一種傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路，其特征在于：主芯片的模擬供電模塊經(jīng)保護(hù)隔離電路向外部傳感器供電，所述保護(hù)隔離電路包括受控式電源隔離電路、保護(hù)開(kāi)關(guān)電路、外部環(huán)境電源檢測(cè)電路以及電壓信號(hào)比較邏輯控制電路，本發(fā)明保護(hù)隔離電路可實(shí)現(xiàn)在失效模式時(shí)，主動(dòng)對(duì)模擬供電模塊和外部傳感器進(jìn)行開(kāi)關(guān)保護(hù)和電源隔離，避免外界因素對(duì)整車(chē)控制的干擾，保證車(chē)輛控制器安全正常運(yùn)行；在失效消除后可自動(dòng)恢復(fù)電源對(duì)外輸出。
【專利說(shuō)明】一種傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車(chē)電子電器領(lǐng)域，尤其涉及車(chē)輛控制器中具有自恢復(fù)功能的傳感器 供電輸出保護(hù)隔離電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，新能源正在進(jìn)行32bit車(chē)輛控制器的研發(fā)工作，現(xiàn)已完成32bit車(chē)輛控制器 樣件制作，在進(jìn)行樣件策略診斷驗(yàn)證測(cè)試中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)進(jìn)行傳感器電源輸入引腳短電源診斷 測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)單片機(jī)燒壞事故；在進(jìn)行短地診斷測(cè)試時(shí)，出現(xiàn)單片機(jī)無(wú)法正常工作，反復(fù)復(fù) 位現(xiàn)象。
[0003] 經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)環(huán)境勘察和設(shè)計(jì)電路原理分析，確定最終原因是由于傳感器電源輸出 模塊沒(méi)有設(shè)計(jì)保護(hù)隔離電路，而單片機(jī)模擬電源輸出引腳可承受外接電壓峰值為6. 5V，當(dāng) 短電源（12V)時(shí)，會(huì)直接附加到單片機(jī)模擬電源pin腳，從而造成單片機(jī)本體損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)一種保護(hù)電路，能夠有效防止車(chē)輛控制器傳感 器電源輸出引腳短電源或短地保護(hù)電路，從而提高車(chē)輛控制器可靠性和穩(wěn)定性能，防止傳 感器電源輸出引腳因外部短電源或短地而引發(fā)單片機(jī)工作失?；驘龎默F(xiàn)象。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種傳感器供電輸出保護(hù)隔離電 路，其特征在于：主芯片的模擬供電模塊經(jīng)保護(hù)隔離電路向外部傳感器供電；
[0006] 所述保護(hù)隔離電路包括受控式電源隔離電路、保護(hù)開(kāi)關(guān)電路、外部環(huán)境電源檢測(cè) 電路以及電壓信號(hào)比較邏輯控制電路，所述模擬供電模塊依次經(jīng)受控式電源隔離電路和 保護(hù)開(kāi)關(guān)電路向外輸出供電，所述外部環(huán)境電源檢測(cè)電路采集保護(hù)開(kāi)關(guān)電路輸出端電壓信 號(hào)，并將信號(hào)輸送至電壓信號(hào)比較邏輯控制電路，所述電壓信號(hào)比較邏輯控制電路輸出隔 離控制信號(hào)至受控式電源隔離電路，輸出保護(hù)控制信號(hào)至保護(hù)開(kāi)關(guān)電路。
[0007] 所述外部環(huán)境電源檢測(cè)電路從車(chē)輛控制器插接件端采集5V_AN_SUPPLY_CHECK電 壓信號(hào)，并通過(guò)η型濾波器，以及分壓電路將采集電壓減低為1/5后傳輸給電壓信號(hào)比較 邏輯控制電路。
[0008] 所述電壓信號(hào)比較邏輯控制電路由集成運(yùn)放LM2903、二極管BAS16、及外圍偏置 電路組成的電壓上下限比較器，所述集成運(yùn)放LM2903是二運(yùn)放集成電路，內(nèi)部包含二組形 式完全相同的運(yùn)算放大器。
[0009] 所述電壓信號(hào)比較邏輯控制電路中第一放大器的反相輸入端負(fù)極引腳經(jīng)分壓電 路連接數(shù)字電源，設(shè)定比較電平U1，第二放大器的同相輸入端正極引腳經(jīng)分壓電路連接數(shù) 字電源，設(shè)定比較電平U2,由外部環(huán)境電源檢測(cè)電路采集的信號(hào)Ui分別接到第一放大器的 同相輸入端正極引腳，以及第二放大器的反相輸入端負(fù)極引腳，第一、二放大器的輸出端各 通過(guò)一個(gè)二極管后并聯(lián)在一起構(gòu)成電壓信號(hào)比較邏輯控制電路的輸出端U0。
[0010] 所述受控式電源隔離電路包括高隔離DC-DC芯片、復(fù)合二極管UH4TOC，去耦電容 和降噪濾波器構(gòu)成電路主體；
[0011] 供電電源經(jīng)去耦電容去耦濾波后輸入至高隔離DC-DC芯片VS引腳，高隔離DC-DC 芯片的輸出端經(jīng)η型濾波器進(jìn)行電壓降噪濾波后連接復(fù)合二極管UH4TOC，所述復(fù)合二極 管UH4PDC是由兩個(gè)反向二極管組成，其輸出端連接保護(hù)開(kāi)關(guān)電路，所述電壓信號(hào)比較邏輯 控制電路的輸出端連接高隔離DC-DC芯片SYNCin引腳，由所述復(fù)合二極管UH4PDC輸出的 模擬電源電壓經(jīng)光電隔離器輸出到接插件輸出端，為外部傳感器提供電源。
[0012] 所述保護(hù)開(kāi)關(guān)電路由限流電阻、RC濾波電容、偏置電阻、上拉電阻、PNP型晶體管、 以及核心芯片光電耦合器構(gòu)成；所述電壓信號(hào)比較邏輯控制電路的輸出端輸出電流經(jīng)限流 電阻、RC濾波電容和偏置電阻連接PNP型晶體管基極，輸入電源經(jīng)上拉電阻和光電隔離器 連接PNP型晶體管集電極，所述PNP型晶體管基極射極接地。
[0013] 一種電壓信號(hào)比較邏輯控制電路比較器配置方式：
[0014] 若選擇U1>U2,則當(dāng)輸入電壓Ui越出[U2，U1]區(qū)間范圍時(shí)，U0輸出高電平，構(gòu)成電 壓雙限指示器；
[0015] 若選擇U2>U1，則當(dāng)輸入電壓在[U2，U1]區(qū)間范圍時(shí)，U0輸出高電平，構(gòu)成"窗口" 電壓指示器；
[0016] U1 設(shè)定為 0· 7V，U2 設(shè)定為 1. 25V。
[0017] 本發(fā)明保護(hù)隔離電路可實(shí)現(xiàn)在失效模式時(shí)，主動(dòng)對(duì)模擬供電模塊和外部傳感器進(jìn) 行開(kāi)關(guān)保護(hù)和電源隔離，避免外界因素對(duì)整車(chē)控制的干擾，保證車(chē)輛控制器安全正常運(yùn)行； 在失效消除后可自動(dòng)恢復(fù)電源對(duì)外輸出。
[0018] 此外本專利的改進(jìn)前后電源模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖1、2所示，改進(jìn)為了減小設(shè)計(jì)變更 工作量，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，盡可能減低設(shè)變成本，在模擬電源輸出和接插件輸出端之間增 加保護(hù)隔離電路模塊，實(shí)現(xiàn)在不影響原有單元模塊基礎(chǔ)上完善產(chǎn)品硬件功能安全的目的

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 下面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中每幅附圖表達(dá)的內(nèi)容作簡(jiǎn)要說(shuō)明：
[0020] 圖1為改進(jìn)前傳感器供電輸出電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0021] 圖2為改進(jìn)后傳感器供電輸出電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0022] 圖3為保護(hù)隔離電路原理框圖；
[0023] 圖4為保護(hù)隔離電路原理圖；
[0024] 圖5為受控式電源隔離電路原理圖
[0025] 圖6為外部環(huán)境電源檢測(cè)電路和局部電壓信號(hào)比較邏輯控制電路的原理圖；
[0026] 圖7為具備電壓信號(hào)比較邏輯控制電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 參見(jiàn)圖2、3可知主芯片的模擬供電模塊經(jīng)保護(hù)隔離電路向外部傳感器供電；其中 保護(hù)隔離電路包括受控式電源隔離電路、保護(hù)開(kāi)關(guān)電路、外部環(huán)境電源檢測(cè)電路以及電壓 信號(hào)比較邏輯控制電路。下面就各個(gè)電路依次說(shuō)明。
[0028] 外部環(huán)境電源檢測(cè)電路從車(chē)輛控制器插接件端采集5V_AN_SUPPLY_CHECK電壓信 號(hào)，然后流經(jīng)由R187(20kQ)和R189(5kQ)構(gòu)成的分壓電路，將采集電壓減低為1/5后（考 慮到車(chē)輛控制器使用環(huán)境：國(guó)內(nèi)乘用車(chē)輛電器系統(tǒng)電壓等級(jí)均為12V系統(tǒng)，故一般情況下， 車(chē)輛控制器模擬供電輸出pin腳只可能存在12V短電源和0V短地風(fēng)險(xiǎn)，且車(chē)輛控制器模擬 電源正常輸出電壓為5V)輸入到窗口比較器。
[0029] 具體采集信號(hào)處理結(jié)果如表1說(shuō)明：
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路，其特征在于：主芯片的模擬供電模塊經(jīng)保護(hù)隔 離電路向外部傳感器供電； 所述保護(hù)隔離電路包括受控式電源隔離電路、保護(hù)開(kāi)關(guān)電路、外部環(huán)境電源檢測(cè)電路 以及電壓信號(hào)比較邏輯控制電路，所述模擬供電模塊依次經(jīng)受控式電源隔離電路和保護(hù)開(kāi) 關(guān)電路向外輸出供電，所述外部環(huán)境電源檢測(cè)電路采集保護(hù)開(kāi)關(guān)電路輸出端電壓信號(hào)，并 將信號(hào)輸送至電壓信號(hào)比較邏輯控制電路，所述電壓信號(hào)比較邏輯控制電路輸出隔離控制 信號(hào)至受控式電源隔離電路，輸出保護(hù)控制信號(hào)至保護(hù)開(kāi)關(guān)電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路，其特征在于：所述外部環(huán)境 電源檢測(cè)電路從車(chē)輛控制器插接件端采集5V_AN_SUPPLY_CHECK電壓信號(hào)，并通過(guò)π型濾 波器，以及分壓電路將采集電壓減低為1/5后傳輸給電壓信號(hào)比較邏輯控制電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路，其特征在于：所述電壓 信號(hào)比較邏輯控制電路由集成運(yùn)放LM2903、二極管BAS16、及外圍偏置電路組成的電壓上 下限比較器，所述集成運(yùn)放LM2903是二運(yùn)放集成電路，內(nèi)部包含二組形式完全相同的運(yùn)算 放大器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路，其特征在于：所述電壓信號(hào) 比較邏輯控制電路中第一放大器的反相輸入端負(fù)極引腳經(jīng)分壓電路連接數(shù)字電源，設(shè)定 比較電平U1，第二放大器的同相輸入端正極引腳經(jīng)分壓電路連接數(shù)字電源，設(shè)定比較電平 U2,由外部環(huán)境電源檢測(cè)電路采集的信號(hào)Ui分別接到第一放大器的同相輸入端正極引腳， 以及第二放大器的反相輸入端負(fù)極引腳，第一、二放大器的輸出端各通過(guò)一個(gè)二極管后并 聯(lián)在一起構(gòu)成電壓信號(hào)比較邏輯控制電路的輸出端U0。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路，其特征在于：所述受控式電 源隔離電路包括高隔離DC-DC芯片、復(fù)合二極管UH4TOC，去耦電容和降噪濾波器構(gòu)成電路 主體； 供電電源經(jīng)去耦電容去耦濾波后輸入至高隔離DC-DC芯片VS引腳，高隔離DC-DC芯 片的輸出端經(jīng)η型濾波器進(jìn)行電壓降噪濾波后連接復(fù)合二極管UH4TOC，所述復(fù)合二極管 UH4PDC是由兩個(gè)反向二極管組成，其輸出端連接保護(hù)開(kāi)關(guān)電路，所述電壓信號(hào)比較邏輯控 制電路的輸出端連接高隔離DC-DC芯片SYNCin引腳，由所述復(fù)合二極管UH4PDC輸出的模 擬電源電壓經(jīng)光電隔離器輸出到接插件輸出端，為外部傳感器提供電源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器供電輸出保護(hù)隔離電路，其特征在于：所述保護(hù)開(kāi)關(guān) 電路由限流電阻、RC濾波電容、偏置電阻、上拉電阻、PNP型晶體管、以及核心芯片光電耦合 器構(gòu)成；所述電壓信號(hào)比較邏輯控制電路的輸出端輸出電流經(jīng)限流電阻、RC濾波電容和偏 置電阻連接PNP型晶體管基極，輸入電源經(jīng)上拉電阻和光電隔離器連接PNP型晶體管集電 極，所述PNP型晶體管基極射極接地。
7. -種電壓信號(hào)比較邏輯控制電路比較器配置方式，其特征在于： 若選擇U1>U2,則當(dāng)輸入電壓Ui越出[U2，U1]區(qū)間范圍時(shí)，U0輸出高電平，構(gòu)成電壓雙 限指示器； 若選擇U2>U1，則當(dāng)輸入電壓在[U2，U1]區(qū)間范圍時(shí)，U0輸出高電平，構(gòu)成"窗口"電壓 指示器； U1設(shè)定為0. 7V，U2設(shè)定為1. 25V。
【文檔編號(hào)】B60L3/00GK104044464SQ201410299215
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】盧錦龍 申請(qǐng)人:奇瑞汽車(chē)股份有限公司