CN220773446U - 一种用于汽车系统的低功耗控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于汽车系统的低功耗控制装置，涉及汽车技术领域，其通过LIN休眠唤醒电路检测上位机控制器发出的LIN_BUS信号，并在LIN_BUS信号为LIN通讯信号时生成高电平的EN_BAT使能信号，通过EN_BAT使能信号使能电压转换电路，从而将电池电源转换为预设幅值的电源并输出，MCU模块通入电压转换电路转换的电源后发出EN_LIN使能信号与高电平的EN_MCU信号，所述LIN通讯电路基于MCU模块发出的EN_LIN使能信号唤醒LIN芯片，实现LIN通讯功能，即本实用新型基于LIN_BUS信号实现了唤醒功能，避免了外部唤醒信号的使用。

Description

一种用于汽车系统的低功耗控制装置

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种用于汽车系统的低功耗控制装置。

背景技术

LIN(Local Interconnect Network)通讯作为一种低成本的串行通讯方案，被广泛应用于汽车系统中。在汽车网络系统中，LIN系统作为CAN系统的补充，用来传输实时性相对较低，通讯速度要求较低，以及容错要求不高的场合。汽车系统的各电子零部件，对休眠和唤醒有其特别的要求，包括：

（1）汽车在点火前各系统都要处于休眠状态；点火前，连接在蓄电池上的电子零部件的休眠电流必须尽量小，确保不会因为长时间的停车引起电池的过放电；（2）汽车点火后电子零部件被可靠唤醒，各模块包括通讯都要能够正常工作；（3）汽车停车熄火后，电子零部件能够正常停机，并再次进入休眠状态。为了实现上述功能，现有的带LIN通讯的汽车零部件往往都设计有基于LIN唤醒和休眠电路来实现上述三个功能。检索到的相关专利包括：（a）基于LIN唤醒的低功耗控制系统，申请号：202022111106，公告号：CN213027990U；（b）一种基于LIN收发器的LIN唤醒电路、装置及系统，申请号：202120241791，公告号：CN214101402U；（c）一种LIN收发控制电路及其休眠与唤醒控制方法，申请号：202010246644，公开号：CN111464412A；其中（a）和（b）都是采用LIN芯片本身的唤醒功能来实现的，即是对LIN芯片功能的实际应用。这虽然可以保证休眠和唤醒功能的运行是符合要求的，但为了能够让LIN芯片可以控制电子零部件的休眠和唤醒，需要保证LIN芯片始终是在工作状态，LIN芯片的工作电流在休眠时候也是一直存在的。因此，这种方式实现的电路在休眠时的电流就不能做到最小。在（c）中，通过外部唤醒信号与“外部唤醒检测和电源控制电路”来控制整个电路的休眠和唤醒功能。因为该电路在休眠时可以根据外部唤醒信号的状态完全切断电子零部件内部电路的供电，所以该方法可以保证休眠唤醒功能正常运行的前提下，最大限度的减小休眠时的电流。但是，这需要增加一个外部信号，这意味着厂家能够提供这样的信号，并需要增加一条导线将该信号引入控制电路中。因此，需要设计一个电路，能够直接利用LIN线的信号状态来判断以及控制休眠唤醒功能，就可以避免使用外部的唤醒信号。同时，该电路可以在休眠时将LIN通讯芯片下电，从而可以最大程度上减少休眠时的电流。

发明内容

为了能够直接利用LIN线的信号来控制休眠唤醒功能，并且在休眠时将LIN通讯芯片下电，本实用新型提出了一种用于汽车系统的低功耗控制装置，所述汽车系统包括电机控制器以及利用LIN向电机控制器发出LIN_BUS信号的上位机控制器；所述LIN_BUS信号为LIN通讯信号或休眠指令或LIN异常信号；所述低功耗控制装置包括：

LIN休眠唤醒电路，用于检测上位机控制器发出的LIN_BUS信号，并在LIN_BUS信号为LIN通讯信号时生成高电平的EN_BAT使能信号；

与电池电源以及LIN休眠唤醒电路连接的电压转换电路，用于基于高电平的EN_BAT使能信号将电池电源转换为预设幅值的电源并输出；

与电压转换电路连接的MCU模块，用于通入电压转换电路输出的电源后，发出EN_LIN使能信号与高电平的EN_MCU信号；

包括LIN芯片的LIN通讯电路，用于根据MCU模块发出的EN_LIN使能信号唤醒LIN芯片，实现LIN通讯功能。

进一步地，所述LIN休眠唤醒电路还用于接入MCU模块输出的EN_MCU信号，并通过高电平的EN_MCU信号保持高电平EN_BAT使能信号的输出。

进一步地，所述MCU模块通过LIN通讯电路接入LIN_BUS信号；所述 MCU模块还用于在LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号时，退出工作模式，并在预设时长后拉低EN_MCU信号。

进一步地，所述LIN休眠唤醒电路还用于在MCU模块输出拉低的EN_MCU信号，且LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号时，输出拉低的EN_BAT使能信号。

进一步地，所述电压转换电路基于拉低的EN_BAT使能信号停止电池电源的转换。

进一步地，所述LIN通讯信号为LIN通讯时信号电平发生变化的LIN信号；所述LIN异常信号为LIN无信号时保持高电平状态的LIN信号；所述休眠指令为保持高电平状态的LIN信号。

进一步地，所述LIN休眠唤醒电路包括：

第一三极管Q1；所述第一三极管Q1的发射极与第三电阻R3的一端以及第六二极管D6的负极连接后，依次与第二三极管Q2的发射极、第七二极管D7的负极、第五电阻R5的一端连接，并接入电池电压BAT；所述第一三极管Q1的集电机与第六二极管D6的正极连接后接入电压转换电路；所述第一三极管Q1的基极与第三电阻R3的另一端以及第六电阻R6的一端连接；所述第六电阻的R6的另一端与第三三极管Q3的集电极连接；所述第三三极管Q3的基极与第十电阻R10、第十二电阻R12的一端连接；所述第三三极管Q3的发射极依次与第十二电阻R12的另一端、第十电容C10的一端连接后接地；所述第十电阻R10的另一端与第十电容C10的另一端连接后接入双向稳压管D8的共阴端；所述双向稳压管D8的一正极端与第八电阻R8的一端连接，所述第八电阻R8的另一端与第九电阻R9的一端、第九电容C9的一端、第二三极管Q2的集电极连接；所述双向稳压管D8的另一正极端与第一一电阻R11的一端连接，所述第一一电阻R11的另一端接入MCU模块发出的EN_MCU信号；所述第九电容C9的另一端与第九电阻R9的另一端连接后接地；所述第二三极管Q2的基极与第七二极管D7的正极连接后，与第五电阻R5的另一端以及第七电阻R7的一端连接；所述第七电阻R7的另一端接入LIN_BUS信号。

与现有技术相比，本实用新型至少含有以下有益效果：

（1）本实用新型通过LIN休眠唤醒电路检测上位机控制器发出的LIN_BUS信号，并在LIN_BUS信号为LIN通讯信号时生成高电平的EN_BAT使能信号，通过EN_BAT使能信号使能电压转换电路，从而将电池电源转换为预设幅值的电源并输出，MCU模块通入电压转换电路转换的电源后发出EN_LIN使能信号与高电平的EN_MCU信号，所述LIN通讯电路基于MCU模块发出的EN_LIN使能信号唤醒LIN芯片，实现LIN通讯功能，即本实用新型基于LIN_BUS信号实现了唤醒功能，避免了外部唤醒信号的使用；

（2）本实用新型中，LIN休眠唤醒电路还用于接入MCU模块输出的EN_MCU信号，并通过高电平的EN_MCU信号保持高电平EN_BAT使能信号的输出，即本实用新型通过MCU模块输出的EN_MCU信号可以控制汽车系统中各电子零部件进入休眠的等待时间，从而为电子零部件退出运行状态、保存运行数据等操作提供了条件；

（3）本实用新型中，所述LIN休眠唤醒电路在MCU模块输出拉低的EN_MCU信号，且LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号时，输出拉低的EN_BAT使能信号，从而关闭电压转换电路，停止向MCU模块输入电源，进而关闭MCU模块的输出，此时电压转换电路与LIN通讯电路的使能信号都是关闭状态，MCU模块处于断电状态，整个系统进入休眠状态，从而在最大程度上减少了休眠时的电流；

（4）本实用新型的低功耗控制装置在进入休眠后，各电路、模块均为断电状态或使能信号关闭状态，最大程度上减少了休眠时的电流。

附图说明

图1为一种用于汽车系统的低功耗控制装置结构图；

图2为LIN休眠唤醒电路图。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例一

为了最大程度上减少休眠时的电流，同时避免外部唤醒信号的使用，如图1所示，本实用新型提出了一种用于汽车系统的低功耗控制装置，所述汽车系统包括电机控制器以及利用LIN向电机控制器发出LIN_BUS信号的上位机控制器；所述LIN_BUS信号为LIN通讯信号或休眠指令或LIN异常信号；

需要说明的是，电机控制器与上位机控制器通过LIN进行通讯，其中上位机控制器作为Master通过LIN向电机控制器Slave发出启动或者停止命令，电机控制器通过LIN通讯向上位机控制器发送当前的运行状态信息。本实施例中的LIN_BUS信号指的是从上位机控制器发出的LIN信号。

所述低功耗控制装置包括：

LIN休眠唤醒电路，用于检测上位机控制器发出的LIN_BUS信号，并在LIN_BUS信号为LIN通讯信号时生成高电平的EN_BAT使能信号；高电平的EN_BAT使能信号用于使能”电压转换电路”，使能后”电压转换电路”将电池电源转换为汽车系统中各电路模块所需的12V和5V电源等。

与电池电源以及LIN休眠唤醒电路连接的电压转换电路，用于基于高电平的EN_BAT使能信号将电池电源转换为预设幅值的电源并输出；

与电压转换电路连接的MCU模块，用于通入电压转换电路输出的电源后，发出EN_LIN使能信号与高电平的EN_MCU信号；

具体地，当产生MCU模块电源后，MCU的IO端口发出LIN通讯电路的使能信号EN_LIN，从而将LIN芯片唤醒，实现正常的LIN通讯功能。

所述LIN休眠唤醒电路还用于接入MCU模块输出的EN_MCU信号，并通过高电平的EN_MCU信号保持高电平EN_BAT使能信号的输出，即使LIN_BUS信号为休眠指令或LIN无信号（LIN信号在无信号时呈现高电平状态）。这样做的目的在于当LIN_BUS短暂丢失时仍可以保持高电平的EN_BAT信号。

需要说明的是，如果EN_BAT为高，则电压转换电路会为MCU模块以及汽车系统中的各电路模块进行供电。保持高电平的EN_BAT信号就是允许电压转换电路的使能。

本实用新型中，LIN休眠唤醒电路还用于接入MCU模块输出的EN_MCU信号，并通过高电平的EN_MCU信号保持高电平EN_BAT使能信号的输出，即本实用新型通过MCU模块输出的EN_MCU信号可以控制汽车系统中各电子零部件进入休眠的等待时间，从而为电子零部件退出运行状态、保存运行数据等操作提供了条件。

所述MCU模块通过LIN通讯电路接入LIN_BUS信号；所述 MCU模块还用于在LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号时，退出工作模式进入停机模式，并在预设时长后拉低EN_MCU信号。

所述LIN休眠唤醒电路还用于在MCU模块输出拉低的EN_MCU信号，且LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号时，输出拉低的EN_BAT使能信号。

所述电压转换电路基于拉低的EN_BAT使能信号停止电池电源的转换（此时的输出电压拉低到0，从而关闭MCU模块以及MCU模块的输出）。此时，“电压转换电路”和“LIN通讯电路”的使能信号都是关闭状态，MCU模块处于断电状态，因此整个装置进入休眠状态，最大程度上减少了休眠时的电流。

如图2所示，所述LIN休眠唤醒电路包括：

第一三极管Q1；所述第一三极管Q1的发射极与第三电阻R3的一端以及第六二极管D6的负极连接后，依次与第二三极管Q2的发射极、第七二极管D7的负极、第五电阻R5的一端连接，并接入电池电压BAT；所述第一三极管Q1的集电机与第六二极管D6的正极连接后接入电压转换电路；所述第一三极管Q1的基极与第三电阻R3的另一端以及第六电阻R6的一端连接；所述第六电阻的R6的另一端与第三三极管Q3的集电极连接；所述第三三极管Q3的基极与第十电阻R10、第十二电阻R12的一端连接；所述第三三极管Q3的发射极依次与第十二电阻R12的另一端、第十电容C10的一端连接后接地；所述第十电阻R10的另一端与第十电容C10的另一端连接后接入双向稳压管D8的共阴端；所述双向稳压管D8的一正极端与第八电阻R8的一端连接，所述第八电阻R8的另一端与第九电阻R9的一端、第九电容C9的一端、第二三极管Q2的集电极连接；所述双向稳压管D8的另一正极端与第一一电阻R11的一端连接，所述第一一电阻R11的另一端接入MCU模块发出的EN_MCU信号；所述第九电容C9的另一端与第九电阻R9的另一端连接后接地；所述第二三极管Q2的基极与第七二极管D7的正极连接后，与第五电阻R5的另一端以及第七电阻R7的一端连接；所述第七电阻R7的另一端接入LIN_BUS信号。

LIN休眠唤醒电路的实现如图2所示，电阻R5和R7进行分压，当LIN_BUS信号为正常通讯信号（即LIN通讯信号）时，信号有高低电平，在低电平时，Q2被导通，从而将BAT电压导通到R9和C9组成的滤波电路上。高电平时Q2被关闭，R9和C9接地，LIN_BUS高低电平的电压通过R8和D8施加到C10上面进行滤波。LIN_BUS信号和EN_MCU信号形成“或”运算（或运算的目的是为了控制Q3的关断，即使LIN_BUS信号一直为高，MCU可以通过EN_MCU的高电平保持EN_BAT信号。），形成对Q3门极的有效驱动信号。开通后的Q3会通过R3和R6组成Q1门极信号，从而进一步产生EN_BAT使能信号。当LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号（LIN信号在无信号时呈现高电平状态）时，Q2的导通时间很少或者完全关闭，导致C9和R9滤波电路滤波之后的电压过低。如果此时EN_MCU也为低电平时，后续Q3电路和Q1电路都是处于关闭状态，从而使EN_BAT信号无效。

包括LIN芯片的LIN通讯电路，用于根据MCU模块发出的EN_LIN使能信号唤醒LIN芯片，实现LIN通讯功能。

需要说明的是，图1中的LIN_MCU指的是LIN芯片和MCU模块中MCU芯片之间的通讯，只要存在LIN通讯，该信号就存在。而EN_LIN是LIN芯片的使能信号。

所述LIN通讯信号为LIN通讯时信号电平发生变化的LIN信号；所述LIN异常信号为LIN无信号时保持高电平状态的LIN信号；所述休眠指令为保持高电平状态的LIN信号。

本实用新型中，所述LIN休眠唤醒电路在MCU模块输出拉低的EN_MCU信号，且LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号时，输出拉低的EN_BAT使能信号，从而关闭电压转换电路，停止向MCU模块输入电源，进而关闭MCU模块的输出，此时电压转换电路与LIN通讯电路的使能信号都是关闭状态，MCU模块处于断电状态，整个系统进入休眠状态，从而在最大程度上减少了休眠时的电流。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于汽车系统的低功耗控制装置，所述汽车系统包括电机控制器以及利用LIN向电机控制器发出LIN_BUS信号的上位机控制器；所述LIN_BUS信号为LIN通讯信号或休眠指令或LIN异常信号；其特征在于，所述低功耗控制装置包括：

LIN休眠唤醒电路，用于检测上位机控制器发出的LIN_BUS信号，并在LIN_BUS信号为LIN通讯信号时生成高电平的EN_BAT使能信号；

与电池电源以及LIN休眠唤醒电路连接的电压转换电路，用于基于高电平的EN_BAT使能信号将电池电源转换为预设幅值的电源并输出；

与电压转换电路连接的MCU模块，用于通入电压转换电路输出的电源后，发出EN_LIN使能信号与高电平的EN_MCU信号；

包括LIN芯片的LIN通讯电路，用于根据MCU模块发出的EN_LIN使能信号唤醒LIN芯片，实现LIN通讯功能。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车系统的低功耗控制装置，其特征在于，所述LIN休眠唤醒电路还用于接入MCU模块输出的EN_MCU信号，并通过高电平的EN_MCU信号保持高电平EN_BAT使能信号的输出。

3.根据权利要求2所述的一种用于汽车系统的低功耗控制装置，其特征在于，所述MCU模块通过LIN通讯电路接入LIN_BUS信号；所述 MCU模块还用于在LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号时，退出工作模式，并在预设时长后拉低EN_MCU信号。

4.根据权利要求3所述的一种用于汽车系统的低功耗控制装置，其特征在于，所述LIN休眠唤醒电路还用于在MCU模块输出拉低的EN_MCU信号，且LIN_BUS信号为休眠指令或LIN异常信号时，输出拉低的EN_BAT使能信号。

5.根据权利要求4所述的一种用于汽车系统的低功耗控制装置，其特征在于，所述电压转换电路基于拉低的EN_BAT使能信号停止电池电源的转换。

6.根据权利要求5所述的一种用于汽车系统的低功耗控制装置，其特征在于，所述LIN通讯信号为LIN通讯时信号电平发生变化的LIN信号；所述LIN异常信号为LIN无信号时保持高电平状态的LIN信号；所述休眠指令为保持高电平状态的LIN信号。

7.根据权利要求6所述的一种用于汽车系统的低功耗控制装置，其特征在于，所述LIN休眠唤醒电路包括：

第一三极管Q1；所述第一三极管Q1的发射极与第三电阻R3的一端以及第六二极管D6的负极连接后，依次与第二三极管Q2的发射极、第七二极管D7的负极、第五电阻R5的一端连接，并接入电池电压BAT；所述第一三极管Q1的集电机与第六二极管D6的正极连接后接入电压转换电路；所述第一三极管Q1的基极与第三电阻R3的另一端以及第六电阻R6的一端连接；所述第六电阻的R6的另一端与第三三极管Q3的集电极连接；所述第三三极管Q3的基极与第十电阻R10、第十二电阻R12的一端连接；所述第三三极管Q3的发射极依次与第十二电阻R12的另一端、第十电容C10的一端连接后接地；所述第十电阻R10的另一端与第十电容C10的另一端连接后接入双向稳压管D8的共阴端；所述双向稳压管D8的一正极端与第八电阻R8的一端连接，所述第八电阻R8的另一端与第九电阻R9的一端、第九电容C9的一端、第二三极管Q2的集电极连接；所述双向稳压管D8的另一正极端与第一一电阻R11的一端连接，所述第一一电阻R11的另一端接入MCU模块发出的EN_MCU信号；所述第九电容C9的另一端与第九电阻R9的另一端连接后接地；所述第二三极管Q2的基极与第七二极管D7的正极连接后，与第五电阻R5的另一端以及第七电阻R7的一端连接；所述第七电阻R7的另一端接入LIN_BUS信号。