一种低压供电处理电路及上下电控制方法

技术领域

本发明属于汽车电子技术领域，具体涉及一种低压供电处理电路及上下电控制方法。

背景技术

乘用车车载供电系统低压直流电源一般为12V，但电源上可能出现多种异常情况，如过压、过流、抛负载、电压反向等，要求车载电子件在电源异常时能保护电路不受损坏，甚至于正常工作。对于低压电源异常情况，传统方法基于多个分立元件进行保护，如采用瞬变电压抑制器(TVS)提供过压保护，采用线路保险丝提供过流保护，采用串联二极管提供反向保护等。但TVS管在过压时间稍长时易烧毁；保险丝一旦烧坏必须更换，维护复杂；二极管防反降低了到达电路的电压，且二极管本身功耗较大，易损毁；采用分立元件，参数选型复杂，且若要实现电流检测则电路设计复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种低压供电处理电路及上下电控制方法。

本发明采用的技术方案是：一种低压供电处理电路包括上下电控制模块、供电保护模块和唤醒源检测模块，

所述上下电控制模块包括第一输入模块、第二输入模块、唤醒保持模块和开关通断模块，所述第一输入模块用于连接第一唤醒源，所述第二输入模块用于连接第二唤醒源，所述第一输入模块、第二输入模块和唤醒保持模块的输出端均连接开关通断模块的输入端，开关通断模块用于在接收到高电平的唤醒信号时输出供电电压至供电保护模块；

所述供电保护模块包括浪涌抑制器U1和MOS保护电路，所述MOS保护电路一端连接电源、另一端连接低压负载，所述浪涌抑制器U1用于控制MOS保护电路的通断；

所述唤醒源检测模块用于检测第一唤醒源和第二唤醒源，将检测结果发送至唤醒保持模块，所述唤醒保持模块用于根据接收的检测结果判断唤醒源的类型、用于在唤醒源无效时存储程序关键参数。

进一步地，所述第一唤醒源为点火信号。

进一步地，所述第二唤醒源为CAN总线、LIN总线、Ethernet总线中任意总线发出的通信唤醒信号。

进一步地，所述第一输入模块包括电阻R1和二极管D1，所述电阻R1一端连接第一唤醒源、另一端连接二极管D1阳极，所述二极管D1阴极连接开关通断模块输入端。

进一步地，所述第二输入模块包括通信模块U3、电阻R2和二极管D2，所述通信模块U3输入端连接第二唤醒源、输出端连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接二极管D1阳极，所述二极管D1阴极连接开关通断模块输入端。

进一步地，所述唤醒保持模块包括主控模块U2、电阻R3和二极管D3，所述主控模块U2的输入端连接唤醒源检测模块的输出端，主控模块U2的输出端连接电阻R3一端，电阻R3另一端连接二极管D3阳极，所述二极管D3阴极连接开关通断模块输入端。

进一步地，所述开关通断模块包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1和稳压管ZD1，所述三极管Q1基极连接第一输入模块和第二输入模块的输出端以及电阻R4一端，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极连接电阻R6一端，电阻R6另一端连接电阻R5一端和三极管Q2的基极，电阻R5另一端连接电源，所述电阻R4另一端接地；所述三极管Q2发射极连接电源、集电极连接电阻R7一端，电阻R7另一端连接供电保护模块电源端、电容C1一端和稳压管ZD1阴极，电容C1另一端和稳压管ZD1阳极接地。

进一步地，所述MOS保护电路包括MOS管Q3、MOS管Q4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻RSN和电容C3，所述MOS管Q3的漏极连接电源、源极连接MOS管Q4的源极，MOS管Q4的漏极通过电阻RSN连接低压负载，所述MOS管Q3的栅极和MOS管Q4的栅极分别通过电阻R9和电阻R10连接浪涌抑制器U1的GATE引脚，浪涌抑制器U1的GATE引脚还通过串联的电阻R11和电容C3接地，所述电阻R8一端连接电源、另一端连接浪涌抑制器U1的DRN引脚。

更进一步地，所述唤醒源检测模块包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、稳压管ZD2和稳压管ZD3，所述电阻R12一端连接第一唤醒源、另一端连接电阻R13一端和唤醒保持模块输入端，电阻R13另一端接地，稳压管ZD2与电阻R13并联；所述电阻R14一端连接第二唤醒源、另一端连接电阻R15一端和唤醒保持模块输入端，电阻R15另一端接地，稳压管ZD3与电阻R15并联。

一种基于上述的低压供电处理电路的上下电控制方法，判断唤醒源是否有效，若有效则，保持供电，上电完成；供电过程中实时检测唤醒源是否无效，若无效，则唤醒保持模块延时下电并开始存储程序关键参数，直至程序关键参数存储完成后切断供电。具体步骤如下：

步骤一：上电唤醒。上电唤醒可有两种方式，方式一通过点火信号唤醒，方式二通过通信模块唤醒。

方式一工作如下：车辆点火前信号ING、Comm_Awake、MCU_ON均未有信号输出，电路不工作；车辆点火后，点火信号IGN输出高电平，通过电阻R1、二极管D1后经电阻R4分压，使得三极管Q1导通，再经过电阻R5、电阻R6分压后使得三极管Q2导通，三极管Q2导通经电阻R7给浪涌抑制器LTC4380供电并使能了该芯片的ON引脚，进而GATE引脚电压上升使得MOS管Q3和MOS管Q4导通Vout电压建立，上电启动完成。

方式二工作如下：在无点火信号状态下，若通信线束上有报文，唤醒通信模块U3，使其输出通信唤醒信号Comm_Awake，进而三极管Q1导通Vout电压建立，上电启动完成。

步骤二：Vout电压建立后，主控模块U2程序运行，输出信号MCU_ON为高电平，经电阻R3、二极管D3后保持三极管Q1为导通状态，避免点火信号异常(如受干扰)时，或者通信唤醒信号Comm_Awake消失时，保证电路持续工作。通信唤醒信号Comm_Awake可以是CAN、LIN、Ethernet等通信发出的。

步骤三：主控模块U2通过唤醒源检测模块实时检测点火信号状态，若发现点火信号为无效的低电平时，或通过通信模块U3报文获知不再需要电路工作时，主控模块U2仍保持MCU_ON为高电平(U2自身具有的功能)，保证电路能正常工作，并开始存储关键参数和信息到存储器内，存储完成后，控制MCU_ON输出低电平，则三极管Q1断开，下电完成。

本发明的有益效果为：

本发明上下电控制模块通过两个唤醒源进行供电的通断判断，以应对车辆不同工况的需求，并不仅限于一个唤醒源，通用性强；当唤醒源无效时，供电保护模块供电断开，电路中没有电流流过，静电电流接近于零，有效降低了静电电流消耗；唤醒源检测模块检测唤醒源后发送至唤醒保持模块，唤醒保持模块能够根据接收信号获知唤醒源具体是哪一个，为车辆的其他控制提供了基础，也能在唤醒源无效时延时下电，及时保存电路关键参数及信息；供电保护模块采用浪涌缓冲器结合MOS保护电路，可以使得输出电压软启动，减小启动浪涌电流。

本发明供电保护模块由浪涌抑制器U1、两个背靠背的NMOS管，和几个电阻电容组成，对输入电源Vin的过压、过流、反向电压等情况，简洁可靠地实现了保护，使得输出电源Vout为稳定的限定电压，或截止Vout输出，从而保护了后面的电路。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1所示，本发明提供一种低压供电处理电路，包括上下电控制模块10、供电保护模块20和唤醒源检测模块30。所述上下电控制模块10有点火信号和通信唤醒两种唤醒源，当唤醒源为高电平时，使得低压电输入Vin给供电保护模块20供电接通；所述供电保护模块20由浪涌抑制器、背靠背的NMOS管和电阻电容组成，当输入电源Vin有过压、过流、反向电压等情况时，电路起到保护作用，不损坏电路输出Vout后的其它元器件；所述唤醒源检测模块30由主控模块分别对两个唤醒源的电平进行检测，从而确定唤醒源。

具体的，所述上下电控制模块包括第一输入模块、第二输入模块、唤醒保持模块和开关通断模块，所述第一输入模块用于连接第一唤醒源，所述第二输入模块用于连接第二唤醒源，所述第一输入模块、第二输入模块和唤醒保持模块的输出端均连接开关通断模块的输入端，开关通断模块用于在接收到高电平的唤醒信号时输出供电电压至供电保护模块。

所述供电保护模块包括浪涌抑制器U1和MOS保护电路，所述MOS保护电路一端连接电源、另一端连接低压负载，所述浪涌抑制器U1用于控制MOS保护电路的通断。

所述唤醒源检测模块用于检测第一唤醒源和第二唤醒源，将检测结果发送至唤醒保持模块，所述唤醒保持模块用于根据接收的检测结果判断唤醒源的类型、用于在唤醒源无效时存储程序关键参数。

本发明低压供电处理电路的工作原理如下：

输入的点火信号IGN通过电阻R1和二极管D1串联后接到R4上，通信唤醒信号Comm_Awake通过电阻R2和二极管D2串联后接到R4上，主控模块控制信号MCU_ON通过电阻R3和二极管D3串联后接到电阻R4上，其中电阻R1、电阻R2、电阻R3分别与电阻R4形成分压，而二极管D1、二极管D2、二极管D3隔离信号电平，避免了点火信号IGN、通信唤醒信号Comm_Awake、控制信号MCU_ON的相互影响。电阻R4两端分别接NPN三级管Q1的B、E两极，其中E极接地GND，三级管Q1的C极与电阻R6连接，而电阻R6与电阻R5串联后连接至Vin，电阻R5的两端又与PNP三级管Q2的E，B极连接，其中E极接Vin，三级管Q2的C极接电阻R7，电阻R7与电容C1串联后接地GND，稳压管ZD1与电容C1并联。当点火信号IGN，通信唤醒信号Comm_Awake任意一个为高电平时，都可以使NPN三级管Q1导通，从而电阻R5、电阻R6形成分压，则PNP三级管Q2导通，再经过电阻R7后，给浪涌抑制器U1供电。

浪涌抑制器U1为芯片LTC4380-2，电阻R8一端接Vin，另一端接浪涌抑制器U1的DRN引脚，两个NMOS管Q3和NMOS管Q4，其中MOS管Q3的D极接Vin，S极与MOS管Q4的S极连接，G极与电阻R9连接，电阻R9另一端分别接电阻R10、电阻R11和浪涌抑制器U1的GATE引脚，MOS管Q4的G极接R10，D极接电阻RSN和浪涌抑制器U1的SNS引脚，RSN的另一端接Vout和浪涌抑制器U1的OUT引脚，电阻R11的另一端接电容C3串联，电容C3另一端接地GND，电容C2一端接浪涌抑制器U1的TMR引脚，另一端接地GND，浪涌抑制器U1的GND和SEL引脚接地GND。浪涌抑制器U1的电源输入引脚VCC和上电控制引脚ON得电后，芯片开始工作，其GATE引脚电压上升使得NMOS管Q3、NMOS管Q4完全导通，从而Vout得电。在GATE引脚电压上升过程中，通过电阻R11给电容C3充电，减缓了电压上升速率，从而避免了较大的浪涌启动电流；电阻R9、电阻R10采用阻值较小的电阻，如10Ω，以抑制MOS管的寄生振荡；浪涌抑制器U1的SEL引脚接GND，将LTC4380-2内部钳位电压设置为31.5V，当Vin出现过压、浪涌电压时，可将Vout电压限制在27V以下，电阻R7和电容C1组成滤波电路滤除尖峰和瞬变高压，若电压过高则稳压管ZD1导通，保护浪涌抑制器U1；当输出短路或过流时，浪涌抑制器U1通过检测电阻RSN两端的电压，调整GATE引脚电压，限制流过RSN电流；浪涌抑制器U1的DRN引脚电压跟踪OUT引脚，产生流过外部电阻R8的DRN引脚电流与外部MOS管的Vds电压成比例，DRN引脚电流与电流检测电阻RSN两端电压ΔVSNS(即Vsns–Vout)在內部相乘，以产生一个与MOSFET的功率耗散近似成比例的TMR引脚电流，TMR引脚接电容C2以设定故障关断时间和冷却周期，当出现过压保护、过流保护后，浪涌抑制器U1芯片具有自动重启功能，待故障消失后电路可自动重新运行。当输入电压电源Vin正负极反向时，三极管Q1和三极管Q2都截止，稳压管ZD1保护浪涌抑制器U1的VCC和ON引脚，背靠背的MOS管Q3和MOS管Q4防止反向电压导通。

电阻R12一端接点火信号IGN，一端与电阻R13串联，对点火信号电平分压，分压点接主控模块U2，稳压管ZD2与电阻R13并联；电阻R14一端接通信唤醒信号Comm_Awake，一端与电阻R15串联，对通信唤醒信号电平分压，分压点接主控模块U2，稳压管ZD3与电阻R15并联；电阻R13和电阻R15另一端接地。主控模块U2实时检测分压点高低电平，从而判断当前的唤醒源。

基于上述的低压供电处理电路，本发明还提供一种上下电控制方法，如图2所示，过程为：

唤醒源分别为点火信号或通信唤醒信号，两信号在电路中通过二极管合并为唤醒源；首先步骤S101判断唤醒源是否有效(高电平有效)，若无效则不上电，若有效则进入步骤S102，电路上电并通过主控模块输出MCU_ON为高电平，保持供电，上电完成；工作时通过主控模块实时检测唤醒源，进入步骤S103，判断唤醒源是否无效(低电平无效)，若唤醒源无效，则进入步骤S104，延时下电，主控模块存储信息，延时下电存储的主要是本次程序运行中的关键参数，如本次工作发生的故障参数；有些产品具有自学习功能，可以存储自学习后的参数，存储的关键参数，以备产品重新上电后使用，如根据故障参数排查故障，也可以是根据工况变化，使用学习后的参数，使得产品运行更可靠；接着进入步骤S105，若信息存储未完成，继续存储，若信息存储完成，则进入步骤S106，主控模块输出MCU_ON为低电平，切断供电。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。