供电电源结构、DCDC转换器及车辆

技术领域

本发明涉及供电技术领域，尤其是涉及一种供电电源结构、DCDC转换器及车辆。

背景技术

随着人们对高品质生活的不断追求和汽车技术的不断发展，电动汽车越来越普及，高度自动驾驶的应用也越来越深入，随之而来的其整车所包含的具有多路输出的电子控制系统的数量随之快速增长，比如车载充电机、电机控制器、DCDC转换器等，故而车辆的电子控制系统的功能安全就越来越关键。这其中，DCDC转换器又是整车低压供电系统中的核心，其功能安全就显得尤为重要。

在自动驾驶领域，依据GB/T 34590-2017和ISO 26262，用于高度自动驾驶系统的车载DCDC转换器需要满足ASIL D。针对纯电动车辆的DCDC转换器，当其输出出现过压、欠压或过流时，会使整车的低压供电出现异常，对整车产生ASIL D(ASIL：automotive safetyintegrity level汽车安全完整性等级，分为A、B、C和D四个等级)的危害。从而导致车辆的关键的电子控制系统(如ABS、EPS、BCM)无法正常工作，车辆处于一种失控状态而发生碰撞、倾翻等危害，对人造成伤害。

因此，为了保证车辆正常工作及满足ASIL D的要求，现有技术中通常在DCDC转换器的低压侧采取安全负载冗余的方式以防止单路安全负载出现故障而带来安全隐患。具体地，参见附图1，图1为现有技术的自动驾驶汽的DCDC转换器及负载拓扑示意图。图1中，电压转换单元3a、3b可在高压侧电池1和低压侧电池5a、5b之间进行能量传输。当安全负载6a及负载7出现故障时，冗余安全负载6b可维持正常工作保证驾驶安全。DCDC转换器通过控制电压转换单元3a或3b为12V负载供电，当DCDC转换器出现故障时，DCDC转换器的保护单元10可通过判断采样单元11的电流、电压、温度等信号确认DCDC转换器故障，并通过控制单元9和/或保护单元10控制驱动单元8关断安全开关2a、2b、4a、4b切断DCDC高低压侧能量传输。其中，采样单元11的采样单元-3a和所述保护单元10的保护单元-3a分别用于对电压转换单元3a进行采样和启动保护；采样单元11的采样单元-3b和所述保护单元10的保护单元-3b分别用于对电压转换单元3a进行采样和启动保护。

从图中可以看出，传统DCDC转换器的采样单元11、保护单元10以及控制单元9共用供电转换单元130和参考电源转换单元120。当供电转换单元130或者参考电源转换单元120工作异常时，会导致控制单元9控制异常使DCDC控制器出现过流、过压、过温等故障，并且会导致采样单元11和保护单元10同时出现工作异常，使DCDC控制器存在工作异常而失去保护的状态，最终导致12V负载因DCDC转换器输出异常产生危害驾驶安全的行为。对于自动驾驶汽车而言，这种因电源异常而导致危害的现象是不允许的。

因此，如何提供一种供电电源结构，以克服现有技术中存在的上述缺陷，提高使用该供电电源结构的产品安全性，日益成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

需要说明的是，公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种供电电源结构、DCDC转换器及车辆，以使得使用供电电源结构的产品始终处于安全保护的状态，从而提高产品的安全性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种供电电源结构，用于具有多路输出的控制系统，所述具有多路输出的控制系统包括主电路本体以及与所述主电路本体电连接的保护控制电路；

所述保护控制电路包括采样单元、保护单元、控制单元和驱动单元，所述采样单元分别连接所述主电路本体以及所述保护单元和所述控制单元，所述保护所述采样单元被配置为获取所述主电路本体的运行状态参数；所述驱动单元分别连接所述主电路本体以及所述保护单元和所述控制单元；所述保护单元被配置为根据所述运行状态参数，得到安全运行控制信号，所述控制单元被配置为根据所述运行状态参数，得到驱动控制信号，所述驱动单元被配置为根据所述安全运行控制信号和所述驱动控制信号，控制所述主电路本体的运行状态；

所述供电电源结构与所述保护控制电路连接，被配置为所述保护控制电路供电；

所述供电电源结构包括至少两路相互独立的子供电电源结构，其中一路所述子供电电源结构与所述保护单元连接，用于为所述保护单元提供输入源；另外一路所述子供电电源结构与所述控制单元连接，用于为所述控制单元提供输入源。

可选地，所述供电电源结构包括第一子电源结构和第二子电源结构；

其中，所述第一子电源结构包括第一供电转换单元和第一参考电源转换单元，所述第一供电转换单元的输入端接入供电信号，所述第一供电转换单元的输出端连接所述第一参考电源转换单元、所述采样单元和所述控制单元；所述第一供电转换单元用于为所述第一参考电源转换单元提供第一输出电压、为所述采样单元和所述控制单元供电；所述第一参考电源转换单元用于为所述采样单元提供采样单元参考电压和为所述控制单元提供控制单元参考电压；

所述第二子电源结构包括第二供电转换单元和第二参考电源转换单元，所述第二供电转换单元的输入端接入所述供电信号，所述第二供电转换单元的输出端连接所述第二参考电源转换单元和所述保护单元；所述第二供电转换单元用于为所述第二参考电源转换单元提供第二输出电压以及为所述保护单元供电；所述第二参考电源转换单元用于为所述保护单元提供保护单元参考电压。

可选地，还包括供电监控单元，所述供电监控单元的第一输入端连接所述第二供电转换单元的输出端，所述供电监控单元的第二输入端连接所述第二参考电源转换单元，所述供电监控单元的第三输入端连接所述第一供电转单元的输出端，所述供电监控单元的输出端连接所述保护控制电路；

所述第二供电转换单元还用于为所述供电监控单元供电，所述第二参考电源转换单元还用于为所述供电监控单元提供供电监控单元参考电压；

所述供电监控单元被配置为根据所述供电监控单元参考电压，监控所述供电电源结构的供电运行状态，所述保护控制电路还被配置为根据所述供电运行状态，控制所述主电路本体的运行状态。

可选地，所述供电监控单元的输出端连接所述保护控制电路，包括：所述供电监控单元的输出端连接所述驱动单元。

可选地，所述第一供电转换单元、所述第一参考电源转换单元、所述第二供电转换单元和/或所述第二参考电源转换单元包括直流-直流转换电路。

可选地，所述供电信号为KL30、所述第一输出电压为VDD5V和/或所述第二输出电压为VDD5V。

可选地，所述具有多路输出的控制系统包括：DCDC转换器、车载充电机和/或电机控制器。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种DCDC转换器，所述DCDC转换器包括DCDC主电路结构以及DCDC保护电路，所述DCDC保护电路采用上述任一项所述的供电电源结构供电。

可选地，所述DCDC转换器的主电路本体包括四个安全开关、第一电压转换单元和第二电压转换单元；

其中，所述第一电压转换单元的输入端通过第一安全开关接入高压电源，所述第一电压转换单元的输出端通过第二安全开关连接第一低压负载；

所述第二电压转换单元的输入端通过第三安全开关接入所述高压电源，所述第二电压转换单元的输出端通过第四安全开关连接第二低压负载；

所述采样单元分别连接所述第一电压转换单元的输入端和输出端以及所述第二电压转换单元的输入端和输出端；

所述驱动单元连接所述第一安全开关、所述第二安全开关、所述第三安全开关和所述第四安全开关。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种车辆，所述车辆包括采用上述任一项所述的供电电源结构为其DCDC转换器、车载充电机和/或电机控制器供电；

和/或

包括上述任一项所述的DCDC转换器。

与现有技术相比，本发明提供的供电电源结构、DCDC转换器及车辆，具有如下有益效果：

本发明提供的所述供电电源结构包括至少两路相互独立的子供电电源结构，其中一路所述子供电电源结构与所述保护单元连接，用于为所述保护单元提供输入源；另外一路所述子供电电源结构与所述控制单元连接，用于为所述控制单元提供输入源。从而将使用该供电电源结构的具有多路输出的控制系统的保护单元的供电和控制单元的供电解耦，不仅使得保护单元和控制单元采用不同的供电线路，消除了供电异常时导致的控制系统处于无保护状态的隐患；而且，将供电故障从单点故障变为双点故障，并且交错的供电电源结构提高了供电监控安全机制的诊断覆盖率，满足了GB/T 34590-2017和ISO 26262对ASIL D要求，提高了使用该供电电源结构的产品安全性。

进一步地，本发明提供的供电电源结构还包括供电监控模块，所述供电监控单元被配置为根据所述供电监控单元参考电压，监控所述供电电源结构的供电运行状态，能够及时发现供电电源结构本身是否存在故障，当监控到供电电源结构存在故障时，能够及时通知所述保护控制电路，从而控制所述主电路本体始终处在安全状态。使安全机制运行更迅速、更可靠，系统运行更安全。

再进一步地，本发明提供的供电电源结构，适用于各种具有多路输出的控制系统，包括但不限于车载充电机、电机控制器和/或DCDC转换器，适用范围广。供电电源结构包括第一子供电电源结构和第二子供电电源结构，结构简单、易于实施。而且所述第一供电转换单元、所述第一参考电源转换单元、所述第二供电转换单元和/或所述第二参考电源转换单元可以为具备直流-直流转换能力的电路，易于获取，成本低。

更进一步地，本发明提供的DCDC转换器在其输出发生故障时，通过采样单元、保护单元、控制单元和驱动单元使DCDC转换器进入一种安全状态(不工作)，避免其对其它用电系统的影响，提高了车辆的可靠性。本发明的DCDC转换器不但满足了GB/T 34590-2017和ISO26262对系统的安全等级的要求(独立性)，同时使安全机制运行更迅速、可靠，系统更安全。

由于本发明提供的车辆，与本发明提供的供电电源结构以及DCDC转换器属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果，在此不再一一赘述。

附图说明

图1为现有技术的自动驾驶汽车车载DCDC转换器及负载拓扑示意图；

图2为现有技术的车载DCDC供电电源结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种供电电源结构系统架构示意图；

图4为本发明实施例提供的其中一种用于车载DCDC的供电电源结构的架构示意图；

图5为本发明提供的应用图4的供电电源结构的自动驾驶汽车车载DCDC转换器的结构示意图。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的供电电源结构、DCDC转换器及车辆作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当了解，说明书附图并不一定按比例地显示本发明的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本发明某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。以及，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在具体介绍本发明提供的一种供电电源结构的具体实施方式之前，首先阐述一下本发明的基本原理。参见附图2，图2为现有技术的车载DCDC供电电源结构示意图。从图2可以看出，车载DCDC的内部供电包括：控制单元供电、采样单元供电、保护单元供电、供电单元监控单元供电。供电转换单元130从供电信号(比如KL30)取电并生成VDD5V，参考电源转换单元120从VDD5V取电并生成VDD2.5V，发明经过深入的研究发现，该供电架构存在以下缺陷：

1、当供电转换单元130产生异常时，其输出电压(VDD5V)会产生异常，导致DCDC转换器控制单元9、采样单元11以及保护单元10同时工作异常，并且供电单元监控单元14也可能因为供电异常而失效。由此，造成DCDC转换器完全失去保护机制并且工作异常导致危害驾驶安全；按照GB/T 34590-2017和ISO 26262定义，传统供电架构下供电电源故障属于单点故障，不满足ASIL D的要求。

2、供电中只有一路2.5V并且依赖于VDD5V，当VDD5V异常时，VDD2V5也可能存在异常，从而可能导致采样单元11和保护单元10同时失效，违背功能安全目标。

发明经过进一步地研究发现，造成该缺陷的根本原因在于：采样单元11、保护单元10以及控制单元9均由供电转换单元130和参考电源转换单元120采用紧耦合的统一供电模式，基于此，为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明的发明人提出了一种采样单元11、保护单元10以及控制单元9均由供电转换单元130和参考电源转换单元120的相互独立的供电模式，以下分别对本发明提供的供电电源结构、DCDC转换器及车辆详细说明如下。

本实施例提供了一种供电电源结构，用于具有多路输出的控制系统。参见附图3，图3为本发明实施例提供的一种供电电源结构系统架构示意图。从图中可以看出，所述具有多路输出的控制系统包括主电路本体以及与所述主电路本体电连接的保护控制电路；所述保护控制电路包括采样单元、保护单元、控制单元和驱动单元，所述采样单元分别连接所述主电路本体以及所述保护单元和所述控制单元，所述保护所述采样单元被配置为获取所述主电路本体的运行状态参数；所述驱动单元分别连接所述主电路本体以及所述保护单元和所述控制单元；所述保护单元被配置为根据所述运行状态参数，得到安全运行控制信号，所述控制单元被配置为根据所述运行状态参数，得到驱动控制信号，所述驱动单元被配置为根据所述安全运行控制信号和所述驱动控制信号，控制所述主电路本体的运行状态。

所述供电电源结构与所述保护控制电路连接，被配置为所述保护控制电路供电；所述供电电源结构包括至少两路相互独立的子供电电源结构，其中一路所述子供电电源结构与所述保护单元连接，用于为所述保护单元提供输入源；另外一路所述子供电电源结构与所述控制单元连接，用于为所述控制单元提供输入源。如此配置，将使用该供电电源结构的具有多路输出的控制系统的保护单元的供电和控制单元的供电解耦，不仅使得保护单元和控制单元采用不同的供电线路，消除了供电异常时导致的控制系统处于无保护状态的隐患；而且，将供电故障从单点故障变为双点故障，并且交错的供电电源结构提高了供电监控安全机制的诊断覆盖率，满足了GB/T 34590-2017和ISO 26262对ASIL D要求，提高了使用该供电电源结构的产品安全性。

可以理解地，上述仅是较佳实施方式的描述，而非本发明的限制，对于具有多个保护单元和/或采样单元的具有多路输出的控制子系统，多个所述保护单元和/或采样单元可以共用一个子供电电源结构、也可以各自独立使用一个子供电电源结构，在此，不再一一赘述。

优选地，在其中一种示例性实施方式中，参见附图4，图4为本发明实施例提供的其中一种用于车载DCDC的供电电源结构的架构示意图。从图4可以看出，本实施例提供的所述供电电源结构包括第一子电源结构和第二子电源结构。

具体地，所述第一子电源结构包括第一供电转换单元131和第一参考电源转换单元121，所述第一供电转换单元131的输入端接入供电信号，所述第一供电转换单元131的输出端连接所述第一参考电源转换单元121、所述采样单元11和所述控制单元9；所述第一供电转换单元131用于为所述第一参考电源转换单元121提供第一输出电压、为所述采样单元11和所述控制单元9供电；所述第一参考电源转换单元121用于为所述采样单元11提供采样单元参考电压和为所述控制单元9提供控制单元参考电压。特别地，本实施例以所述具有多路输出的控制系统具有两路输出为例，图中的采样单元11中的采样单元-3a和采样单元-3b分别用于对两路输出的运行状态进行采样所述第一供电转换单元131通过采样单元供电为所述采样单元11供电，所述第一参考电源转换单元121为所述采样单元11提供采样单元参考电压，所述采样单元11将其采集的所述主电路本体的运行状态参数提供给控制单元9和保护单元10(图4中未示出，具体可参见图1)。

所述第二子电源结构包括第二供电转换单元132和第二参考电源转换单元122，所述第二供电转换单元132的输入端接入所述供电信号，所述第二供电转换单元132的输出端连接所述第二参考电源转换单元122和所述保护单元10；所述第二供电转换单元132用于为所述第二参考电源转换单元122提供第二输出电压以及为所述保护单元10供电；所述第二参考电源转换单元122用于为所述保护单元10提供保护单元参考电压。

本实施例提供的供电电源结构包括第一子供电电源结构和第二子供电电源结构，如此配置，结构简单、易于实施。

优选地，在其中一种示例性实施方式中，所述供电电源结构还包括供电监控单元141，所述供电监控单元141的第一输入端连接所述第二供电转换单元132的输出端，所述供电监控单元141的第二输入端连接所述第二参考电源转换单元122，所述供电监控单元141的第三输入端连接所述第一供电转单元131的输出端，所述供电监控单元141的输出端连接所述保护控制电路。所述第二供电转换单元132还用于为所述供电监控单元141供电，所述第二参考电源转换单元122还用于为所述供电监控单元141提供供电监控单元参考电压；所述供电监控单元141被配置为根据所述供电监控单元参考电压，监控所述供电电源结构的供电运行状态，所述保护控制电路还被配置为根据所述供电运行状态，控制所述主电路本体的运行状态。

由此可见，所述供电监控单元141根据所述供电监控单元参考电压，监控所述供电电源结构的供电运行状态，能够及时发现供电电源结构本身是否存在故障。当监控到供电电源结构存在故障时，能够及时通知所述保护控制电路，从而控制所述主电路本体始终处在安全状态，使安全机制运行更迅速、更可靠，系统运行更安全。

优选地，在其中一种示例性实施方式中，所述供电监控单元141的输出端连接所述保护控制电路，包括：所述供电监控单元141的输出端连接所述驱动单元8(结合图3，图中未示出该连接)。可以理解地，这仅是较佳实施方式的描述，而非本发明的限制，在其他的实施方式中，所述供电监控单元141的输出端也可以连接所述保护单元10或所述控制单元9，不再一一说明。

优选地，在其中一种示例性实施方式中，所述第一供电转换单元131、所述第一参考电源转换单元121、所述第二供电转换单元132和/或所述第二参考电源转换单元122包括直流-直流转换电路。如此配置，直流-直流转换电路，易于获取，成本低。

优选地，在其中一种示例性实施方式中，所述供电信号为KL30、所述第一输出电压为VDD5V和/或所述第二输出电压为VDD5V，所述采样单元参考电压、所述控制单元参考电压、所述供电监控单元参考电压均为VDD2.5V，可以理解地，上述仅是示例性描述，而非本发明的限制，所述供电信号、所述第一输出电压、所述第二输出电压、所述采样单元参考电压、所述控制单元参考电压以及所述供电监控单元参考电压应根据实际工况合理设置。

优选地，在其中一种示例性实施方式中，所述具有多路输出的控制系统包括但不限于DCDC转换器、车载充电机和/或电机控制器。可以理解地，本文虽然以DCDC转换器为例对本发明提供的供电电源结构说明，实际上本发明提供的供电电源结构并不仅仅局限于DCDC转换器，本发明提供的供电电源结构适用范围广。

本发明的再一实施例提供了一种DCDC转换器，所述DCDC转换器包括DCDC主电路结构以及DCDC保护电路，所述DCDC保护电路采用上述任一实施方式所述的供电电源结构供电。

优选地，在其中一种示例性实施方式中，参见附图5，图5为本发明提供的应用图4的供电电源结构的自动驾驶汽车车载DCDC转换器的结构示意图。从图5可以看出，所述DCDC转换器的主电路本体包括四个安全开关2a、2b、4a、4b、第一电压转换单元3a和第二电压转换单元3b；其中，所述第一电压转换单元3a的输入端通过第一安全开关2a接入高压电源1，所述第一电压转换单元3a的输出端通过第二安全开关4a连接第一低压负载6a和7；所述第二电压转换单元3b的输入端通过第三安全开关2b接入所述高压电源1，所述第二电压转换单元3b的输出端通过第四安全开关4b连接第二低压负载6b；所述采样单元11分别连接所述第一电压转换单元的3a输入端和输出端以及所述第二电压转换单元3b的输入端和输出端；所述驱动单元8连接所述第一安全开关2a、所述第二安全开关2b、所述第三安全开关4a和所述第四安全开关4b。本实例的所述DCDC保护电路包括采样单元11、控制单元9、保护单元10以及驱动单元8。本发明提供的DCDC转换器的所述采样单元11和所述控制单元9与所述第一子供电电源结构连接，所述保护单元与所述第二子供电电源结构连接，所述驱动单元8与所述供电监控单元141连接。

其中，所述保护单元10包括但不限于防雷击电路、防反接电路、防过压电路、防欠压电路以及防过流电路，防雷击电路、防反接电路、防过压电路、防欠压电路以及防过流电路串联。可以理解地，本发明提供的DCDC转换器，通过所述采样单元11、所述保护单元10、所述控制单元9以及所述驱动单元8，能够在不同工况下实现对于电路的保护。显然地，在其它的一些实施例中，保护单元10的种类可能更多，本申请对此并不做任何限定。

本发明提供的DCDC转换器在其输出发生故障时，通过采样单元11、保护单元10、控制单元9和驱动单元8使DCDC转换器进入一种安全状态(不工作)，避免其对其它用电系统的影响，提高了车辆的可靠性。本发明的DCDC转换器不但满足了GB/T 34590-2017和ISO26262对系统的安全等级的要求(独立性)，同时使安全机制运行更迅速、可靠，系统更安全。

本发明的再一实施例还提供了一种车辆，在其中一种示例性实施方式中，所述车辆包括采用上述任一实施方式所述的供电电源结构为其DCDC转换器、车载充电机和/或电机控制器供电。在另一示例性实施方式中，所述车辆包括上述任一实施方式所述的DCDC转换器。

由于本发明提供的DCDC转换器和车辆与本发明提供的所述供电电源结构属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果，在此，不再一一赘述。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

综上，上述实施例对供电电源结构、DCDC转换器及车辆的不同构型进行了详细说明，当然，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。