CN218276179U - 一种lcu双系冗余电源结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种LCU双系冗余电源结构，涉及电源技术领域，包括电源板卡模块、背板模块和功能板卡模块，电源板卡模块连接两个独立的第一电源，并将该第一电源转换为功能板卡模块所需的两个独立的第二电源；电源板卡模块与背板模块连接，将两个第二电源输出给背板模块；背板模块与功能板卡模块连接，用于将两个第二电源给功能板卡模块供电，实现了对SIL4功能安全等级的LCU双系功能板卡的冗余供电，在双系的电源板任意一个失效的情况下，双系的功能板卡也能正常工作，实现了系统对高可靠性和可用性指标的需求。

Description

一种LCU双系冗余电源结构

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，更具体的说，本实用新型涉及一种LCU双系冗余电源结构。

背景技术

目前符合SIL4功能安全等级的系统，双系间的电源供电一般是独立并隔离的，这种设计固然能够满足双系对供电的要求，但具有以下的不足：双系的电源，若有其中一系的电源功能失效，不能供电时，则该系所有的功能板卡都失电不能正常工作；并且在其中一系电源出现故障，比如因元件短路导致电源输出保护而停止供电时，该系所有功能板卡都不能正常工作，极大影响可靠性指标。因此需要一种LCU双系冗余电源结构。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种LCU双系冗余电源结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LCU双系冗余电源结构，其改进之处在于：包括电源板卡模块、背板模块和功能板卡模块，电源板卡模块连接两个独立的第一电源，并将该第一电源转换为功能板卡模块所需的两个独立的第二电源；电源板卡模块与背板模块连接，将两个第二电源输出给背板模块；背板模块与功能板卡模块连接，用于将两个第二电源给功能板卡模块供电。

在上述结构中，所述电源板卡模块包括第一电源板卡和第二电源板卡，第一电源板卡和第二电源板卡分别接入两个独立的第一电源，并分别将第一电源转换为所述第二电源；

背板模块包括第一供电端子和第二供电端子，第一供电端子与第一电源板卡连接，第二供电端子与第二电源板卡连接，分别接收所述第二电源；

第一供电端子和第二供电端子分别与所述功能板卡模块连接，用于将第二电源作为功能板卡模块的供电电源。

在上述结构中，所述功能板卡模块包括并联设置的CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和VIO 板卡，CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和VIO板卡均分别与所述第一供电端子和第二供电端子连接，接收第一供电端子和第二供电端子的第二电源作为供电电源。

在上述结构中，所述CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和VIO板卡上均并联设置有两个负载均衡保护单元，两个负载均衡保护保护单元均分别与第一供电端子和第二供电端子连接，用于对CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和VIO板卡的供电进行保护。

在上述结构中，所述负载均衡保护单元包括串联的保险丝和二极管，保险丝的一端与第一供电端子和/或第二供电端子连接，另一端与二极管的正极连接，二极管的负极与所述CAN 板卡、ETU板卡、MCU板卡和/或VIO板卡连接。

在上述结构中，所述ETU板卡设置有电源采集单元，该电源采集单元与所述第一电源板卡和第二电源板卡连接，动态采集两个第一电源的输入状态，ETU板卡与MCU板卡通信连接，用于将所述第一电源的输入状态发送给MCU板卡。

在上述结构中，所述MCU板卡设置有供电采集单元，该供电采集单元与所述第一供电端子和第二供电端子连接，动态采集两个第二电源的输入状态。

在上述结构中，所述MCU板卡和VIO板卡为2oo2结构，所述两个第二电源通过双模通道的隔离电源，形成两路独立的第三电源，分别为双通通道提供所需电源。

在上述结构中，所述MCU板卡设置有过压欠压保护单元，该过压欠压保护单元与所述第一供电端子和第二供电端子连接，对两个第二电源的输入状态进行过压监测和欠压监测，MCU 板卡与VIO板卡通信连接，用于在过压欠压保护单元监测到异常时，使MCU板卡进入安全状态，保持在安全侧，不给VIO板卡输出控制数据，并使VIO板卡在收不到MCU板卡的数据以及收到MCU板卡的异常数据时，导向安全侧，停止输出端口的输出。

本实用新型的有益效果是：提供了一种SIL4安全等级LCU的双系冗余的电源结构，实现了对SIL4功能安全等级的LCU双系功能板卡的冗余供电，在双系的电源板任意一个失效的情况下，双系的功能板卡也能正常工作，实现了系统对高可靠性和可用性指标的需求。

附图说明

附图1为本实用新型的一种LCU双系冗余电源结构的方框示意图。

附图2为本实用新型的功能板卡模块的结构示意图。

附图3为本实用新型的供电采集单元的电路结构图。

附图4为本实用新型中的MCU板卡和VIO板卡的2oo2结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本实用新型创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1所示，一种LCU双系冗余电源结构，包括电源板卡模块10、背板模块20和功能板卡模块30，所述电源板卡模块10包括第一电源板卡101和第二电源板卡102，第一电源板卡101和第二电源板卡102分别接入两个独立的第一电源，例如车载供电的电源DC110V，并分别将第一电源DC110V转换为功能板卡模块所需的两个独立的第二电源，例如DC12V，电源板卡模块10输入接口的电压范围为43-160V，具备输入过压、欠压保护、输出短路、过流、过压、过温保护等，满足车辆电源77V-137.5V波动范围要求，承担EMC防护、车辆电源与 LCU系统内部电源的电气隔离、电平转换以及电源状态指示功能等；背板模块20包括第一供电端子201和第二供电端子202，第一供电端子201与第一电源板卡101连接，第二供电端子202与第二电源板卡102连接，分别接收所述第二电源DC12V；第一供电端子201和第二供电端子202分别与所述功能板卡模块30连接，用于将两个独立的第二电源DC12V作为功能板卡模块30的供电电源，当其中一路第一电源DC110V接口异常时，另外一路第一电源DC110V 供电正常，背板模块20中的第一供电端子201或第二供电端子202依然可以提供第二电源 DC12V给功能板卡模块30供电，实现了LCU系统冗余双系供电，确保正常工作。

结合图2所示，所述功能板卡模块30包括并联设置的可实现相应功能的CAN板卡301、 ETU板卡302、MCU板卡303和VIO板卡304等各功能板卡，MCU板卡303可设置多个，比如2个，VIO板卡304可设置多个，比如12个，CAN板卡301、ETU板卡302、MCU板卡303和 VIO板卡304均分别与所述第一供电端子201和第二供电端子202连接，接收第一供电端子 201和第二供电端子202的第二电源DC12V作为供电电源；所述CAN板卡301、ETU板卡302、 MCU板303卡和VIO板卡304上均并联设置有两个负载均衡保护单元，两个负载均衡保护保护单元均分别与第一供电端子201和第二供电端子202连接，用于对CAN板卡301、ETU板卡 302、MCU板卡303和VIO板卡304的供电进行保护；进一步地，所述负载均衡保护单元包括串联的保险丝和二极管，与第一供电端子201连接的负载均衡保护单元中，保险丝的一端与第一供电端子201连接，另一端与二极管的正极连接，二极管的负极与所述CAN板卡301、 ETU板卡302、MCU板卡303和/或VIO板卡304连接，给CAN板卡301、ETU板卡302、MCU 板卡303和/或VIO板卡304供电；与第二供电端子202连接的负载均衡保护单元中，保险丝的一端与第二供电端子202连接，另一端与二极管的正极连接，二极管的负极与所述CAN板卡301、ETU板卡302、MCU板卡303和/或VIO板卡304连接，给CAN板卡301、ETU板卡302、 MCU板卡303和/或VIO板卡304供电，保险丝可以起到过流保护的功能，二极管可以防止第一供电端子201的输出电流逆流到第二供电端子202或者第二供电端子202的输出电流逆流到第一供电端子201，避免形成内环流；由于第一供电端子201和第二供电端子202以及二极管的一致性问题，电源的输出电压及二极管的分压可能存在微小差异，所以同时可以利用保险丝上的等效阻抗，在串联回路中形成线性分压，使得第一供电端子201和第二供电端子 202的第二电源DC12V达到负载均衡的目的，避免负载特性曲线斜率小的那一路第二电源 DC12V承受大电流输出；并且各功能板卡独立配备二极管和保险管，可以防止出现因一块功能板卡的故障(例如CAN板卡301短路)导致第一供电端子201和第二供电端子202输出保护、进而导致所有功能板卡无供电的问题。

所述ETU板卡302设置有电源采集单元，该电源采集单元与所述第一电源板卡101和第二电源板卡102连接，动态采集两个第一电源DC110V的输入状态，ETU板卡302与MCU板卡 303通信连接，通过内部CAN通信将所述第一电源DC110V的输入状态发送给MCU板卡303，MCU板卡303会根据所述第一电源DC110V的输入状态做故障诊断和信息上报；进一步地，所述MCU板卡303设置有供电采集单元，该供电采集单元与所述第一供电端子201和第二供电端子202连接，动态采集两个第二电源DC12V的输入状态，MCU板卡303结合所述第一电源DC110V的输入状态和所述第二电源DC12V的输入状态，进行故障诊断和处理，供电采集单元的结构如图3所示。

参照图4所示，所述MCU板卡303和VIO板卡304为2oo2结构，所述两个第二电源DC12V 通过双模通道的隔离电源，形成两路独立的第三电源，分别为双通通道提供所需电源，保证双模通道间的物理独立性要求，满足通道间对电气间隙和爬电距离要求。

所述MCU板卡303设置有过压欠压保护单元，该过压欠压保护单元与所述第一供电端子 201和第二供电端子202连接，对两个第二电源DC12V的输入状态进行过压监测和欠压监测， MCU板卡303与VIO板卡304通信连接，用于在过压欠压保护单元监测到异常时，比如监测到第二电源DC12V的输入的过压或者欠压时，使MCU板卡303进入安全状态，保持在安全侧，不给VIO板卡304输出控制数据，并使VIO板卡304在收不到MCU板卡303的数据以及收到MCU板卡303的异常数据时，导向安全侧，停止输出端口的输出。

本实用新型提供了一种SIL4安全等级LCU的双系冗余的电源结构，实现了对SIL4功能安全等级的LCU双系功能板卡的冗余供电，在双系的电源板任意一个失效的情况下，双系的功能板卡也能正常工作，实现了系统对高可靠性和可用性指标的需求。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：包括电源板卡模块、背板模块和功能板卡模块，

电源板卡模块连接两个独立的第一电源，并将该第一电源转换为功能板卡模块所需的两个独立的第二电源；

电源板卡模块与背板模块连接，将两个第二电源输出给背板模块；

背板模块与功能板卡模块连接，用于将两个第二电源给功能板卡模块供电。

2.如权利要求1所述的一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：所述电源板卡模块包括第一电源板卡和第二电源板卡，第一电源板卡和第二电源板卡分别接入两个独立的第一电源，并分别将第一电源转换为所述第二电源；

背板模块包括第一供电端子和第二供电端子，第一供电端子与第一电源板卡连接，第二供电端子与第二电源板卡连接，分别接收所述第二电源；

第一供电端子和第二供电端子分别与所述功能板卡模块连接，用于将第二电源作为功能板卡模块的供电电源。

3.如权利要求2所述的一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：所述功能板卡模块包括并联设置的CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和VIO板卡，CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和VIO板卡均分别与所述第一供电端子和第二供电端子连接，接收第一供电端子和第二供电端子的第二电源作为供电电源。

4.如权利要求3所述的一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：所述CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和VIO板卡上均并联设置有两个负载均衡保护单元，两个负载均衡保护单元均分别与第一供电端子和第二供电端子连接，用于对CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和VIO板卡的供电进行保护。

5.如权利要求4所述的一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：所述负载均衡保护单元包括串联的保险丝和二极管，保险丝的一端与第一供电端子和/或第二供电端子连接，另一端与二极管的正极连接，二极管的负极与所述CAN板卡、ETU板卡、MCU板卡和/或VIO板卡连接。

6.如权利要求3所述的一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：所述ETU板卡设置有电源采集单元，该电源采集单元与所述第一电源板卡和第二电源板卡连接，动态采集两个第一电源的输入状态，ETU板卡与MCU板卡通信连接，用于将所述第一电源的输入状态发送给MCU板卡。

7.如权利要求6所述的一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：所述MCU板卡设置有供电采集单元，该供电采集单元与所述第一供电端子和第二供电端子连接，动态采集两个第二电源的输入状态。

8.如权利要求5所述的一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：所述MCU板卡和VIO板卡为2oo2结构，所述两个第二电源通过双模通道的隔离电源，形成两路独立的第三电源，分别为双模通道提供所需电源。

9.如权利要求8所述的一种LCU双系冗余电源结构，其特征在于：所述MCU板卡设置有过压欠压保护单元，该过压欠压保护单元与所述第一供电端子和第二供电端子连接，对两个第二电源的输入状态进行过压监测和欠压监测，MCU板卡与VIO板卡通信连接，用于在过压欠压保护单元监测到异常时，使MCU板卡进入安全状态，保持在安全侧，不给VIO板卡输出控制数据，并使VIO板卡在收不到MCU板卡的数据以及收到MCU板卡的异常数据时，导向安全侧，停止输出端口的输出。

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