一種電動汽車整車控制器的掉電保護電路及系統的製作方法
2023-10-17 12:33:44 2
專利名稱：一種電動汽車整車控制器的掉電保護電路及系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及掉電保護技術，特別涉及一種電動汽車整車控制器的掉電保護電
路及系統。
背景技術：
電動汽車的整車控制器實現電動汽車的控制功能，在電動汽車啟動或運行過程 中，整車控制器將向牽引電機控制器發出執行指令，由牽引電機控制器實現對電動汽車各 種運行狀態的控制。 目前，電動汽車中的整車控制器僅由一個輸入電源供電，當該輸入電源由於故障 而發生突然掉電時，整車控制器將突然停止工作，這將導致向牽引電機控制器發出的執行 指令出錯，從而導致車輛運行異常、產生誤動作，甚至對駕駛人員的安全和車輛安全造成威 脅。進一步，整車控制器的中央處理器(CPU, Central Processing Unit)內含有數據存儲 器，當輸入電源掉電時，整車控制器來不及將運行狀態、行駛裡程等重要數據存儲到其內部 的數據存儲器中，將造成這些重要數據的丟失。
實用新型內容有鑑於此，本實用新型提供一種電動汽車整車控制器的掉電保護電路，該掉電保
護電路能夠保證發生突然掉電時，整車控制器不丟失數據及不產生誤動作。 本實用新型的技術方案是這樣實現的 —種電動汽車整車控制器的掉電保護電路，關鍵在於，該電路包括 電源分級電路，在輸入電源正常時儲能，並將輸入電源隔離成一級電源和二級電
源共同為整車控制器供電；在輸入電源掉電時放電，使二級電源保持為整車控制器供電； 第一分壓電路，將輸入電源提供的電壓分壓後作為比較值提供給比較電路； 儲能電路，在輸入電源正常時儲能，並將輸入電源的電壓恆定在設定值；在輸入電
源掉電時，給比較電路、第二分壓電路、開關電路、光電隔離電路提供電壓為所述設定值的
電源； 第二分壓電路，將所述設定值的電壓分壓後作為基準值提供給比較電路； 比較電路，在所述比較值大於基準值時，觸發開關電路截止；在所述比較值小於基
準值時，觸發開關電路導通； 光電耦合電路，在開關電路截止時，輸出代表輸入電源正常工作的高電平供整車 控制器檢測；在開關電路導通時，輸出代表輸入電源掉電的低電平供整車控制器檢測。 所述電源分級電路包括第一隔離模塊、第二隔離模塊、第一電容、第二電容、第三 電容、第四電容、第五電容、第六電容和第七電容； 輸入電源與第一電容的正極、第二電容的一端及第一隔離模塊的輸入端分別連 接，第一電容的負極和第二電容的另一端接地； 第一隔離模塊的輸出端與第三電容的一端、第四電容的正極及第二隔離模塊的輸入端分別連接，第三電容的另一端和第四電容的負極接地； 第二隔離模塊的輸出端與第六電容的一端、第七電容的正極分別連接，第六電容 的另一端和第七電容的負極接地；第五電容的正極與第二隔離模塊的復位端連接，負極接 地； 所述第一隔離模塊的輸出端為一級電源，所述第二隔離模塊的輸出端為二級電
源；所述第一電容和第七電容在輸入電源正常時儲能，並在輸入電源掉電時放電。 所述第一分壓電路包括串聯的第一電阻和第二電阻，其串聯後的兩端分別連接輸
入電源和地，且第一電阻和第二電阻之間的連接端與比較電路相連。
所述儲能電路包括第三電阻、第八電容和穩壓二極體； 所述第八電容和穩壓二極體並聯，其並聯的兩端分別連接第三電阻的一端和地； 所述第三電阻的另 一端連接輸入電源。 所述第二分壓電路包括串聯的第四電阻和第五電阻，其串聯後的兩端分別連接所 述第八電容和穩壓二極體並聯後的兩端，且第四電阻和第五電阻之間的連接端與比較電路 相連。 所述比較電路由比較器實現，所述比較器包括同相輸入端、反相輸入端、電源輸入 端、接地端和輸出端； 所述同相輸入端連接所述第一電阻和第二電阻之間的連接端，所述反相輸入端連 接所述第四電阻和第五電阻之間的連接端，所述電源輸入端連接所述第八電容和穩壓二極 管並聯後與第三電阻之間的連接端，所述接地端接地，所述輸出端連接開關電路。
所述開關電路包括第六電阻、第七電阻、第八電阻和三極體； 所述第六電阻的一端連接所述第八電容和穩壓二極體並聯後與第三電阻之間的
連接端，另一端連接第七電阻的一端；第七電阻的另一端連接三極體的基極；所述第八電
阻的一端連接所述第八電容和穩壓二極體並聯後與第三電阻之間的連接端，另一端連接光
電耦合電路及三極體的發射極；三極體的集電極接地。
所述光電耦合電路包括第九電阻、光電耦合器和第十電阻； 所述光電耦合器的第一輸入端連接第九電阻的一端，第九電阻的一端連接所述第 八電容和穩壓二極體並聯後與第三電阻之間的連接端；第二輸入端連接所述第八電阻；第 一輸出端接地；第二輸出端連接第十電阻的一端，第十電阻的另一端連接二級電源。 —種包括上述掉電保護電路的電動汽車整車控制器的掉電保護系統，關鍵在於， 該系統還包括 整車控制器，在檢測到所述光電耦合電路輸出代表輸入電源掉電的低電平時，將 數據打包存儲到自身的數據存儲器中，並關閉電動汽車的車身電器。 由以上技術方案可以看出，本實用新型中的電源分級電路在輸入電源正常時儲 能，並將輸入電源隔離為一級電源和二級電源，該一級電源和二級電源將共同為整車控制 器供電，在輸入電源不正常時，電源分級電路放電，保持二級電源繼續為整車控制器供電， 從而為整車控制器進行安全處理提供了緩衝的時間，而不至於在輸入電源後使整車控制器 立即停止工作。另一方面，本實用新型中的儲能電路在輸入電源掉電時可以短時放電，使第 二分壓電路提供給比較電路的基準值短時不變，第一分壓電路提供給比較電路的比較值發 生變化，使得比較電路可以在輸入電源掉電時觸發開關電路導通，由此導致光電耦合電路
5導通，使光電耦合電路輸出代表輸入電源掉電的低電平供整車控制器檢測，從而為整車控 制器進行安全處理提供了觸發條件。因此，整車控制器在二級電源繼續供電的緩衝時間內， 可以通過光電耦合電路輸出的代表輸入電源掉電的低電平獲知當前輸入電源已經掉電，然 後執行相應的安全措施，例如可以將重要數據打包存儲、將車身電器關閉等，從而避免了數 據丟失和誤動作。
圖1為本實用新型電動汽車整車控制器的掉電保護電路的結構示意圖； 圖2為本實用新型實施例中掉電保護電路的結構示意圖。
具體實施方式為使本實用新型的目的和優點更加清楚，
以下結合附圖和實施例對本實用新型作 進一步的詳細說明。 圖1為本實用新型電動汽車整車控制器的掉電保護電路的結構示意圖，該掉電保 護電路包括電源分級電路、第一分壓電路、第二分壓電路、儲能電路、比較電路、開關電路 和光電耦合電路。其中， 電源分級電路，在輸入電源正常時儲能，並將輸入電源隔離為一級電源和二級電 源共同為整車控制器供電；在輸入電源掉電時放電，使二級電源保持為整車控制器供電； 第一分壓電路，將輸入電源提供的電壓分壓後作為比較值提供給比較電路。 儲能電路，在輸入電源正常時儲能，並將輸入電源的電壓恆定在設定值；在輸入電 源掉電時，給比較電路、第二分壓電路、開關電路、光電隔離電路提供電壓為所述設定值的 電源。 第二分壓電路，將所述設定值的電壓分壓後作為基準值提供給比較電路。 比較電路，在比較值大於基準值時，觸發開關電路截止；在比較值小於基準值時，
觸發開關電路導通。 光電耦合電路，在開關電路截止時，輸出代表被測電源正常工作的高電平，在開關 電路導通時，輸出代表輸入電源掉電的低電平。 圖2為本實用新型實施例的電路結構示意圖，下面對照圖2分別介紹上述本實用 新型掉電保護電路的各個電路的結構。 電源分級電路包括第一隔離模塊U2、第二隔離模塊U4、電容CU3、電容CU8、電容 CU9、電容CU4、電容C7、電容C8和電容C9。第一分壓電路包括電阻RC10和電阻RC11，第二 分壓電路包括電阻RC12和電阻RC13，儲能電路包括電阻RC9、電容CC3和穩壓二極體DC1， 比較電路由比較器UC5A實現，開關電路包括電阻RC14、電阻RC15、電阻RC16和三極體QC1， 光電耦合電路包括光電耦合器TC1、電阻RC17和電阻RC18。 在圖2中，VDD作為輸入電源，也是被測電源，突然掉電指的是該輸入電源突然掉 電。輸入電源與電容CU3的正極、電容CU8的一端及第一隔離模塊U2的輸入端連接，電容 CU3和電容CU8的另一端接地；第一隔離模塊U2的輸出端與電容CU9的一端、電容CU4的 正極及第二隔離模塊U4的輸入端連接，電容CU9的另一端和電容CU4的負極接地；第二隔 離模塊U4的輸出端與電容C8的一端、電容C9的正極連接，電容C8的另一端和電容C9的負極接地；電容C7的正極與第二隔離模塊U4的復位端連接，負極接地。上述第一隔離模塊 U2的輸出端即為一級電源，第二隔離模塊U4的輸出端即為二級電源，在正常情況下，本實 用新型中的整車控制器由上述一級電源和二級電源共同供電。 在圖2中，輸入電源連接電阻RCIO的一端，電阻RCIO的另一端分別連接電阻RC11 的一端和比較器UC5的同相輸入端3，電阻RCll的另一端接地；輸入電源還連接電阻RC9的 一端，電阻RC9的另一端分別連接電容CC3的一端、穩壓二極體DC1的陰極、電阻RC12的一 端、比較器UC5的電源輸入端8、電阻RC14的一端、電阻RC17的一端和電阻RC16的一端， 其中電容CC3的另一端接地，穩壓二極體DC1的陽極接地，電阻RC12的另一端連接比較器 UC5的反相輸入端2及電阻RC13的另一端，電阻RC14的另一端連接電阻RC15的一端，電阻 RC16的另一端連接光電耦合器TC1的第二輸入端5及三極體QC1的發射極，電阻RC17的另 一端連接光電耦合器TC1的第一輸入端4 ;電阻RC15的另一端連接三極體QC1的基極，三極 管QC1的集電極接地；光電耦合器TC1的第一輸出端6接地，第二輸出端7連接電阻RC18 的一端，電阻RC18的另一端連接二級電源VCC。 在本實施例中，假設圖2所示各元器件的取值包括輸入電源為12伏，電阻RC9為 100歐，電阻RC10為9. 1千歐，電阻RC11為3千歐，電容CC3為47微法，穩壓二極體DC1選 擇型號IN4733，電阻RC12為3千歐，電阻RC13為3千歐，比較器UC5選擇型號LM393，電阻 RC14為10千歐，電阻RC15為10千歐，電阻RC16為10千歐，電阻RC17為1千歐，三極體 QC1選擇型號9012，光電耦合器TC1選擇型號TLP521-1，電阻RC18為1千歐，電阻CU3為 100微法，電容CU4為100微法，電容C9為22微法。基於上述取值，圖2中所示電路的工作 原理如下 在輸入電源VDD正常提供12伏電源時， 一級電源為5伏，二級電源為3. 3伏，電阻 C9儲能；電容CC3和穩壓二極體DC1兩端的電壓穩定在5伏，電阻RC12和電阻RC13將這5 伏電壓分壓為2. 5伏、並作為基準值提供給比較器UC5的反相輸入端2 ;電阻RCIO和電阻 RC11將輸入電源VDD提供的12伏電壓分壓為3伏、並作為比較值提供給比較器UC5的同相 輸入端3。由於比較器UC5的同相輸入端3的電壓高於反相輸入端2的電壓，因此比較器 UC5的輸出端1輸出高電平，導致三極體QC1截止，此時光電耦合器TC1中的光源部分不發 光，因此光電耦合器TC1不導通，其第二輸出端7輸出高電平。整車控制器通過檢測光電耦 合器TC1的第二輸出端7來判斷當前是否發生掉電，當檢測到高電平時認為工作正常。 在輸入電源VDD突然掉電後， 一級電源為0伏，但一級電源輸出的電容CU3能持續 短時為二級電源供電，並且二級電源輸出的電容C9又能短時為整車控制器供電，由此保證 二級電源能短時保持在3. 3伏，使整車控制器在短時內還可以正常工作；電容CC3短時放 電，穩壓二極體DC1將自身兩端的電壓值穩定在5伏，電阻RC12和電阻RC13將這5伏電壓 分壓為2. 5伏、並作為基準值提供給比較器UC5的反相輸入端2 ;由於被測電源VDD已發生 掉電，電阻RC10和電阻RC11將被測電源VDD提供的0伏電壓分壓為0伏、並作為比較值提 供給比較器UC5的同相輸入端3。由於比較器UC5的同相輸入端3的電壓低於反相輸入端 2的電壓，因此比較器UC5的輸出端l輸出低電平，導致三極體QC1導通，此時光電耦合器 TC1中的光源部分發光，因此光電耦合器TC1導通，其第二輸出端7輸出低電平。由於二級 電源的存在，整車控制器不會因為輸入電源VDD掉電而立刻停止工作，而是可以在二級電 源存在的時段內，通過檢測光電耦合器TC1的第二輸出端7來判斷當前是否發生掉電，當檢電平時認為已掉電，可立即執行關閉車身電器和數據打包存儲等安全處理，從而避 免由於突然掉電引起的誤操作和數據丟失。上述關閉車身電器的操作，由整車控制器向相 應電器發送控制器指令，由該電器按照常規方式關閉即可。 除上述供電正常和突然掉電的情況外，還存在一種介於中間狀態的情況，即輸入 電源VDD提供的電源小於IO伏，這時一級電源和二級電源還是共同為整車控制器供電，電 容CC3和穩壓二極體DC1兩端的電壓仍穩定在5伏，電阻RC12和電阻RC13將這5伏電壓 分壓為2. 5伏、並作為基準值提供給比較器UC5的反相輸入端2 ;但電阻RC10和電阻RC11 將被測電源VDD提供的電壓分壓為小於2. 5伏、並作為基準值提供給比較器UC5的同相輸 入端3。由於比較器UC5的同相輸入端3的電壓低於反相輸入端2的電壓，因此比較器UC5 的輸出端l輸出低電平，導致三極體QC1導通，此時光電耦合器TC1的光源部分發光，因此 光電耦合器TC1導通，其第二輸出端7輸出低電平。整車控制器通過檢測光電耦合器TC1 的第二輸出端7來判斷當前是否發生掉電，當檢測到低電平時認為已掉電，可立即做出相 應的安全處理和數據打包存儲，從而避免由於突然掉電引起的誤操作和數據丟失。可見，在 這種介於正常和突然掉電的中間狀態的情況下，整車控制器也可以進行安全處理和數據打 包存儲，從而避免由於突然掉電引起的誤操作和數據丟失。 以上圖2中所示各元器件的取值僅為一種具體的舉例，並不僅限於這種情況，能 夠實現相同功能的其他取值均可以選用。 本實用新型實施例中的第一分壓電路和第二分壓電路分別給比較電路提供比較 值和基準值，則比較值可以通過改變第一分壓電路內部的電阻阻值而調整，基準值也可以 通過改變第二分壓電路內部的電阻阻值而調整，這樣將有利於根據實際需求來靈活設置比 較值和基準值。 本實用新型實施例中採用了比較器、開關管和光電耦合管，由於比較器、開關管、 光電耦合器的特性就是響應時間短、沒有延時，因此本實用新型的掉電保護電路可以縮短 故障響應時間、增加電路的可靠性。 本實用新型實施例中採用光電耦合電路，一方面是由於光電耦合電路兩端的電壓 值不同，另一方面基於光電耦合電路的特性，使用光電耦合電路可以降低輸入電源對整車 控制器的幹擾，有利於電氣隔離。 綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的 保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包 含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1. 一種電動汽車整車控制器的掉電保護電路，其特徵在於，該電路包括 電源分級電路，在輸入電源正常時儲能，並將輸入電源隔離成一級電源和二級電源共同為整車控制器供電；在輸入電源掉電時放電，使二級電源保持為整車控制器供電； 第一分壓電路，將輸入電源提供的電壓分壓後作為比較值提供給比較電路； 儲能電路，在輸入電源正常時儲能，並將輸入電源的電壓恆定在設定值；在輸入電源掉電時，給比較電路、第二分壓電路、開關電路、光電隔離電路提供電壓為所述設定值的電源；第二分壓電路，將所述設定值的電壓分壓後作為基準值提供給比較電路； 比較電路，在所述比較值大於基準值時，觸發開關電路截止；在所述比較值小於基準值時，觸發開關電路導通；光電耦合電路，在開關電路截止時，輸出代表輸入電源正常工作的高電平供整車控制器檢測；在開關電路導通時，輸出代表輸入電源掉電的低電平供整車控制器檢測。
2. 如權利要求l所述的掉電保護電路，其特徵在於，所述電源分級電路包括第一隔離 模塊(U2)、第二隔離模塊(U4)、第一電容(CU3)、第二電容(CU8)、第三電容(CU9)、第四電容 (CU4)、第五電容(C7)、第六電容(C8)和第七電容(C9);輸入電源與第一電容(CU3)的正極、第二電容(CU8)的一端及第一隔離模塊(U2)的輸 入端分別連接，第一電容(CU3)的負極和第二電容(CU8)的另一端接地；第一隔離模塊(U2)的輸出端與第三電容(CU9)的一端、第四電容(CU4)的正極及第 二隔離模塊(U4)的輸入端分別連接，第三電容(CU9)的另一端和第四電容(CU4)的負極接 地；第二隔離模塊(U4)的輸出端與第六電容(C8)的一端、第七電容(C9)的正極分別連 接，第六電容(C8)的另一端和第七電容(C9)的負極接地；第五電容(C7)的正極與第二隔 離模塊(U4)的復位端連接，負極接地；所述第一隔離模塊(U2)的輸出端為一級電源，所述第二隔離模塊(U4)的輸出端為二 級電源；所述第一電容(CU3)和第七電容(C9)在輸入電源正常時儲能，並在輸入電源掉電 時放電。
3. 如權利要求2所述的掉電保護電路，其特徵在於，所述第一分壓電路包括串聯的第 一電阻(RC10)和第二電阻(RC11)，其串聯後的兩端分別連接輸入電源和地，且第一電阻 (RC10)和第二電阻(RC11)之間的連接端與比較電路相連。
4. 如權利要求3所述的掉電保護電路，其特徵在於，所述儲能電路包括第三電阻 (RC9)、第八電容(CC3)和穩壓二極體(DC1);所述第八電容(CC3)和穩壓二極體(DC1)並聯，其並聯的兩端分別連接第三電阻(RC9) 的一端和地；所述第三電阻(RC9)的另一端連接輸入電源。
5. 如權利要求4所述的掉電保護電路，其特徵在於，所述第二分壓電路包括串聯的第 四電阻(RC12)和第五電阻(RC13)，其串聯後的兩端分別連接所述第八電容(CC3)和穩壓二 極管(DC1)並聯後的兩端，且第四電阻(RC12)和第五電阻(RC13)之間的連接端與比較電 路相連。
6. 如權利要求5所述的掉電保護電路，其特徵在於，所述比較電路由比較器(UC5)實 現，所述比較器(UC5)包括同相輸入端(3)、反相輸入端(2)、電源輸入端(8)、接地端(9)和輸出端(1);所述同相輸入端(3)連接所述第一電阻(RC10)和第二電阻(RC11)之間的連接端，所 述反相輸入端(2)連接所述第四電阻(RC12)和第五電阻(RC13)之間的連接端，所述電源 輸入端(8)連接所述第八電容(CC3)和穩壓二極體(DC1)並聯後與第三電阻(RC9)之間的 連接端，所述接地端(9)接地，所述輸出端(1)連接開關電路。
7. 如權利要求6所述的掉電保護電路，其特徵在於，所述開關電路包括第六電阻 (RC14)、第七電阻(RC15)、第八電阻(RC16)和三極體(QC1);所述第六電阻(RC14)的一端連接所述第八電容(CC3)和穩壓二極體(DC1)並聯後與 第三電阻(RC9)之間的連接端，另一端連接第七電阻(RC15)的一端；第七電阻(RC15)的另 一端連接三極體(QC1)的基極；所述第八電阻(RC16)的一端連接所述第八電容(CC3)和穩 壓二極體(DC1)並聯後與第三電阻(RC9)之間的連接端，另一端連接光電耦合電路及三極 管(QC1)的發射極；三極體(QC1)的集電極接地。
8. 如權利要求7所述的掉電保護電路，其特徵在於，所述光電耦合電路包括第九電阻 (RC17)、光電耦合器(TC1)和第十電阻(RC18);所述光電耦合器(TC1)的第一輸入端(4)連接第九電阻(RC17)的一端，第九電阻 (RC17)的一端連接所述第八電容(CC3)和穩壓二極體(DC1)並聯後與第三電阻(RC9)之 間的連接端；第二輸入端(5)連接所述第八電阻(RC16);第一輸出端(6)接地；第二輸出端 (7)連接第十電阻(RC18)的一端，第十電阻(RC18)的另一端連接二級電源。
9. 一種包括權利要求1所述掉電保護電路的電動汽車整車控制器的掉電保護系統，其 特徵在於，該系統還包括整車控制器，在檢測到所述光電耦合電路輸出代表輸入電源掉電的低電平時，將數據 打包存儲到自身的數據存儲器中，並關閉電動汽車的車身電器。
專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車整車控制器的掉電保護電路，在輸入電源正常時，由一級電源和二級電源共同為整車控制器供電；在輸入電源掉電時，由二級電源為整車控制器短時供電，從而為整車控制器進行安全處理提供了緩衝時間。該掉電保護電路中的儲能電路在輸入電源掉電時可短時放電，保證第二分壓電路提供給比較電路的基準值短時不發生變化，但第一分壓電路提供給比較電路的比較值發生變化，使得比較電路可以在輸入電源掉電時觸發開關電路導通，由此導致光電耦合電路導通，使光電耦合電路輸出代表輸入電源掉電的低電平供整車控制器檢測，從而為整車控制器進行安全處理提供了觸發條件。
文檔編號H02H7/20GK201466672SQ20092007012
公開日2010年5月12日 申請日期2009年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者王佳, 聶歲兵, 鄒宜才 申請人:海馬(鄭州)汽車有限公司;上海海馬汽車研發有限公司