CN212781806U - 一种待机切换电路、电子设备及车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种待机切换电路，包括：待机电路，用于控制信号端输入小于等于第一预设电压的高电平；工作电路，其与所述待机电路并联，用于控制信号端输入大于等于第二预设电压的高电平；切换电路，其分别与所述待机电路和所述工作电路电连接，用于控制所述待机电路与所述工作电路接通的软切换。该电路利用切换电路对待机电路和工作电路的接通进行软切换，解决待机功耗和发热问题，减少了电路待机功耗，大大节省了电能。
Description
技术领域
本实用新型涉及整车制造技术领域，尤其涉及一种待机切换电路、电子设备及车辆。
背景技术
车辆具有大量的ECU设备，几十个，甚至超过300个，单个待机功耗越低，对整车待机的贡献越大，超低功耗待机和发热量控制设计成为汽车行业ECU设计2个重大的难题。
目前为了解决上述难题，采用单独LDO设计，能够满足待机电流(14.4V输入，3.3V输出，效率为23％)的需求，在正常工作的情况(电流50-150mA)下，但会带来发热问题(0.5-1.5W的热量)。如果使用开关电源(效率大于95％)，则满足不了待机功耗的消耗。
实用新型内容
(一)实用新型目的
本实用新型的目的是提供一种待机切换电路、电子设备及车辆以解决电路待机功耗大和发热的问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，本实用新型的第一方面提供了一种待机切换电路，包括：待机电路，用于控制信号端输入小于等于第一预设电压的高电平；工作电路，其与所述待机电路并联，用于控制信号端输入大于等于第二预设电压的高电平；切换电路，其分别与所述待机电路和所述工作电路电连接，用于控制所述待机电路与所述工作电路接通的软切换。
可选的，所述待机电路包括：低压差线性稳压器、第一PMOS管和肖特基二极管；所述第一PMOS管与所述肖特基二极管并联之后与所述低压差线性稳压器串联连接。
可选的，所述低压差线性稳压器的输入端与电路的供电电压输入端连接，所述低压差线性稳压器的输出端与所述肖特基二极管的D极连接，所述肖特基二极管的S极与电路的供电电压输出端连接。
可选的，所述低压差线性稳压器输入电压范围6-18V；所述低压差线性稳压器输出电压为3.3V或5V。
可选的，所述待机电路还包括：第一上拉电阻和第一下拉电阻；所述第一上拉电阻和所述第一下拉电阻均与所述第一PMOS管并联；所述第一上拉电阻用于将所述第一PMOS管的D极钳位在高电平，所述第一下拉电阻用于将所述第一PMOS管的G极钳位在低电平。
可选的，所述第一上拉电阻大于等于3.3MΩ；所述第一下拉电阻为100KΩ。
可选的，所述工作电路包括：直流-直流转换器；所述直流-直流转换器的输入端与电路的供电电压输入端连接，所述直流-直流转换器的输出端与电路的供电电压输出端连接。
可选的，所述直流-直流转换器输入电压范围6-18V。
可选的，所述切换电路包括：第二PMOS管、第一晶体管、第三PMOS管及第二晶体管；所述第二PMOS管分别与所述待机电路的输入端和所述工作电路的输入端连接；所述第三PMOS管分别与所述待机电路的输出端和所述工作电路的输出端连接；所述第一晶体管用于控制所述第二PMOS管的开启和关闭；所述第二晶体管用于控制所述第三PMOS管的开启和关闭。
可选的，所述第二PMOS管的S极与所述待机电路的输入端连接，所述第二PMOS管的D极与所述工作电路的输入端连接，所述第二PMOS管的G极与所述第一晶体管的集电极连接，所述第一晶体管的发射极接地，所述第一晶体管的基极与控制信号输入端连接；所述第三PMOS管的S极与所述待机电路的输出端连接，所述第三PMOS管的D极与所述工作电路的输出端连接，所述第三PMOS管的G极与所述第二晶体管的集电极连接，所述第二晶体管的发射极接地，所述第二晶体管的基极与控制信号输入端连接。
可选的，所述第二PMOS管与所述第三PMOS管的开启电压均小于2V。
可选的，所述切换电路还包括：二极管；所述二极管的阴极与所述待机电路的输出端连接，所述二极管的阳极与所述第三PMOS管的D极连接。
根据本实用新型的另一个方面，一种电路，包括上述技术方案任一项所述的待机切换电路。
根据本实用新型的又一方面，提供一种电子设备，设置有如上述技术方案任一项所述的待机切换电路。
根据本实用新型的又一方面，提供一种车辆，设置有如上述技术方案任一项所述的待机切换电路。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本实用新型利用切换电路对待机电路和工作电路的接通进行软切换，解决待机功耗和发热问题，减少了电路待机功耗，大大节省了电能。
附图说明
图1是根据本实用新型第一实施方式的待机切换电路结构示意框图；
图2是根据本实用新型一具体实施方式的待机切换电路的电路图。
附图标记：
D1：肖特基二极管；D2：二极管；R1：第一上拉电阻；R2：第一下拉电阻；R3：第二上拉电阻；R4：第二下拉电阻；R5：第一限流电阻；R6：第二限流电阻；P1：第一PMOS管；P2：第二PMOS管；P3：第三PMOS管；T1：第一晶体管；T2：第二晶体管。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
缩略词含义：
LDO：是英文low dropout regulator的缩写，中文含义是低压差线性稳压器；
uA：是英文microampere的缩写，中文含义是微安；
mA：是英文milliampere的缩写，中文含义是毫安；
A：是英文ampere的缩写，中文含义是安培；
PMOS：是英文P-MOSFET的缩写，中文含义是P型金氧半场效晶体管；
SchottkyDiode：中文含义是肖特基二极管；
V：是英文Voltage的缩写，中文含义是伏特；
ECU：是英文Electronic Control Unit的缩写，中文含义是电子控制器单元；
MCU：是英文Micro Controller Unit的缩写，中文含义是微控制器；
MΩ：是英文Megaohm的缩写，中文含义是百万欧姆；
DC-DC：是英文direct current-direct current的缩写，中文含义是直流-直流转换器。
如图1所示，在本实用新型实施例的第一方面，提供了一种待机切换电路，包括：待机电路，用于控制信号端输入小于等于第一预设电压的高电平；工作电路，其与待机电路并联，用于控制信号端输入大于等于第二预设电压的高电平；切换电路，其分别与待机电路和工作电路电连接，用于控制待机电路与工作电路接通的软切换。具体的，工作电路的控制信号端输入电平为高电平≥2V；待机电路的控制信号端输入电平为高电平≤0.4V。
上述实施例中，利用切换电路对待机电路和工作电路的接通进行软切换，解决待机功耗和发热问题，减少了电路待机功耗，大大节省了电能。
在其中一个实施例中，待机电路包括：低压差线性稳压器、第一PMOS管和肖特基二极管；第一PMOS管与肖特基二极管并联之后与低压差线性稳压器串联连接。因为使用肖特基二极管可以保证100mA电流压降小于等于0.3V，具体的，肖特基二极管可以选型号如PMEG4010，PMEG2010等。
在其中一个实施例中，低压差线性稳压器的输入端与电路的供电电压输入端连接，低压差线性稳压器的输出端与肖特基二极管的D极连接，肖特基二极管的S极与电路的供电电压输出端连接。
在其中一个实施例中，低压差线性稳压器输入电压范围6-18V；低压差线性稳压器输出电压为3.3V或5V。可选的，低压差线性稳压器依赖于MCU控制器的电源需求，待机电流小于等于5uA，具体的，低压差线性稳压器可以选择TPS71533-Q1,TPS71550-Q1(典型待机功耗3.2uA)。
在其中一个实施例中，待机电路还包括：第一上拉电阻和第一下拉电阻；第一上拉电阻和第一下拉电阻均与第一PMOS管并联；第一上拉电阻用于将第一PMOS管的D极钳位在高电平，第一下拉电阻用于将第一PMOS管的G极钳位在低电平。
在其中一个实施例中，为了使第一上拉电阻和第一下拉电阻的消耗小于等于1uA，因此，选择阻值大于等于3.3MΩ的第一上拉电阻；和阻值为100KΩ的第一下拉电阻。
在其中一个实施例中，为了满足电流和效率的需求，工作电路可以包括：直流-直流转换器；直流-直流转换器的输入端与电路的供电电压输入端连接，直流-直流转换器的输出端与电路的供电电压输出端连接。
在其中一个实施例中，由于待机功耗无要求，因此满足电流和效率要求即可，直流-直流转换器输入电压范围可以为6-18V。
在其中一个实施例中，切换电路包括：第二PMOS管、第一晶体管、第三PMOS管及第二晶体管；第二PMOS管分别与待机电路的输入端和工作电路的输入端连接；第三PMOS管分别与待机电路的输出端和工作电路的输出端连接；第一晶体管用于控制第二PMOS管的开启和关闭；第二晶体管用于控制第三PMOS管的开启和关闭。控制信号端口的高低电平来控制晶体管第一晶体管和第二晶体管的打开和关闭，从而控制第一PMOS管和第二PMOS管的开启和关闭。
在其中一个实施例中，第二PMOS管的S极与待机电路的输入端连接，第二PMOS管的D极与工作电路的输入端连接，第二PMOS管的G极与第一晶体管的集电极连接，第一晶体管的发射极接地，第一晶体管的基极与控制信号输入端连接；第三PMOS管的S极与待机电路的输出端连接，第三PMOS管的D极与工作电路的输出端连接，第三PMOS管的G极与第二晶体管的集电极连接，第二晶体管的发射极接地，第二晶体管的基极与控制信号输入端连接。
在其中一个实施例中，由于第二PMOS管与第三PMOS管只是为了起到开关的作用，满足其电压电流即可，因此，第二PMOS管与第三PMOS管的开启电压可以均小于2V。
在其中一个实施例中，切换电路还包括：二极管；二极管的阴极与待机电路的输出端连接，二极管的阳极与第三PMOS管的D极连接。
如图2所示，在本实用新型一具体实施例中，提供一种待机切换电路，包括：待机电路，用于控制信号端输入小于等于第一预设电压的高电平；工作电路，用于控制信号端输入大于等于第二预设电压的高电平；切换电路，用于控制待机电路与工作电路接通的软切换。
待机电路包括：低压差线性稳压器、第一PMOS管和肖特基二极管；第一PMOS管与肖特基二极管并联之后与低压差线性稳压器串联连接。
低压差线性稳压器的输入端与电路的供电电压输入端连接，低压差线性稳压器的输出端与肖特基二极管的D极连接，肖特基二极管的S极与电路的供电电压输出端连接。利用肖特基二极管续流和第一PMOS管和第二PMOS管的开关控制自动软切换功能，不需要额外的控制。
待机电路还包括：第一上拉电阻和第一下拉电阻；第一上拉电阻和第一下拉电阻均与第一PMOS管并联；第一上拉电阻用于将第一PMOS管的D极钳位在高电平，第一下拉电阻用于将第一PMOS管的G极钳位在低电平。
工作电路包括：直流-直流转换器；直流-直流转换器的输入端与电路的供电电压输入端连接，直流-直流转换器的输出端与电路的供电电压输出端连接。
切换电路包括：第二PMOS管、第一晶体管、第三PMOS管及第二晶体管；第二PMOS管分别与待机电路的输入端和工作电路的输入端连接；第三PMOS管分别与待机电路的输出端和工作电路的输出端连接；第一晶体管用于控制第二PMOS管的开启和关闭；第二晶体管用于控制第三PMOS管的开启和关闭。
第二PMOS管的S极与待机电路的输入端连接，第二PMOS管的D极与工作电路的输入端连接，第二PMOS管的G极与第一晶体管的集电极连接，第一晶体管的发射极接地，第一晶体管的基极与控制信号输入端连接；第三PMOS管的S极与待机电路的输出端连接，第三PMOS管的D极与工作电路的输出端连接，第三PMOS管的G极与第二晶体管的集电极连接，第二晶体管的发射极接地，第二晶体管的基极与控制信号输入端连接。第三PMOS管的可控功能，扩大了DC-DC选型范围，DC-DC的选型不需要考虑超低待机电流问题。
切换电路还包括：二极管；二极管的阴极与待机电路的输出端连接，二极管的阳极与第三PMOS管的D极连接。
低压差线性稳压器是超低功耗待机LDO，输入电压范围6-18V，输出3.3V或5V，依赖于MCU控制器的电源需求，待机电流小于等于5uA，可以选择TPS71533-Q1,TPS71550-Q1(典型待机功耗3.2uA)，本实施例是按照3.3V举例计算；肖特基二极管的100mA电流压降小于等于0.3V，可以选型号如PMEG4010，PMEG2010等。
第一上拉电阻选择大于等于3.3MΩ，第一下拉电阻选择100KΩ，电阻第一上拉电阻和第一下拉电阻消耗≤1uA。
第一PMOS管起到开关作用，选择开启电压小于2V，满足电压电流即可。
直流-直流转换器的输入电压范围6-18V，待机功耗无要求，满足电流和效率(选择95％效率)即可(第三PMOS管可以关断直流-直流转换器的供电)。
第二上拉电阻，第二下拉电阻和第一晶体管控制第二PMOS管的开启和关闭，第二PMOS管起到开关作用，选择开启电压小于2V，满足电压电流即可。
第一限流电阻，第二限流电阻和第二晶体管控制第三PMOS管的开启和关闭，第三PMOS管同样起到开关作用，选择开启电压小于2V，满足电压、电流即可。
控制信号，高低电平来控制第一晶体管和第二晶体管的打开和关闭，从而控制P2和P3的开启和关闭。
工作状态：控制信号输入高电平(≥2V)，第一晶体管和第二晶体管打开，第二PMOS管和第三PMOS管打开，直流-直流转换器被使能，工作正常，输出3.3V；二极管D2会把第一PMOS管控制端钳位到3.3V上，关闭第一PMOS管；第二PMOS管压降小于开启其电压，肖特基二极管截止，供电切换到直流-直流转换器供电，切换过程肖特基二极管可以续流，实现软切换功能。
待机状态：控制信号输入低电平(小于等于0.4V)，第一晶体管关闭，第二PMOS管和第三PMOS管关闭；二极管钳位电压消失，加之肖特基二极管具有续流作用，第一上拉电阻和第一下拉电阻打开第一PMOS管，实现软切换。
上述实施例可以实现电源10uA消耗待机功耗，加上通常的MCU待机30-80uA的消耗，可以实现40-90uA的待机消耗设计，可以满足汽车行业最严苛的小于50uA(传感器等小ECU)，100uA(执行器和控制器ECU)，150uA(域控制器和网管等)待机功耗要求；基于PMOS，肖特基二极管，采样电阻，三极管，LDO和开关电源实现汽车ECU的超低功耗待机和高效率设计(发热小)，可以实现40-90uA的待机电流消耗设计(MCU按照30-80uA待机电流计算)；可实现LDO和开关电源软切换功能(无冲击)，能够通过设计实现开关电源与LDO的互斥输出功能。
利用二极管D2的钳位特性，关闭第一PMOS管的开关功能，能够实现LDO到DC-DC软切换工作状态控制。
在本实用新型实施例的另一个方面，一种电路，包括上述技术方案任一项的待机切换电路。该电路利用切换电路对待机电路和工作电路的接通进行软切换，解决待机功耗和发热问题，减少了电路待机功耗，大大节省了电能。
在本实用新型实施例的又一方面，提供一种电子设备，设置有如上述实施例任一项的待机切换电路。该电子设备的电路利用切换电路对待机电路和工作电路的接通进行软切换，解决待机功耗和发热问题，减少了电路待机功耗，大大节省了电能。
在本实用新型实施例的又一方面，提供一种车辆，设置有如上述实施例任一项的待机切换电路。该车辆内部的电路利用切换电路对待机电路和工作电路的接通进行软切换，解决待机功耗和发热问题，减少了电路待机功耗，大大节省了电能。
本实用新型旨在保护一种待机切换电路，包括：待机电路，用于控制信号端输入小于等于第一预设电压的高电平；工作电路，其与所述待机电路并联，用于控制信号端输入大于等于第二预设电压的高电平；切换电路，其分别与所述待机电路和所述工作电路电连接，用于控制所述待机电路与所述工作电路接通的软切换。该电路利用切换电路对待机电路和工作电路的接通进行软切换，解决待机功耗和发热问题，减少了电路待机功耗，大大节省了电能。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (15)
1.一种待机切换电路，其特征在于，包括：
待机电路，用于控制信号端输入小于等于第一预设电压的高电平；
工作电路，其与所述待机电路并联，用于控制信号端输入大于等于第二预设电压的高电平；
切换电路，其分别与所述待机电路和所述工作电路电连接，用于控制所述待机电路与所述工作电路接通的软切换。
2.根据权利要求1所述的待机切换电路，其特征在于，所述待机电路包括：低压差线性稳压器、第一PMOS管和肖特基二极管；
所述第一PMOS管与所述肖特基二极管并联之后与所述低压差线性稳压器串联连接。
3.根据权利要求2所述的待机切换电路，其特征在于，所述低压差线性稳压器的输入端与电路的供电电压输入端连接，所述低压差线性稳压器的输出端与所述肖特基二极管的D极连接，所述肖特基二极管的S极与电路的供电电压输出端连接。
4.根据权利要求2所述的待机切换电路，其特征在于，所述低压差线性稳压器输入电压范围6-18V；所述低压差线性稳压器输出电压为3.3V或5V。
5.根据权利要求3所述的待机切换电路，其特征在于，所述待机电路还包括：第一上拉电阻和第一下拉电阻；
所述第一上拉电阻和所述第一下拉电阻均与所述第一PMOS管并联；
所述第一上拉电阻用于将所述第一PMOS管的D极钳位在高电平，所述第一下拉电阻用于将所述第一PMOS管的G极钳位在低电平。
6.根据权利要求5所述的待机切换电路，其特征在于，所述第一上拉电阻大于等于3.3MΩ；所述第一下拉电阻为100KΩ。
7.根据权利要求1所述的待机切换电路，其特征在于，所述工作电路包括：直流-直流转换器；
所述直流-直流转换器的输入端与电路的供电电压输入端连接，所述直流-直流转换器的输出端与电路的供电电压输出端连接。
8.根据权利要求7所述的待机切换电路，其特征在于，所述直流-直流转换器输入电压范围6-18V。
9.根据权利要求1所述的待机切换电路，其特征在于，所述切换电路包括：第二PMOS管、第一晶体管、第三PMOS管及第二晶体管；
所述第二PMOS管分别与所述待机电路的输入端和所述工作电路的输入端连接；
所述第三PMOS管分别与所述待机电路的输出端和所述工作电路的输出端连接；
所述第一晶体管用于控制所述第二PMOS管的开启和关闭；
所述第二晶体管用于控制所述第三PMOS管的开启和关闭。
10.根据权利要求9所述的待机切换电路，其特征在于，所述第二PMOS管的S极与所述待机电路的输入端连接，所述第二PMOS管的D极与所述工作电路的输入端连接，所述第二PMOS管的G极与所述第一晶体管的集电极连接，所述第一晶体管的发射极接地，所述第一晶体管的基极与控制信号输入端连接；
所述第三PMOS管的S极与所述待机电路的输出端连接，所述第三PMOS管的D极与所述工作电路的输出端连接，所述第三PMOS管的G极与所述第二晶体管的集电极连接，所述第二晶体管的发射极接地，所述第二晶体管的基极与控制信号输入端连接。
11.根据权利要求10所述的待机切换电路，其特征在于，所述第二PMOS管与所述第三PMOS管的开启电压均小于2V。
12.根据权利要求10所述的待机切换电路，其特征在于，所述切换电路还包括：二极管；
所述二极管的阴极与所述待机电路的输出端连接，所述二极管的阳极与所述第三PMOS管的D极连接。
13.一种电路，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的待机切换电路。
14.一种电子设备，其特征在于，设置有如权利要求1-12任一项所述的待机切换电路。
15.一种车辆，其特征在于，设置有如权利要求1-12任一项所述的待机切换电路。
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| CN114172507A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-11 | 合肥鲸鱼微电子有限公司 | 复位信号传输电路、芯片及电子设备 |
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| CN114172507B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-03-17 | 合肥鲸鱼微电子有限公司 | 复位信号传输电路、芯片及电子设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |