CN220122617U - 电源防反接电路、车载域控制器及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电源防反接电路、车载域控制器及车辆，电源防反接电路包括至少一路供电电路，供电电路包括供电电源、理想二极管控制器、第一NMOS管和第二NMOS管；供电电源、第一NMOS管和第二NMOS管依次串联连接；理想二极管控制器用于在进行反接保护时，控制第一NMOS管断开、第二NMOS管导通，以使反向电流被切断，可以同时阻止反向电流和反向电压，满足大电流工作场景，在反接保护时，同一个通道上的两个NMOS管不会同时断开，保证输出端的电压维持正常值以使负载可以连续正常工作。

Description

电源防反接电路、车载域控制器及车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆的电源控制技术领域，尤其涉及一种电源防反接电路、车载域控制器及车辆。

背景技术

对于车载域控制器电源的输入部分，为了防止电池的正负极接反之后，对车载域控制器电路造成损坏，需要考虑入口电源的防反接保护，即当入口电源反接时，不能对车载域控制器造成破坏。目前常用的保护方案是：当车载域控制器的供电电流小于3A时，使用二极管是一种较好的解决方案；但对于功率较大的控制器来说，二极管的电流能力无法满足，需要使用PMOS管搭建简单的控制电路或者是使用共源极型理想二极管控制器控制NMOS管进行防反保护，来满足大电流的工作场景。对于使用PMOS管搭建的控制电路，其可以控制反向电压，但不能阻止反向电流，对于共源极型理想二极管控制器配合NMOS管搭建的控制电路，由于采用共源极型连接方式，且使用同一个引脚控制两个NMOS管的栅极，当进行反接保护时，同一个通道上的两个NMOS管会同时断开，输出端的电压可能会跌落到正常值以下，导致负载端不能连续正常工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电源防反接电路、车载域控制器及车辆，用以解决传统电源防反接电路不能满足大电流工作场景，或，不能阻止反向电流，或，在反接保护时，同一个通道上的两个NMOS管会同时断开，输出端的电压可能会跌落到正常值以下，导致负载端不能连续正常工作的缺陷。

本实用新型提供一种电源防反接电路，包括：

至少一路供电电路，所述供电电路包括供电电源、理想二极管控制器、第一NMOS管和第二NMOS管；

所述供电电源、第一NMOS管和第二NMOS管依次串联连接；

所述理想二极管控制器用于在进行反接保护时，控制所述第一NMOS管断开、所述第二NMOS管导通，以使反向电流被切断。

根据本实用新型提供的一种电源防反接电路，所述至少两个NMOS管包括第一NMOS管和第二NMOS管；

所述第一NMOS管的源极与所述供电电源连接；

所述第一NMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极连接；

所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极分别与所述理想二极管控制器连接；

所述第二NMOS管的源极与负载连接。

根据本实用新型提供的一种电源防反接电路，还包括MCU，所述MCU用于根据每个供电电源的输出电压是否满足供电要求控制对应供电电路导通或断开。

根据本实用新型提供的一种电源防反接电路，所述至少一路供电电路包括第一供电电路和第二供电电路，所述第一供电电路的供电电源为第一供电电源，所述第二供电电路的供电电源为第二供电电源；

所述MCU用于在所述第一供电电源的输出电压不满足所述第一供电电路的输出电压范围，且所述第二供电电源的输出电压满足所述第二供电电源的输出电压范围时，控制所述第二供电电路导通，第一供电电路断开；

在所述第二供电电路导通时，若所述第一供电电源的输出电压满足所述第一供电电路的电压输出范围，控制所述第一供电电路导通，第二供电电路断开。

本实用新型还提供一种车载域控制器，包括上述所述的电源防反接电路。

本实用新型还提供一种车辆，包括如上述所述的车载域控制器。

本实用新型提供的电源防反接电路、车载域控制器及车辆，电源防反接电路包括至少一路供电电路，供电电路包括供电电源、理想二极管控制器、第一NMOS管和第二NMOS管；供电电源、第一NMOS管和第二NMOS管依次串联连接；理想二极管控制器用于在进行反接保护时，控制第一NMOS管断开、所述第二NMOS管导通，以使反向电流被切断，正向电流通过第二NMOS管向负载供电，可以同时阻止反向电流和电压，满足大电流工作场景，在反接保护时，同一个通道上的两个NMOS管不会同时断开，保证输出端的电压维持正常值以使负载可以连续正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型提供的电源防反接电路的电路图；

图2是本实用新型提供的典型的二极管防反接电路原理图；

图3是本实用新型提供的典型的PMOS管防反接电路原理图；

图4是本实用新型提供的共源极型理想二极管控制器的防反接电路图；

图5是本实用新型提供的MCU的外部接口图；

图6是本实用新型提供的电流回路形成示意图；

图7是本实用新型提供的负载的供电示意图；

图8是本实用新型提供的电源防反接方法的流程示意图。

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，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本实用新型实施例提供的电源防反接电路进行详细地说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种电源防反接电路，包括：

至少一路供电电路1，供电电路包括供电电源101、控制器102、第一NMOS管103和第二NMOS管104；

供电电源101与第一NMOS管103、第二NMOS管104依次串联连接；

理想二极管控制器102用于在进行反接保护时，控制第一NMOS管断开、第二NMOS管导通，在第一NMOS管断开时，反向电流被切断，正向电流可以通过第一NMOS管内部的寄生二极管流入第二NMOS管，通过第二NMOS管向负载供电。

寄生二极管是由生产工艺造成的，大功率MOS管漏极从硅片底部引出，就会有寄生二极管。

在本实用新型实施例中，理想二极管控制器102例如为LM7481芯片，至少两个NMOS管103包括第一NMOS管和第二NMOS管；

第一NMOS管的源极与供电电源101连接；

第一NMOS管的漏极与第二NMOS管的漏极连接；

第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极分别与理想二极管控制器连接；

第二NMOS管的源极与负载连接。

在本实用新型实施例中，理想二极管控制器LM7481驱动和控制外部背靠背共漏极NMOS管，以模拟具有电源路径通断控制，反向截止和过压保护的理想二极管。3V至65V的宽输入电源可保护和控制12V和24V汽车电池供电的电子控制单元。该器件可以承受和保护负载免受低至–65V的负电源电压的影响。其工作原理为理想二极管控制器驱动第一个NMOS管代替肖特基二极管，以实现反向输入保护和输出电压保持。

在电源路径中有第二个NMOS管的情况下，该器件允许使用栅极控制进行负载断开(通断控制)和过压保护，该器件具有可调的过压截止保护功能。LM7481理想二极管控制器可以驱动共漏极和共源极配置中的外部NMOS管。

因此，理想二极管控制器不仅具有过压，欠压和反压的保护功能，而且能够阻止反向电流。当需要进行冗余电源控制时，可以把两个理想二极管控制器并联连接，形成一个“或门”的效果。

传统的防反接保护方案包括使用单独二极管、PMOS管以及理想二极管控制器配合共源极NMOS管三种方案，如图2所示，当车载域控制器的供电电流小于3A时，使用二极管是一种较好的解决方案；但对于功率较大的控制器来说，二极管的电流能力无法满足，需要使用PMOS管搭建简单的控制电路或者是使用理想二极管控制器(例如max16141芯片)控制共源极NMOS管进行防反保护，来满足大电流的工作场景。

如图3所示，对于使用PMOS管搭建的控制电路，其可以控制反向电压，但不能阻止反向电流。

对于理想二极管控制器配合共源极NMOS管搭建的控制电路，可以同时控制反向电压和反向电流，每个理想二极管控制器使用一个引脚同时控制同一通道上两个NMOS管的通断，在反接保护时，靠近电源入口的NMOS管是默认截止的，其寄生的二极管起不到正向导通供电的作用，同一个通道上的两个NMOS管会同时断开，输出端的电压可能会跌落到正常值以下，导致负载端不能连续正常工作。

本实用新型实施例提供的电源防反接电路包括至少一路供电电路，供电电路包括供电电源、理想二极管控制器、第一NMOS管和第二NMOS管；供电电源、第一NMOS管和第二NMOS管依次串联连接；理想二极管控制器用于在进行反接保护时，控制第一NMOS管断开、第二NMOS管导通，以使反向电流被切断，正向电流通过第二NMOS管内部的寄生二极管流向第二NMOS管，通过第二NMOS管向负载供电，可以同时阻止反向电流和反向电压，满足大电流工作场景，在反接保护时，同一个通道上的两个NMOS管不会同时断开，保证输出端的电压维持正常值以使负载可以连续正常工作。

基于上述任一实施例，对于理想二极管控制器(例如MAX16141芯片)控制共源极NMOS管进行防反保护，且两个NMOS管共用一个栅极控制引脚，如图4所示。电源入口与NMOS管的漏极连接，此入口NMOS管的寄生二极管是反向截止的，当NMOS管关断之后，寄生二极管无法起到正向通过电流的作用。此共源极接法接地端需要使用反接保护二极管，在反接保护消除后，接地端反接保护二极管的反向恢复时间会拉长NMOS管的断开时间，导致叠加交流试验时负载侧不能连续正常工作。

本实用新型实施例采用了理想二极管控制器，当进行反接保护时，由于理想二极管控制器可以分别控制第一NMOS管和第二NMOS管的状态，可以实现只断开第一NMOS管，第二NMOS管正常导通。当第一NMOS管断开之后，阻止了反向电流，正向电流通过第一NMOS管对应的寄生二极管和第二NMOS管给负载供电，降低了负载侧电压跌落到正常值以下的风险。并且，此NMOS管共漏极的接法，不需要使用接地端二极管进行反接保护，因此，不存在因反接保护时二极管的反向恢复时间过长，导致负载侧不能连续工作的情况。

基于上述任一实施例，本实用新型提供的车载域控制器的供电电源包括主、副电源。需要把车载主电源和副电源都与车载域控制器连接，只要有一个电源是正常工作的，车载域控制器就可以正常工作。在进行电源管理设计时，需要把冗余设计与入口电源的防反接保护功能一起考虑，本实用新型实施例中至少一路供电电路包括第一供电电路和第二供电电路，第一供电电路的供电电源为第一供电电源，第二供电电路的供电电源为第二供电电源；

如图5所示，MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)用于在第一供电电源的输出电压不满足第一供电电路的输出电压范围，且第二供电电源的输出电压满足第二供电电源的输出电压范围时，控制第二供电电路导通，第一供电电路断开；

在第二供电电路导通时，若第一供电电源的输出电压满足第一供电电路的电压输出范围，控制第一供电电路导通，第二供电电路断开。

对于使用两路供电电源的域控制器来说，存在两路供电电源不平衡现象，两个供电通道形成电流回路如图6所示。其中负载轻的电源给负载重的电源通道供电。负载重的电源通道上的两个NMOS管因反向电流会进入反接保护状态，由于反接保护状态中理想二极管控制器会尝试自动恢复，恢复之后发现反向电流，会再次断开NMOS管；导致NMOS管一直处于通断切换状态，从而使NMOS管过早地老化损坏。

在本实用新型实施例中，每次只使能一个通道的理想二极管控制器，当MCU检测到输入或输出侧的电压异常之后，再打开另外一个通道进行接管。消除了反向电流回路，解决了NMOS管因通断切换带来的老化问题。

如图7所示，在本实用新型实施例中，同时使用第一供电电源和第二供电电源为MCU和其他负载供电，两个电源经过NMOS管防反接电路之后给除MCU之外的其它负载供电，MCU的防反接电路使用两个普通二极管搭建。MCU的工作不受理想二极管控制器的影响。大电流通道使用两个理想二极管控制器和NMOS管进行控制，两个通道的输出汇集在一起，再经过大电容滤波后给后级除MCU外的其它负载供电，在本实用新型实施例中，通过大电容滤波可以使输入到负载的正向电流更加稳定。

车辆启动后，MCU通过ADC接口采集两路供电电源的输出电压，以及理想控制器后端负载侧的电压。正常工作时只打开一个理想二极管控制器，当MCU检测到其中一个通道工作异常之后，会切换到另外一个通道。为了保证切换时负载端不断电，切换时设置预设时间如150ms的重叠时间，在150ms内两个理想二极管控制器是同时打开的。

在本实用新型实施例中，上电后当检测到第一供电电源的输出电压在16V-32V的正常范围内时，默认使用第一供电电源，如果第一供电电源的输出电压范围不在正常范围内，再判断第二供电电源的输出电压是否在正常范围内，如果第二供电电源的输出电压正常则使用第二供电电源进行供电。当使用第二供电电源时，如果检测到第一供电电源的输出电压又恢复到正常的电压范围时，再切换到第一供电电源。第一供电电源电池容量大于第二供电电源电池容量。第一供电电源的供电优先级高于第二供电电源，以避免小容量电源影响车载域控制器正常工作。当车辆正常启动后，两路电源的正常输出电压值均为27V，优先使用第一供电电源，不存在相互切换的情况，只有当第一供电电源电压异常时才会进行切换。

在本实用新型实施例中，车载域控制器同时连接车端的两路电源，当任意一路电源能够正常输出时，车载域控制器就可以正常工作，提高了车载域控制器的可用性和安全性；当存在反向电流回路时，能够及时切断反接电路，对电路进行保护；当存在过压或欠压时，理想二极管控制器可以及时做出响应，对电路进行保护；并且，本实用新型实施例中由于在反接电路时还能正常给车载域控制器供电，因此其能够顺利通过车辆设计验证试验，包括且不限于叠加交流试验、输入浪涌试验等。

下面对本实用新型提供的电源防反接方法进行描述，下文描述的电源防反接方法与上文描述的电源防反接电路可相互对应参照。

图8为本实用新型实施例提供的电源防反接方法的流程图，如图8所示，本实用新型实施例提供的电源防反接方法包括：

步骤801、检测每条供电电路上的供电电源的输出电压；

步骤802、在供电电源的输出电压满足对应供电电路输出电压范围时，控制对应供电电路导通，其他供电电路断开。

在本实用新型实施例中，该电源防反接方法还包括：

在第一供电电源的输出电压不满足第一供电电路的输出电压范围，且第二供电电源的输出电压满足第二供电电源的输出电压范围时，控制第二供电电路导通，第一供电电路断开；

在第二供电电路导通时，若第一供电电源的输出电压满足第一供电电路的电压输出范围，控制第一供电电路导通，第二供电电路断开；

在本实用新型实施例中，该电源防反接方法还包括：

检测第二NMOS管的源极输出电压；

在第二NMOS管的源极输出电压不满足预设供电电压要求时，断开对应供电电路，不给负载上电；此时MCU是正常工作的。

本实用新型实施例提供的电源防反接方法通过检测每条供电电路上的供电电源的输出电压，在供电电源的输出电压满足对应供电电路输出电压范围时，控制对应供电电路导通，可以同时阻止反向电流和电压，满足大电流工作场景，在反接保护时，同一个通道上的两个NMOS管不会同时断开，保证输出端的电压维持正常值以使负载可以连续正常工作。

本实用新型实施例还提供一种车载域控制器，包括上述实施例所述的电源防反接电路。

本实用新型实施例还提供一种车辆，包括如上述实施例所述的车载域控制器。

在本实用新型实施例中，该车辆还包括主电源和副电源，通过主电源和副电源为车载域控制器供电，以保证车载域控制器的供电稳定性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的系统中控制器执行的步骤。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电源防反接电路，其特征在于，包括：

至少一路供电电路，所述供电电路包括供电电源、理想二极管控制器、第一NMOS管和第二NMOS管；

所述供电电源、第一NMOS管和第二NMOS管依次串联连接；

所述理想二极管控制器用于在进行反接保护时，控制所述第一NMOS管断开、所述第二NMOS管导通，以使反向电流被切断。

2.根据权利要求1所述的电源防反接电路，其特征在于，

所述第一NMOS管的源极与所述供电电源连接；

所述第一NMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极连接；

所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极分别与所述理想二极管控制器连接；

所述第二NMOS管的源极与负载连接。

3.根据权利要求1所述的电源防反接电路，其特征在于，还包括MCU，所述MCU用于根据每个供电电源的输出电压是否满足供电要求控制对应供电电路导通或断开。

4.根据权利要求3所述的电源防反接电路，其特征在于，所述至少一路供电电路包括第一供电电路和第二供电电路，所述第一供电电路的供电电源为第一供电电源，所述第二供电电路的供电电源为第二供电电源；

所述MCU用于在所述第一供电电源的输出电压不满足所述第一供电电路的输出电压范围，且所述第二供电电源的输出电压满足所述第二供电电源的输出电压范围时，控制所述第二供电电路导通，第一供电电路断开；

在所述第二供电电路导通时，若所述第一供电电源的输出电压满足所述第一供电电路的电压输出范围，控制所述第一供电电路导通，第二供电电路断开。

5.根据权利要求4所述的电源防反接电路，其特征在于，所述第一供电电源的电池容量大于所述第二供电电源的电池容量。

6.一种车载域控制器，其特征在于，包括所述权利要求1～5任一项所述的电源防反接电路。

7.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求6所述的车载域控制器。