一种机电设备的配电系统及控制方法

技术领域

本发明涉及智能配电技术领域，更具体地说，涉及一种机电设备的配电系统及控制方法。

背景技术

机电设备(例如汽车)的配电系统一般采用传统保险丝对负载(例如控制器)进行过流保护，当负载电流过大时，传统保险丝熔断，从而切断电流，保护负载安全。但是，传统保险丝一旦熔断后将不能继续使用，必须进行更换。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种机电设备的配电系统及控制方法，以解决传统保险丝使用一次就必须更换的问题。

一种机电设备的配电系统，包括：控制单元、DC/DC转换器、自搭旁路、高边驱动器1～n以及二极管1～n；

其中，所述配电系统的电源端经DC/DC转换器接入所述控制单元；所述控制单元的信号输出端接入自搭旁路和高边驱动器1～n；所述控制单元用于在所述机电设备正常工作时，向高边驱动器1～n发送使能信号以及向自搭旁路发送关闭信号，而在所述机电设备休眠时停止工作，所述控制单元停止工作后无法发送使能信号和关闭信号；

所述电源端还经高边驱动器i接入负载i；i＝1、2、…、n，n为正整数；高边驱动器i用于在接收到使能信号时，将所述电源端与负载i连通，一旦检测到负载i过流则切断所述电源端与负载i的连接；

所述电源端还经自搭旁路接入二极管i的阳极，二极管i的阴极接入负载i；所述自搭旁路的信号输出端接入高边驱动器1～n；所述自搭旁路用于在未接收到关闭信号时，将所述电源端与二极管1～n的阳极连通，一旦检测到任一负载过流，则切断所述电源端与二极管1～n的阳极的连接并向高边驱动器1～n发送使能信号。

可选的，高边驱动器i还用于在检测到负载i过流时向所述控制单元上报故障；所述控制单元还用于在接收到上报的故障后，停止向上报故障的高边驱动器发送使能信号；自搭旁路还用于在检测到有负载过流时唤醒所述控制单元开启工作。

可选的，所述控制单元具体用于在所述机电设备休眠时，向DC/DC转换器发送休眠信号；DC/DC转换器用于在接收到休眠信号后进入休眠状态，DC/DC转换器休眠后所述控制单元掉电从而停止工作。

可选的，所述配电系统还包括：电容1～n；电容i一端接地，另一端接二极管i的阴极。

可选的，所述使能信号为高电平信号；

所述自搭旁路包括：可控开关(S1)、第一P型开关管(Q1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第二P型开关管(Q2)、第三电阻(R3)、锁存器(U1)和分压模块；

其中，所述关闭信号包括：第一控制信号和第二控制信号；

所述第一控制信号用于控制所述可控开关(S1)闭合；所述第二控制信号为所述锁存器(U1)的复位信号；

所述锁存器(U1)具有使能端(A)、复位端(B)和输出端(C)；当复位端(B)接收到所述复位信号时，输出端(C)保持在低电平；当所述复位信号无效且使能端(A)为高电平时，输出端(C)为高电平并锁存在高电平状态；

所述电源端接所述可控开关(S1)的一端、所述分压模块的一端和所述第一P型开关管(Q1)的输入极；所述分压模块的另一端接第二P型开关管(Q2)的输入极；

所述可控开关(S1)的另一端接所述第一P型开关管(Q1)的控制极以及所述第一电阻(R1)的一端；

所述第一P型开关管(Q1)的输出极接二极管1～n的阳极，同时经所述第二电阻(R2)接所述第二P型开关管(Q2)的控制极；

所述第二P型开关管(Q2)的输出极接所述锁存器(U1)的使能端(A)和所述第三电阻(R3)的一端；

所述第一电阻(R1)的另一端和所述第三电阻(R3)的另一端均接地；

所述锁存器(U1)的输出端(C)为自搭旁路的信号输出端。

可选的，所述第一P型开关管(Q1)为PMOS管，所述第二P型开关管(Q2)为PNP三极管。

可选的，所述分压模块为电阻或稳压二极管(D1)。

一种机电设备的配电系统控制方法，所述配电系统包括：控制单元、DC/DC转换器、自搭旁路、高边驱动器1～n以及二极管1～n；

其中，所述配电系统的电源端经DC/DC转换器接入所述控制单元；所述控制单元的信号输出端接入自搭旁路和高边驱动器1～n；

所述电源端还经高边驱动器i接入负载i；i＝1、2、…、n，n为正整数；高边驱动器i用于在接收到使能信号时，将所述电源端与负载i连通，一旦检测到负载i过流则切断所述电源端与负载i的连接；

所述电源端还经自搭旁路接入二极管i的阳极，二极管i的阴极接入负载i；所述自搭旁路的信号输出端接入高边驱动器1～n；所述自搭旁路用于在未接收到关闭信号时，将所述电源端与二极管1～n的阳极连通，一旦检测到任一负载过流，则切断所述电源端与二极管1～n的阳极的连接并向高边驱动器1～n发送使能信号；

所述方法包括：

所述控制单元获取所述机电设备的工作状态；

所述控制单元在所述机电设备正常工作时，向高边驱动器1～n发送使能信号以及向自搭旁路发送关闭信号，而在所述机电设备休眠时停止工作；所述控制单元停止工作后无法发送使能信号和关闭信号。

可选的，高边驱动器i还用于在检测到负载i过流时向所述控制单元上报故障；自搭旁路还用于在检测到有负载过流时唤醒所述控制单元开启工作；

所述方法还包括：所述控制单元在接收到上报的故障后，停止向上报故障的高边驱动器发送使能信号。

可选的，所述在所述机电设备休眠时停止工作，包括：

所述控制单元在所述机电设备休眠时，向DC/DC转换器发送休眠信号；

DC/DC转换器用于在接收到休眠信号后进入休眠状态，DC/DC转换器休眠后所述控制单元掉电从而停止工作。

从上述的技术方案可以看出，本发明在机电设备正常工作时，由控制单元控制高边驱动器1～n开启工作，利用高边驱动器1～n实现对负载1～n的供电及负载过流保护；在机电设备休眠后，控制单元和高边驱动器1～n均停止工作，自搭旁路开启工作以使电源经过新路径对负载1～n继续供电，自搭旁路检测到有负载过流时关闭所述新路径并开启高边驱动器1～n，继续利用高边驱动器1～n实现负载过流保护。可见，本发明用高边驱动器代替传统保险器实现了机电设备正常工作时以及休眠时的负载过流保护，而高边驱动器是通过开关来控制线路通断的，为可重复使用产品，解决了传统保险丝使用一次就必须更换的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例公开的一种机电设备的配电系统结构示意图；

图2为机电设备正常工作时，图1所示配电系统中的负载供电电流路线图；

图3为本发明实施例公开的又一种配电系统结构示意图；

图4为机电设备休眠后，图1所示配电系统中的负载供电电流路线图；

图5为本发明实施例公开的又一种配电系统结构示意图；

图6为本发明实施例公开的一种自搭旁路的电路原理图；

图7为本发明实施例公开的一种机电设备的配电系统控制方法流程图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：

MCU：Micro Control Unit，微控制单元；

MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管；

PMOS管：P型MOSFET；

NMOS管：N型MOSFET。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例公开了一种机电设备的配电系统，包括：控制单元、DC/DC转换器、自搭旁路、高边驱动器1～n以及二极管1～n(图1中将二极管i标记为Di；i＝1、2、…、n，n为正整数；图1中仅以n＝4作为示例)；

其中，所述配电系统的电源端I1经DC/DC转换器接入所述控制单元；DC/DC转换器用于将输入电压转换成所述控制单元需要的工作电压；

所述控制单元的信号输出端接入自搭旁路和高边驱动器1～n；所述控制单元用于在所述机电设备正常工作时，向高边驱动器1～n发送使能信号以及向自搭旁路发送关闭信号，而在所述机电设备休眠时停止工作；所述控制单元停止工作后无法向高边驱动器1～n发送使能信号以及无法向自搭旁路发送关闭信号；

电源端I1还经高边驱动器i接入负载i；高边驱动器i用于在接收到使能信号时，将电源端I1与负载i连通，一旦检测到负载i过流则切断电源端I1与负载i的连接；

电源端I1还经自搭旁路接入二极管i的阳极，二极管i的阴极接入负载i；所述自搭旁路的信号输出端接入高边驱动器1～n；所述自搭旁路用于在未接收到关闭信号时，将电源端I1与二极管1～n的阳极连通，一旦检测到任一负载过流，则切断电源端I1与二极管1～n的阳极的连接并向高边驱动器1～n发送使能信号。

下面对本发明实施例的工作原理进行详述：

驱动负载有两种基本方法：低边驱动和高边驱动。其中，低边驱动是指在用电器或者驱动装置后，通过在地线闭合开关来实现驱动装置的使能。高边驱动是指在用电器或者驱动装置前，通过在电源线闭合开关来实现驱动装置的使能。对应的，低边驱动器就是一种开关位于负载和地之间的驱动装置，高边驱动器就是一种开关位于电源和负载之间的驱动装置。本发明实施例中使用高边驱动器，该高边驱动器在使能后实现电源对负载的供电，在未使能时切断电源对负载的供电。此外，本发明实施例中使用的该高边驱动器还具有过流保护功能，即该高边驱动器还具有监测负载电流，在负载过流时自动切断电源对负载的供电的功能。

当机电设备(例如汽车)正常工作时，负载1～n(例如所述控制单元的下级控制器)需要大电流，此时配电系统中的控制单元发送使能信号1～n来一对一控制高边驱动器1～n开启工作，电源经高边驱动器1～n一对一连通到负载1～n，实现对负载1～n的供电，同时所述控制单元发送关闭信号控制自搭旁路不工作，此时配电系统中的负载供电电流路线如图2中虚线所示。

在机电设备正常工作过程中，若个别负载，例如负载1发生故障而导致负载1的电流异常增大，则高边驱动器1会因为检测到负载1过流而自动切断电源对负载1的供电，从而实现对负载1的过流保护。

当机电设备进入休眠状态后，负载1～n只需要很小的电流，所述控制单元随之停止工作(参见图3，控制单元停止工作的实现方式例如为：所述控制单元向DC/DC转换器发送休眠信号，DC/DC转换器接收到休眠信号后进入休眠状态，DC/DC转换器休眠后所述控制单元掉电从而停止工作)，此时所述控制单元停止对外输出信号(包括使能信号1～n和关闭信号)，高边驱动器1～n停止工作并且自搭旁路开启工作，自搭旁路开启工作后电源得以经过自搭旁路后再经二极管1～n一对一连通到负载1～n，继续对负载1～n供电，此时配电系统中的负载供电电流路线如图4中虚线所示。二极管1～n用于在自搭旁路开启工作后将负载1～n彼此隔离开，避免因某个别负载过流而导致其他负载也发生故障。

在机电设备休眠状态下，若个别负载，例如负载1发生故障而导致负载1的电流异常增大，则自搭旁路会因为检测到有负载过流而发出使能信号1～n来一对一控制高边驱动器1～n开启工作，高边驱动器1开启工作后会因为检测到负载1过流而自动切断电源对负载1的供电，从而实现对负载1的过流保护。

综上，本发明实施例在机电设备正常工作时，由控制单元控制高边驱动器1～n开启工作，利用高边驱动器1～n实现对负载1～n的供电及负载过流保护；在机电设备休眠后，控制单元和高边驱动器1～n均停止工作，自搭旁路开启工作以使电源经过新路径对负载1～n继续供电，自搭旁路检测到有负载过流时关闭所述新路径并开启高边驱动器1～n，继续利用高边驱动器1～n实现负载过流保护。可见，本发明实施例用高边驱动器代替传统保险器实现了机电设备正常工作时以及休眠时的负载过流保护，而高边驱动器是通过开关来控制线路通断的，为可重复使用产品，解决了传统保险丝使用一次就必须更换的问题。

另外，传统保险丝不具备可升级特性，一旦负载调整，传统保险丝必须进行重新匹配更换，而高边驱动器只需要调整开关断开的阈值就可以完成与负载的匹配，解决了传统保险丝不可升级的问题。

可选地，基于上述公开的任一实施例，高边驱动器i还用于在检测到负载i过流时向所述控制单元上报故障；所述控制单元还用于在接收到上报的故障后，停止向上报故障的高边驱动器发送使能信号；自搭旁路还用于在检测到有负载过流时唤醒所述控制单元开启工作(沿用图3示例，则唤醒所述控制单元开启工作的实现方式为：自搭旁路向DC/DC转换器发送唤醒信号，以恢复DC/DC转换器对所述控制单元的供电，使得所述控制单元开启工作)，即自搭旁路具备负载过流时对控制单元的唤醒能力。从而，不论是在机电设备正常工作过程中还是休眠后，若个别负载，例如负载1过流，则高边驱动器1实现对负载1的过流保护并向所述控制单元上报故障，然后所述控制单元停止向高边驱动器1发送使能信号1，从而实现更彻底的负载过流保护。

可选地，基于上述公开的任一实施例，参见图5，所述机电设备的配电系统还包括：电容1～n；电容i一端接地，另一端接二极管i的阴极。从自搭旁路切断电源端I1与二极管1～n的阳极的连接，切换至高边驱动器i将电源端I1与负载i连通，可能需要一定时间，电容i用于保证该切换过程中负载i的电压不会发生大幅跌落。

可选地，基于上述公开的任一实施例，本发明实施例中使用的控制单元例如为MCU。

可选的，基于上述公开的任一实施例，所述使能信号为高电平信号；自搭旁路可采用图6所示电路结构，包括：可控开关S1、第一P型开关管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第二P型开关管Q2、第三电阻R3、锁存器U1和分压模块；

其中，所述关闭信号包括：第一控制信号(以下简称为控制信号5_1)和第二控制信号(以下简称为控制信号5_2)；

控制信号5_1用于控制可控开关S1闭合；

控制信号5_2为所述锁存器U1的复位信号，例如为低电平信号；

所述锁存器U1具有使能端A、复位端B和输出端C；当复位端B接收到所述复位信号时，输出端C保持在低电平；当所述复位信号无效且使能端A为高电平时，输出端C为高电平并锁存在高电平状态；

所述电源端I1接所述可控开关S1的一端、所述分压模块的一端和所述第一P型开关管Q1的输入极；所述分压模块的另一端接第二P型开关管Q2的输入极；

所述可控开关S1的另一端接所述第一P型开关管Q1的控制极以及所述第一电阻R1的一端；

所述第一P型开关管Q1的输出极接二极管1～n的阳极，同时经所述第二电阻R2接所述第二P型开关管Q2的控制极；

所述第二P型开关管Q2的输出极接所述锁存器U1的使能端A和所述第三电阻R3的一端；

所述第一电阻R1的另一端和所述第三电阻R3的另一端均接地；

所述锁存器U1的输出端C为自搭旁路的信号输出端。

其中，第一P型开关管Q1可以采用PMOS管或PNP三极管。同样的，第二P型开关管Q2也可采用PMOS管或PNP三极管。当P型开关管Q1/Q2为PMOS管时，P型开关管Q1/Q2的输入端、输出端和控制端分别为PMOS管的源极、漏极和栅极。当P型开关管Q1/Q2为PNP三极管时，P型开关管Q1/Q2的输入端、输出端和控制端分别为PNP三极管的发射极、集电极和基极。图4仅以第一P型开关管Q1采用PMOS管，第二P型开关管Q2采用PNP三极管作为示例。

上述自搭旁路的工作原理如下：

当机电设备正常工作时，控制单元发出控制信号5_1和控制信号5_2；控制信号5_1使可控开关S1闭合，可控开关S1闭合后第一P型开关管Q1的控制极获得高电平，故第一P型开关管Q1截止，此时电源端I1不能通过自搭旁路连通到二极管1～n的阳极；控制信号5_2使锁存器U1的锁存状态被清除，锁存器U1的输出端C为低电平也即自搭旁路不发出使能信号1～n；可见，当机电设备正常工作时自搭旁路不工作。

当机电设备休眠时，控制单元随之停止工作而无法发出控制信号5_1和控制信号5_2，此时可控开关S1断开且锁存器U1根据使能端A的电平状态进行输出；可控开关S1断开后，第一P型开关管Q1的控制极获得低电平，故第一P型开关管Q1导通，此时若无负载过流，则第一P型开关管Q1两端电压差ΔV＝V1-V2小于设定阈值(分压模块的分压值加0.7V)，第二P型开关管Q2截止，锁存器U1的输出端C仍为低电平；若某一负载过流，意味着第一P型开关管Q1的导通电流异常增大，此时会触发第一P型开关管Q1自身保护使得Q1截止，第一P型开关管Q1两端电压差ΔV＝V1-V2大于该设定阈值，第二P型开关管Q2导通，锁存器U1的使能端A拉高，锁存器U1的输出端C为高电平并锁存在高电平状态；可见，当机电设备休眠时，自搭旁路将电源端I1与二极管1～n的阳极连通，一旦检测到任一负载过流则切断电源端I1与二极管1～n的阳极的连接并向高边驱动器1～n发送使能信号1～n。

可选地，仍参见图6，对于图3所示方案，引脚C还输出唤醒信号。

所述分压模块可以为电阻或稳压二极管D1，相较而言，稳压二极管D1的阈值配置更加灵活，而电阻则需要进行分压配置，所以本发明实施例更推荐采用稳压二极管D1。图6仅以所述分压模块为稳压二极管D1作为示例。

此外，本发明实施例还一种机电设备的配电系统控制方法，所述配电系统包括：控制单元、DC/DC转换器、自搭旁路、高边驱动器1～n以及二极管1～n；

其中，所述配电系统的电源端经DC/DC转换器接入所述控制单元；所述控制单元的信号输出端接入自搭旁路和高边驱动器1～n；

所述电源端还经高边驱动器i接入负载i；i＝1、2、…、n，n为正整数；高边驱动器i用于在接收到使能信号时，将所述电源端与负载i连通，一旦检测到负载i过流则切断所述电源端与负载i的连接；

所述电源端还经自搭旁路接入二极管i的阳极，二极管i的阴极接入负载i；所述自搭旁路的信号输出端接入高边驱动器1～n；所述自搭旁路用于在未接收到关闭信号时，将所述电源端与二极管1～n的阳极连通，一旦检测到任一负载过流，则切断所述电源端与二极管1～n的阳极的连接并向高边驱动器1～n发送使能信号；

如图7所示，所述方法包括：

步骤S01：所述控制单元获取所述机电设备的工作状态；

步骤S02：所述控制单元在所述机电设备正常工作时，向高边驱动器1～n发送使能信号以及向自搭旁路发送关闭信号，而在所述机电设备休眠时停止工作；所述控制单元停止工作后无法向高边驱动器1～n发送使能信号以及无法向自搭旁路发送关闭信号。

可选的，高边驱动器i还用于在检测到负载i过流时向所述控制单元上报故障；自搭旁路还用于在检测到有负载过流时唤醒所述控制单元开启工作；

所述方法还包括：所述控制单元在接收到上报的故障后，停止向上报故障的高边驱动器发送使能信号。

可选的，基于上述公开的任一方法实施例，所述在所述机电设备休眠时停止工作，包括：所述控制单元在所述机电设备休眠时，向DC/DC转换器发送休眠信号。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。