一種新能源汽車電子VCU模塊的低功耗休眠電路的製作方法

2023-07-24 16:04:27

本發明涉及到新能源汽車電子技術領域，特別是一種新能源汽車電子VCU模塊的低功耗休眠電路及休眠方法。

背景技術：

隨著汽車工業的發展，越來越多的電子系統在汽車上得到了應用，完成不同的測量、控制、和驅動等功能，電子控制系統的增加，同時也增加了供電電源的消耗。新能源車輛在停駛後的一段時間內，系統內所有的電子控制單元(如整車VCU、電池管理系統、高壓控制單元、電機控制器等)仍處於工作狀態，其總電流可達幾百mA,需要在汽車不運行以及所選的電子設備不工作時，關閉控制模塊或進入低功耗狀態，避免導致電池耗盡。為了應對不斷增長的低功耗需求，汽車電子應用處理器除了改善器件的特性，採用更先進的工藝，在電路和系統上進行優化，還採用多種低功耗設計，如不同的工作模式(正常模式、空閒模式、休眠模式)，在空閒模式下，處理器的功耗約為幾mA，在休眠模式下，單片機的功毫為uA級，極大的降低了電源的消耗，當處理器處於休眠狀態下，其功耗可以忽略不計，但是在整個電子系統中，為ECU模塊供電的電源仍處於工作狀態下，與處理器相連接的各種外設接口，仍然存在電源的消耗。現有的技術方案中有採用對電源進行控制的方法，通過硬體直接對電源進行開關控制，其不足之處是當電源關閉後，處理器掉電後，CPU和定時器等電路的時鐘全部被凍結，只有重新上電並硬體復位後才能再次進入工作狀態，處理器RAM中的數據全部丟失，程序將從頭開始執行。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供了一種新能源汽車電子VCU模塊的低功耗休眠電路，其包括主電源控制電路、主電源、輔助電源控制電路、輔助電源、接口電路、處理器、CAN收發器組成；

主電源控制電路與主電源相連接，所述主電源控制電路用於控制所述主電源的供電輸出，所述主電源與接口電路、處理器、CAN收發器相連接並為其提供工作電源；

輔助電源控制電路與輔助電源相連接，所述輔助電源控制電路用於控制所述輔助電源的供電輸出，輔助電源與處理器、CAN收發器相連接並為其提供在休眠狀態時的工作電源，處理器與CAN收發器、主電源控制電路、輔助電源控制電路相連接。

較佳地，所述主電源控制電路與所述處理器相連接並受處理器控制，所述處理器產生一個控制信號並發送至所述主電源控制電路，所述主電源控制電路控制所述主電源進入工作狀態或休眠狀態，當所述主電源處於工作狀態時，輸出一個穩定電壓給所述接口電路、處理器和CAN收發器；

輔助電源控制電路與所述處理器相連接並受處理器控制，所述處理器產生一個控制信號發送至所述主電源控制電路，所述主電源控制電路控制輔助電源進入工作狀態或休眠狀態，當輔助電源工作時，所述輔助電源輸出一個穩定電壓，給所述處理器和CAN收發器提供休眠工作電源。

較佳地，所述處理器在休眠狀態下，如果有外部中斷觸發或CAN總線上有信息活動時，顯性電平會觸發CAN喚醒動作，激活處理器的CAN接收中斷，處理器重新進入正常工作模式，其GPIO輸出電平控制信號，接通主電源，關閉輔助電源，使系統重新進入工作狀態。

本發明具有以下有益效果：

本發明提供的新能源汽車電子VCU模塊的低功耗休眠電路採用低功耗設計，通過使用輔助電源與主電源配合工作，通過軟體控制處理器工作在不同的工作模式下，從軟體從次上，控制硬體的工作頻率和硬體的工作時間，在低功耗時使系統活動減少，內核時鐘關閉，鎖相環、flash存儲器、模數轉換器等模塊關閉,從而降低處理器自身功耗的。同時，使外部接口晶片大部分電源被切斷,從而達到可能的最小系統功耗,此時處理器可以被外部的引腳、復位或者使用低功耗時鐘的周期性喚醒源所喚醒。或通過CAN總線網絡，產生喚醒中斷，使系統重新進入工作狀。通過晶片的休眠模式切換，使系統在不的狀態下採用不同的工作模式(休眠模式，工作模式，低功耗模式)，降低系統功耗，最大程度的節約了新能源汽車電子VCU模塊的能耗。

當然，實施本發明的任一產品並不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明提供的新能源汽車電子VCU模塊的低功耗休眠電路框圖；

圖2為本發明提供的新能源汽車電子VCU模塊的低功耗休眠電路結構圖；

圖3為本發明提供的低功耗休眠電路處理器在工作狀態下的工作示意圖；

圖4為本發明提供的低功耗休眠電路處理器在休眠狀態下的工作示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

如圖1所示，本發明實施例提供了一種新能源汽車電子VCU模塊的低功耗休眠電路，其包括主電源控制電路、主電源、輔助電源控制電路、輔助電源、接口電路、處理器、CAN收發器組成；

主電源控制電路與主電源相連接，所述主電源控制電路用於控制所述主電源的供電輸出，所述主電源與接口電路、處理器、CAN收發器相連接並為其提供工作電源；

輔助電源控制電路與輔助電源相連接，所述輔助電源控制電路用於控制所述輔助電源的供電輸出，輔助電源與處理器、CAN收發器相連接並為其提供在休眠狀態時的工作電源，處理器與CAN收發器、主電源控制電路、輔助電源控制電路相連接。

如圖1、圖2所示，所述主電源控制電路與所述處理器相連接並受處理器控制，所述處理器產生一個控制信號並發送至所述主電源控制電路，所述主電源控制電路控制所述主電源進入工作狀態或休眠狀態，當所述主電源處於工作狀態時，輸出一個穩定電壓給所述接口電路、處理器和CAN收發器；

輔助電源控制電路與所述處理器相連接並受處理器控制，所述處理器產生一個控制信號發送至所述主電源控制電路，所述主電源控制電路控制輔助電源進入工作狀態或休眠狀態，當輔助電源工作時，所述輔助電源輸出一個穩定電壓，給所述處理器和CAN收發器提供休眠工作電源。

所述處理器在休眠狀態下，如果有外部中斷觸發或CAN總線上有信息活動時，顯性電平會觸發CAN喚醒動作，激活處理器的CAN接收中斷，處理器重新進入正常工作模式，其GPIO輸出電平控制信號，接通主電源，關閉輔助電源，使系統重新進入工作狀態。

休眠電路構成如圖2所示，主電源由U1、C1、V1、L1、R5、R6、C2、C3組成一個開關型集成穩壓器，可提供一個驅動能力達3A，具有良好的線性和負載調節特性的電源,其輸出電壓通過電阻R5、R6分壓實現調節輸出，圖中C1為Cboost電容，V1為整流管，L1為儲能電感，為開關管工作提供保證，並通過電容C2、C3進行濾波，產生一個穩定電壓VCC0，為整個系統提供正常工作時所需的電源。主電源控制電路由電阻R1、R2、R3、R4、和三極體Q1、Q2及控制信號S1組成，當S1為低電平時，三極體Q1截止，三極體Q2導通，開關穩壓器U1的ON/OFF引腳為高電平，開關穩壓器U1開始工作。主電源輸出電路由二極體V3和V4組成，當主電源工作時，電壓VCC0通過二極體V3、V4分別為處理器、CAN收發器、和接口電路提供工作電源。

輔助電源由三極體Q4、Q5、電阻R10、C4、穩壓管V2，濾波電容C5組成，當三極體Q4導通時，電源VBB通過三極體Q4、電阻R10分壓、穩壓管V2穩壓、三極體Q5基極濾波電容C4濾波後，在穩壓管V2上產生一個穩定的電壓VD2，其輸出電壓VDD等於VD2與三極體Q5的Ube極結電壓之差。輔助電源控制電路由電阻R7、R8、R9、和三極體Q3及控制信號S2組成，當S2為高電平時，三極體Q3、Q4導通，在穩壓管V2上產生一個穩定的電壓VD2，三極體Q5導通，並經電容C5濾波輸出一個穩定的電壓VDD。輔助電源工作狀態檢測電路由電阻R11、R12、電容C6組成，主要用於檢測輔助電源電路是否投入工作狀態，當三極體Q4導通後，在穩壓管V2上產生一個電壓VD2以後，該電壓被電阻R1、R12分壓並經電容C6濾波後，得到一個採樣電壓，送入到處理器U2的ADC採樣通道AN0，通過對AN0通道的採樣值獲取，可判斷輔助電源是否處於工作並輸出狀態。

ECU模塊在工作過程中，主電源工作，為系統提供電源，處理器通過CAN收發器接收總線上的CAN信息，並進行相應的處理，當整車系統進入停駛狀態時，總線上的控制節點先後被關閉，ECU模塊接收不到總線上的CAN信息，此進處理器準備進入休眠模式，其處理流程如圖3所示，處理器首先對其外部的GPIO進行處理，將部分端器配置到相應的電平，以降低功耗，如圖2所示，CAN收發器休眠控制埠STB連接到處理器的控制埠PA3，在正常模式處理器將PA3配置為一個低電平。在這種模式下,收發器可以通過CAN線路CANH和CANL傳輸和接收數據。將總線上的差分接收信號轉換成數位訊號經RXD輸出到處理器。進入休眠模式時，處理器將PA3埠配置為高電平，此時CAN收發器U3進入休眠模式，電流下降至微安級。

隨後，處理器將其輸出埠PA1(S2)置為高電平，當PA1(S2)為高電平時，通過電阻R7、R8分壓，送入到三極體Q3的基極，三極體Q3導通，Q3的集電極為低電平，三極體Q4導通，在穩壓管V2上產生一個穩定的電壓VD2，三極體Q5導通，並經電容C5濾波輸出一個穩定的電壓VDD。輔助電源工作狀態檢測電路由電阻R11、R12、電容C6組成，主要用於檢測輔助電源電路是否投入工作狀態，當三極體Q4導通後，在穩壓管V2上產生一個電壓VD2以後，該電壓被電阻R1、R12分壓並經電容C6濾波後，得到一個採樣電壓，送入到處理器U2的ADC採樣通道AN0，通過對AN0通道的採樣值獲取，可判斷輔助電源是否處於工作並輸出狀態。

當處理器檢測到AN0通道有電壓存在並達到相應的電壓值時，表明輔助電源已經投入正常工作，處理器通過軟體關閉其內部ADC模塊，外設模塊，並配置CAN喚醒中斷後，重新初始化CAN模塊，隨後設置一個備份寄存器並關閉看門狗模塊，用於系統喚醒後的狀態查詢，最後將處理器的GPIO埠PA0(S1)置為高電平，當PA0(S1)為高電平時，三極體Q1導通，三極體Q2截止，開關穩壓器U1的ON/OFF引腳為低電平，開關穩壓器U1停止工作。主電源VCC0輸出關閉。此時輔助電源已經正常工作，系統供電轉由輔助電源VDD提供。在輔助電源工作時，由於在主電源和輔助電源之間串接了一個二極體V3，防止了輔助電源反串到主電源電路為接口電路提供工作電源。

處在休眠狀態下的ECU模塊，總電流下降至微安級，此時，處理器內部時鐘及看門狗模塊，ADC模塊、外設模塊等均處理停止狀態，運行數據均保存在RAM單元，當系統重新進入工作狀態時，總線上有信息活動時，CAN信號通過CAN線路CANH和CANL傳輸和接收數據。將總線上的差分接收信號轉換成數位訊號經RXD輸出到處理器。當RXD輸出埠有電平脈衝信號輸出時，觸發CAN喚醒中斷，處理器的軟體跳轉到CAN喚醒中斷處理程序中，其處理流程如圖4所示，當產生喚醒中斷時，系統重新對CAN模塊進行初始化，並配置相應的接收中斷後完成中斷配置，並配置外部中斷，修改備份寄存器後，對外部的GPIO進行處理，將PA3配置為低電平，使CAN收發器進入正常工作狀態。隨後開啟ADC模塊，外設模塊，和看門狗模塊，系統轉入正常工作狀態，最後處理器將輸出埠PA2(S1)配置為低電平，PA1(S2)置為低電平，當S1為低電平時，三極體Q1截止，三極體Q2導通，開關穩壓器U1的ON/OFF引腳為高電平，開關穩壓器U1開始工作。主電源電路輸出電壓VCC0，電壓VCC0通過二極體V3、V4分別為處理器、CAN收發器、和接口電路提供工作電源。同時當PA1(S2)為低電平時，三極體Q3截止，Q3的集電極為高電平，三極體Q4截止，在穩壓管V2無電壓，三極體Q5截止輔助電源關閉。

本發明提供的新能源汽車電子VCU模塊的低功耗休眠電路採用低功耗設計，通過使用輔助電源與主電源配合工作，使處理器不同的工作模式，最大程度的節約了新能源汽車電子VCU模塊的能耗。

以上公開的本發明優選實施例只是用於幫助闡述本發明。優選實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。