CN211166463U - 一种零静态功耗的汽车模块供电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种零静态功耗的汽车模块供电电路，该零静态功耗汽车模块供电电路在常规LDO供电电路的基础上，增加三极管Q1以及三极管Q2、二极管D2、二极管D3、稳压管DZ2、电阻R1、R2、R3、R4以及电容C4，车辆点火时，由15电完成供电回路三极管Q1的驱动，由蓄电池给模块供电，待模块正常工作后，模块内部MCU提供驱动信号同15电驱动同时存在，当车辆熄火后15电丢失，此时MCU_检测端检测到15电丢失，模块即可判定车辆已经熄火，完成数据的保存和状态的存储以后，驱动引脚即可撤除，从而关断三极管Q1，切断了蓄电池给模块供电的回路，从而达到车身模块静态功耗为零的目的。

Description

一种零静态功耗的汽车模块供电电路

技术领域

本实用新型涉及汽车使用模块供电电路技术领域，具体为一种零静态功耗的汽车模块供电电路。

背景技术

随着我国汽车工业的发展，车辆用于辅助驾驶员行车以及提升驾驶员和乘客舒适度的功能越来越多。例如电动座椅调节、电动后视镜调节、自适应巡航控制系统、导航系统、行车记录仪系统、360全景影像系统。车辆舒适功能的增加，必然会带来大量的逻辑控制模块的使用。这些模块无一例外都需要外部电源进行供电，特别是一些需要长时间工作的模块，不得不使用车身蓄电池进行供电。这些逻辑控制模块，在车辆熄火以后从蓄电池索要的电流大小已经成为非常重要的性能指标。如浙江吉利控股集团企业标准QJLYJ7110604B-2016第9页4.3.1规定车身带电子芯片的开关或者模块静态电流要小于100微安。在《汽车电器》杂志2015年第11期出版的《整车静态电流设计及验证》文章中明确提到“静态功耗的设计要求：一般情况下欧洲要求车辆停放时间为6～8周，不会引起蓄电池亏电造成车辆无法点火，目前国内都是按照6周进行设计。”关于静态功耗上述《汽车电器》出版的文献《整车静态电流设计及验证》中有如下描述：

整车静态电流是指车辆在被动锁车而且没有客户功能的条件下整车进入睡眠状态的电流消耗。此时连接常电(即直接与蓄电池相连)的电子控制单元处于深度睡眠状态，即低功耗状态。

车辆之所以产生静态电流是因为有一些模块的供电不得不连接的车身蓄电池上，例如：

(1)、电子控制电源为了保持数据记忆功能的需要，如座椅位置记忆、后视镜位置记忆、娱乐播报电台或者CD歌曲记忆功能、自动空调记忆风向风速设定功能等。

(2)、故障诊断的需要，为了快速解决车辆故障，现在的车辆都具有故障诊断功能，即控制单元能够识别故障的原因并以故障代码的形式存储在控制器内。

正是基于上述原因，现在大多数车身模块使用的集成控制芯片都具有休眠功能或者称为待机模式。例如，恩智浦公司出具的芯片手册《MC9S12ZVLRM》系列芯片第426页“Operation in Wait Mode”一节有详尽的描述，这些带有休眠功能的芯片都具有特殊的硬件设计，不但增加了硬件成本，也增加了软件设计的难度。

另外用于数据处理或者逻辑运算的MCU芯片，大多数都工作在低压条件下，汽车行业内大多数芯片的供电电压为5V。但是蓄电池供电或者发动机供电电压均为12V，因此大多数车身模块供电电路的设计如图1所示。图中U1行业内称为LDO器件(low dropout voltageregulator)，它的作用主要就是将12V的供电电压转换为5V电压，给模块内部芯片供电。图中DZ1器件为TVS管，用于吸收供电电源端口有可能出现的浪涌电压。电容C1用于滤除供电电源的高频干扰信号。关于供电端口的高频滤波设计，大多数情况下都会采用三个容量不相等陶瓷电容进行并联，常规设计为一个100nF、一个10nF、一个1nF,不同容量的电容滤波时，起作用的频率范围不一样，这样设计能够达到更好的滤波效果。二极管D1用于防反接设计，利用二极管的单向导电性，当端口电源上电反接以后，电流无法形成通路。有些场合不需要考虑用户的防反接问题，此处的D1也可以更换成一个较大功率的限流电阻，防止电路中出现过流短路的情况。具体电路如图2所示。电容C2的作用同电容C1的作用类似，这里就不在赘述。电容EC1为电解电容，用于存储能量，稳定LDO端口的供电电压。电容EC2也是用来存储能量，其目的是用来稳定后续供电电路的电压，电容C3仍然为陶瓷电容作为高频滤波器件使用。整个电路的工作特性实际完全依赖LDO器件的集成设计。例如意法半导体公司设计的L5150BN，最大的输入电压可以到40V，输出电压的精度为5V±2％。输出带载能力为150mA,静态电流为50uA。更加详尽的参数指标请参阅ST官网提供的L5150BN技术手册。显然从LDO器件的参数指标来看，仅仅一个电源转化芯片的静态电流即为50uA，车身模块内部必然还有其它的逻辑芯片和数据处理芯片。要想仅仅通过设计芯片的工作模式达到整个模块的静态电流不超过100uA，必然要精心的选择芯片的类型，增加软件设计的难度。这些无一例外都会带来模块成本大大的增加。因此设计一个零静态功耗汽车模块供电电路非常的有必要。在供电电源的端口有计划的切断电源的供电，包括LDO器件在内，所有的逻辑芯片和数据处理芯片，在车辆熄火以后均处于断电状态，自然整个模块就不存在静态功耗的问题。

在上个世纪90年代，功率集成芯片的价格还比较昂贵，行业内在设计一些小功率设备供电的时候，例如电视遥控器。由于成本的限制，很少使用集成的LDO器件。当时几乎都使用三极管器件搭建的三端稳压源电路。具体电路如图3所示，其工作原理同含有LDO器件的电源管理电路类似，都是进行电压大小的变换。唯一的区别就是LDO器件采用的是集成半导体制造工艺，将三端稳压源需要用到的必要器件集成到一个芯片内部，同时也增加了一些过流、欠压、过温的保护措施。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种零静态功耗的汽车模块供电电路，解决了在车辆熄火以后，有计划的完成车身模块供电电路的切断，从而达到车身模块静态功耗为零的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：零静态功耗的汽车模块供电电路，模块供电电源由车身30电提供(蓄电池)，在主供电回路中串入三极管器件构成的开关电路，利用车辆点火后车身提供15电(发动机电源)驱动三极管打开，蓄电池供电通过三极管达到LDO器件的输入端，由LDO器件将蓄电池提供的12V电源转换为5V电源供车身模块内部其它逻辑芯片和数据处理芯片使用，当整个模块正常工作以后，模块内部集成芯片提供MCU_驱动同15电驱动形成或关系，此时模块正常工作，15电驱动和MCU_驱动同时存在，由于反接二极管的作用，互不干扰，当车辆熄火以后，15电丢失，模块内部集成芯片在MCU_检测引脚能够识别车辆当前处于熄火状态，此时集成芯片通过软件设计自行保存当前的数据和工作状态，当一切准备就绪以后即可撤除MCU_驱动，供电回路中串接的三极管由于驱动丢失，供电回路关断，车身模块不在从蓄电池索要电流，静态功耗为零，当车辆下次点火，首先由15电提供驱动，再次由内部集成芯片提供驱动，模块正常工作以后，读取上次断电前的状态，周而复始的稳定工作。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种零静态功耗的汽车模块供电电路。具备以下有益效果：

(1)、该零静态功耗的汽车模块供电电路，通过功率开关器件来控制主供电回路的通断；在正常工作时主回路功率开关器件由于15电的驱动被打开，蓄电池供电端口正常提供模块供电；当检测到外部状态发生变化时，可自行关断供电主回路，达到静态功耗为零的目的。

(2)、该零静态功耗的汽车模块供电电路，通过电路正常工作以后，15电提供的三极管驱动回路以及模块内部提供的驱动回路(MCU_驱动)同时存在，而且利用二极管的反向偏置原理形成或结构，两路驱动互不干扰，同时采用对偶的三极管设计驱动电路用来控制主回路通电或断电，利用模块内部MCU的端口监控15电的状态，以达到可以判定车辆是否处于熄火状态的目的。

附图说明

图1为车身模块常见的供电电路；

图2为串入限流电阻的车身模块常见的供电电路；

图3为小功率场合使用的三端稳压源电路；

图4为本实用新型第一实施例的电路图；

图5为本实用新型第二实施例的电路图；

图6为本实用新型第三实施例的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步详细的说明。

图4为第一实施例，如图4所示车身蓄电池正极同TVS管DZ1的一端连接，TVS管DZ1的另一端接蓄电池的负极即车身地。蓄电池的正极还同陶瓷电容C1的一端连接以及二极管D1的阳极连接，陶瓷电容C1的另一端接地。防反接二极管D1的阴极同PNP三极管Q1的发射极连接，PNP三极管Q1的集电极接陶瓷电容C2的一端，陶瓷电容C2的另外一端接地。PNP三极管Q1的集电极还接电解电容EC1的正极，电解电容EC1的阴极接地。电解电容EC1的正极接LDO器件U1的输入端，LDO器件U1的输出端接电解电容EC2的正极，电容EC2的另一端接地。电解电容EC2的正极接陶瓷电容的一端以及芯片供电电源端口VCC，陶瓷电容C3的另外一端以及LDO器件的第三端子接地。PNP三极管Q1的基极接NPN三极管Q2的集电极，NPN三极管Q2的发射极接地，NPN三极管Q2的基极接二极管D2和二极管D3的阴极。二极管D2的阳极接稳压管DZ2的阴极，稳压管DZ2的阳极接地。稳压管DZ2的阴极还连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地。稳压二极管DZ2的阴极还连接电阻R1的一端，电阻R1的一端连接模块内部MCU提供的MCU_检测端口。稳压管DZ2的阴极还连接电容C4的一端，电容C4的另一端接地。稳压管DZ2的阴极还连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接车身15电。二极管D3的阴极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接模块内部MCU端口提供的MCU_驱动。

电路详尽的工作原理是：蓄电池电压通过防反接二极管D1连接到PNP三极管Q1的的发射极。车辆点火后，供电电路从车身获得发动机电源(15电)，15电通过电阻R2以及二极管D2驱动NPN三极管Q2，此时PNP三极管Q2的发射极被接地，PNP三极管Q1形成了正偏效应，PNP三极管Q1打开，蓄电池供电电压通过集成LDO器件将12V电源转换为5V电源，提供给车身模块内部芯片工作。15电驱动回路中的稳压管DZ2是用来保护NPN三极管Q2的基极。因为发动机点火过程中提供的15电通常都大于12V，为了避免NPN三极管Q2的基极受到高压冲击，设置稳压管DZ2进行稳压。稳压管DZ2的稳压值大小常规设计为5.1V。驱动回路中电阻R2用于驱动回路的限流，阻值设计一般较大，选择几K到几十K均可。驱动回路中电容C2是为了滤除发动机点火过程造成的高频杂波。利用电阻R3同电阻R1进行串联构成15电的分压电路，通过电阻R3提供给模块内部芯片端口进行15电的检测(MCU_检测)。分压电阻的大小可以自行设计，但是不允许超过模块内部MCU端口能够承受的最高电压，行业类一般设置为5V。二极管D3以及电阻R4构成了NPN三极管Q2的另一路驱动电路，正常工作时，这一路驱动同15电驱动并存，互不干扰。在车辆熄火15电丢失的情况下，仍然可以保证NPN三极管Q2的打开，以及PNP三极管Q1的打开，主供电回路正常供电。车辆熄火以后，模块内部MCU芯片在MCU_检测端检测到15电丢失的情况，判定车辆熄火，此时可通过模块内部MCU的软件设计，自动完成当前车辆状态和模块相关执行数据的存储。当一切准备就绪以后，模块内部MCU自行切换MCU_驱动，关断NPN三极管Q2，从而关闭PNP三极管Q1，切断主供电回路。从而整个车身模块包括LDO在内的所有单元都处在无供电的状态，达到静态功耗为零的目的。

图5为本发明的第二实施例，在一些需要提供负载较大功率的场合，由于三极管工艺的限制，很难做到输出电流达到数安培甚至是十几安培。为了增加供电电路提供负载工作的能力，可以将第一实施例中的PNP三极管Q1以及NPN三极管Q2更换为能够承受更大电流的场效应MOS管。即可使用本实用新型提供的电路进行静态功率损耗的限制。

图6为本发明的第三实施例，在一些功率特别小的场合，可以人为的设置双电源供电或者即使是单电源，在供电的过程中有意的分支出一路，用于供电回路的激活。当主回路正常工作以后，即可撤除用于激活的支路。这样一来由于应用场合的功率比较小，因此就没有必要使用LDO集成的功率转换器件，可以仅仅使用三极管搭建电路，形成三端稳压源提供后续电路工作。第三实施例仍然能够达到控制静态损耗的目的。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种零静态功耗的汽车模块供电电路，其特征在于：所述供电电路包括功率开关器件、主回路功率开关器件、蓄电池、发动机供电器和供电主回路，所述功率开关器件的输入端与供电主回路电性连接，所述主回路功率开关器件的输入端与发动机供电器电性连接，所述蓄电池的输出端与供电电路电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种零静态功耗的汽车模块供电电路，其特征在于：所述发动机供电器的内部设置有三极管驱动回路，所述供电电路内设置有驱动回路。

3.根据权利要求2所述的一种零静态功耗的汽车模块供电电路，其特征在于：所述三极管驱动回路采用对偶的三极管设计驱动电路。

4.根据权利要求3所述的一种零静态功耗的汽车模块供电电路，其特征在于：所述驱动回路的输出端与发动机供电器电性连接。

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