CN117394272A - 一种用于电动车辆的保护电路、车用电源电路以及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于电动车辆的保护电路、车用电源电路以及车辆，所述保护电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、辅助关断电路以及开关控制电路，所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的源极连接，所述第一NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极连接；所述辅助关断电路包括第一三极管、第二三极管、第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述开关控制电路与所述辅助关断电路、电源和主控单元相连。本申请还提供了与所述保护电路相应的车用电源电路及车辆。

Description

一种用于电动车辆的保护电路、车用电源电路以及车辆

技术领域

本发明属于汽车技术领域，尤其涉及一种用于电动车辆的保护电路、车用电源电路以及车辆。

背景技术

随着汽车电子化程度越来越高，用户对汽车系统的安全性要求也越来越高，功率供电部分作为车身稳定系统的关键模块，对车身稳定的安全控制起到十分关键的作用。现阶段功率供电部分的控制一般采用背靠背的两个功率MOSFET来实现电源防反接处理以及异常大电流工况下关断功率器件供电。因此，这两个功率MOSFET对整个系统供电安全极为重要，一旦功率MOSFET失效，若出现内部短路，系统将无法关断供电，将会导致控制器失效，甚至有起火风险。目前MOSFET失效模式一般有过压、过流以及线性模式失效，过压失效可以通过增加TVS来解决，过流失效可以通过内部电压诊断来解决，但线性模式失效是MOSFET一种特殊的失效模式，即当系统供电电压降低时，MOSFET栅极和源极两端的控制电压同步降低，导致MOSFET的导通电阻Rdson变大，从而集聚过热失效，目前无法通过常规的办法来提前避免失效，存在安全缺陷。

因此，针对以上问题，有必要提出更加安全智能的驾驶模式切换方法，以保障驾驶员的驾驶体验和行车安全。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于电动车辆的保护电路、车用电源电路以及车辆，实现集成制动控制系统功率供电MOSFET在输入供电低电压时，自动关断驱动，从而避免MOSFET进入线性模式失效。

为达上述目的：

第一方面，本发明提供一种用于电动车辆的保护电路，包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的源极连接，所述第一NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的漏极用于与所述车辆的电源连接，所述第二NMOS管的漏极用于与所述车辆的电机连接，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管用于在所述电源和所述电机之间进行防反接保护和防过电流保护；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管还分别用于在所述第一NMOS管的栅极电压和所述第二NMOS管的栅极电压低于预设的第一电压阈值时将自身关断，同时切断所述电源对所述电机的供电，从而对所述第一NMOS管和所述第二NMOS管进行欠压保护。

进一步地，所述保护电路还包括辅助关断电路，所述辅助关断电路包括第一三极管、第二三极管以及第一二极管，其中所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第一二极管的负极连接，所述第二三极管的基极与所述第一二极管的正极连接；在所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极的输入电压都小于预设的第二电压阈值时，所述第一三极管打开而所述第二三极管关断，从而将所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极电压和源极电压都下拉至低于所述第一电压阈值，以控制所述第一NMOS管和所述第二NMOS管关断。

其中，所述辅助关断电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，其中所述第一电阻连接在所述第一三极管的基极和所述第一二极管的负极之间，所述第二电阻连接在所述第一三极管的基极和发射极之间，所述第三电阻连接在所述第二三极管的基极和所述第一二极管的正极之间，所述第四电阻连接在所述第一三极管的集电极和所述第一二极管的负极之间。

进一步地，所述保护电路还包括开关控制电路，所述开关控制电路分别与所述辅助关断电路、所述电源、以及所述车辆的主控单元连接，所述开关控制电路用于在所述主控单元控制下输出控制电压，以控制所述第一三极管和第二三极管的打开和关断，从而控制所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的打开和关断。

第二方面，本发明提供一种车用电源电路，包括诊断电路，所述诊断电路分别与所述主控单元、所述第一NMOS管和所述第二NMOS管连接，通过检测电压以判断内部电路是否短路或器件是否失效；所述诊断电路与所述第一NMOS管的漏极连接，并检测所述电源的输出电压；所述诊断电路与所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极连接，并检测所述第一NMOS管和所述第二NMOS管之间的电压；所述诊断电路与所述第二NMOS管的漏极连接，并检测所述电机的输入电压。

第三方面，本发明提供一种车辆，包括所述电源和所述电机，所述电源分别与所述第一NMOS管、所述开关控制电路和所述诊断电路连接，所述电机分别与所述第二NMOS管、所述电机驱动电路和所述诊断电路连接，当系统工作过程中，所述第一NMOS管和第二NMOS管的控制电压跌落一定值时，快速关断自身以进行欠压保护。

进一步地，所述车辆还包括所述主控单元，所述主控单元分别与所述开关控制电路、所述诊断电路、电机驱动电路连接，所述主控单元用于输出控制信号以驱动所述开关控制电路输出控制电压，从而控制所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的打开和关断。

进一步地，所述车辆还包括所述电机驱动电路，所述电机驱动电路分别与所述主控单元和所述电机连接，用于当所述第一NMOS管和所述第二NMOS管打开，所述电源对所述电机正常供电时，基于所述主控单元的控制信号驱动所述电机转动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的用于电动车辆的保护电路的电路图；

图2为本发明实施例提供的车用电源电路的电路图；

图3为本发明实施例提供的包括本发明的车辆控制系统的电路图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

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、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。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，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语"如果"可以被解释成为"在……时"或"当……时"或"响应于确定"。再者，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。

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。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或者“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或者“单元”可以混合地使用。

参阅图1，为本申请实施例提供的一种用于电动车辆的保护电路的电路图，在一实施例中，所述保护电路包括第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、辅助关断电路20以及开关控制电路30。其中，所述辅助关断电路20包括第一三极管Q3、第二三极管Q4、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4。

所述第一NMOS管Q1的源极与所述第二NMOS管Q2的源极连接，所述第一NMOS管Q1的栅极与所述第二NMOS管Q2的栅极连接，所述第一NMOS管Q1的漏极用于与所述保护电路的in端连接，所述第二NMOS管Q2的漏极用于与所述保护电路的out端连接；所述辅助关断电路20中，所述第一三极管Q3的发射极与所述第二三极管Q4的发射极连接，所述第二三极管Q4的集电极与所述第一三极管Q3的基极连接，所述第一电阻R1连接在所述第一三极管Q3的基极和所述第一二极管D1的负极之间，所述第二电阻R2连接在所述第一三极管Q3的基极和发射极之间，所述第三电阻R3连接在所述第二三极管Q4的基极和所述第一二极管D1的正极之间，所述第四电阻R4连接在所述第一三极管Q3的集电极和所述第一二极管D1的负极之间；所述开关控制电路30分别所述保护电路的in端和所述辅助关断电路20连接。在所述保护电路的in端正常供电，所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2导通时，所述保护电路的out端正常输出电压。

请参阅图1，示例性地，当所述保护电路的输入端正常供电，所述开关控制电路30输出小于预设的第二电压阈值的电压时，所述第一三极管Q3打开而所述第二三极管Q4关断，从而将所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2的栅极电压和源极电压都下拉至低于所述第一电压阈值，以控制所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2关断，进而关断所述保护电路的out端输出电压。

进一步地，为使所述辅助关断电路20正常工作，需要在输入电压过低时，所述第一三极管Q3关断，所述第二三极管Q4打开；在输入电压正常时，所述第一三极管Q3关断，所述第二三极管Q4打开。因此需要所述第一电阻R1和所述第二电阻R2分压，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4限流，以确保所述第一三极管Q3和所述第二三极管Q4处于正常工作的电压电流范围内。同时所述第一二极管D1用于限制流向所述第二三极管Q4基极方向的电流，使得积累电荷较少，在输入电压骤降时，得以迅速卸放电荷，从而快速关断所述第一三极管Q3.

示例性地，当电路反接时，所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2可以阻止反向电流通过，在系统电流异常大时，可以关断以避免内部器件损坏。

示例性地，所述开关控制电路30包括高边驱动芯片，根据接收到的控制信号，输出大小不同的电压。

示例性地，所述保护电路连接在车载电源与电机之间，用于当电源输出电压骤降时快速关断保护电路内部的所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2，从而切断电源对电机的供电，同时可以在上电过程中，保持电源对电机的供电关闭直至输出电压恢复正常。

通过上述电路，可以在系统工作过程中出现电压骤降并低于一定值时，快速关断所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2，从而保护所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2由于集聚过热而引起的线性模式失效。

基于前述实施例相同的发明构思，本申请提供了一种车用电源电路。参阅图2，为本申请实施例提供的一种车用电源电路的电路图，所述车用电源电路包括所述保护电路以及诊断电路40，所述诊断电路40分别与所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2连接。

在一实施方式中，所述诊断电路40用于通过检测电压以判断内部电路是否短路或器件是否失效，包括：所述诊断电路40与所述第一NMOS管Q1的漏极连接，并检测所述车用电源电路的输入电压；所述诊断电路40与所述第一NMOS管Q1的源极和所述第二NMOS管Q2的源极连接，并检测所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2之间的电压；所述诊断电路40与所述第二NMOS管Q2的漏极连接，并检测所述车用电源电路的输出电压。

基于前述实施例相同的发明构思，本申请提供了一种车辆，所述车辆的车辆控制系统包括本申请的前述实施例所述的车用电源电路。参阅图3，为本申请实施例提供的一种包括本发明的车辆控制系统的电路图，所述车辆控制系统包括所述车用电源电路、主控单元50、电机驱动电路60、电机Motor以及电源DC，所述主控单元50分别与所述开关控制电路30、所述诊断电路40、所述电机驱动电路60连接；所述电机驱动电路60分别与所述主控单元50和所述电机Motor连接；所述电机Motor与所述电机驱动电路60和所述保护电路的out端连接；所述电源DC与所述保护电路的in端连接。

在一实施例中，所述主控单元50用于输出控制信号以驱动所述开关控制电路30输出控制电压，从而控制所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2的打开和关断。

在一实施方式中，所述电机驱动电路60用于当所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2打开，所述电源DC对所述电机Motor正常供电时，基于所述主控单元50的控制信号驱动所述电机Motor转动。

示例性地，当系统初次上电时，系统输入电压逐渐上升，所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2保持关断，电机不转动；当系统输入电压大于所述第一阈值时，所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2打开，所述电源DC向所述电机Motor正常供电，所述诊断电路检测电源输出电压、电机输入电压以及所述第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2的管间电压，并判断内部电路是否短路或器件是否失效，若否则驱动所述电机Motor转动；当系统输入电压骤降并低于所述第一阈值时，第一NMOS管Q1和所述第二NMOS管Q2快速关断，从而紧急切断所述电源DC向所述电机Motor的供电，以达到欠压保护的效果。

可以理解，在现有技术中，对于车辆mos管的过流、过压保护方法已趋近成熟，同时也具有实时监控和反馈各类mos管失效的技术，但是，现有技术中缺少对mos管线性模式失效的提前防护措施。本发明提供的一种用于电动车辆的保护电路，通过主控芯片控制，双三极管的辅助关断电路，在系统电压骤降时，打开和关断两个三极管，以拉低mos管栅极和源极的电压，从而关断mos管以避免其进入线性模式失效。其中，辅助关断电路中的二极管可以限制三极管的积累电荷，从而可以快速卸放电荷以关断自身。

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。

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，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

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，可轻易想到变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于电动车辆的保护电路，其特征在于，所述保护电路包括第一NMOS管和第二NMOS管，其中所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的源极连接，所述第一NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的漏极用于与所述车辆的电源连接，所述第二NMOS管的漏极用于与所述车辆的电机连接，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管用于在所述电源和所述电机之间进行防反接保护和防过电流保护；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管还分别用于在所述第一NMOS管的栅极电压和所述第二NMOS管的栅极电压低于预设的第一电压阈值时将自身关断，同时切断所述电源对所述电机的供电，从而对所述第一NMOS管和所述第二NMOS管进行欠压保护。

2.据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括辅助关断电路，所述辅助关断电路包括第一三极管、第二三极管以及第一二极管，其中所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第一二极管的负极连接，所述第二三极管的基极与所述第一二极管的正极连接；在所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极的输入电压都小于预设的第二电压阈值时，所述第一三极管打开而所述第二三极管关断，从而将所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极电压和源极电压都下拉至低于所述第一电压阈值，以控制所述第一NMOS管和所述第二NMOS管关断。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述辅助关断电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，其中所述第一电阻连接在所述第一三极管的基极和所述第一二极管的负极之间，所述第二电阻连接在所述第一三极管的基极和发射极之间，所述第三电阻连接在所述第二三极管的基极和所述第一二极管的正极之间，所述第四电阻连接在所述第一三极管的集电极和所述第一二极管的负极之间。

4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括开关控制电路，所述开关控制电路分别与所述辅助关断电路、所述电源、以及所述车辆的主控单元连接，所述开关控制电路用于在所述主控单元控制下输出控制电压，以控制所述第一三极管和第二三极管的打开和关断，从而控制所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的打开和关断。

5.一种车用电源电路，其特征在于，所述电源电路包括如权利要求1-4中任一项所述的用于电动车辆的保护电路。

6.根据权利要求5所述的车用电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括诊断电路，所述诊断电路分别与所述主控单元、所述第一NMOS管和所述第二NMOS管连接，通过检测电压以判断内部电路是否短路或器件是否失效；所述诊断电路与所述第一NMOS管的漏极连接，并检测所述电源的输出电压；所述诊断电路与所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极连接，并检测所述第一NMOS管和所述第二NMOS管之间的电压；所述诊断电路与所述第二NMOS管的漏极连接，并检测所述电机的输入电压。

7.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求5-6中的任一项所述的车用电源电路。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括电源和电机，所述电源分别与所述第一NMOS管、所述开关控制电路和所述诊断电路连接，所述电机分别与所述第二NMOS管、所述电机驱动电路和所述诊断电路连接，当系统工作过程中，所述第一NMOS管和第二NMOS管的控制电压跌落一定值时，快速关断自身以进行欠压保护。

9.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括主控单元，所述主控单元分别与所述开关控制电路、所述诊断电路、电机驱动电路连接，所述主控单元用于输出控制信号以驱动所述开关控制电路输出控制电压，从而控制所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的打开和关断。

10.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括电机驱动电路，所述电机驱动电路分别与所述主控单元和所述电机连接，用于当所述第一NMOS管和所述第二NMOS管打开，所述电源对所述电机正常供电时，基于所述主控单元的控制信号驱动所述电机转动。