機動車輛的驅動模塊和控制單元的製作方法

2023-09-19 12:42:15 2

本發明涉及一種驅動模塊，該驅動模塊與機動車輛的設備相關且配置為用於與車身控制器模塊交換信號，以向車身控制器模塊提供關於相關設備的狀況的信息。本發明特別地涉及在驅動模塊中使用的控制電路，其用於調適由微控制器發出的信號，以被車身控制器模塊檢測。

背景技術：

已知使用包括主電晶體的控制電路，所述主電晶體調適由驅動模塊的微控制器發出的信號，以被車身控制器檢測。主電晶體通常使其集電極連接至車身控制器模塊的中斷(outage)埠，其基極直接地或經由諸如另一電晶體的其他部件連接至微控制器。此外，在控制電路的高壓側配置中，主電晶體的射極連接至電壓供應部。

但是，通過這樣的控制電路，在車身控制器的中斷埠處的短路導致主電晶體的集電極至接地端的聯接時，則較高電壓供應至主電晶體，使得主電晶體需要耗散較大功率。由此，必需使用超大尺寸的電晶體來耐受這樣的高電壓，且其實現功率耗散而不導致由於溫度升高造成的電晶體故障。但是，這樣的超大尺寸的電晶體顯著增加了控制電路的成本。

因此，本發明的主要目標是提供一種廉價的控制電路，所述控制電路包括在車身控制器模塊的中斷埠處的短路導致供應至主電晶體的高電壓時所述主電晶體的保護裝置。

技術實現要素：

本發明因此涉及一種與機動車輛的設備相關的驅動模塊，所述驅動模塊連接至機動車輛的車身控制器模塊，且配置為用於經由激活埠接收來自車身控制器模塊的激活信號和用於將中斷信號傳輸至中斷埠，所述中斷信號響應於被接收的激活信號而指示相關設備的狀況，其中，所述驅動模塊包括：

-微控制器，配置用於檢測相關設備的操作狀況和用於根據檢測到的操 作狀況來發出命令信號，

-控制電路，配置用於將由微控制器發出的命令信號轉換為適於車身控制器模塊的中斷信號，其中，所述控制電路包括主電晶體，所述主電晶體聯接至中斷埠且配置用於根據其狀態而改變所述中斷信號的值，

且其中，控制電路還包括保護電路，該保護電路配置用於在中斷埠處短路時，則將所述主電晶體設定為阻斷狀態。

使用配置為在中斷埠處出現短路時則將主電晶體設定為阻斷狀態的保護電路使得能夠避免使用超大尺寸的主電晶體，所述超大尺寸的主電晶體可耐受由於短路而供應至主電晶體的高電壓。實際上，如果電壓太高且主電晶體仍為導通狀態，則主電晶體需要耗散大功率，其可導致所述主電晶體的損壞，以及可能導致連接至主電晶體的其他部件的損壞。

根據本發明的另一方面，所述主電晶體是PNP電晶體，其集電極聯接至中斷埠，其射極連接至激活埠，所述激活埠配置為連接至電壓供應部，且其中，所述中斷埠處的短路是指所述中斷埠至接地端的聯接。

這樣的配置是指高壓側控制電路的配置。

根據本發明的另一方面，所述驅動模塊包括第二電晶體，其基極連接至所述微控制器，其射極連接至接地端，且其集電極聯接至主電晶體的基極。

根據本發明的另外的方面，第二電晶體的基極經由第一電阻器連接至微控制器，且經由第二電阻器連接至接地端，其射極經由第三電阻器連接至接地端，所述主電晶體的射極經由第四電阻器連接至激活埠。

根據本發明的另一方面，所述保護電路配置為用於通過第三電晶體檢測在中斷埠處低於預定閾值的電壓，且配置用於通過第四電晶體將所述第二電晶體且因此將主電晶體設定為阻斷狀態。

根據本發明的另一方面，第三電晶體的基極聯接至電橋分壓器的中點，所述分壓器包括在中斷埠和接地端之間串聯聯接的第五和第六電阻器，其射極聯接至接地端，且其集電極經由第七電阻器連接至所述微控制器，經由電容器連接至接地端以及連接至第四電晶體的基極，所述第四電晶體的射極聯接至接地端且其集電極聯接至第二電晶體的基極。

根據本發明的另外的方面，所述控制電路包括自適應電路，所述自適應電路聯接至所述微控制器且配置用於調適由微控制器供應的電壓。

根據本發明的另一方面，所述自適應電路包括PNP電晶體，所述PNP 電晶體的集電極經由第一電阻器連接至第二電晶體的基極，其射極聯接至第二電壓供應部，且其基極經由第八電阻器連接至所述微控制器且經由第九電阻器連接至第二電壓供應部。

根據本發明的另外的方面，所述電晶體是絕緣柵雙極電晶體「IGBT」。

根據本發明的另一方面，除主電晶體之外的電晶體是NPN電晶體。

根據本發明的另一方面，所述驅動模塊是與機動車輛的發光設備相關的發光碟機動模塊。

本發明還涉及一種控制單元，包括根據前述權利要求中任一項所述的驅動模塊和車身控制器模塊，所述驅動模塊連接至所述車身控制器模塊，其中，所述車身控制器模塊包括激活元件和中斷埠，所述激活元件配置用於將由電壓供應部供應的激活信號傳輸至驅動模塊，所述中斷埠用於接收來自所述驅動模塊的中斷信號，且其中，所述中斷埠通過下拉電阻器聯接至接地端。

附圖說明

本發明的其他特徵和由於將從以下描述更清楚地顯現。所述描述基於附圖而實現，所述附圖以非限制性方式表示了可行實施例。

在這些圖中：

圖1是控制單元的視圖，所述控制單元包括與機動車輛的設備相關的驅動模塊和車身控制器模塊；

圖2是根據本發明的第一實施例的控制電路的視圖；

圖3是根據本發明的第二實施例的控制電路的視圖。

在這些圖中，相同的附圖標記指向具有相同功能的元件。

具體實施方式

術語「LED」是指發光二級管的簡稱。

術語「NPN」和「PNP」是指二極體的類型，尤其是在電晶體中使用的結的類型。NPN電晶體包括具有共用P層的兩個P-N結，PNP電晶體包括具有共用N層的兩個P-N結。N層是指具有過剩電子的層，而P層是指具有過剩空穴的層。

術語「IGBT」是指絕緣柵雙極型電晶體的簡稱。

術語「連接至」用於限定兩個電子元件之間的連結，且也指直接聯接或指經由其它元件進行的連接，例如，經由電阻器，而術語「聯接至」是指直接聯接(例如經由電線)，而沒有中間元件。

以下實施例僅是例子。儘管該描述涉及一個或多個實施例，但其不必意味著每一個參考標記涉及相同實施例，或特徵僅用於單個實施例。不同實施例的單一特徵可還被組合，以提供其他實現方式。

圖1示出機動車輛的控制單元1的視圖，所述控制單元1包括機動車輛設備的控制模塊3和驅動模塊5。所述設備是指發光設備，在本發明的情形下包括LED，但驅動模塊5可還適用於機動車輛的其他設備。車身控制器模塊3和驅動模塊5包括用於彼此通信的通信器件。車身控制器模塊3配置為當車輛開動時激活驅動模塊5，而驅動模塊5配置為用於檢測設備的故障，和用於根據設備的工作或操作狀況而朝向車身控制器模塊3發送中斷信號。車身控制器模塊3配置為用於基於從驅動模塊5接收的中斷信號來檢測設備的故障。

車身控制器模塊3可，例如，通過一個或多個電線7連結至驅動模塊5。

車身控制器模塊3包括激活埠P1，所述激活埠P1經由激活元件11連結至電壓供應部9，該電壓供應部9對應於機動車輛的電池，該激活元件11例如對應於激活開關。激活開關11配置為在車輛點火時閉合，使得對應於電壓供應部9的電壓的激活信號被傳輸至驅動模塊5，用於激活所述驅動模塊5。

車身控制器模塊3還包括中斷埠P2，所述中斷埠P2經由下拉電阻器14連接至接地端16且連接至車身控制器模塊3的處理單元15，所述車身控制器模塊3配置為用於處理由驅動模塊5發送的中斷信號。車身控制器模塊3還包括聯接至接地端16的接地埠P3。

驅動模塊5包括激活埠P1'，該激活埠P1'意圖聯接至車身控制器模塊3的激活埠P1。

激活埠P1'連接至電源17，例如經由二極體19連接至低壓差調節器。驅動模塊5還包括微控制器21，該微控制器21配置為檢測與驅動模塊5相關的設備的故障，該設備在本發明的情況下為LED，且用於當檢測到LED故障時發出命令信號。

微控制器21由電源17供電，且聯接至控制電路23，所述控制電路23 配置為用於接收由微控制器21發送的命令信號，且用於將所述命令信號轉換為適於車身控制器模塊3的中斷信號。中斷信號被傳輸至驅動單元5的中斷埠P2'，該中斷埠P2'專用於聯接至車身控制器模塊3的中斷埠P2。微控制器21和控制電路23還聯接至接地埠P3'，所述接地埠P3'意圖聯接至車身控制器模塊3的接地埠P3。控制電路23還連接至激活埠P1'，例如經由二極體19連接。

因此，當車輛起動時，激活開關11閉合，且對應於電池電壓的激活信號，例如13V信號從車身控制器模塊3傳輸至驅動模塊5。響應於該激活信號，中斷信號被驅動模塊5發送回車身控制器模塊3，用於指示與驅動模塊5相關的設備正確地操作。

控制電路23的目的因此是確保車身控制器模塊3接收的中斷信號適用且可被檢測到，使得車身控制器模塊3可評估驅動模塊5本身和/或與驅動模塊5相關的設備的狀態，以檢測操作狀況且尤其是故障或不操作。因此控制電路23需要是可靠的，且需要對短路的抵抗，所述短路尤其可能發生在中斷埠P2或P2'處，例如下拉電阻器14的短路，且會導致中斷埠P2'至接地端的聯接。

圖2示出根據本發明的控制電路23的電氣圖。控制電路23包括輸入端25，所述輸入端25聯接至微控制器21，用於接收命令信號。控制電路23還包括第一電晶體Q1，也稱為主電晶體，該第一電晶體是NPN電晶體，以及包括第二電晶體Q2，該第二電晶體Q2是NPN電晶體。第一電晶體Q1的基極聯接至第二電晶體Q2的集電極。第一電晶體Q1的射極經由第四電阻器R4以及可以經由如圖1中所示的二極體19連接至激活埠P1'，使得當激活開關11閉合時，第一電晶體Q1的射極由電壓供應部9供電。第一電晶體Q1的集電極聯接至中斷埠P2'。中斷埠P2'連接至車身控制器3的中斷埠P2，且因此連接至被配置用於處理由控制電路23發送的中斷信號的處理單元15且經由下拉電阻器14連接至接地端16。第二電晶體Q2的基極經由第一電阻器R1連接至輸入端25，且經由第二電阻器R2連接至接地端16。第二電晶體Q2的射極經由第三電晶體R3連接至接地端。

微控制器21配置為在發光設備的正確工作狀態則發出高電壓信號，以及在發光設備中檢測到故障(例如LED的故障)時則發出低電壓信號。此外，在電源故障時或在微控制器21的初始化期間，傳輸至控制電路23的輸 入端25的命令信號對應於高阻抗信號。

低電壓是指足夠低以致於將第二電晶體Q2設定為阻斷狀態的電壓，而高電壓是指足夠高以致於將第二電晶體Q2設定為導通狀態的電壓。因此，如果第二電晶體Q2處於阻斷狀態，則第一電晶體Q1也處於阻斷狀態，且被傳輸至處理單元15的中斷信號對應於低電壓信號，例如低於1V，如果第二電晶體Q2處於導通狀態，則第一電晶體Q1也處於導通狀態，且被傳輸至處理單元15的中斷信號是由電壓供應部9經由第一電晶體Q1提供的高電壓信號。

控制單元23因此使得能夠，如果驅動模塊5是可操作的且正常運行，則傳輸對應於高電壓信號的中斷信號(電晶體Q1處於導通狀態)，以及對於驅動模塊5以及相關設備的任何故障(LED故障、電源斷電...)，則傳輸對應於低電壓的中斷信號(電晶體Q1處於阻斷狀態)，所述故障被微控制器21檢測到或導致對應於高阻抗信號的命令信號。

此外，控制電路23還包括保護電路27，該保護電路27配置用於在低於預定閾值的電壓被供應至第一電晶體Q1的集電極時(例如由於在中斷埠P2'處的短路)，則將第一電晶體Q1設定為阻斷狀態。這樣的短路，諸如下拉電阻器14的短路，會使第一電晶體Q1的集電極聯接至接地端16。

保護電路27包括第三電晶體Q3，其是NPN電晶體。第三電晶體Q3的基極聯接至分壓器29的中點。分壓器29由在中斷埠P2'和接地端16之間串聯聯接的第五電阻器R5和第六電阻器R6製成。中點是指電阻器R5和R6之間的連結部。第三電晶體Q3的射極聯接至接地端16。第三電晶體Q3的集電極經由第七電阻器R7連接至輸入端25，經由電容器C連接至接地端16，且連接至為NPN電晶體的第四電晶體Q4。第四電晶體Q4的集電極聯接至第二電晶體Q2的基極，第四電晶體Q4的射極聯接至接地端16。

因此，一旦低於預定閾值的電壓供應至中斷埠P2'，例如，由於電阻器14的短路，則低電壓被供應至第三電晶體Q3的基極，其變成阻斷狀態。如果，同時，微控制器21正在發送高電壓信號至第四電晶體Q4的基極(以及至第二電晶體Q2的基極)，則第四電晶體Q4設定為導通狀態，使得第二電晶體Q2的基極聯接至接地端(經由第四電晶體Q4)。

由此，第二電晶體Q2仍為阻斷狀態，而不論由微控制器21發送的高電壓如何，且第一電晶體Q1也仍為阻斷狀態。

因此，保護電路27實現將第一電晶體Q`設定為阻斷狀態，而不管在中斷埠P2'處供應異常低電壓時(例如由於短路)由微控制器21發送的信號如何。

電壓的預定閾值取決於分壓器29的電阻器R5、R6的值以及將第三電晶體Q3設定為導通狀態的電壓閾值，所述閾值例如設定為略微高於0V。

這樣的將第一電晶體Q1設定為阻斷狀態使得能夠在中斷埠P2'處短路時保護第一電晶體Q1本身以及控制電路23的其他部件。由此，通過這樣的保護電路27，第一電晶體Q1不需要超大尺寸以耐受在其射極與其集電極之間供應的高電壓，例如由於電阻器14的短路造成的。

此外，由於微控制器21發出的命令信號的功率可能不適於將控制電路23的第二電晶體Q2和第四電晶體Q4設定為阻斷狀態和導通狀態，或在其中微控制器21可僅發出低電壓信號和高阻抗信號的情況下，控制電路23可還包括如圖3中所示的自適應電路31，該自適應電路配置為用於使微控制器21發送的命令信號的電壓適於用於將電晶體Q2和Q4的阻斷狀態轉變為導通狀態的閾值。

自適應電路31位於輸入端25和第一電阻器R1之間，且包括第五電晶體Q5，所述第五電晶體為PNP電晶體。第五電晶體Q5的基極經由第八電阻器R8連接至輸入端25，且經由第九電阻器R9連接至第二電壓供應部33。第二電壓供應部33例如是供應5V或3.3V電壓的、機動車輛的電壓供應部，例如低壓差調節器17。第五電晶體Q5的射極聯接至第二電壓供應部33，且第五電晶體Q5的集電極經由第二電阻器R2連接至第二電晶體Q2的基極。因此，微控制器21的命令信號使得能夠將第五電晶體Q5設定為阻斷狀態或導通狀態，使得自適應電路31提供的電壓和電流能夠將第二電晶體Q2和第四電晶體Q4設定為阻斷狀態或導通狀態。

因此，本發明通過使用將機動車輛的設備的驅動模塊5的主電晶體Q1設定為阻斷狀態的保護電路27，實現在驅動模塊5的中斷埠P2'處發生短路時則保護控制電路23的部件，而無需使用如控制電路23中的主電晶體Q1的超大尺寸電晶體。保護電路27的部件能夠在印刷電路板中容易地實施，且它們的成本相對於超大尺寸電晶體保持較低。