并延时50ms后变成输入模式，产生的高脉冲通过电阻R3打开三极管Q2，从而使PMOS管Q1导通，把内部电源VDD_DC通过PMOS管 Q1、F1输出电源VDD_CAM1_OUT，同时该电源通过稳压管D1和电阻R2和 R3维持Q2的导通状态(因为MCU_GPIO1输出1延迟50ms后变成输入，该高电平消失，需要另外的高电平来维持)；摄像头正常工作时，对应电流不超过200mA，输出电源VDD_CAM1_OUT稳定到8V左右，高于稳压二极管的稳压电压5.1V，因而稳压管工作，电阻R2、R3上有电流通过维持三极管Q2的导通状态；若摄像头短路或者过流时，保险丝F1电流增大发热而阻抗变大，以至于VDD_CAM1_OUT的输出电压降低，当其低于稳压管的稳压5.1V时，稳压管停止工作，从而电阻R2，R3没有电流通过，Q2关断，从而导致PMOS管 Q1关断。当SOC系统检测到摄像头异常(比如由于摄像头接插件引起电路短路或者过流导致电源自动切断；电路正常但是串行器工作异常等)，需要与MCU 进行串口通讯，告诉MCU摄像头有异常，需要关闭摄像头电源，重置或者关闭电源等，MCU得到SOC的串口通信命令重新上电摄像头的请求后，MCU_GPIO1 输出低电平，关闭Q2而关闭PMOS管Q1，使得ECU关闭摄像头的电源，然后重新MCU_GPIO1输出高电平，从而让摄像头重新上电工作；当ECU需要待机时，关掉摄像头电源时候，MCU_GPIO1输出0，关闭摄像头电源。
故上述图1中现有的车载ECU供电电路中，电路采用保险丝做过流保护，受到外界环境温度的影响较大，特别是在低温环境中工作时，在 VDD_CAM1_OUT1过流情况不是很大时，保险丝发热慢，关断不及时，导致 PMOS管烧坏或者二极管烧坏时有发生，该电路可靠性欠缺。
发明内容
本发明提供了一种车载ECU快速供电及异常处理电路，旨在解决现有的车载ECU供电电路中采用保险丝做过流保护导致可靠性欠佳的问题。
根据本申请实施例，提供了一种车载ECU快速供电及异常处理电路，包括主控模块、通断控制模块、过流检测模块、分压模块及输出维持模块；
所述主控模块与所述分压模块连接，所述过流检测模块分别连接输入端及所述通断控制模块，所述通断控制模块连接输出端，所述分压模块和所述输出维持模块连接，所述输出维持模块与所述通断控制模块连接，所述输出维持模块与所述输出端连接；
当所述过流检测模块检测的电流过大时，所述通断控制模块基于变化的电压断开输出端的连接；
所述通断控制模块包括PMOS管，所述PMOS管的S极连接所述过流检测模块；
所述主控模块包括MCU及SOC，所述MCU与所述SOC连接，所述分压模块分别连接MCU及SOC；所述MCU及SOC能够实现双重保护机制、通过车载导航显示屏即时提示摄像头异常的功能。
所述过流检测模块包括第一三极管 、第七电阻和第八电阻，所述第七电阻和所述第八电阻与所述PMOS管的S极并联，所述第八电阻另一端与所述第一三极管的B极连接，所述第一三极管的C极与所述PMOS管的G极连接，所述第一三极管的E极与第七电阻的另一端连接；
所述分压模块包括第五电阻和第四电阻；
所述MCU通过一路串口与所述SOC连接，所述MCU连接第五电阻，所述SOC连接第四电阻，所述第五电阻和所述第四电阻并联；
所述输出维持模块包括第三电阻和第二电阻，所述第二三极管的B极与所述第三电阻、所述第二电阻及所述输出端依次串联。
优选地，所述通断控制模块还包括第二三极管、第一电阻及第六电阻，所述第二三极管的C极与所述PMOS管的G极连接，所述第二三极管的B极与所述输出维持模块连接；
所述第一电阻一端与所述PMOS管的S极连接，另一端与所述PMOS管的 G极连接，所述第六电阻一端与所述PMOS管的G极连接，另一端与所述第二三极管的C极连接。
优选地，还包括滤波模块，所述滤波模块与输出端连接；
所述滤波模块包括滤波电容，所述滤波电容一端连接输出端，另一端接地。
本发明提供的一种车载ECU快速供电及异常处理电路具有以下有益效果：
1、通过设置主控模块、通断控制模块、过流检测模块、分压模块及输出维持模块，当所述过流检测模块检测的电流过大时，所述通断控制模块基于变化的电压断开输出端的连接，使得该电路可基于通断控制模块的电压变化来实现过流保护功能，减少了保险丝依赖的温度熔断保护，避免了在低温环境下保险丝发热慢，关断不及时，导致PMOS管烧坏或者二极管烧坏的问题，减少了环境温度对电路的影响，提高了电路过流保护的稳定性及可靠性。
2、通过设置PMOS管，受环境温度影响减少，输出电源VDD_CAM1_OUT 在过流时，更加自动的快速关断电源进行保护和诊断，电路工作更加可靠。
3、采用该电路，SOC可以根据自己需求监控摄像头电源并做异常处理，比较快速、灵活，符合集散控制系统设计，增加系统工作可靠性。
4、本电路采用硬件和软件相结合，硬件本身就能检测过流并“快速关断”电源进行保护，硬件同时把过流状态告知MCU和SOC，软件检测到过流后也可以让MCU_GPIO1或者SOC_GPIO1输出低电平进一步关闭电源，确保电源是关闭保护状态，形成双重保护机制；SOC软件检测到过流后可以直接处理并在显示屏LCD上显示该路摄像头电源异常、方便定点检修，MCU软件检测到过流保护后可以通过LED灯、LCD显示、喇叭提示音等及时通知用户或维修人员定点检修相应电路，用户界面友好，维修成本低。
5、采用该电路和软件控制方法，便于产品后续升级 或问题定位。
6、采用该电路，仅仅多用5个电阻和1个小功率三极管，减少了保险丝和稳压管，降低了产品成本。
7、软件中采用MCU和SOC分别连接电路，实现多线程处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中车载ECU供电电路的电路图。
图2是本发明第一实施例提供的一种车载ECU快速供电及异常处理电路的电路图。
标号说明：
1、车载ECU快速供电及异常处理电路；100、输入端；200、输出端；
11、主控模块；12、通断控制模块；13、过流检测模块；14、分压模块； 15、输出维持模块；16、滤波模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请结合图2，本发明公开了一种车载ECU快速供电及异常处理电路 1，包括主控模块11、通断控制模块12、过流检测模块13、分压模块14及输出维持模块15。
所述主控模块11与所述分压模块14连接，所述过流检测模块13分别连接输入端100及所述通断控制模块12，所述通断控制模块12连接输出端200，所述分压模块14和所述输出维持模块15连接，所述输出维持模块15与所述通断控制模块12连接，所述输出维持模块15与所述输出端200连接。
当所述过流检测模块13检测的电流过大时，所述通断控制模块12基于变化的电压断开输出端的连接。
所述主控模块11包括连接的MCU和SOC，所述通断控制模块12包括PMOS 管Q1、第二三极管Q2、第一电阻(R1)及第六电阻(R6)，所述过流检测模块13包括第一三极管Q3、第七电阻(R7)及第八电阻(R8)，所述分压模块 14包括第五电阻(R5)和第四电阻(R4)，所述输出维持模块15包括第三电阻(R3)及第二电阻(R2)。
如图2 中所示，MCU(如R5F10BBFLNA)U1的一路GPIO口MCU_GPIO1 及其一路串口、SOCU2的一路GPIO口SOC_GPIO1及一路串口，MCU与SOC 的串口连接，MCU_GPIO1与SOC_GPIO1分别连接第五电阻和第四电阻，第五电阻和第四电阻并联后连接至第三电阻和第二电阻之间，输出端200、所述第二电阻、所述第三电阻及所述第二三极管Q2的B极依次串联，所述第二三极管 Q2的C极连接第六电阻，E极接地。所述第六电阻另一端分别连接所述第一电阻和所述PMOS管Q1的G极，而第一电阻另一端连接PMOS管Q1的S极，所述PMOS管Q1的D极连接输出端200。
进一步地，在过流检测模块13中，输入端100分别连接第七电阻和第一三极管Q3的E极，所述第一三极管Q3的B极连接第八电阻，而C极连接所述 PMOS管Q1的G极，所述第七电阻和所述第八电阻并联后连接至所述PMOS 管Q1的S极。
可以理解，在本实施例中，所述输入端100连接内部电源VDD_DC(如以 VDD_7V电源)，所述输出端200连接外部设备，例如车载摄像头，MCU为微处理器(R5F10BBFLNA)，且MCU与SOC集成于同一个电路板上。
可选地，作为一种实施例，电路还包括滤波模块16，所述滤波模块16与输出端连接。所述滤波模块16包括滤波电容C1，所述滤波电容C1一端连接输出端200，另一端接地，所述滤波电容C1用于滤除其他杂波，得到更加干净的直流信号。
本发明提供的车载ECU快速供电及异常处理电路1在启动时，通过 MCU_GPIO1输出高电平，延时20ms后设置为输入，下降沿中断模式，在该管脚输出高电平期间，20ms的高电平脉冲通过R4和R3让第二三极管Q2导通，从而让PMOS管Q1导通，就使电源VDD_DC通过R7、PMOS管Q1输出 VDD_CAM1_OUT，该电源通过R2、R3和第二三极管Q2分压产生高电平 3V3_O1，维持第二三极管Q2在MCU_GPIO1高电平消失后期间继续导通，从而维持ECU输出VDD_CAM1_OUT电源，这就实现摄像头快速启动供电功能。
而在正常工作时，MCU_GPIO1设置为输入，下降沿中断模式，SOC_GPIO1 也设置为输入，下降沿中断模式，输出的电源VDD_CAM1_OUT通过R2、R4 和第二三极管Q2分压电路产生的高电平3V3_O1维持第二三极管Q2导通，从而维持ECU输出VDD_CAM1_OUT电源。
当使用过程中，ECU输出电源VDD_CAM1_OUT发生过流时，电阻R7两端的电压会增大，以至于PNP三极管第一三极管Q3的E、B两极压差增大、从而导通，这就把PMOS管Q1的G、S两极压差降低，从而关闭PMOS管Q1、不输出电源VDD_CAM1_OUT，实现过流自动关闭保护功能。电源 VDD_CAM1_OUT自动关闭后，VDD_CAM1_OUT通过R2和R4、Q2的分压作用产生的3V3_O1也随之消失，此时MCU通过MCU_GPIO1读取到低电平，从而检测到电源VDD_CAM1_OUT过流情况，SOC通过SOC_GPIO1读取到低电平，从而检测到电源VDD_CAM1_OUT过流情况，3V3_O1的消失，引起Q2 关闭，使得PMOS管Q1关断，结果就是彻底的关闭摄像头电源 VDD_CAM1_OUT，实现过流硬件自动关闭电源功能；
当ECU的SOC采集摄像头图像异常需要重新给摄像头上电恢复正常工作时，可以自行通过SOC_GPIO1输出低电平，通过R5将3V3_O1拉低，从而关断Q2，控制PMOS管Q1关闭，实现关断VDD_CAM1_OUT的功能，然后输出高电平，延时20ms后设置为输入，下降沿中断模式，在该管脚输出高电平期间，20ms的高电平脉冲通过R3让Q2导通，从而让PMOS管Q1导通，就使电源VDD_DC通过R7、PMOS管Q1输出VDD_CAM1_OUT,该电源通过R2和 R4分压电路维持Q2在MCU_GPIO1高电平消失后期间继续导通，从而维持ECU 输出VDD_CAM1_OUT电源，从而实现SOC自己监控摄像头电源，实现快速处理摄像头异常的功能。
ECU需要关闭摄像头、关闭SOC实现待机时，MCU_GPIO1输出低电平，通过R3将3V3_O1拉低，从而关断Q2，控制PMOS管Q1关闭，实现软件关断VDD_CAM1_OUT的功能。
在软件部分，MCU的控制步骤如下：
步骤S11：上电时序，MCU先给SOC系统上电，让SOC先准备好管脚的初始配置，再给摄像头上电，因摄像头初始化需要占用部分时间；
步骤S12：等待SOC发送过来的串口指令，这里的Flags的值有0和非0 值；分别代表含义如下：
0：SOC接管摄像头一切正常
非0：SOC接管摄像头异常，根据异常的种类又可以定义不同的值，这里只列举了两种1和2。
步骤S13：当cam状态Flags＝＝0时，表示SOC接管摄像头电源一切正常， MCU可以直接进入省电模式，只接收SOC发生的故障状态和处理标记了。
步骤S14：当cam状态Flags！＝0时，进入摄像头检测模式，根据SOC发生过来的Flags的值来做相应处理。当Flags＝＝1时，授权MCU在连续检测三次摄像头的状态来进一步判断状态，如果正常，记录状态并将信息发生给SOC，3 次检测后，任然判断错误，就记录DTC，退出并关闭系统操作；当Flags＝＝2时，直接报告DTC，关闭整个系统。
可以理解，在上述MCU控制过程中，只列出了0、1和2的三种状态异常结果，在其他实施例中，可以设置多种情况，用户可根据需求进行设定。
SOC的控制步骤如下：
步骤S21:SOC上电后启动后，初始化各个外设，检测摄像头状态，检测次数为3次；
步骤S22:当检测到CAM电源和串行器工作状态正常时，发送状态信息给 MCU，告诉MCU后续对摄像头的管理就交给我了，你只需要记录我发给你的状态值就好，SOC就进入了摄像头监控单元。
步骤S23:当连续三次检测CAM状态异常，也会发送故障信息给MCU。
步骤S24:进入摄像头监控单元后，主要就是对摄像头异常的检测和处理，这里只列出了两种情况，一种是电路或者串行器短暂故障可以恢复通过重启电源恢复的，还有一种是，图像故障，不能恢复的，为不影响其它路的工作，只能通过关闭有故障的电源，并在UI上提示用户。这个也可以根据各厂家自身情况来自行扩展。
本发明提供的一种车载ECU快速供电及异常处理电路具有以下有益效果：
1、通过设置主控模块、通断控制模块、过流检测模块、分压模块及输出维持模块，当所述过流检测模块检测的电流过大时，所述通断控制模块基于变化的电压断开输出端的连接，使得该电路可基于通断控制模块的电压变化来实现过流保护功能，减少了保险丝依赖的温度熔断保护，避免了在低温环境下保险丝发热慢，关断不及时，导致PMOS管烧坏或者二极管烧坏的问题，减少了环境温度对电路的影响，提高了电路过流保护的稳定性及可靠性。
2、通过设置PMOS管，受环境温度影响减少，输出电源VDD_CAM1_OUT 在过流时，更加自动的快速关断电源进行保护和诊断，电路工作更加可靠。
3、采用该电路，SOC可以根据自己需求监控摄像头电源并做异常处理，比较快速、灵活，符合集散控制系统设计，增加系统工作可靠性。
4、本电路采用硬件和软件相结合，硬件本身就能检测过流并“快速关断”电源进行保护，硬件同时把过流状态告知MCU和SOC，软件检测到过流后也可以让MCU_GPIO1或者SOC_GPIO1输出低电平进一步关闭电源，确保电源是关闭保护状态，形成双重保护机制；SOC软件检测到过流后可以直接处理并在显示屏LCD上显示该路摄像头电源异常、方便定点检修，MCU软件检测到过流保护后可以通过LED灯、LCD显示、喇叭提示音等及时通知用户或维修人员定点检修相应电路，用户界面友好，维修成本低。
5、采用该电路和软件控制方法，便于产品后续升级 或问题定位。
6、采用该电路，仅仅多用5个电阻和1个小功率三极管，减少了保险丝和稳压管，降低了产品成本。
7、软件中采用MCU和SOC分别连接电路，实现多线程处理。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种车载ECU快速供电及异常处理电路，其特征在于:包括主控模块、通断控制模块、过流检测模块、分压模块及输出维持模块；
所述主控模块与所述分压模块连接，所述过流检测模块分别连接输入端及所述通断控制模块，所述通断控制模块连接输出端，所述分压模块和所述输出维持模块连接，所述输出维持模块与所述通断控制模块连接，所述输出维持模块与所述输出端连接；
当所述过流检测模块检测的电流过大时，所述通断控制模块基于变化的电压断开输出端的连接；
所述通断控制模块包括PMOS管，所述PMOS管的S极连接所述过流检测模块；
所述主控模块包括MCU及SOC，所述MCU与所述SOC连接，所述分压模块分别连接MCU及SOC；所述MCU及SOC能够实现双重保护机制、通过车载导航显示屏即时提示摄像头异常的功能；
所述过流检测模块包括第一三极管 、第七电阻和第八电阻，所述第七电阻和所述第八电阻与所述PMOS管的S极并联，所述第八电阻另一端与所述第一三极管的B极连接，所述第一三极管的C极与所述PMOS管的G极连接，所述第一三极管的E极与第七电阻的另一端连接；
所述分压模块包括第五电阻和第四电阻；
所述MCU通过一路串口与所述SOC连接，所述MCU连接第五电阻，所述SOC连接第四电阻，所述第五电阻和所述第四电阻并联；
所述输出维持模块包括第三电阻和第二电阻，第二三极管的B极与所述第三电阻、所述第二电阻及所述输出端依次串联。
2.根据权利要求1所述的车载ECU快速供电及异常处理电路，其特征在于：所述通断控制模块还包括第二三极管、第一电阻及第六电阻，所述第二三极管的C极与所述PMOS管的G极连接，所述第二三极管的B极与所述输出维持模块连接；
所述第一电阻一端与所述PMOS管的S极连接，另一端与所述PMOS管的G极连接，所述第六电阻一端与所述PMOS管的G极连接，另一端与所述第二三极管的C极连接。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的车载ECU快速供电及异常处理电路，其特征在于：还包括滤波模块，所述滤波模块与输出端连接；
所述滤波模块包括滤波电容，所述滤波电容一端连接输出端，另一端接地。
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