CN220974108U - 一种车载控制器的低功耗切换控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载控制器的低功耗切换控制系统，包括控制单元MCU、电源域控制电路单元、驱动单元，所述电源域控制电路单元用于输出供电，其具有使能端；所述使能端经驱动电路连接至控制单元MCU的输出端，所述控制单元MCU通过驱动单元来控制电源域控制电路单元的工作状态以实现低功耗切换。本实用新型的优点在于：可以低成本的实现低功耗的控制，实现方便，电路结构简单，稳定可靠；可以实时监控唤醒信号而进行低功耗和非低功耗状态的切换。

Description

一种车载控制器的低功耗切换控制系统

技术领域

本实用新型涉及车载控制器功耗控制领域，特别涉及一种车载控制器的低功耗切换控制系统。

背景技术

随着智能座舱和汽车电气化的发展，汽车内部的控制器也在处于集成化的方向发展，特别是整车控制器VCU和车辆的域控制器DCB，整车控制器VCU和域控制器DCB都会设计其正常工作模式和低功耗模式，在正常工作模式下和低功耗模式下分别切换运行从而实现供电的稳定可靠提供。现有技术中车辆上的各车载控制器进行供电，如果长时间供电则会耗费电能造成电量亏损，影响车辆使用，因此会设置有低功耗模式，在低功耗模式下降低供电输出，节约用电，但是如何对车载控制器MCU供电的低功耗切换控制是需要考虑的事情，传统的切换控制都是基于车辆的高压上下电控制，其无法满足车载控制器的实际工作需求，控制电路和低功耗监测和切换均不能满足车辆在电气化下的要求。

如专利申请号为202220920451.7的一种具有低功耗的车载导航的MCU供电电路，其包括供电单元、检测单元和调节单元。供电单元的输入端连接于交流电源，供电单元的输出端连接于MCU系统，供电单元用于将交流电压转换成直流电压，并给车载导航的MCU系统提供恒流直流电压。检测单元用于检测MCU供电电路的工作温度情况，并形成温度检测信号，检测单元的输出端耦接于调节单元的输入端，调节单元的输出端耦接于供电单元，当调节单元接收到温度检测信号时，调节单元启动调节供电单元输出的电压功率情况。该专利虽然可以解决一部分低功耗供电的问题，但是在低功耗和正常功耗电路切换和启动控制上，仍然无法做到准确检测和切换低功耗供电的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低功耗切换控制系统，用于实现简单快速的实现车载控制器的低功耗切换控制，满足车载控制器在供电的低功耗的稳定可靠切换。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种低功耗切换控制系统，包括控制单元MCU、电源域控制电路单元、驱动单元，所述电源域控制电路单元用于输出供电，其具有使能端；所述使能端经驱动电路连接至控制单元MCU的输出端，所述控制单元MCU通过驱动单元来控制电源域控制电路单元的工作状态以实现低功耗切换。

所述的控制单元MCU的输入端连接至低功耗监测单元，用于监控低功耗状态。

所述低功耗监测单元包括L IN唤醒监测单元、CAN唤醒监测单元和或数字量模拟量开关采集模块。

所述的LIN唤醒监测单元包括第一检测二极管、电阻R1以及检测端子LI N_RX，所述第一检测二极管的阴极经检测端子LIN_RX连接至LIN总线上，所述第一检测二极管的阳极连接至控制单元MCU；所述第一检测二极管的阳极经电阻R1连接至电源VCC。

所述第一检测二极管为多个，每个第一检测二极管的阴极经过一个对应的检测端子L I N_RX连接至L IN总线上检测点处；每个第一检测二极管的阳极连接在一起后接入到控制单元MCU以及电阻R1。

所述CAN唤醒监测单元包括第二检测二极管、电阻R2以及检测端子CAN_RX，所述第二检测二极管的阴极经检测端子CAN_RX连接至CAN总线上，所述第二检测二极管的阳极连接至控制单元MCU；所述第二检测二极管的阳极经电阻R2连接至电源VCC。

所述第二检测二极管为多个，每个第二检测二极管的阴极经过一个对应的检测端子CAN_RX连接至CAN总线上检测点处；每个第二检测二极管的阳极连接在一起后接入到控制单元MCU以及电阻R2。

所述驱动单元包括电阻R3、R4、R5、R6以及三极管M1，电源VCC连接至三极管M1的发射极；电源VCC经电阻R6连接至三极管M1的基极；三极管M1的集电极连接至电源域控制电路单元的使能端；三极管M1的集电极经电阻R3接地；三极管M1的基极经依次串联的电阻R5、R4后接地；在电阻R4、R5之间引出端子连接至控制单元MCU的输出端。

所述的控制系统还包括常电供电单元，所述常电供电单元用于输出常电供电为控制单元MCU供电。

所述常电供电单元为具有使能端的DCDC模块，所述DCDC模块的使能端和输入端均连接至电池的供电输出端；所述DCDC模块的输出端将电池输出的电压进行转换后输出。

本实用新型的优点在于：可以低成本的实现低功耗的控制，实现方便，电路结构简单，稳定可靠；可以实时监控唤醒信号而进行低功耗和非低功耗状态的切换。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型的电路结构原理图；

图2为本实用新型的CAN唤醒原理图；

图3为本实用新型LI N唤醒原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本实施例主要实现一种车载控制器低功耗的控制和切换，车载控制器包括整车控制器VCU、域控制器DBC等等，车载控制器采用多种不同的控制芯片MCU实现，但是都需要进行供电才能工作，而这种供电就需要本实施例提供的功耗控制的切换电路，实现车载控制器工作电源的切换控制，本实施例采用基于AURIX平台的TCxx系列MCU为例介绍以该MCU实现的车载控制器的低功耗、正常功耗模式的切换控制系统，为车载控制器的低功耗的切换控制提供稳定可靠的电路，可以将MCU作为集成在车载控制器中，也可以直接将该MCU及其外围的切换电路作为车载控制器的低压切换电路，实现输出对应的低压供电为车载控制器提供电源从而实现启动控制，具体电路结构如下：

如图1-3所示，一种低功耗切换控制系统，包括控制单元MCU、电源域控制电路单元、驱动单元；

电源域控制电路单元用于输出供电，其具有使能端；使能端经驱动电路连接至控制单元MCU的输出端，控制单元MCU通过驱动单元来控制电源域控制电路单元的工作状态以实现低功耗切换。

如图1所示，控制单元MCU采用AURIX平台的TCxx系列MCU，基于该MCU可以实现多种车载控制器，这些车载控制器均需要进行采用常电供电单元用于输出常电供电为控制单元MCU供电。常电供电单元为具有使能端的DCDC模块，DCDC模块的使能端和输入端均连接至电池的供电输出端；DCDC模块的输出端将电池输出的电压进行转换后输出给MCU进行常电供电，其中DCDC模块的输入端和使能端EN均连接至电池的输出电压VBAT，DCDC模块使能端EN始终保持使能，从而实现为MCU的常电供电，DCDC模块用于将电池的电压分别转换成5V、3.3V电压为MCU供电。

电源域控制电路单元包括具有使能端的第一SWITC转换器、第二SWITCH转换器和LDO转换器，用于分别将5V电源输入转换为5V、3.3V电源转换为3.3V、3.3V输入转换为1.25V；第一SWI TC转换器、第二SWITCH转换器和LDO转换器的使能端均连接至驱动单元；

驱动单元包括电阻R3、R4、R5、R6以及三极管M1，电源VCC连接至三极管M1的发射极；电源VCC经电阻R6连接至三极管M1的基极；三极管M1的集电极连接至电源域控制电路单元的使能端；三极管M1的集电极经电阻R3接地；三极管M1的基极经依次串联的电阻R5、R4后接地；在电阻R4、R5之间引出端子连接至控制单元MCU的输出端IC_N_EN。

控制单元MCU的输入端连接至低功耗监测单元，用于监控低功耗状态。低功耗监测单元包括L IN唤醒监测单元、CAN唤醒监测单元和或数字量模拟量开关采集模块，用于分别检测LIN唤醒信号、CAN唤醒信号和开关量唤醒信号等，用于在接收到开关量信号后及时快速的实现低功耗模式的切换和恢复。

其中LI N唤醒监测单元包括第一检测二极管、电阻R1以及检测端子LIN_RX，所述第一检测二极管的阴极经检测端子L IN_RX连接至LIN总线上，所述第一检测二极管的阳极连接至控制单元MCU；所述第一检测二极管的阳极经电阻R1连接至电源VCC。

如图3所示，第一检测二极管为多个，每个第一检测二极管的阴极经过一个对应的检测端子LI N_RX连接至LIN总线上检测点处；每个第一检测二极管的阳极连接在一起后接入到控制单元MCU以及电阻R1。在图3中，第一检测二极管包括D13、D15、D16、D17、D18等，LIN_RX_1、L IN_RX_2、L IN_RX_3…等端子连接至监测点，LI N_WAKEUP端子连接至MCU的输入端。

CAN唤醒监测单元包括第二检测二极管、电阻R2以及检测端子CAN_RX，所述第二检测二极管的阴极经检测端子CAN_RX连接至CAN总线上，所述第二检测二极管的阳极连接至控制单元MCU；所述第二检测二极管的阳极经电阻R2连接至电源VCC。

如图2所示，第二检测二极管为多个，每个第二检测二极管的阴极经过一个对应的检测端子CAN_RX连接至CAN总线上检测点处；每个第二检测二极管的阳极连接在一起后接入到控制单元MCU以及电阻R2。在图2中D42、D43、D44、D45、D46、D47、D33、D38等等二极管均为第二检测二极管，对应每一个CAN_RX_1、CAN_RX_2、CAN_RX_3等端子连接至CAN总线的监测点上，CAN_WAKEUP端子用于连接至MCU的输入端，用于基于CAN信号进行唤醒控制。

在本申请实施例中，MCU可以通过MUX单元进行IO资源的拓展从而满足对于IO资源的需求。

本申请电路的原理为：当从正常模式切换到休眠模式时，此时有MCU的I C_N_EN控制第一SWITC转换器、第二SWITCH转换器和LDO转换器的使能端的使能端处于低电平，反之控制其处于高电平，从而实现低功耗和正常状态的切换。同时可以通过LIN信号唤醒检测、CAN信号唤醒监测、数字量开关量的监控来自动的从低功耗切换为正常模式。

本实用新型基于使用AURIX平台的TCXX MCU系统，结合DC/DC和LDO，进入低功耗模式，关闭相应的电源域，监测系统多个需要唤醒的信号状态。监测到有效唤醒信号后，快速的唤醒整个系统并进行相应的逻辑控制。

根据选择AURIX的TCXX MCU型号和其他外设(CAN芯片、LI N芯片、以太网芯片)的最大电流和供电电压，选择合适的DC/DC、LDO和Switch芯片(电源开关芯片)。

DCDC电源芯片的EN接到VBAT，表示长电，只要系统工作，该类电源域芯片会一直工作供电。电源芯片的EN接到下图所示的IC_EN网路，表示进入低功耗模式需要关闭电源供电。

I C_N_EN引脚在MCU没有运行应用程序过程或初始化过程，该引脚为悬空状态。当给系统上电时，由于IC_N_EN为悬空状态，下图中三极管的基极通过下拉电阻接地直接导通，使IC_EN为高电平。当IC_EN为高电平，会直接驱动连接到该网络的所有电源芯片使能供电。从正常模式切换到低功耗模式，当MCU监测到所有的控制单元已经满足进入功耗条件，会通过SPI和硬线IO关闭外设，关闭MCU各个内部资源。根据图2关闭相应的电源域供电，将IC_N_EN置为高电平,IC_EN为低电平，关闭连接到该网络的所有电源芯片供电。从低功耗模式切换到正常工作模式，当系统监测到有效的唤醒信号变化，直接将IC_N_EN置为低电平。当IC_N_EN为低电平，IC_EN为高电平，整个系统全部供电，进入工作模式。运行产品程序，完成相应的单元初始换后，应立即将IC_N_EN置为低电平，让软件接管硬件控制IC_EN。

如图2、3所示，低功耗监测单元设计，AURIX平台MCU进入低功耗模式，提供了Standby Mode单元控制逻辑并提供了16个IO口可以配置为输入或输出特性。将唤醒源直接连接到MCU的16个IO。

多路CAN的监测唤醒如图2所示，为展示监测12路CAN的监测电路，当总线处于静默时，CAN_RX电平为逻辑高状态。当总线活跃，CAN的RX引脚的高低电平不断的变化，MCU可以监测到CAN_WAKEUP端口有电平变化。

如图3所示，多路L IN的监测唤醒方法，如下图为展示监测5路LIN的监测电路，当总线处于静默时，LIN_RX电平为逻辑高状态。当总线活跃，LIN的RX引脚的高低电平不断的变化，MCU可以监测到LIN_WAKEUP端口有电平变化。

监测多路模拟量和数字量的电路中，AURIX平台的MCU提供了4路模拟量端口在低功耗单元中。将4路模拟量端口连接到MUX单元进行扩展，这样就可以控制4*8＝32路唤醒源,通过7个PIN就可以实现32路数字量或模拟量采集，实现IO资源的拓展使用。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：包括控制单元MCU、电源域控制电路单元、驱动单元，所述电源域控制电路单元用于输出供电，其具有使能端；所述使能端经驱动电路连接至控制单元MCU的输出端，所述控制单元MCU通过驱动单元来控制电源域控制电路单元的工作状态以实现低功耗切换。

2.如权利要求1所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：所述的控制单元MCU的输入端连接至低功耗监测单元，用于监控低功耗状态。

3.如权利要求2所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：所述低功耗监测单元包括LIN唤醒监测单元、CAN唤醒监测单元和或数字量模拟量开关采集模块。

4.如权利要求3所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：

所述的LIN唤醒监测单元包括第一检测二极管、电阻R1以及检测端子LIN_RX，所述第一检测二极管的阴极经检测端子LIN_RX连接至LIN总线上，所述第一检测二极管的阳极连接至控制单元MCU；所述第一检测二极管的阳极经电阻R1连接至电源VCC。

5.如权利要求4所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：

所述第一检测二极管为多个，每个第一检测二极管的阴极经过一个对应的检测端子LIN_RX连接至LIN总线上检测点处；每个第一检测二极管的阳极连接在一起后接入到控制单元MCU以及电阻R1。

6.如权利要求3所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：

所述CAN唤醒监测单元包括第二检测二极管、电阻R2以及检测端子CAN_RX，所述第二检测二极管的阴极经检测端子CAN_RX连接至CAN总线上，所述第二检测二极管的阳极连接至控制单元MCU；所述第二检测二极管的阳极经电阻R2连接至电源VCC。

7.如权利要求6所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：

所述第二检测二极管为多个，每个第二检测二极管的阴极经过一个对应的检测端子CAN_RX连接至CAN总线上检测点处；每个第二检测二极管的阳极连接在一起后接入到控制单元MCU以及电阻R2。

8.如权利要求1-7任一所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：所述驱动单元包括电阻R3、R4、R5、R6以及三极管M1，电源VCC连接至三极管M1的发射极；电源VCC经电阻R6连接至三极管M1的基极；三极管M1的集电极连接至电源域控制电路单元的使能端；三极管M1的集电极经电阻R3接地；三极管M1的基极经依次串联的电阻R5、R4后接地；在电阻R4、R5之间引出端子连接至控制单元MCU的输出端。

9.如权利要求1-7任一所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：所述的控制系统还包括常电供电单元，所述常电供电单元用于输出常电供电为控制单元MCU供电。

10.如权利要求9所述的一种车载控制器的低功耗切换控制系统，其特征在于：所述常电供电单元为具有使能端的DCDC模块，所述DCDC模块的使能端和输入端均连接至电池的供电输出端；所述DCDC模块的输出端将电池输出的电压进行转换后输出。