一种应用于汽车PEPS系统的电路管理模块的制作方法

本实用新型涉及汽车PEPS系统技术领域，特别是一种应用于汽车PEPS系统的电路管理模块。

背景技术：

随着汽车电子的不断发展，对于汽车电子产品安全等级的要求也越来越高。PEPS系统（Passive Entry Passive Start，无钥匙进入和启动系统）通过控制IGN1，IGN2，ACC继电器对整车的电源进行管理，其中IGN1和IGN2电源跟安全相关。要求车辆在行驶过程中，不能轻易断电导致车辆熄火。根据ISO 26262的思路，常采取备份电源管理的设计来防止电源管理功能的失效（如图1所示），该方案采用双MCU，双高边驱动芯片共同进行电源管理，两个MCU之间通过SPI或I2C通讯。当主MCU异常时，辅MCU还可以对电源继电器进行控制，防止继电器轻易关断。由于该方案涉及到双MCU和双高边驱动芯片，所以硬件成本很高，软件控制策略比较复杂。同时该方案在整车电源下降到5V以下时，整个系统不再工作，无法维持电源继电器的状态，除非电源加升压电路，这样会使PEPS开发成本大大增加。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、生产成本低、可靠性高的应用于汽车PEPS系统的电路管理模块。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种应用于汽车PEPS系统的电路管理模块，其特征在于，包括微处理器MCU、隔直电路、积分电路、关闭电路、启动电路、自锁电路、驱动电路、短路保护电路和输出端口；微处理器MCU的第一引脚端口依次连接隔直电路、积分电路、关闭电路、自锁电路、驱动电路、短路保护电路、输出端口，微处理器MCU的第二引脚端口与启动电路的输入端相连接，启动电路的输出端与自锁电路的输入端相连接。

优选地，所述隔直电路包括第一电容，积分电路包括第一电阻、第四电阻、第十六电阻、第四电容、第一二极管和第二三极管；所述第一电容的一端与微处理器MCU的第一引脚端口相连接，第一电容的另一端分别与第四电阻的一端、第一二极管的阳极相连接，第四电阻的另一端分别与第一电阻的一端、第二三极管的基极相连接，第二三极管的发射极、第一二极管的阴极和第一电阻的另一端均接5V电源，第二三极管的集电极分别与第十六电阻的一端、第四电容的一端相连接，第十六电阻的另一端和第四电容的另一端均接地；所述第二三极管的集电极与关闭电路的输入端相连接。

优选地，所述关闭电路包括第二电阻、第六电阻、第十电阻、第一三极管和第七三极管；所述第十电阻的一端与积分电路的输出端相连接，第十电阻的另一端与第七三极管的基极相连接，第七三极管的集电极与第六电阻的一端相连接，第七三极管的发射极接地，第六电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第一三极管的基极相连接，第二电阻的另一端和第一三极管的发射极均接12V电源，第一三极管的集电极与自锁电路的输入端相连接。

优选地，所述启动电路包括第十二电阻、第二十一电阻、第二十二电阻和第十三极管；所述第二十一电阻的一端与微处理器MCU的第二引脚端口相连接，第二十一电阻的另一端分别与第二十二电阻的一端、第十三极管的基极相连接，第二十二电阻的另一端和第十三极管的发射极均接地，第十三极管的集电极与第十二电阻的一端相连接，第十二电阻的另一端与自锁电路的输入端相连接。

优选地，所述自锁电路包括第五电阻、第十一电阻、第十三电阻、第二十电阻、第六电容、第四三极管和第八三极管；所述第四三极管的基极分别与关闭电路的输出端、启动电路的输出端、第五电阻的一端、第十一电阻的一端相连接，第四三极管的发射极和第五电阻的另一端均接12V电源，第四三极管的集电极与第十三电阻的一端相连接，第十一电阻的另一端与第八三极管的集电极相连接，第八三极管的发射极经过第二十电阻接地，第八三极管的基极分别与第十三电阻的另一端、第六电容的一端相连接，第六电容的另一端接地；所述第四三极管的集电极与驱动电路的输入端相连接。

优选地，所述驱动电路采用三极管驱动电路。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：本实用新型应用于汽车PEPS系统的电路管理模块采用分立式元器件搭建电路，大大降低了PEPS的开发成本，有很好的经济效益；电路管理模块的驱动电路上选择大功率PNP三极管来代替高边驱动芯片，一方面避免了5V工作电压的限制，另一方面减少了硬件成本；同时，本实用新型应用于汽车PEPS系统的电路管理模块解决了ISO 26262对电源分配和管理安全等级要求。

附图说明

图1为现有的采用双MCU和双高边驱动芯片对电源进行管理的结构示意图。

图2为本实用新型应用于汽车PEPS系统的电路管理模块的结构示意图。

图3为本实用新型应用于汽车PEPS系统的电路管理模块的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1：

如图2所示，一种应用于汽车PEPS系统的电路管理模块，包括微处理器MCU、隔直电路、积分电路、关闭电路、启动电路、自锁电路、驱动电路、短路保护电路和输出端口；微处理器MCU的第一引脚端口IGN1 Open-Control依次连接隔直电路、积分电路、关闭电路、自锁电路、驱动电路、短路保护电路、输出端口IGN1 Relay Output，微处理器MCU的第二引脚端口IGN1 Close-Control与启动电路的输入端相连接，启动电路的输出端与自锁电路的输入端相连接。

如图3所示，所述隔直电路包括第一电容C1，积分电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、第十六电阻R16、第四电容C4、第一二极管D1和第二三极管Q2；所述第一电容C1的一端与微处理器MCU的第一引脚端口IGN1 Open-Control相连接，第一电容C1的另一端分别与第四电阻R4的一端、第一二极管D1的阳极相连接，第四电阻R4的另一端分别与第一电阻R1的一端、第二三极管Q2的基极相连接，第二三极管Q2的发射极、第一二极管D1的阴极和第一电阻R1的另一端均接5V电源，第二三极管Q2的集电极分别与第十六电阻R16的一端、第四电容C4的一端相连接，第十六电阻R16的另一端和第四电容C4的另一端均接地。

所述关闭电路包括第二电阻R2、第六电阻R6、第十电阻R10、第一三极管Q1和第七三极管Q7；所述第十电阻R10的一端与积分电路中第二三极管Q2的集电极相连接，第十电阻R10的另一端与第七三极管Q7的基极相连接，第七三极管Q7的集电极与第六电阻R6的一端相连接，第七三极管Q7的发射极接地，第六电阻R6的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一三极管Q1的基极相连接，第二电阻R2的另一端和第一三极管Q1的发射极均接12V电源。

所述启动电路包括第十二电阻R12、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22和第十三极管Q10；所述第二十一电阻R21的一端与微处理器MCU的第二引脚端口IGN1 Close-Control相连接，第二十一电阻R21的另一端分别与第二十二电阻R22的一端、第十三极管Q10的基极相连接，第二十二电阻R22的另一端和第十三极管Q10的发射极均接地，第十三极管Q10的集电极与第十二电阻R12的一端相连接。

所述自锁电路包括第五电阻R5、第十一电阻R11、第十三电阻R13、第二十电阻R20、第六电容C6、第四三极管Q4和第八三极管Q8；所述第四三极管Q4的基极分别与关闭电路中第一三极管Q1的集电极、启动电路中第十二电阻R12的另一端、第五电阻R5的一端、第十一电阻R11的一端相连接，第四三极管Q4的发射极和第五电阻R5的另一端均接12V电源，第四三极管Q4的集电极与第十三电阻R13的一端相连接，第十一电阻R11的另一端与第八三极管Q8的集电极相连接，第八三极管Q8的发射极经过第二十电阻R20接地，第八三极管Q8的基极分别与第十三电阻R13的另一端、第六电容C6的一端相连接，第六电容C6的另一端接地；所述第四三极管Q4的集电极与驱动电路的输入端相连接。

所述驱动电路包括第三电阻R3、第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2、第三三极管Q3和第六三极管Q6；所述第八电阻R8的一端与自锁电路中第四三极管Q4的集电极相连接，第八电阻R8的另一端分别与第二电容C2的一端、第六三极管Q6的基极相连接，第二电容C2的另一端和第六三极管Q6的发射极均接地，第六三极管Q6的集电极经过第七电阻R7后分别与第三电阻R3的一端、第三三极管Q3的基极相连接，第三电阻R3的另一端和第三三极管Q3的发射极均接12V电源。

所述短路保护电路包括第九电阻R9、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第三电容C3、第五电容C5、第五三极管Q5和第九三极管Q9；所述第十四电阻R14的一端分别与驱动电路中第三三极管Q3的集电极、第十七电阻R17的一端、第十八电阻R18的一端、第五电容C5的一端相连接，第十八电阻R18的另一端和第五电容C5的另一端均接地，第十七电阻R17的另一端分别与第九三极管Q9的基极、第十九电阻R19的一端相连接，第九三极管Q9的发射极和第十九电阻R19的另一端均经过第十五电阻R15分别与第十四电阻R14的另一端、输出端口IGN1 Relay Output相连接，第九三极管Q9的集电极分别与第五三极管Q5的基极、第九电阻R9的一端、第三电容C3的一端相连接，第五三极管Q5的发射极、第九电阻R9的另一端和第三电容C3的另一端均接12V电源，第五三极管Q5的集电极与第三三极管Q3的基极相连接。

电源继电器开操作：PEPS系统中MCU的IGN1 Open-Control端口经过R21电阻接Q10三极管（NPN）的基极，Q10三极管发射极接地，集电极经过R12电阻接Q4三极管（PNP）的基极。当MCU的IGN1 Open-Control端口输出脉冲信号时，Q10三极管将被短暂导通，继而Q4三极管被短暂导通。Q4三极管的发射极接12V电源，集电极经过R13电阻接Q8三极管（NPN）的基极，Q8三极管的集电极反过来经过R11电阻接Q4三极管的基极，发射极经过R20电阻接地。因为Q4三极管被短暂导通，继而Q8三极管被短暂导通，Q8三极管导通后反过来维持Q4三极管导通，于是Q4三极管和Q8三极管共同构成了互锁电路，最终两者被持续导通，不再依赖MCU的IGN1 Open-Control输出。然后Q4三极管的集电极经过R8电阻接Q6三极管（NPN）的基极，Q6三极管的发射极接地，集电极经过R7电阻接Q3功率三极管（PNP）的基极。因为Q4三极管被持续导通，继而导致Q6三极管被持续导通，Q6三极管的导通为Q3功率三极管提供导通条件，最后Q3功率三极管被持续导通，集电极输出12V，给电源继电器线圈供电，从而打开电源继电器。

电源继电器开操作不是安全相关的功能，MCU只需要通过输出脉冲信号来激活自锁电路工作，一旦驱动电路自锁后，不再依赖MCU控制开操作的IO口。即使整车电压下降到5V以下，MCU不再工作，但自锁电路仍然有效，使高端开关保持打开状态，从而保证IGN1、IGN2继电器状态保持。本实用新型的高端开关采用功率PNP三极管，用来驱动电源继电器，在整车电压下降到5V以下仍能继续工作，使IGN1、IGN2继电器状态保持。而一般的高边驱动芯片在整车电压5V以下时，不再工作，不能输出高电平使IGN1、IGN2继电器状态保持，除非电源端增加升压电路。

电源继电器关操作是安全相关的功能，考虑到如果MCU输出有效电平信号来控制电源继电器的关操作，则可靠性不足。从功能安全性角度来分析：在车辆行驶过程中，万一MCU复位或者失效，IO端口电平状态不确定时，端口很有可能会输出有效电平使自锁电路失效，继而关闭电源继电器，导致车辆中途熄火，引发安全性问题。所以本实用新型为了避免MCU输出电平信号的不可靠性，特采用一定频率和占空比的PWM信号去控制电源继电器的关操作。MCU需要输出一定频率和占空比的PWM信号，经过隔直电容，再经过积分电路，将PWM信号转换为有效电平信号，才能使自锁电路失效。即使MCU端口电平状态不确定，电平信号也将因为隔直电容的存在而被隔离，不会引发后面的自锁电路失效，只有一定频率和占空比的信号才能通过隔直电容和积分电路，来关断电源继电器。

电源继电器关操作：PEPS系统中MCU的IGN1 Close-Control端口经过C1电容和R4电阻接Q2三极管基极，Q2三极管的发射极接5V电源，集电极经过R16电阻和C4电容构成的积分电路后再经过R10电阻接Q7三极管（NPN）的基极。当MCU的IGN1 Close-Control端口输出一定频率和占空比的PWM信号时，经过积分电路后使Q7三极管被持续导通。Q7三极管的发射极接地，集电极经过R6电阻接Q1三极管（PNP）的基极。Q7三极管被持续导通后，继而Q1三极管被持续导通。Q1三极管的发射极接12V电源，集电极接Q4三极管的基极。因为Q1三极管被持续导通，Q1三极管的集电极会持续输出12V，Q4三极管将被持续关断，致使自锁电路失效，从而关闭电源继电器。当MCU的IGN1 Close-Control端口输出时，即使IGN1 Open-Control端口输出，也不会再次打开电源继电器。只有关闭IGN1 Close-Control后重新激活自锁电路工作，才能再次打开电源继电器。当在MCU的IGN1 Close-Control端口电平状态不确定，电平信号也将因为隔直电容C1的存在而被隔离，不会引发后面的自锁电路失效，从而电源继电器不会被轻易关断。

短路保护策略：考虑到功率三极管Q3自身无短路保护功能，本实用新型PEPS系统中Q3功率三极管的集电极经过R14电阻再到输出端，外接电源继电器线圈。R14电阻一端经过R17电阻接Q9三极管（NPN）的基极，另一端经过R15电阻接Q9三极管的发射极。Q9三极管的集电极接Q5三极管（PNP）的基极，Q5三极管的发射极接12V电源，集电极接Q3功率三极管的基极。当IGN1 Relay Output外接对地短路时，R14电阻上压降增大，会使Q9三极管被导通，继而Q5三极管被导通，Q5三极管的集电极输出12V致使Q3功率三极管被关断。当Q3功率极管被关断时，Q9和Q5三极管随之被关断，然后Q3三极管被再次打开，如此反复。通过调节R18电阻以及C5电容的大小可以改变积分参数，调节Q3功率三极管打开和关断的时间，保证Q3三极管和R14电阻不被损坏。

综上所述，本实用新型应用于汽车PEPS系统的电路管理模块采用分立式元器件搭建电路，大大降低了PEPS的开发成本，有很好的经济效益；电路管理模块的驱动电路上选择大功率PNP三极管来代替高边驱动芯片，一方面避免了5V工作电压的限制，另一方面减少了硬件成本；同时，本实用新型应用于汽车PEPS系统的电路管理模块解决了ISO 26262对电源分配和管理安全等级要求。