一種傳感器供電輸出保護隔離電路的製作方法
2023-06-15 02:04:41 2
一種傳感器供電輸出保護隔離電路的製作方法
【專利摘要】本發明揭示了一種傳感器供電輸出保護隔離電路，其特徵在於：主晶片的模擬供電模塊經保護隔離電路向外部傳感器供電，所述保護隔離電路包括受控式電源隔離電路、保護開關電路、外部環境電源檢測電路以及電壓信號比較邏輯控制電路，本發明保護隔離電路可實現在失效模式時，主動對模擬供電模塊和外部傳感器進行開關保護和電源隔離，避免外界因素對整車控制的幹擾，保證車輛控制器安全正常運行；在失效消除後可自動恢復電源對外輸出。
【專利說明】一種傳感器供電輸出保護隔離電路
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汽車電子電器領域，尤其涉及車輛控制器中具有自恢復功能的傳感器 供電輸出保護隔離電路。
【背景技術】
[0002] 目前，新能源正在進行32bit車輛控制器的研發工作，現已完成32bit車輛控制器 樣件製作，在進行樣件策略診斷驗證測試中發現：當進行傳感器電源輸入引腳短電源診斷 測試時，出現單片機燒壞事故；在進行短地診斷測試時，出現單片機無法正常工作，反覆復 位現象。
[0003] 經過對試驗環境勘察和設計電路原理分析，確定最終原因是由於傳感器電源輸出 模塊沒有設計保護隔離電路，而單片機模擬電源輸出引腳可承受外接電壓峰值為6. 5V，當 短電源（12V)時，會直接附加到單片機模擬電源pin腳，從而造成單片機本體損壞。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是實現一種保護電路，能夠有效防止車輛控制器傳感 器電源輸出引腳短電源或短地保護電路，從而提高車輛控制器可靠性和穩定性能，防止傳 感器電源輸出引腳因外部短電源或短地而引發單片機工作失常或燒壞現象。
[0005] 為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為：一種傳感器供電輸出保護隔離電 路，其特徵在於：主晶片的模擬供電模塊經保護隔離電路向外部傳感器供電；
[0006] 所述保護隔離電路包括受控式電源隔離電路、保護開關電路、外部環境電源檢測 電路以及電壓信號比較邏輯控制電路，所述模擬供電模塊依次經受控式電源隔離電路和 保護開關電路向外輸出供電，所述外部環境電源檢測電路採集保護開關電路輸出端電壓信 號，並將信號輸送至電壓信號比較邏輯控制電路，所述電壓信號比較邏輯控制電路輸出隔 離控制信號至受控式電源隔離電路，輸出保護控制信號至保護開關電路。
[0007] 所述外部環境電源檢測電路從車輛控制器插接件端採集5V_AN_SUPPLY_CHECK電 壓信號，並通過η型濾波器，以及分壓電路將採集電壓減低為1/5後傳輸給電壓信號比較 邏輯控制電路。
[0008] 所述電壓信號比較邏輯控制電路由集成運放LM2903、二極體BAS16、及外圍偏置 電路組成的電壓上下限比較器，所述集成運放LM2903是二運放集成電路，內部包含二組形 式完全相同的運算放大器。
[0009] 所述電壓信號比較邏輯控制電路中第一放大器的反相輸入端負極引腳經分壓電 路連接數字電源，設定比較電平U1，第二放大器的同相輸入端正極引腳經分壓電路連接數 字電源，設定比較電平U2,由外部環境電源檢測電路採集的信號Ui分別接到第一放大器的 同相輸入端正極引腳，以及第二放大器的反相輸入端負極引腳，第一、二放大器的輸出端各 通過一個二極體後並聯在一起構成電壓信號比較邏輯控制電路的輸出端U0。
[0010] 所述受控式電源隔離電路包括高隔離DC-DC晶片、複合二極體UH4TOC，去耦電容 和降噪濾波器構成電路主體；
[0011] 供電電源經去耦電容去耦濾波後輸入至高隔離DC-DC晶片VS引腳，高隔離DC-DC 晶片的輸出端經η型濾波器進行電壓降噪濾波後連接複合二極體UH4TOC，所述複合二極 管UH4PDC是由兩個反向二極體組成，其輸出端連接保護開關電路，所述電壓信號比較邏輯 控制電路的輸出端連接高隔離DC-DC晶片SYNCin引腳，由所述複合二極體UH4PDC輸出的 模擬電源電壓經光電隔離器輸出到接插件輸出端，為外部傳感器提供電源。
[0012] 所述保護開關電路由限流電阻、RC濾波電容、偏置電阻、上拉電阻、PNP型電晶體、 以及核心晶片光電耦合器構成；所述電壓信號比較邏輯控制電路的輸出端輸出電流經限流 電阻、RC濾波電容和偏置電阻連接PNP型電晶體基極，輸入電源經上拉電阻和光電隔離器 連接PNP型電晶體集電極，所述PNP型電晶體基極射極接地。
[0013] 一種電壓信號比較邏輯控制電路比較器配置方式：
[0014] 若選擇U1>U2,則當輸入電壓Ui越出[U2，U1]區間範圍時，U0輸出高電平，構成電 壓雙限指示器；
[0015] 若選擇U2>U1，則當輸入電壓在[U2，U1]區間範圍時，U0輸出高電平，構成"窗口" 電壓指示器；
[0016] U1 設定為 0· 7V，U2 設定為 1. 25V。
[0017] 本發明保護隔離電路可實現在失效模式時，主動對模擬供電模塊和外部傳感器進 行開關保護和電源隔離，避免外界因素對整車控制的幹擾，保證車輛控制器安全正常運行； 在失效消除後可自動恢復電源對外輸出。
[0018] 此外本專利的改進前後電源模塊結構框圖如圖1、2所示，改進為了減小設計變更 工作量，縮短產品開發周期，儘可能減低設變成本，在模擬電源輸出和接插件輸出端之間增 加保護隔離電路模塊，實現在不影響原有單元模塊基礎上完善產品硬體功能安全的目的
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 下面對本發明說明書中每幅附圖表達的內容作簡要說明：
[0020] 圖1為改進前傳感器供電輸出電路結構框圖；
[0021] 圖2為改進後傳感器供電輸出電路結構框圖；
[0022] 圖3為保護隔離電路原理框圖；
[0023] 圖4為保護隔離電路原理圖；
[0024] 圖5為受控式電源隔離電路原理圖
[0025] 圖6為外部環境電源檢測電路和局部電壓信號比較邏輯控制電路的原理圖；
[0026] 圖7為具備電壓信號比較邏輯控制電路原理圖。
【具體實施方式】
[0027] 參見圖2、3可知主晶片的模擬供電模塊經保護隔離電路向外部傳感器供電；其中 保護隔離電路包括受控式電源隔離電路、保護開關電路、外部環境電源檢測電路以及電壓 信號比較邏輯控制電路。下面就各個電路依次說明。
[0028] 外部環境電源檢測電路從車輛控制器插接件端採集5V_AN_SUPPLY_CHECK電壓信 號，然後流經由R187(20kQ)和R189(5kQ)構成的分壓電路，將採集電壓減低為1/5後（考 慮到車輛控制器使用環境：國內乘用車輛電器系統電壓等級均為12V系統，故一般情況下， 車輛控制器模擬供電輸出pin腳只可能存在12V短電源和0V短地風險，且車輛控制器模擬 電源正常輸出電壓為5V)輸入到窗口比較器。
[0029] 具體採集信號處理結果如表1說明：
[0030]
【權利要求】
1. 一種傳感器供電輸出保護隔離電路，其特徵在於：主晶片的模擬供電模塊經保護隔 離電路向外部傳感器供電； 所述保護隔離電路包括受控式電源隔離電路、保護開關電路、外部環境電源檢測電路 以及電壓信號比較邏輯控制電路，所述模擬供電模塊依次經受控式電源隔離電路和保護開 關電路向外輸出供電，所述外部環境電源檢測電路採集保護開關電路輸出端電壓信號，並 將信號輸送至電壓信號比較邏輯控制電路，所述電壓信號比較邏輯控制電路輸出隔離控制 信號至受控式電源隔離電路，輸出保護控制信號至保護開關電路。
2. 根據權利要求1所述的傳感器供電輸出保護隔離電路，其特徵在於：所述外部環境 電源檢測電路從車輛控制器插接件端採集5V_AN_SUPPLY_CHECK電壓信號，並通過π型濾 波器，以及分壓電路將採集電壓減低為1/5後傳輸給電壓信號比較邏輯控制電路。
3. 根據權利要求1或2所述的傳感器供電輸出保護隔離電路，其特徵在於：所述電壓 信號比較邏輯控制電路由集成運放LM2903、二極體BAS16、及外圍偏置電路組成的電壓上 下限比較器，所述集成運放LM2903是二運放集成電路，內部包含二組形式完全相同的運算 放大器。
4. 根據權利要求3所述的傳感器供電輸出保護隔離電路，其特徵在於：所述電壓信號 比較邏輯控制電路中第一放大器的反相輸入端負極引腳經分壓電路連接數字電源，設定 比較電平U1，第二放大器的同相輸入端正極引腳經分壓電路連接數字電源，設定比較電平 U2,由外部環境電源檢測電路採集的信號Ui分別接到第一放大器的同相輸入端正極引腳， 以及第二放大器的反相輸入端負極引腳，第一、二放大器的輸出端各通過一個二極體後並 聯在一起構成電壓信號比較邏輯控制電路的輸出端U0。
5. 根據權利要求4所述的傳感器供電輸出保護隔離電路，其特徵在於：所述受控式電 源隔離電路包括高隔離DC-DC晶片、複合二極體UH4TOC，去耦電容和降噪濾波器構成電路 主體； 供電電源經去耦電容去耦濾波後輸入至高隔離DC-DC晶片VS引腳，高隔離DC-DC芯 片的輸出端經η型濾波器進行電壓降噪濾波後連接複合二極體UH4TOC，所述複合二極體 UH4PDC是由兩個反向二極體組成，其輸出端連接保護開關電路，所述電壓信號比較邏輯控 制電路的輸出端連接高隔離DC-DC晶片SYNCin引腳，由所述複合二極體UH4PDC輸出的模 擬電源電壓經光電隔離器輸出到接插件輸出端，為外部傳感器提供電源。
6. 根據權利要求5所述的傳感器供電輸出保護隔離電路，其特徵在於：所述保護開關 電路由限流電阻、RC濾波電容、偏置電阻、上拉電阻、PNP型電晶體、以及核心晶片光電耦合 器構成；所述電壓信號比較邏輯控制電路的輸出端輸出電流經限流電阻、RC濾波電容和偏 置電阻連接PNP型電晶體基極，輸入電源經上拉電阻和光電隔離器連接PNP型電晶體集電 極，所述PNP型電晶體基極射極接地。
7. -種電壓信號比較邏輯控制電路比較器配置方式，其特徵在於： 若選擇U1>U2,則當輸入電壓Ui越出[U2，U1]區間範圍時，U0輸出高電平，構成電壓雙 限指示器； 若選擇U2>U1，則當輸入電壓在[U2，U1]區間範圍時，U0輸出高電平，構成"窗口"電壓 指示器； U1設定為0. 7V，U2設定為1. 25V。
【文檔編號】B60L3/00GK104044464SQ201410299215
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】盧錦龍 申請人:奇瑞汽車股份有限公司