CN220830449U - 隔离电路以及电子控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种隔离电路以及电子控制器。其中的隔离电路用于连接通讯接口转换器和电子控制器，隔离电路包括第一隔离支路以及第二隔离支路；电子控制器的输出端通过第一隔离支路连接至通讯接口转换器的输入端；第一隔离电路用于隔离电子控制器的输出端与通讯接口转换器的输入端之间的电压；通讯接口转换器的输出端通过第二隔离支路连接至电子控制器的输入端；第二隔离支路用于隔离通讯接口转换器的输出端与电子控制器的输入端之间的电压。本申请的隔离电路，通过在电子控制器和通讯接口转换器之间设置隔离电路，可以将外部设备通过通讯接口转换器输入的高电压与电子控制器内部电压隔离，从而防止高电压对电子控制器内部芯片造成损坏。

Description

隔离电路以及电子控制器

技术领域

本实用新型涉及车载电子技术领域，特别是涉及一种串口转换隔离电路以及电子控制器。

背景技术

随着车载电子的飞速发展，车载ECU(Electronic Control Unit，电子控制器)在调试阶段通常都需要通过串行接口读取故障以及日志信息，而在串口转USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)的应用中，由于读取数据的外部设备所接的通讯接口转换器的电压，与ECU内部电源的电压不一致，ECU内部的芯片容易受到外部电压的冲击，而造成芯片损坏。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够避免ECU内部芯片高压损坏的隔离电路以及电子控制器。

第一方面，本申请实施例提供了一种隔离电路，所述隔离电路用于连接通讯接口转换器和电子控制器，所述隔离电路包括第一隔离支路以及第二隔离支路；

所述电子控制器的输出端通过所述第一隔离支路连接至所述通讯接口转换器的输入端；所述第一隔离支路用于隔离所述电子控制器的输出端与通讯接口转换器的输入端之间的电压；

所述通讯接口转换器的输出端通过所述第二隔离支路连接至所述电子控制器的输入端；所述第二隔离支路用于隔离所述通讯接口转换器的输出端与电子控制器的输入端之间的电压。

在其中一个实施例中，所述第一隔离支路包括：晶体管、电源以及多个电阻。

在其中一个实施例中，所述第一隔离支路包括：第一晶体管、电源、第一电阻以及第二电阻；

所述第一晶体管的源极与所述电子控制器的输出端连接；所述第一晶体管的漏极与所述通讯接口转换器的输入端连接；所述第一晶体管的栅极通过所述第一电阻连接至电源；

所述第二电阻的一端连接至所述第一晶体管的栅极与所述第一电阻的连接点，所述第二电阻的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述第一晶体管为N型MOS管。

在其中一个实施例中，所述第二隔离支路包括：晶体管、电源以及多个电阻。

在其中一个实施例中，所述第二隔离支路包括：第二晶体管、电源、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；

所述第二晶体管的源极与所述电子控制器的输入端连接；所述第二晶体管的漏极与所述通讯接口转换器的输出端连接；所述第二晶体管的栅极通过所述第三电阻连接至电源；

所述第四电阻的一端连接至所述第二晶体管的栅极与所述第三电阻的连接点，所述第四电阻的另一端接地；

所述第五电阻的一端与所述第二晶体管的源极连接，所述第五电阻的另一端与电源连接。

在其中一个实施例中，所述第二晶体管为N型MOS管。

在其中一个实施例中，所述第二晶体管的钳位电压为0.7V。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子控制器，所述电子控制器包括：控制单元，以及包括第一方面中任一项所述的隔离电路的通讯接口；所述通讯接口连接至通讯接口转换器。

在其中一个实施例中，所述通讯接口的输出端通过所述第一隔离支路连接至所述通讯接口转换器的输入端；

所述通讯接口转换器的输出端通过所述第二隔离支路连接至所述通讯接口的输入端。

本实用新型提供一种隔离电路以及电子控制器。其中的隔离电路用于连接通讯接口转换器和电子控制器，隔离电路包括第一隔离支路以及第二隔离支路；电子控制器的输出端通过第一隔离支路连接至通讯接口转换器的输入端；第一隔离支路用于隔离电子控制器的输出端与通讯接口转换器的输入端之间的电压；通讯接口转换器的输出端通过第二隔离支路连接至电子控制器的输入端；第二隔离支路用于隔离通讯接口转换器的输出端与电子控制器的输入端之间的电压。本申请的隔离电路，通过在电子控制器和通讯接口转换器之间设置隔离电路，可以将外部设备通过通讯接口转换器输入的高电压与电子控制器内部电压隔离，从而防止高电压对电子控制器内部芯片造成损坏。

附图说明

图1为一个实施例中隔离电路的应用环境图；

图2为一个实施例中隔离电路的电路图；

图3为一个实施例中电子控制器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请提供的隔离电路，可以应用于汽车的电子控制器ECU和与PC连接的通讯接口转换器之间，隔离电路可以是设置于ECU的通讯接口。如图1所示，既可以满足通讯接口转换器和ECU之间的电气隔离，还可以通过USB-UART接口转换器，满足包含USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)串行通讯接口的PC和包含UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发器)串行通讯接口的ECU之间的双向通讯。

串行通讯是指仅用一根接收线和一根发送线就能将数据以位进行传输的一种通讯方式。尽管串行通讯比按字节传输的并行通信慢，但是串口通讯可以在仅仅使用两根线的情况下就能实现数据的传输。

典型的串口通信使用3根线完成，分别是地线、发送线、接收线。由于串口通信是异步的，所以端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶的校验。对于两个需要进行串口通信的端口，这些参数必须匹配，这也是能够实现串口通讯的前提。

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器)是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用来与PC进行通信，包括与监控调试器和其它器件通信，如EEPROM通信。

UART作为串口收发的逻辑电路，可以被设计为独立成芯片，也可以作为模块嵌入到其他芯片里，单片机、SOC(System on Chip，系统级芯片)、PC里都可以嵌入UART模块。发送端的UART模块将来自控制设备(如CPU)的并行数据转换为串行数据，以串行方式将转换后得到的串行数据发送到接收端的UART模块，然后由接收端的UART模块将串行数据转换为并行数据以用于接收设备的正常处理。此处，只需要两条线RXD/TXD即可在控制设备和接收设备的两个UART模块之间传输数据。

在其中一个实施例中，如图2所示，提供了一种隔离电路，该隔离电路用于连接通讯接口转换器和电子控制器，隔离电路包括第一隔离支路10以及第二隔离支路20。

电子控制器的输出端通过第一隔离支路10连接至通讯接口转换器的输入端；第一隔离支路10用于隔离电子控制器的输出端与通讯接口转换器的输入端之间的电压。

其中，电子控制器的输出端为串行发送数据的引脚Master_TXD，通讯接口转换器的输入端为串行接收数据的引脚Slave_TXD。串行发送数据引脚Master_TXD为串口通讯中的主节点，串行接收数据引脚Slave_TXD为串口通讯中的从节点。引脚是指从集成电路或者芯片的内部电路引出与外围电路的接线，引脚构成了集成电路或者芯片的内部电路的接口。由于集成电路的功能不同，因此决定了不同功能的集成电路的引脚类型也不同。而大多数集成电路所必须的引脚包括电源引脚、接地引脚、数据发送引脚以及数据接收引脚。

通讯接口转换器的输出端通过第二隔离支路20连接至电子控制器的输入端；第二隔离支路20用于隔离通讯接口转换器的输出端与电子控制器的输入端之间的电压。

其中，通讯接口转换器的输出端为串行发送数据引脚Slave_RXD，电子控制器的输入端为串行接收数据引脚Master_RXD。串行发送数据引脚Slave_RXD为串口通讯中的主节点，串行接收数据引脚Master_RXD为串口通讯中的从节点。

本实施例中的隔离电路，通过在电子控制器的输出端与通讯接口转换器的输入端之间设置第一隔离支路10，隔离电子控制器的输出端与通讯接口转换器的输入端之间的电压；以及通过在电子控制器的输入端与通讯接口转换器的输出端之间设置第二隔离支路20，隔离电子控制器的输入端与通讯接口转换器的输出端之间的电压，从而防止通讯接口转换器输出的高电压对电子控制器内部芯片造成损坏。

在其中一个实施例中，第一隔离支路10以及第二隔离支路20，分别由晶体管、电源以及多个电阻组成。

其中，第一隔离支路10包括：第一晶体管Q1、电源Master_VCC、第一电阻R1以及第二电阻R2。第一晶体管Q1为MOS管，电源Master_VCC为电子控制器的内部电源。第一晶体管Q1的源极与电子控制器的输出端连接；第一晶体管Q1的漏极与通讯接口转换器的输入端连接；第一晶体管Q1的栅极通过第一电阻R1连接至电源Master_VCC；第二电阻R2的一端连接至第一晶体管Q1的栅极与第一电阻R1的连接点，第二电阻R2的另一端接地。

MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管)是一个三端器件，具有源极(S)、漏极(D)和栅极端子(G)。它通过改变电荷载流子(电子或空穴)流动的通道宽度来工作。

MOS管根据操作类型分为两种类型：增强型MOS管和耗尽型MOS管。其中，增强型MOS管(E-mos管)：当栅极端子上没有电压时，通道显示最大电导。当栅极端子两端的电压为正或负时，沟道电导率降低。耗尽型MOS管(D-MOS管)：当栅极端子上没有电压时，器件不导通。当栅极端子上有最大电压时，器件显示出增强的导电性。

MOS管根据用于构造的材料又分为两种类型：NMOS，即N沟道MOS管和PMOS，即P沟道MOS管。其中，N沟道MOS管和P沟道MOS管之间的主要区别在于，在N沟道中，MOS管开关将保持打开状态，直到提供栅极电压。当栅极引脚接收到电压时，开关(漏极和源极之间)将关闭，在P沟道MOS管中，开关将保持关闭，直到提供栅极电压。

对于以上各种类型的MOS管，通常可以包括一个体二极管，体二极管的作用如下：1、保护MOS：当DS两级电压过高时，体二极管会被击穿，进而保护MOS管；2、提供反向通路：用于电感续流或寄生参数产生的过流或者DS两级误加电压；3、用于开关技术的实现：软开关的续流通道，同步整流的DS两端电压检测等等。

示例性地，第一晶体管Q1为N型MOS管，电子控制器的内部电源为3.3V的电源，通讯接口转换器的工作电压为5V。当串行发送数据引脚Master_TXD通过第一隔离支路10输入高电平信号时，第一晶体管Q1不导通，第一晶体管Q1的体二极管导通，串行接收数据引脚Slave_TXD向通讯接口转换器输出高电平信号。当串行发送数据引脚Master_TXD通过第一隔离支路10输入低电平信号时，第一晶体管Q1导通，串行接收数据引脚Slave_TXD向通讯接口转换器输出低电平信号。

本实施例提供的第一隔离支路10，实现了电平信号从电子控制器到通讯接口转换器的传输。并且通过在第一隔离支路10中设置第一电阻R1,使第一电阻R1与第一晶体管Q1内部的输入电容构成阻容充放电回路，可以减小瞬间流过的电流值；并且通过设置第一电阻R1可以降低第一晶体管Q1的通断切换频率，有效降低第一晶体管Q1的开关状态切换产生的对外辐射能量，从而利于控制EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)，即控制电子设备在自身工作过程中产生的电磁波，对外发射并对设备其它部分或外部其它设备造成干扰。通过第二电阻R2为第一晶体管Q1提供固定偏置，避免第一晶体管Q1的栅极受到干扰信号后意外导通；并且通过第二电阻R2为第一晶体管Q1提供放电路径。

第二隔离支路20包括：第二晶体管Q2、电源Master_VCC、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5。第二晶体管Q2为MOS管，电源Master_VCC为电子控制器的内部电源。第二晶体管Q2的源极与电子控制器的输出端连接；第二晶体管Q2的漏极与通讯接口转换器的输入端连接；第二晶体管Q2的栅极通过第三电阻R3连接至电源Master_VCC；第四电阻R4的一端连接至第二晶体管Q2的栅极与第三电阻R3的连接点，第四电阻R4的另一端接地；第五电阻R5的一端与第二晶体管Q2的源极连接，第五电阻R5的另一端与电源Master_VCC连接。

示例性地，第二晶体管Q2为N型MOS管，第二晶体管Q2体二极管的钳位电压为0.7V，电子控制器的内部电源为3.3V的电源，通讯接口转换器的工作电压为5V。当串行发送数据引脚Slave_RXD通过第二隔离支路20输入高电平信号时，第二晶体管Q2不导通，串行接收数据引脚Master_RXD通过第五电阻R5上拉到电源Master_VCC，串行接收数据引脚Master_RXD向电子控制器输出高电平信号。当串行发送数据引脚Slave_RXD通过第二隔离支路20输入低电平信号时，第二晶体管Q2不导通，串行接收数据引脚Master_RXD向电子控制器输出低电平信号。

本实施例提供的第二隔离支路20，实现了电平信号从通讯接口转换器到电子控制器的传输，并且串行接收数据引脚Master_RXD的高电平由电子控制器内的内部电源Master_VCC提供，与通讯接口转换器USB to UART convertor中的串行发送数据引脚Slave_RXD的电压实现隔离，从而使得电子控制器的内部元件不会受到串行接收数据引脚Slave_RXD高电平的冲击，有效保护电子控制器端芯片不被击穿。并且通过在第二隔离支路20中设置第二电阻R2，使第二电阻R2与第二晶体管Q2内部的输入电容构成阻容充放电回路，可以减小瞬间流过的电流值；并且通过设置第二电阻R2可以降低第二晶体管Q2的通断切换频率，有效降低第二晶体管Q2的开关状态切换产生的对外辐射能量，从而利于控制EMI。通过第四电阻R4为第二晶体管Q2提供固定偏置，避免第二晶体管Q2的栅极受到干扰信号后意外导通；并且通过第四电阻R4为第二晶体管Q2提供放电路径。通过上拉电阻R5将串行接收数据引脚Master_RXD与固定的高电平，即电子控制器的内部电源Master_VCC相接，使串行接收数据引脚Master_RXD的电压保持在与Master_VCC相同。通过第二晶体管Q2的体二极管将串行接收数据引脚Master_RXD的电压钳位至0.7V，输出低电位。

本实用新型提供的隔离电路，由少量分立元器件搭建，所选用的NMOS、电阻等分立器件价格比光耦以及隔离芯片便宜，并且通用性强，易采购，能够节省隔离电路的物料成本。并且由分立器件搭建的隔离电路简单易用，利用对应NMOS栅极导通特性，以及体二极管钳位特性即可实现隔离，保证电子控制器内部芯片不被击穿，在印制电路板中占用面积小，节省了布局空间。

在其中一个实施例中，如图3所示，提供了一种电子控制器ECU，电子控制器包括：控制单元，以及包括上述实施例中任一种隔离电路的通讯接口UART；通讯接口连接至通讯接口转换器。

其中，控制单元是发动机的综合控制装置。它的功用是根据自身存储的程序对发动机各传感器输入的各种信息进行运算、处理、判断、然后输出指令，控制有关执行器动作，达到快速、准确、自动控制发动机工作的目的。

在其中一个实施例中，通讯接口的输出端通过第一隔离支路10连接至通讯接口转换器的输入端；通讯接口转换器的输出端通过第二隔离支路20连接至通讯接口的输入端。

对于通讯接口以及通讯接口转换器的输入端和输出端的限定，参照上述各实施例，此处不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种隔离电路，其特征在于，所述隔离电路用于连接通讯接口转换器和电子控制器，所述隔离电路包括第一隔离支路以及第二隔离支路；

所述电子控制器的输出端通过所述第一隔离支路连接至所述通讯接口转换器的输入端；所述第一隔离支路用于隔离所述电子控制器的输出端与通讯接口转换器的输入端之间的电压；

所述通讯接口转换器的输出端通过所述第二隔离支路连接至所述电子控制器的输入端；所述第二隔离支路用于隔离所述通讯接口转换器的输出端与电子控制器的输入端之间的电压。

2.根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，

所述第一隔离支路包括：晶体管、电源以及多个电阻。

3.根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述第一隔离支路包括：第一晶体管、电源、第一电阻以及第二电阻；

所述第一晶体管的源极与所述电子控制器的输出端连接；所述第一晶体管的漏极与所述通讯接口转换器的输入端连接；所述第一晶体管的栅极通过所述第一电阻连接至电源；

所述第二电阻的一端连接至所述第一晶体管的栅极与所述第一电阻的连接点，所述第二电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的隔离电路，其特征在于，

所述第一晶体管为N型MOS管。

5.根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，

所述第二隔离支路包括：晶体管、电源以及多个电阻。

6.根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述第二隔离支路包括：第二晶体管、电源、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；

所述第二晶体管的源极与所述电子控制器的输入端连接；所述第二晶体管的漏极与所述通讯接口转换器的输出端连接；所述第二晶体管的栅极通过所述第三电阻连接至电源；

所述第四电阻的一端连接至所述第二晶体管的栅极与所述第三电阻的连接点，所述第四电阻的另一端接地；

所述第五电阻的一端与所述第二晶体管的源极连接，所述第五电阻的另一端与电源连接。

7.根据权利要求6所述的隔离电路，其特征在于，

所述第二晶体管为N型MOS管。

8.根据权利要求6所述的隔离电路，其特征在于，

所述第二晶体管的钳位电压为0.7V。

9.一种电子控制器，其特征在于，所述电子控制器包括：控制单元，以及包括权利要求1-8中任一项所述的隔离电路的通讯接口；所述通讯接口连接至通讯接口转换器。

10.根据权利要求9所述的电子控制器，其特征在于，所述通讯接口的输出端通过所述第一隔离支路连接至所述通讯接口转换器的输入端；

所述通讯接口转换器的输出端通过所述第二隔离支路连接至所述通讯接口的输入端。