CN216709231U - 汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路 - Google Patents
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Abstract
一种汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路，预驱动器的SPI端口用于与控制器的MCU连接；电源芯片的输出端用于连接MCU的供电端，该电源芯片的输入端串联一个二极管，二极管与H桥电路单元之间设有一用于防止控制器的供电端反接损坏ECU的第五MOS管，该第五MOS管的源极用于连接控制器的供电端，二极管的阴极连接电源芯片的输入端，该二极管的阳极连接第五MOS管的源极，第五MOS管的漏极均与第一MOS管、第二MOS管的漏极连接，第五MOS管的栅极与逻辑控制电路单元输出端连接，预驱动器的接地端用于与控制器的MCU接地端连接，该预驱动器的接地端均与第三MOS管、第四MOS管的源极连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动撑杆技术领域，具体涉及一种汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路。
背景技术
汽车的电动背门系统中，背门一般由两根内部设置直流电机的背门撑杆支撑，车身控制器给背门撑杆内的直流电机供电，控制直流电机转动实现汽车背门的开闭。
但是通常背门处于开启状态时，汽车一旦停止给车身控制器ECU供电，车身控制器ECU因为失去供电而停止工作，无法控制背门撑杆的直流电机。若背门撑杆其中一根损坏，另一根无法支撑背门，背门会快速下落关闭，极有可能造成货物或者人员的损伤，发生安全事故。
而且，当背门快速下落时，直流电机在机械能的作用下反转产生电流，但是背门撑杆直流电机的传统驱动电路不但不能将电流用于车身控制器的供电，甚至还会由于瞬间产生的电流过大导致汽车控制电路中的其他元器件损坏。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路，当背门快速下落时，将直流电机在机械能的作用下反转产生的电流提供给控制器用于控制直流电机的电机±短接，以实现电机自锁，降低背门下落速度。
本实用新型的目的是采用下述方案实现的：一种汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路，包括背门撑杆的直流电机、一由四个MOS管组成的H桥电路单元、一电源芯片、一用于驱动MOS管的预驱动器，所述预驱动器的SPI端口用于与控制器的MCU连接；
所述预驱动器包括逻辑电路单元、逻辑控制电路单元，所述H桥电路单元中四个MOS管的栅极均与逻辑电路单元连接，所述H桥电路单元包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管，所述第一MOS管、第二MOS管的漏极均与逻辑控制电路单元输入端连接，所述第一MOS管的源极与第三MOS管的漏极均与直流电机的正极连接，所述第二MOS管的源极与第四MOS管的漏极均与直流电机的负极连接；
所述电源芯片的输出端用于连接MCU的供电端，该电源芯片的输入端串联一个二极管，所述二极管与H桥电路单元之间设有一用于防止控制器的供电端反接损坏ECU的第五MOS管，该第五MOS管的源极用于连接控制器的供电端，所述二极管的阴极连接电源芯片的输入端，该二极管的阳极连接第五MOS管的源极，第五MOS管的漏极均与第一MOS管、第二MOS管的漏极连接，第五MOS管的栅极与逻辑控制电路单元输出端连接，所述预驱动器的接地端用于与控制器的MCU接地端连接，该预驱动器的接地端均与第三MOS管、第四MOS管的源极连接。
优选地，所述逻辑电路单元包括一驱动器，该驱动器通过一电阻与第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管的栅极连接。
优选地，所述逻辑电路单元包括一比较器，所述比较器的正相输入端均与第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管的漏极连接，该比较器的反相输入端用于连接一参考电压。
本实用新型的优点在于，汽车应用中电气负载的数量及种类众多，在驱动及控制这些负载方面，没有“万能”的方案。有些负载是大功率，有些是低功率；可能是电阻型、电感型或电容型负载。它们可能需要精确的控制，或是仅需要简单的脉宽调制或导通/关闭控制。在所有情况下，都有必要为负载及驱动器提供保护，并为微控制器提供诊断信息。
背面撑杆的直流电机属于宽负载范围，可以通过使用现有金属氧化物半导体场效应晶体管和带必要保护及诊断功能的预驱动器。本实用新型采用这种方法，利用MOS管形成的H桥电路单元和预驱动器相互匹配，提供了一种高性价比的直流电机驱动电路，利用背面下落导致直流电机反转的机械力，通过电路转换成给控制器供电的电流，控制器再控制直流电机正转，产生反向力矩与背门下落使电机反转的力矩相抵消，可以极大的降低背门下落的速度。
而且由于采用了第五MOS管，可以防止控制器的供电端反接导致控制器的电路元器件损坏。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图；
图2为本实用新型预驱动器的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路，包括背门撑杆的直流电机、一由四个MOS管组成的H桥电路单元、一电源芯片U2、一用于驱动MOS管的预驱动器U3，所述预驱动器U3的SPI端口用于与控制器的MCU连接；
所述预驱动器U3包括逻辑电路单元、逻辑控制电路单元，所述H桥电路单元中四个MOS管的栅极均与逻辑电路单元连接，所述H桥电路单元包括第一MOS管U5、第二MOS管U6、第三MOS管U7、第四MOS管U8，所述第一MOS管U5、第二MOS管U6的漏极均与逻辑控制电路单元输入端连接，所述第一MOS管U5的源极与第三MOS管U7的漏极均与直流电机的正极连接，所述第二MOS管U6的源极与第四MOS管U8的漏极均与直流电机的负极连接；
所述电源芯片U2的输出端用于连接MCU的供电端，该电源芯片U2的输入端串联一个二极管D1，所述二极管D1与H桥电路单元之间设有一用于防止控制器的供电端反接损坏ECU的第五MOS管U4，该第五MOS管U4的源极用于连接控制器的供电端，所述二极管D1的阴极连接电源芯片U2的输入端，该二极管D1的阳极连接第五MOS管U4的源极，第五MOS管U4的漏极均与第一MOS管U5、第二MOS管U6的漏极连接，第五MOS管U4的栅极与逻辑控制电路单元输出端连接，所述预驱动器U3的接地端用于与控制器的MCU接地端连接，该预驱动器U3的接地端均与第三MOS管U7、第四MOS管U8的源极连接。
本实施例中，所述逻辑电路单元包括一驱动器，该驱动器通过一电阻与第一MOS管U5、第二MOS管U6、第三MOS管U7、第四MOS管U8的栅极连接。
所述逻辑电路单元包括一比较器，所述比较器的正相输入端均与第一MOS管U5、第二MOS管U6、第五MOS管U4的漏极连接，该比较器的反相输入端用于连接一参考电压。
本实施例中，控制器供电端与第五MOS管U4的源极连接，用于防止控制器的供电端反接导致控制器的电路元器件损坏。
预驱动器与MOS管的工作原理如图2所示，在导通期间，预驱动器的定时器启动，同时，门电荷由驱动器电源VGG通过驱动器输出阻抗RG提供给MOSFET的漏极D端、栅极G端。在此期间，比较器感测MOSFET的漏极-源极电压VDS，并将其与参考电压VREF比较。如果在导通消隐时间的末尾时MOSFET的VDS大于参考电压VREF，就检测出可能的负载短路。然后，MOSFET关闭并保护器件本身，同时负载电压源短路诊断状态也被记录下来。
在关闭期间，预驱动器的定时器启动，同时存储的门电荷由MOSFET通过阻抗RG卸除到地。在此期间，比较器感测MOSFET的电压VDS，并将其与不同的参考电压VREF比较。如果在关闭消隐时间的末尾时MOSFET的VDS小于参考电压VREF，就检测出可能的对地短路。在这种情况下，负载电流可以继续流动，但对地短路诊断状态获记录下来。
通常汽车电瓶无电、或者汽车在维修中人为对ECU断电、或者汽车在生产车间背门系统组装完毕但是尚未接入电源，都会造成车身控制器ECU因为失去供电而停止工作，无法继续控制背门撑杆的直流电机。
一旦车身控制器停止给背门撑杆的直流电机供电时，即控制器的供电端没有电压，此时若一侧的背门撑杆损坏，另一根背门撑杆无法承受背门的重量，此时背门会快速下落关闭，带动直流电机反转产生电动势，电动势高的一端会通过电路流向电动势低的一端，产生的电流流向如下：
① 电流通过第一MOS管U5内置的二极管到达预驱动器U3；
② 电流通过预驱动器U3的逻辑控制电路单元，控制第五MOS管U4打开；
③ 电流通过第五MOS管U4；
④ 电流通过二极管D1到达电源芯片U2；
⑤ 电源芯片U2把电压转化为5V再给MCU供电；
⑥ 电流从MCU的电流输出端通过第四MOS管U8内置的二极管再次返回直流电机。
注意，直流电机正/反转产生的电流流向原理相同。
此时，直流电机得到再次返回的电流后正转，产生的力矩与背门下落导致直流电机反转的力矩相互抵消，大幅度降低直流电机的转动速度从而大大减小背门的下落速度，避免了安全事故的发生。
本实施例中，ECU会通过检测直流电机的HALL信号计算背门撑杆收缩的速度，当撑杆收缩速度过快时，ECU才让直流电机按照上述过程进行正负短接控制的操作，使得直流电机自锁。
所述HALL信号是一种磁信号，汽车行业中常用来检测配合电机检测电机转速。
即使背门撑杆没有损坏，人为手动快速关门也会产生较大的反向电动势，极易烧损背门撑杆内部的电路元件损坏，采用本实用新型也可以避免这个问题，在背门关闭速度过快的时候降低背门关闭速度，抑制直流电机产生反向电动势的幅度，使直流电机和其他电路元件得到保护，甚至直流电机反转产生的电流给控制器供电后，控制器控制与其相连的蜂鸣器发出警报，提醒操作人员注意放缓关闭速度。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神的前提下，对本实用新型进行的改动均落入本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路，其特征在于，包括背门撑杆的直流电机、一由四个MOS管组成的H桥电路单元、一电源芯片、一用于驱动MOS管的预驱动器，所述预驱动器的SPI端口用于与控制器的MCU连接；
所述预驱动器包括逻辑电路单元、逻辑控制电路单元，所述H桥电路单元中四个MOS管的栅极均与逻辑电路单元连接，所述H桥电路单元包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管，所述第一MOS管、第二MOS管的漏极均与逻辑控制电路单元输入端连接，所述第一MOS管的源极与第三MOS管的漏极均与直流电机的正极连接，所述第二MOS管的源极与第四MOS管的漏极均与直流电机的负极连接；
所述电源芯片的输出端用于连接MCU的供电端，该电源芯片的输入端串联一个二极管，所述二极管与H桥电路单元之间设有一用于防止控制器的供电端反接损坏ECU的第五MOS管，该第五MOS管的源极用于连接控制器的供电端，所述二极管的阴极连接电源芯片的输入端，该二极管的阳极连接第五MOS管的源极，第五MOS管的漏极均与第一MOS管、第二MOS管的漏极连接，第五MOS管的栅极与逻辑控制电路单元输出端连接，所述预驱动器的接地端用于与控制器的MCU接地端连接，该预驱动器的接地端均与第三MOS管、第四MOS管的源极连接。
2.根据权利要求1所述的汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路，其特征在于：所述逻辑电路单元包括一驱动器，该驱动器通过一电阻与第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管的栅极连接。
3.根据权利要求1所述的汽车背门撑杆的直流电机为控制器供电的电路，其特征在于：所述逻辑电路单元包括一比较器，所述比较器的正相输入端均与第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管的漏极连接，该比较器的反相输入端用于连接一参考电压。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115538884A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-12-30 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 防止电动撑杆快速弹开的方法、装置、存储介质和汽车 |
| CN115788216A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-14 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 一种电动背门控制电路及控制方法 |
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| CN115788216B (zh) * | 2022-11-29 | 2024-05-28 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 一种电动背门控制电路及控制方法 |
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