车载控制器稳压供电电路及车载控制器稳压供电装置

摘要

本发明公开了一种车载控制器稳压供电电路及车载控制器稳压供电装置，所述车载控制器稳压供电电路包括供电电源、稳压供电系统和车载控制器5V电源模块，所述供电电源通过所述稳压供电系统向所述车载控制器5V电源模块供电，其特征在于，所述稳压供电系统包括DC/DC电源模块和DC/DC开关频率选择模块，所述DC/DC电源模块分别与所述供电电源和所述车载控制器5V电源模块连接，所述DC/DC开关频率选择模块与所述DC/DC电源模块连接以调节DC/DC开关频率。能够在供电电源电压快速跌落的情况下，确保车载控制器5V电源模块的输出达到5V电压，满足车载控制器对5V电源模块电压的要求。

说明书

技术领域

本申请涉及一种低压启动电源电压快速跌落的稳压供电技术，特别是涉及 汽车工业领域的车载控制器稳压供电电路及车载控制器稳压供电装置。

背景技术

车载系统的控制器，执行器，传感器等多数是5V电源供电电压，而它们的 供电电源是直接来自车载电池，但在低温环境、电池馈电、润滑油粘度太高或 交通拥堵下，电池电压会因启停及车载负载过重等因数，会导致电池电压快速 低落至4.5V左右，无法保障5V电源的正常输出，车载控制器会发生复位 (Reset)，从而无法获取发动机和变速箱等核心部件的关键参数，这样就需要 重新启动，多次启动必将增加能源的消耗，甚至因多次启动出现汽车烟缸现象 而无法启动。

为此，现有技术所公开的一种常用的低压启动的解决方案，如图1所示， 在5V电源的输入端增加一级DC/DC(开关电源)输出，以保障车载控制器5V电 源模块的正常工作电压，但这样DC/DC(开关电源)DC/DC开关频率固定，它适 用于低启动电池电压慢速跌落和车载控制器轻负载情况，而对于其实际工况， 即低压启动时电池电压是一种快速跌落过程，且控制器工作时的负载一般较大， 该方案存在两个不足：一是响应速度跟不上，依然会使得车载控制器5V电源模 块输入端低于5V的情况；二是该方案集成到在车载控制器中，需要改变现有车 载控制器供电电路结构，不利于被广泛推广，因而依未很好地解决此低压启动 问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本 发明的一个目的在于提出一种车载控制器稳压供电电路及车载控制器稳压供电 装置，在供电电源电压快速跌落的情况下，能够确保车载控制器5V电源模块输 出达到5V电压。

本发明的另一个目的在于提出一种及车载控制器稳压供电装置，可不用改 变原有车载控制器供电电路结构的情况下，通过补充模块实现在供电电源电压 快速跌落的情况下，确保车载控制器5V电源模块输出达到5V电压。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种车载控制器稳压供电电 路，所述车载控制器稳压供电电路，包括供电电源、稳压供电系统和车载控制 器5V电源模块，所述供电电源通过所述稳压供电系统向所述车载控制器5V电 源模块供电，其中所述稳压供电系统包括DC/DC电源模块和DC/DC开关频率选 择模块，所述DC/DC电源模块分别与所述供电电源和所述车载控制器5V电源模 块输入端连接，所述DC/DC开关频率选择模块与所述DC/DC电源模块可调节频 率接口相连接以调节DC/DC开关频率。

根据本发明实施例提出的车载控制器稳压供电电路可通过设定合适DC/DC 电压值，在电源电压快速跌落和车载控制器重负载时，可保障DC/DC输出满足 的5V电源输入正常工作电压要求，通过DC/DC开关频率选择模块实现DC/DC电 源模块开关频率的选择，在供电电源快速跌落和车载控制器重负载时，可保障 DC/DC电源模块输出满足的所有5V电源模块正常工作电压要求。

根据本发明另一个实施例，提供一种车载控制器稳压供电电路，包括供电 电源、稳压供电系统、5V电源模块、第一防反模块和第二防反模块，所述稳压 供电系统包括DC/DC电源模块和DC/DC开关频率选择模块，所述DC/DC电源模 块输入端与所述供电电源连接，所述DC/DC电源模块输出端经过所述第一防反 模块与所述5V电源模块输入端连接，所述DC/DC开关频率选择模块与所述DC/DC 电源模块的可调节频率接口相连接以调节DC/DC开关频率，所述供电电源还经 过所述第二防反模块与所述5V电源模块51的输入端连接。

本发明的另一个具体实施例，正常情况下，供电电源通过第二防反模块直 接给5V电源模块供电，当供电电源输入快速跌落和车载控制器重负载时，稳压 供电系统经过第一防反模块以旁路工作的模式给5V电源模块51供电，可通过 设定合适DC/DC电压值，在电源电压快速跌落和车载控制器重负载时，可保障 DC/DC输出满足的5V电源输入正常工作电压要求，通过DC/DC开关频率选择模 块实现DC/DC电源模块开关频率的选择，如此可满足该车载控制器上5V电源模 块的电压稳定性需求，且不改变其车载控制器5V电源模块的供电电路结构。

根据本发明的另一个实施例的具体化，所述第一防反模块和所述第二防反 模块均为二极管，所述第一防反模块的阳极与所述DC/DC电源模块的输出端连 接，所述第一防反模块的阴极与所述5V电源模块的输入端连接，所述第二防反 模块的阳极与所述供电电源连接，所述第二防反模块的阴极与所述5V电源模块 的输入端连接。

根据本发明的进一步的具体实施例，所述DC/DC开关频率选择模块的对应 的开关频率选取范围为100kHz～2MHz。

进一步的，本发明的一个具体实施例，所述DC/DC开关频率选择模块的对 应的开关频率为500kHz。

根据本发明的一个具体实施例，所述DC/DC电源模块包括DC/DC控制芯片、 DC/DC拓扑结构、分压网路和补偿网路，其中所述DC/DC控制芯片控制拓扑结构 的通断，所述分压网路连接所述拓扑结构的输出端用于设定DC/DC电源输出电 压，所述分压网络还与所述DC/DC控制芯片连接以用于采样DC/DC电源输出电 压,所述补偿网路与所述DC/DC控制芯片连接以用于整个DC/DC电源模块的稳定 性。

进一步的，本发明的一个具体实施例，所述DC/DC控制芯片具有频率可调 节接口，该频率可调节接口连接DC/DC开关频率选择模块。

进一步的，所述DC/DC拓扑结构为Boost拓扑结构。

进一步的，所述DC/DC电源模块设定的输出电压不低于所述5V电源模块输 出电压值的1.6倍。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种车载控制器稳压供电 装置，所述车载控制器稳压供电装置包括如上所述的车载控制器稳压供电电路。

进一步的具体技术方案和技术效果将通过以下具体实施例展现。

附图说明

图1是现有车载控制器稳压供电电路模块示意图；

图2本发明的第一种车载控制器稳压供电电路及车载控制器稳压供电装置 示意图；

图3本发明的第二种车载控制器稳压供电电路及车载控制器稳压供电装置 示意图；

图4本发明车载控制器稳压供电电路实施例的供电电源跌落的电压图；

图5本发明车载控制器稳压供电电路在车载控制器最小负载(车载控制5V 电源消耗电流为20mA)条件下，稳压供电系统2输出电压的效果图；

图6本发明车载控制器稳压供电电路在车载控制器最大负载(车载控制器 5V电源消耗电流为1A)条件下，稳压供电系统2输出电压的效果图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元 件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不 能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的车载控制器稳压供电电路模块 及车载控制器稳压供电装置。

如图2所示，车载控制器稳压供电电路，包括供电电源1、稳压供电系统2 和车载控制器5V电源模块5，所述供电电源1通过所述稳压供电系统2向所述 车载控制器5V电源模块5供电，其中所述稳压供电系统2包括DC/DC电源模块 4和DC/DC开关频率选择模块3，所述DC/DC电源模块4输入端与所述供电电源 1连接，所述DC/DC电源模块4输出端与所述车载控制器5V电源模块5输入端 连接，所述DC/DC开关频率选择模块与所述DC/DC电源模块的可调节频率接口 相连接以调节DC/DC开关频率。

根据本发明实施例提出的车载控制器稳压供电系统2可通过设定合适DC/DC 电压值，在供电电源1(车载蓄电池)快速跌落和车载控制器重负载时，可保障 DC/DC输出满足5V电源输入正常工作电压要求，通过DC/DC开关频率选择模块 3实现DC/DC电源模块4开关频率的选择，在供电电源1输入快速跌落和车载控 制器重负载时，可保障DC/DC电源模块4输出满足车载控制器5V电源模块5正 常工作电压要求。

图2所示的实施例图是一种独立工作模式，可以为车载控制器的所有5V电 源模块或某几个车载控制器的5V电源模块同时提供稳定电压，另外还可以提供 一种旁路工作模式的实施例，可以对单独的5V电源模块提供稳定的电压需求， 如图3所示，一种车载控制器稳压供电电路，包括供电电源1、稳压供电系统2、 5V电源模块51、第一防反模块6和第二防反模块7，所述稳压供电系统2包括 DC/DC电源模块4和DC/DC开关频率选择模块3，所述DC/DC电源模块4输入端 与所述供电电源1连接，所述DC/DC电源模块4输出端经过所述第一防反模块6 与所述5V电源模块51输入端连接，所述DC/DC开关频率选择模块3与所述DC/DC 电源模块4的可调节频率接口相连接以调节DC/DC开关频率，所述供电电源1 还经过所述第二防反模块7与所述5V电源模块51的输入端连接。此种旁路工 作模式下，供电电源输出端一路经DC/DC电源模块4输出电压接至第一防反模 块6，另一路是供电电源1直接连接第二防反模块7，最后，防反模块6和防反 模块7输出并联接至5V电源模块51的输入端。利用第一防反模块6和第二防 反模块7的并联连接关系，可让该稳压电路工作旁路模式，既不增加额外的硬 件开发成本，又能保障5V电源的正常输出。

本发明的两种实施例，在不改变现有车载供电电路结构基础上，该稳压供 电系统2可以独立工作模式或旁路工作模式给车载控制器5V电源模块5供电， 保证后续的5V电源输出正常。

如图3所示，所述第一防反模块6和所述第二防反模块7均为二极管，所 述第一防反模块6的阳极与所述DC/DC电源模块4的输出端连接，所述第一防 反模块6的阴极与所述5V电源模块51的输入端连接，所述第一防反模块7的 阳极与所述供电电源1连接，所述第二防反模块7的阴极与所述5V电源模块51 的输入端连接。需要说明都是，第一防反模块6和第二防反模块7在本实施例 中为二极管，但对于延伸至三极管、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管) 一样可以构成防反模块，起到一样的技术效果，它们均应包含在本申请的保护 范围之内，考虑到采用三极管和MOSFET作为防反模块需要使用有源防反，如此 不仅造成电路结构相对复杂，占用较多PCB空间，还会增加器件成本，故此本 实施例优选的二极管构成的防反模块。

DC/DC开关频率选择模块3可调节DC/DC的开关频率，直接接至DC/DC电源 模块4，DC/DC开关频率选择模块3的对应的开关频率选取范围为100kHz～2MHz， 优选的DC/DC开关频率为500kHz。

进一步，所述DC/DC电源模块4包括DC/DC控制芯片、DC/DC拓扑结构、分 压网路和补偿网路，其中所述DC/DC控制芯片控制所述拓扑结构的通断，所述 分压网路连接所述拓扑结构的输出端用于设定DC/DC电源输出电压，所述分压 网络还与所述DC/DC控制芯片连接以用于采样DC/DC电源输出电压，所述补偿 网路与所述DC/DC控制芯片连接以用于整个DC/DC电源模块的稳定性。其中优 选的DC/DC控制芯片是具有频率可调节接口的，频率可调节接口用于连接DC/DC 开关频率选择模块3的控制芯片。其中DC/DC拓扑结构可选用Boost拓扑结构， SEPIC拓扑结构或Buck-Boost拓扑结构,本实施例优选的是Boost拓扑结构。

所述的分压网路用于设定DC/DC电源输出电压，另外，该分压网络作为DC/DC 闭环控制的反馈回路，用于采样DC/DC电源输出电压，考虑到DC/DC输出电压 一般会增加防反电路和DC/DC响应速度等因素，DC/DC输出电压应设定为5V电 源模块输出电压的1.6倍以上，优选的是1.8倍。

在本实施例中，所述的补偿网路用于补偿闭环控制回路的相位裕度以及 DC/DC响应速度等，以保障DC/DC工作稳定快速响应，具体的优先的网络相位裕 度为50°。

下面通过具体实施例来说明本发明的效果，如图4所示的供电电源跌落的 电压图，该电源电压跌落的参数取自汽车行业执行的ISO-16756-2标准，它是 实际工况中电源快速跌落电压的标准参数，无跌落时电池电压U_B＝12V，快速跌 落时间t_r＝1ms，且电池跌落至U_s＝4.5V，同时，根据车载实际工作温度范围的要 求，车载控制器5V电源消耗电流范围I＝20mA～1A，DC/DC输出电压设定为5V 的1.8倍，即9V输出；图5本发明车载控制器稳压供电电路在车载控制器最小 负载(车载控制5V电源消耗电流为20mA)条件下，稳压供电系统2输出电压的 效果图；图6本发明车载控制器稳压供电电路在车载控制器最大负载(车载控 制器5V电源消耗电流为1A)条件下，稳压供电系统2输出电压的效果图；通过 效果图，可以知道在上述两种最恶劣条件下，DC/DC输出电压均远远大于5V， 为后续5V电源电压输入提供了充足余量，能很好解决低压启动电源电压电压快 速跌落问题。

另外，如图2和图3所示，本发明还提供了一种车载控制器稳压供电装置， 所述车载控制器稳压供电装置包括如上所述的车载控制器稳压供电电路。

在本发明的描述中，需要理解的是，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、 “固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过 中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系， 除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理 解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例 是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的 范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。