CN113682248A - 一种具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒 - Google Patents
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Abstract
一种车用智能保险丝盒，所述车用智能保险丝盒包括：微控制单元，其配置成管理电路操作；以及智能高边开关，其配置成驱动用电器；其特征在于：所述微控制单元通过将由所述智能高边开关反馈的所述用电器的电流信号与阈值过流电流进行对比对电路做出保护判断。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车电源控制技术领域，具体来说涉及一种具有驱动和保护作用的车用保险丝盒。
背景技术
在当今的汽车市场中，汽车上的电气负载是由保险丝盒来负责进行车内电力分配与保护。保险丝盒内部主要安装有保险丝和继电器两类器件，其分别起到电路保护和用电器驱动的功能。当汽车内电路出现因短路和过载而导致的电流异常增大时，保险丝盒中的保险丝将在电流增大、温度上升一段时间后自身熔断，从而达到保护汽车电路中的元器件的目的。为了便于集中管理和替换熔断后的保险丝，通常会配置若干个保险丝盒：例如，发动机舱中的前舱保险丝盒负责车辆外部的用电器，而车内的仪表板保险丝盒、后备箱保险丝盒负责车辆内部的用电器。保险丝盒的上下游分别连接控制单元及对应的电气负载。
随着车内电气负载日益增多，保险丝盒上下游的线束也随之增多。由于保险丝要集中到保险丝盒中，因此在控制单元/电气负载距离保险丝盒较远的情况时将会带来额外的线束成本。为了让保险丝发挥作用，在保险丝的熔断电流较对应线束上的最大工作电流更大的情况下，线束所能承载的最大电流需要比保险丝的熔断电流还要大，由此每根保险丝的带来的线径上也会带来线束成本。另一方面，保险丝一旦熔断，相关系统失去功能，而不会给出直接的故障提示。这需要排查问题才可以确定故障是由于保险丝熔断，且必须替换保险丝。该排查及替换工作费时费力。如上所述，随着用电器数量的增多，保险丝盒的尺寸也随之增多，占用更大空间。
发明内容
在本发明提供了一种具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒，其与传统保险丝盒同样具有电路保护和用电器驱动功能。该保险丝盒使用微控制单元(MCU)来进行输入输出控制与负载电流监控，同时使用智能高边开关(PROFET)来进行驱动与提供负载电流回读。
根据本发明的一个方面，提供了一种车用智能保险丝盒，所述车用智能保险丝盒包括：微控制单元，其配置成管理电路操作；以及智能高边开关，其配置成驱动用电器；其特征在于：所述微控制单元通过将由所述智能高边开关反馈的所述用电器的电流信号与阈值过流电流进行对比对电路做出保护判断。
根据本发明的实施例所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：所述微控制单元通过向所述智能高边开关发送电流反馈选择信号使所述智能高边开关反馈所述用电器的电流信号。
根据本发明的实施例所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：如果所述用电器的电流信号超过了阈值过流电流，则所述微控制单元计算过流持续时间。
根据本发明的实施例所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：如果所述过流持续时间超过了阈值过流时间，则所述微控制单元切断输出。
根据本发明的实施例所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：如果所述切断输出时间超过阈值恢复时间，则所述微控制单元恢复输出。
根据本发明的实施例所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：接收多个硬连线输入或车内总线的输入，并且通过轮询多个输入线路获取输入信号并进行解析处理。
根据本发明的实施例所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：将所述用电器的所述过流电流、所述过流持续时间以及所述恢复输出时间通过所述微控制单元上报故障。
根据本发明的实施例所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：通过配置所述微控制单元实现判断电路开路以及电路短路。
根据本发明的实施例所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：包括所述智能高边开关，每个智能高边开关驱动多个用电器。
根据本发明的另一方面提供了一种车辆，所述车辆配备有根据上述内容中任一项所述的车用智能保险丝盒。
由本发明提供的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒通过微控制单元（MCU）监控负载电流，其可以做到数十毫秒级快速响应，在例如发生过流后实现迅速切断输出，以保护电路。
由于无需保险丝熔断来进行电路保护，所以电路中的线束的所需最大可承受电流可减小，因此线束的线径可减少，从而降低线束成本。同时由于保险丝盒通过总线提供多路输入，也可以实现减少线束数量。
根据本发明的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒可以省去线路熔断后更换保险丝的步骤。同时如果出现出现故障，微控制单元（MCU）可以将故障上报给客户，进一步排查问题与维修。而微控制单元（MCU）的软件策略也可以灵活变更，以适配成过流保护、开路保护等不同需求。
最后，在车内用电器数目增加的情况下，根据本发明的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒相较于传统保险丝盒可以节省车内空间。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒的整体框图。
图2示出了根据本发明的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒具体实现电路保护功能的流程图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
出于简洁和说明性目的，本文主要参考其示范实施例来描述本发明的原理。但是，本领域技术人员将容易地认识到，相同的原理可等效地应用于所有类型的车用智能保险丝盒，并且可以在其中实施这些相同的原理，以及任何此类变化不背离本专利公开的真实精神和范围。
而且，在下文描述中，参考了附图，这些附图图示特定的示范实施例。在不背离本发明的精神和范围的前提下可以对这些实施例进行电、机械、逻辑和结构上的更改。此外，虽然本发明的特征是结合若干实施/实施例的仅其中之一来公开的，但是如针对任何给定或可识别的功能可能是期望和/或有利的，可以将此特征与其他实施/实施例的一个或多个其他特征进行组合。因此，下文描述不应视为在限制意义上的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等效物来定义。
诸如“具备”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元（模块）和模块以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元（模块）和模块的情形。
本发明的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒利用集成电路元件实现了传统保险丝盒的功能，其包含了电路保护和继电器驱动用电器的两个功能。电路保护功能是通过输出负载电流过大时立即切断输出并通过配置微控制单元（MCU）诊断电路开路等故障来实现的，其中所述微控制单元可以配置成进行输入信号采集、信号处理、输出驱动信号和电路保护判断，并且微控制单元还可以配置成报告具体故障以进一步方便诊断维修。驱动用电器功能是通过智能高边开关（PROFET）来实现的，其可以根据信号智能驱动多个用电器。
图1示出了根据本发明的实施例的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒的整体框图。如图1中所示，车用智能保险丝盒的主要功能元件为微控制单元（MCU）与智能高边开关（PROFET）。在保险丝盒中的智能高边开关（PROFET）可以根据电路需求配置为任意数量。在本实施例中，出于示例的目的，存在有两个智能高边开关（PROFET），在本文中以PROFET A与PROFET B示意。根据本发明的车用智能保险丝盒的输入可以是I1-In的其他模块的硬连线直接输入，也可以是车内总线（诸如CAN总线）。在本实施例中，出于示例的目的，车用智能保险丝盒的输入同时包括I1-In的其他模块的硬连线直接输入和诸如CAN总线的车内总线，但是本领域技术人员可以理解的是仅有其中一项输入也是可能的。根据本发明的智能保险丝盒的输出是各个不同的用电器，根据需求，每个智能高边开关（PROFET）可以驱动多个用电器。在本实施例中示出了，用两个智能高边开关（PROFET A和PROFET B）驱动四个用电器的示意性驱动输出，但是本领域技术人员可以理解的是用任意数量的智能高边开关驱动任意数量的用电器也是可能的。在根据本发明的智能保险丝盒中，微控制单元（MCU）用作智能保险丝盒的控制中心，其负责将采集到的输入信号（例如I1-In）进行处理后按照需要将驱动信号输出到后级的各智能高边开关（PROFET）输出，同时根据收到驱动信号的智能高边开关（PROFET）的输出电流反馈进行电路保护判断。如果发生了所配置的需保护事件，则微控制单元（MCU）进行记录并按照需求切断到PROFET的输出。在根据本发明的智能保险丝盒中，智能高边开关（PROFET）用作接收到MCU输出的驱动信号后驱动所连接的对应用电器，同时回传给MCU以输出电流供其进行电路保护判断。
对于驱动用电器功能，微控制单元（MCU）通过轮询硬连线输入I1-In并从总线上事件报文中获取输入信号。微控制单元（MCU）将对输入信号进行解析处理，如果需要输出的话，则将对应的输出信号发到对应的与智能高边开关（PROFET）相连的驱动信号线上。以I1作为示例，当I1是用电器C的对应硬连线输入，当存在有对应的用电器C的需求时，I1上的输入信号传入到微控制单元（MCU），微控制单元（MCU）轮询各个输入端口后捕获该输入信号并对该输入信号进行解析处理。如果按照需求驱动信号C这一输出置高，则对应的智能高边开关（PROFET A）检测到驱动信号C的置高变化，输出驱动用电器C。以总线作为示例，例如用电器D的输入信号来自总线。微控制单元（MCU）解析总线上的数据，当发现有用电器D对应的输出需求时，将驱动信号D这一输出置高，智能高边开关（PROFET A）检测到驱动信号D的置高变化，输出驱动用电器D。
图2示出了根据本发明的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒具体实现电路保护功能的流程图。如图2中所示，对于电路保护功能，微控制单元（MCU）通过轮询机制分时复用地利用电流反馈选择信号所在的连线，将从线上所得的电流反馈信号发送到智能高边开关（PROFET），收到电流反馈信号的智能高边开关（PROFET）根据该电流反馈选择信号将输出到用电器的输出电流通过电流反馈线再反馈回到微控制单元（MCU），微控制单元（MCU）接收到输出电流反馈后进行分析，通过比较输出电流反馈信号和所预设的阈值电流，发现如果有电路过流等风险，则采取诸如切断对用电器的输出信号等动作进行电路保护，并且还可以优选地将切断电路的结果通过车内CAN总线发送到汽车控制中心，以供进一步的针对。本发明的车用智能保险丝盒以此方式起到和传统保险丝相同的过流保护作用，但这种方式无需融断保险丝，有助于节省线路成本，同时利用精确的问题上报可以有利于进一步排查问题与维修。。
在此以示例的方式说明上述电路保护功能。以用电器C为例，根据本发明的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒通过判断用电器C的输出电流是否超过阈值，确定是否发生了过流现象。在微控制单元（MCU）输出用电器C的情况下，微控制单元（MCU）对智能高边开关（PROFET B）发送电流反馈选择信号，要求智能高边开关（PROFET B）通过电流反馈选择信号向微控制单元（MCU）反馈用电器C的输出电流。微控制单元（MCU）对智能高边开关（PROFETB）提供的用电器C的输出电流值进行模拟数字转换并与存储在微控制单元（MCU）中的代表曾发生过过流的阈值电流进行对比。如果该输出电流高于此阈值电流且持续超过规定的超时阈值，则判定发生了过流。微控制单元（MCU）切断到智能高边开关（PROFET B）的驱动信号，实现切断用电器C输出。同时微控制单元（MCU）可以记录下用电器C发生了过流，并且可将此情况发送到CAN总线，以供车辆快速诊断。发生过流现象并触发保护措施切断输出后，微控制单元（MCU）可以开始计时，经过设定的保护时间后微控制单元（MCU）可以恢复对用电器的正常输出。
除了上述的过流保护功能，根据本发明的车用智能保险丝盒也可以通过灵活配置来实现其他功能，诸如输出电路开路诊断、输出电路短路到电源诊断。输出电路开路诊断是在微控制单元（MCU）输出驱动信号时，如果反馈的输出电流近似为0，则判断发生了开路。输出电路短路到电源诊断是在微控制单元（MCU）没有输出的情况下，如果反馈的输出电流持续为较大值，判断为发生了输出电路短路到电源。根据本发明的车用智能保险丝盒还可以由本领域技术人员用于任何合适的其他电路诊断中。
以上示例主要说明了根据本发明的具有驱动与保护作用的车用智能保险丝盒。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的示例与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (10)
1.一种车用智能保险丝盒，所述车用智能保险丝盒包括：
微控制单元，其配置成管理电路操作；以及
智能高边开关，其配置成驱动用电器；
其特征在于：
所述微控制单元通过将由所述智能高边开关反馈的所述用电器的电流信号与阈值过流电流进行对比对电路做出保护判断。
2.根据权利要求1所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：
所述微控制单元通过向所述智能高边开关发送电流反馈选择信号使所述智能高边开关反馈所述用电器的电流信号。
3.根据权利要求2所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：
如果所述用电器的电流信号超过了阈值过流电流，则所述微控制单元计算过流持续时间。
4.根据权利要求3所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：
如果所述过流持续时间超过了阈值过流时间，则所述微控制单元切断输出。
5.根据权利要求4所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：
如果所述切断输出时间超过阈值恢复时间，则所述微控制单元恢复输出。
6.根据权利要求5所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：
接收多个硬连线输入或车内总线的输入，并且通过轮询多个输入线路获取输入信号并进行解析处理。
7.根据权利要求6所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：
将所述用电器的所述过流电流、所述过流持续时间以及所述恢复输出时间通过所述微控制单元上报故障。
8.根据权利要求7所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：
通过配置所述微控制单元实现判断电路开路以及电路短路。
9.根据权利要求1-8所述的车用智能保险丝盒，其中所述车用智能保险丝盒进一步配置成：
包括多个智能高边开关，每个智能高边开关驱动多个用电器。
10.一种车辆，所述车辆配备有根据权利要求1-9中任一项所述的车用智能保险丝盒。
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