CN114280917B - 一种冗余控制电路 - Google Patents

Abstract

本申请属于汽车驱动控制技术领域，涉及一种冗余控制电路，包括电机驱动芯片、第一开关元件、第一电阻、电源、微处理器、第二开关元件、第三开关元件，第一开关元件的第一通路端通过第一电阻耦接于电源；第二开关元件的第一通路端耦接于所述电机驱动芯片，第二开关元件的第二通路端与第三开关元件的控制端相连；第三开关元件的第一通路端与供电电源的输出端相连，第三开关元件的第二通路端与H桥的电源接收端相连。当电子控制单元诊断结果和/或所述电机驱动芯片诊断结果为有故障时，微处理器或电机驱动芯片输出对应的控制信号切断H桥供电线路，防止电机误助力。

Description

一种冗余控制电路

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，尤其涉及嵌入式输入输出驱动控制技术领域，涉及一种冗余控制电路。

背景技术

现有技术中DP-EPS H桥的供电通常采用集成IC进行控制，但集成IC软件开发成本高，且占用微处理器的内部资源比较多，对微处理器器件内部资源也有高要求。

针对以上问题，本领域技术人员一直在寻求解决方法。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供了本申请是这样实现的：

本申请提供的一种冗余控制电路，用于控制是否建立供电电源的输出端(Vbat)与H桥的电源接收端(Vbridge)之间的连接，包括：电机驱动芯片、第一开关元件(Q100)、第一电阻(R100)、电源(VDD)、微处理器、第二开关元件(U100)、第三开关元件(QU100)；

所述电机驱动芯片用于根据电子控制单元的诊断结果输出对应的第一控制信号(O_S_PRE_APC_CUT_OFF)至所述第一开关元件(Q100)的控制端；

所述第一开关元件(Q100)的第一通路端通过第一电阻(R100)耦接于所述电源(VDD)，所述第一开关元件(Q100)第二通路端接地；

所述微处理器用于根据所述电子控制单元的诊断结果输出对应的第二控制信号(O_S_PHASE_CUTOFF_M)至所述第二开关元件(U100)的控制端；

所述第二开关元件(U100)的第一通路端耦接于所述电机驱动芯片，所述第二开关元件(U100)的第二通路端与所述第三开关元件(QU100)的控制端相连；

所述第三开关元件(QU100)的第一通路端与所述供电电源的输出端(Vbat)相连，所述第三开关元件(QU100)的第二通路端与所述H桥的电源接收端(Vbridge)相连，用于在所述电子控制单元的诊断结果为故障时，关断所述供电电源的输出端(Vbat)与所述H桥的电源接收端(Vbridge)之间的连接线路。

可选地，所述第二开关元件(U100)包括第一子开关元件(U101)与第二子开关元件(U102)；

其中，所述第一子开关元件(U101)的控制端耦接于所述微处理器，所述第一子开关元件(U101)的第一通路端与所述第二子开关元件(U102)的控制端相连，所述第一子开关元件(U101)的第二通路端接地；

所述第二子开关元件(U102)的第一通路端耦接于所述电机驱动芯片，所述第二子开关元件(U102)的第二通路端与所述第三开关元件(QU100)的控制端相连。

可选地，所述第三开关元件(QU100)包括第三子开关元件(QU101)与第四子开关元件(QU102)；

其中，第三子开关元件(QU101)的控制端与所述第二开关元件(U100)的第二通路端相连，所述第三子开关元件(QU101)的第一通路端与所述供电电源的输出端(Vbat)相连，所述第三子开关元件(QU101)的第二通路端通过所述第四子开关元件(QU102)与所述H桥的电源接收端(Vbridge)相连；

所述第四子开关元件(QU102)的控制端与所述第二开关元件(U100)的第二通路端相连，所述第四子开关元件(QU102)的第一通路端与所述第三子开关元件(QU101)的第二通路端相连，所述第四子开关元件(QU102)的第二通路端与所述H桥的电源接收端(Vbridge)相连。

可选地，冗余控制电路还包括：自举电路，所述自举电路用于将所述电机驱动芯片输出的方波信号(PRE_CH2)整形升压为直流电。

可选地，自举电路包括第二隔离元件(D101)、第一电容(C100)；

所述第二隔离元件(D101)的第一端与所述电机驱动芯片相连，其第二端与所述第一电容(C100)的第一端，所述第一电容(C100)的第二端与所述供电电源的输出端(Vbat)相连。

可选地，冗余控制电路还包括：第一隔离元件(D100)，所述第一隔离元件(D100)的第一端与所述微处理器相连，其第二端与所述第二开关元件(U100)的控制端相连。

可选地，冗余控制电路还包括第三隔离元件(D102)，所述第三隔离元件(D102)的第一端与所述第一开关元件(Q100)的第一通路端相连，其第二端通过所述第一电阻(R100)与所述电源(VDD)相连。

可选地，所述第一隔离元件(D100)与所述第三隔离元件(D102)构成与门电路，用于当所述电子控制单元诊断结果和/或所述电机驱动芯片诊断结果为有故障时，所述微处理器输出所述第二控制信号(O_S_PHASE_CUTOFF_M)切断H桥供电线路；或，所述电机驱动芯片输出所述第一控制信号(O_S_PRE_APC_CUT_OFF)切断H桥供电线路。

可选地，冗余控制电路还包括：第二电阻(R101)、保护元件(D103)；

所述第二电阻(R101)的第一端与所述第三开关元件(QU100)的控制端相连，其第二端与所述第三开关元件(QU100)的第二通路端相连，所述保护元件(D103)并联于所述第二电阻(R101)；

所述第二电阻(R101)与所述保护元件(D103)用于控制所述第三开关元件(QU100)的控制端与其第二通路端之间的电压，以免静电电荷累计过多击穿所述第三开关元件(QU100)。

可选地，所述保护元件(D103)包括第一子保护元件(D104)与第二子保护元件(D105)；

所述第一子保护元件(D104)的第一端与所述第二电阻(R101)的第二端相连，所述第一子保护元件(D104)的第二端与所述第二子保护元件(D105)的第二端相连，所述第二子保护元件(D105)的第一端与所述第二电阻(R101)的第一端相连。

本申请提供了一种冗余控制电路，当电子控制单元诊断结果和/或所述电机驱动芯片诊断结果为有故障时，微处理器或电机驱动芯片都可以输出对应的控制信号切断H桥供电线路，起到冗余保护的作用。且此电路成本低，技术可靠，实现了利用分立器件输出软件解析后的ABS ECU轮速信号。

为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1是本申请一实施例提供的冗余控制电路结构示意图。

具体实施例

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1是本申请一实施例提供的冗余控制电路结构示意图。请参阅图1，冗余控制电路包括：包括：电机驱动芯片(图中未示出)、第一开关元件Q100、第一电阻R100、电源VDD、微处理器(图中未示出)、第二开关元件U100、第三开关元件QU100。

其中，第一开关元件Q100的第一通路端通过第一电阻R100耦接于所述电源VDD，所述第一开关元件Q100第二通路端接地。第二开关元件U100的第一通路端耦接于电机驱动芯片，第二开关元件U100的第二通路端与第三开关元件QU100的控制端相连。第三开关元件QU100的第一通路端与供电电源的输出端Vbat相连，第三开关元件QU100的第二通路端与H桥的电源接收端Vbridge相连。

其中，电机驱动芯片用于根据电子控制单元的诊断结果输出对应的第一控制信号O_S_PRE_APC_CUT_OFF至第一开关元件Q100的控制端。

微处理器用于根据电子控制单元的诊断结果输出对应的第二控制信号O_S_PHASE_CUTOFF_M至第二开关元件U100的控制端；

第三开关元件QU100用于在电子控制单元的诊断结果为故障时，关断供电电源的输出端Vbat与H桥的电源接收端Vbridge之间的连接线路。

一实施例中，第一开关元件Q100为一带阻三极管。在其他实施例中，第一开关元件Q100也可以为二极管或MOS管。

一实施例中，电源VDD为5V电压。

一实施例中，第二开关元件U100包括第一子开关元件U101与第二子开关元件U102。其中，第一子开关元件U101的控制端耦接于微处理器，第一子开关元件U101的第一通路端与第二子开关元件U102的控制端相连，第一子开关元件U101的第二通路端接地；第二子开关元件U102的第一通路端耦接于电机驱动芯片，第二子开关元件U102的第二通路端与第三开关元件QU100的控制端相连。

一实施例中，第一子开关元件U101与第二子开关元件U102均为带阻三极管且串联，第一子开关元件U101为NPN型三极管，第二子开关元件U102为PNP型三极管。在其他实施例中，第二开关元件U100也可以是MOS管。

一实施例中，第三开关元件QU100包括第三子开关元件QU101与第四子开关元件QU102。其中，第三子开关元件QU101的控制端与第二开关元件U100的第二通路端相连，第三子开关元件QU101的第一通路端与供电电源的输出端Vbat相连，第三子开关元件QU101的第二通路端通过第四子开关元件QU102与H桥的电源接收端Vbridge相连。第四子开关元件QU102的控制端与第二开关元件U100的第二通路端相连，第四子开关元件QU102的第一通路端与第三子开关元件QU101的第二通路端相连，第四子开关元件QU102的第二通路端与H桥的电源接收端Vbridge相连。

一实施例中，第三子开关元件QU101与第四子开关元件QU102都是N沟道增强型MOS管，且每个MOS管的漏极与源极之间并联有一二极管，二极管的正极与MOS管的源极相连。每个MOS管都有五个管脚，用以散热和减小负担。

一实施例中，第三子开关元件QU101用于在电子控制单元的诊断结果为故障时，关断供电电源的输出端Vbat与H桥的电源接收端Vbridge之间的连接线路；第四子开关元件QU102用于防止供电电源反接。在其他实施例中，第四子开关元件QU102也可以用于在电子控制单元的诊断结果为故障时，关断供电电源的输出端Vbat与H桥的电源接收端Vbridge之间的连接线路。

一实施例中，冗余控制电路还包括：自举电路，自举电路包括第二隔离元件D101、第一电容C100。第二隔离元件D101的第一端与电机驱动芯片相连，其第二端与第一电容C100的第一端，第一电容C100的第二端与供电电源的输出端Vbat相连，用于将电机驱动芯片输出的的方波信号PRE_CH2整形升压为24V的直流电，本实施例中的方波信号PRE_CH2为12V-24V。

一实施例中，冗余控制电路还包括：第一隔离元件D100、第三隔离元件D102。第一隔离元件D100的第一端与微处理器相连，其第二端与第二开关元件U100的控制端相连，第三隔离元件D102的第一端与第一开关元件Q100的第一通路端相连，其第二端通过第一电阻R100与电源VDD相连。

一实施例中，第一隔离元件D100、第三隔离元件D102构成与门电路，用于当电子控制单元诊断结果和/或电机驱动芯片诊断结果为有故障时，微处理器输出第二控制信号O_S_PHASE_CUTOFF_M切断H桥供电线路；或，电机驱动芯片输出第一控制信号O_S_PRE_APC_CUT_OFF切断H桥供电线路。

一实施例中，第一隔离元件D100、第二隔离元件D101、第三隔离元件D102均为单向导通的二极管。

一实施例中，冗余控制电路还包括：第二电阻R101、保护元件D103。第二电阻R101的第一端与第三开关元件QU100的控制端相连，其第二端与第三开关元件QU100的第二通路端相连，保护元件D103并联于所述第二电阻R101。

一实施例中，第三子开关元件QU101与第四子开关元件QU102为NMOS管且串联，则第二电阻R101的第一端与第三子开关元件QU101、第四子开关元件QU102的栅极相连，第二电阻R101的第二端与第三子开关元件QU101的源极、第四子开关元件QU102的源极相连。

一实施例中，保护元件D103包括第一子保护元件D104与第二子保护元件D105。第一子保护元件D104的第一端与第二电阻R101的第二端相连，第一子保护元件D104的第二端与第二子保护元件D105的第二端相连，第二子保护元件D105的第一端与第二电阻R101的第一端相连。

一实施例中，第二电阻R101与保护元件D103用于控制第三子开关元件QU101的控制端与其第二通路端之间的电压和第四子开关元件QU102的控制端与其第一通路端之间的电压，即控制电压点TP109与电压点TP107之间的电压为0<V<20V，以免静电电荷累计过多击穿第三子开关元件QU101与第四子开关元件QU102。

一实施例中，第一子保护元件D104与第二子保护元件D105都为肖特基二极管，且其反向连接，即第一子保护元件D104的正极与第二子保护元件D105的正极相连。

本申请的实现方法为：(1)电机驱动芯片输出驱动信号PRE_CH2，该信号为12V-24V的方波，自举电路将该方波整形升压为24V直流电。电子控制单元进行自我诊断和/或电机驱动芯片对电子控制单元进行诊断，当电子控制单元诊断结果为有故障时，微处理器输出的第二控制信号O_S_PHASE_CUTOFF_M为低电平，此时电压点TP104的电压小于或等于0.7V，第一子开关元件U101不能导通，则电压点TP105的电压为0V，第二子开关元件U102不能导通，即第二开关元件U100关闭。24V直流电的直流电无法到达第三开关元件QU100，此时电压点TP109的电压为0V，电压点TP107的电压为0V，无法使第三开关元件QU100导通，则供电电源的输出端Vbat与H桥的电源接收端Vbridge切断连接，供电电源无法为电机助力；

和/或，当电机驱动芯片诊断结果为有故障时，电机驱动芯片输出的第一控制信号O_S_PRE_APC_CUT_OFF为高电平，第一开关元件Q100的控制端接收到高电平则导通，电源VDD通过第一电阻R100接地，此时电压点TP104的电压小于或等于0.7V，此时电压点TP104的电压小于或等于0.7V，第一子开关元件U101不能导通，则电压点TP105的电压为0V，第二子开关元件U102不能导通，即第二开关元件U100关闭。24V直流电的直流电无法到达第三开关元件QU100，此时电压点TP109的电压为0V，电压点TP107的电压为0V，无法使第三开关元件QU100导通，则供电电源的输出端Vbat与H桥的电源接收端Vbridge切断连接，供电电源无法为电机助力。

(2)电机驱动芯片输出驱动信号PRE_CH2，该信号为12V-24V的方波，自举电路将该方波整形升压为24V直流电。电子控制单元进行自我诊断和/或电机驱动芯片对电子控制单元进行诊断。当电子控制单元诊断结果为无故障时，微处理器输出的第二控制信号O_S_PHASE_CUTOFF_M为高电平，此时电压点TP104的电压大于0.7V，第一子开关元件U101导通，电压点TP105的电压大于0.7V，则第二子开关元件U102导通，即第二开关元件U100导通。24V直流电的直流电通过第二开关元件U100到达第三开关元件QU100的控制端，此时电压点TP109电压为24V。第二电阻R101与保护元件D103将24V直流电分压，则电压点TP109与电压点TP107之间的电压为0V-20V，使第三开关元件QU100导通，则供电电源的输出端Vbat与H桥的电源接收端Vbridge电气连接，供电电源正常为电机助力；

或，当电机驱动芯片诊断结果为无故障时，电机驱动芯片输出的第一控制信号O_S_PRE_APC_CUT_OFF为低电平，第一开关元件Q100的控制端接收到低电平则不导通，电压点TP103的电压为0V。此时电压点TP104的电压大于0.7V，第一子开关元件U101导通，电压点TP105的电压大于0.7V，则第二子开关元件U102导通，即第二开关元件U100导通。24V直流电的直流电通过第二开关元件U100到达第三开关元件QU100的控制端，此时电压点TP109电压为24V。第二电阻R101与保护元件D103将24V直流电分压，则电压点TP109与电压点TP107之间的电压为0V-20V，使第三开关元件QU100导通，则供电电源的输出端Vbat与H桥的电源接收端Vbridge电气连接，供电电源正常为电机助力。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。取决于语境，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种冗余控制电路，用于控制是否建立供电电源的输出端(Vbat)与H桥的电源接收端(Vbridge)之间的连接，其特征在于，包括：电机驱动芯片、第一开关元件(Q100)、第一电阻(R100)、电源(VDD)、微处理器、第二开关元件(U100)、第三开关元件(QU100)；

所述电机驱动芯片用于根据电子控制单元的诊断结果输出对应的第一控制信号(O_S_PRE_APC_CUT_OFF)至所述第一开关元件(Q100)的控制端；

所述第一开关元件(Q100)的第一通路端通过第一电阻(R100)耦接于所述电源(VDD)，所述第一开关元件(Q100)第二通路端接地；

所述微处理器用于根据所述电子控制单元的诊断结果输出对应的第二控制信号(O_S_PHASE_CUTOFF_M)至所述第二开关元件(U100)的控制端；

所述第二开关元件(U100)的第一通路端耦接于所述电机驱动芯片，所述第二开关元件(U100)的第二通路端与所述第三开关元件(QU100)的控制端相连；

所述第三开关元件(QU100)的第一通路端与所述供电电源的输出端(Vbat)相连，所述第三开关元件(QU100)的第二通路端与所述H桥的电源接收端(Vbridge)相连，用于在所述电子控制单元的诊断结果为故障时，关断所述供电电源的输出端(Vbat)与所述H桥的电源接收端(Vbridge)之间的连接线路；

还包括：第一隔离元件(D100)，所述第一隔离元件(D100)的第一端与所述微处理器相连，其第二端与所述第二开关元件(U100)的控制端相连；

还包括第三隔离元件(D102)，所述第三隔离元件(D102)的第一端与所述第一开关元件(Q100)的第一通路端相连，其第二端通过所述第一电阻(R100)与所述电源(VDD)相连；

所述第一隔离元件(D100)与所述第三隔离元件(D102)构成与门电路，用于当所述电子控制单元诊断结果和/或所述电机驱动芯片诊断结果为有故障时，所述微处理器输出所述第二控制信号(O_S_PHASE_CUTOFF_M)切断H桥供电线路；或，所述电机驱动芯片输出所述第一控制信号(O_S_PRE_APC_CUT_OFF)切断H桥供电线路。

2.如权利要求1所述的冗余控制电路，其特征在于，所述第二开关元件(U100)包括第一子开关元件(U101)与第二子开关元件(U102)；

其中，所述第一子开关元件(U101)的控制端耦接于所述微处理器，所述第一子开关元件(U101)的第一通路端与所述第二子开关元件(U102)的控制端相连，所述第一子开关元件(U101)的第二通路端接地；

所述第二子开关元件(U102)的第一通路端耦接于所述电机驱动芯片，所述第二子开关元件(U102)的第二通路端与所述第三开关元件(QU100)的控制端相连。

3.如权利要求1所述的冗余控制电路，其特征在于，所述第三开关元件(QU100)包括第三子开关元件(QU101)与第四子开关元件(QU102)；

其中，第三子开关元件(QU101)的控制端与所述第二开关元件(U100)的第二通路端相连，所述第三子开关元件(QU101)的第一通路端与所述供电电源的输出端(Vbat)相连，所述第三子开关元件(QU101)的第二通路端通过所述第四子开关元件(QU102)与所述H桥的电源接收端(Vbridge)相连；

所述第四子开关元件(QU102)的控制端与所述第二开关元件(U100)的第二通路端相连，所述第四子开关元件(QU102)的第一通路端与所述第三子开关元件(QU101)的第二通路端相连，所述第四子开关元件(QU102)的第二通路端与所述H桥的电源接收端(Vbridge)相连。

4.如权利要求1所述的冗余控制电路，其特征在于，还包括：自举电路，所述自举电路用于将所述电机驱动芯片输出的方波信号(PRE_CH2)整形升压为直流电。

5.如权利要求4所述的冗余控制电路，其特征在于，自举电路包括第二隔离元件(D101)、第一电容(C100)；

所述第二隔离元件(D101)的第一端与所述电机驱动芯片相连，其第二端与所述第一电容(C100)的第一端，所述第一电容(C100)的第二端与所述供电电源的输出端(Vbat)相连。

6.如权利要求1所述的冗余控制电路，其特征在于，还包括：第二电阻(R101)、保护元件(D103)；

所述第二电阻(R101)的第一端与所述第三开关元件(QU100)的控制端相连，其第二端与所述第三开关元件(QU100)的第二通路端相连，所述保护元件(D103)并联于所述第二电阻(R101)；

所述第二电阻(R101)与所述保护元件(D103)用于控制所述第三开关元件(QU100)的控制端与其第二通路端之间的电压，以免静电电荷累计过多击穿所述第三开关元件(QU100)。

7.如权利要求6所述的冗余控制电路，其特征在于，所述保护元件(D103)包括第一子保护元件(D104)与第二子保护元件(D105)；

所述第一子保护元件(D104)的第一端与所述第二电阻(R101)的第二端相连，所述第一子保护元件(D104)的第二端与所述第二子保护元件(D105)的第二端相连，所述第二子保护元件(D105)的第一端与所述第二电阻(R101)的第一端相连。