电源监测装置和车载控制系统的制作方法

本实用新型公开涉及电源监控技术领域，尤其涉及一种电源监测装置和车载控制系统。

背景技术：

车载ecu(电子控制单元，electroniccontrolunit)的输入电源的可靠性对ecu的性能影响较大，因此需要实时监控输入电源的状态，并对输入电源的失效做出诊断，上报到ecu的处理单元，处理单元对做出相应的策略，从而达到保护ecu内部电路的目的。

现有技术中，通过分立器件设定的阈值，从而控制电源在过压、欠压或者过流的情况下停止向ecu输出电压，达到保护ecu内部电路的目的。由于现有技术中使用的分立器件的数量较多，会导致较高的失效性，因此，电路复杂，电路可靠性降低。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本实用新型公开提供了一种电源监测装置和车载控制系统。

第一方面，本实用新型公开了一种电源监测装置，包括：微控制器、电源监测芯片和外围电路；

所述微控制器的电源状态接收端口与所述电源监测芯片的状态电压输出引脚电连接，所述微控制器的电源电压采样端口与电源的输出端电连接；所述微控制器用于根据接收到的电源输出电压以及状态电压确定所述电源的故障类型；

所述外围电路包括：分压单元、n型场效应管和第一电阻；

所述分压单元的过压输出端与所述电源监测芯片的过压输入引脚电连接，所述分压单元的欠压输出端与所述电源监测芯片的欠压输入引脚电连接，所述分压单元的输入端与所述电源的输出端电连接；所述分压单元用于降低所述电源输出电压，以使所述电源监测芯片接收到的电压大于等于第一阈值且小于等于第二阈值；

所述第一电阻的输出端与所述电源监测芯片的过流输入引脚电连接，所述第一电阻的输入端与所述电源的输出端电连接，所述第一电阻用于降低电源输出电流，以使所述电源监测芯片接收到的电流小于等于第三阈值；

所述n型场效应管的控制端与所述电源监测芯片的控制输出引脚电连接，所述n型场效应管的输入端与所述电源的输出端电连接，所述n型场效应管的输出端与待供电设备电连接，所述n型场效应管用于控制所述电源的输出端与所述待供电设备之间的通断。

可选的，所述分压单元包括：过压分压子单元和欠压分压子单元；

所述过压分压子单元包括：第二电阻和第三电阻；所述第二电阻的第一端与所述电源的输出端电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端和所述电源监测芯片的过压输入引脚电连接，所述第三电阻的第二端接地；所述过压分压子单元用于降低所述电源输出电压，以使所述电源监测芯片的过压输入引脚接收到的电压小于等于所述第二阈值；

所述欠压分压子单元包括：第四电阻和第五电阻；所述第四电阻的第一端与所述电源的输出端电连接，所述第四电阻的第二端分别与所述第五电阻的第一端和所述电源监测芯片的欠压输入引脚电连接，所述第五电阻的第二端接地；所述欠压分压子单元用于降低所述电源输出电压，以使所述电源监测芯片的欠压输入引脚接收到的电压大于等于所述第一阈值。

可选的，所述分压单元包括：第六电阻、第七电阻和第八电阻；所述第六电阻的第一端与所述电源的输出端电连接，所述第六电阻的第二端分别与所述第七电阻的第一端和所述电源监测芯片的过压输入引脚电连接，所述第七电阻的第二端分别与所述第八电阻的第一端和所述电源监测芯片的欠压输入引脚电连接，所述第八电阻的第二端接地。

可选的，电源监测装置还包括上拉电阻；所述上拉电阻的第一端与所述电源的输出端电连接，所述上拉电阻的第二端与所述电源监测芯片的状态电压输出引脚电连接。

可选的，所述电源监测芯片包括使能引脚；所述电源监测芯片的使能引脚与所述微控制器的使能输出端口电连接，当所述电源监测芯片的使能引脚输入使能信号时，所述电源监测芯片进入工作状态。

可选的，所述电源监测芯片包括电源输入引脚；所述电源输入引脚与所述电源的输出端电连接。

可选的，电源监测装置还包括电容；所述电容的第一极板与所述电源监测芯片的延迟引脚电连接，所述电容的第二极板接地，所述电容用于调节所述电源监测芯片的响应延迟时间。

可选的，所述微控制器包括模数转换器和处理器；所述模数转换器与所述微控制器的电源电压采样端口电连接，所述处理器的电源电压接收端与所述模数转换器的输出端电连接，所述处理器的状态电压接收端与所述微控制器的电源状态接收端口电连接。

可选的，所述第一阈值为1.6v，所述第二阈值为2v。

第二方面，本实用新型公开了一种车载控制系统，包括电源、待供电设备以及第一方面提供的任一种电源监测装置；

所述电源的输出端与所述电源监测装置的输入端电连接，所述电源监测装置的输出端与所述待供电设备的输入端电连接。

本实用新型实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本实用新型实施例提供的技术方案中，通过设置分压单元能够降低电源输出电压，以使电源监测芯片接收到的电压大于等于第一阈值且小于等于第二阈值；通过设置第一电阻能够降低电源输出电流，以使电源监测芯片接收到的电流小于等于第三阈值，通过设置n型场效应管能够控制电源的输出端与待供电设备之间的通断，通过设置微控制器和电源监测芯片，微控制器的电源状态接收端口与电源监测芯片的状态电压输出引脚电连接，微控制器的电源电压采样端口与电源的输出端电连接，微控制器能够根据接收到的电源输出电压以及状态电压确定电源的具体的故障类型。本实用新型实施例提供的电源监测装置中，外围电路包括分压单元、n型场效应管和第一电阻，电源监测装置中设置的分立器件的数量较少，因而能够降低电路的复杂度，提高电路的可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电源监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的又一种电源监测装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种微控制器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种车载控制系统的结构示意图。

其中，100、电源监测装置；110、微控制器；120、电源监测芯片；121、模数转换器；122、处理器；130、外围电路；131、分压单元；1311、过压分压子单元；1312、欠压分压子单元；200、车载控制系统；210、电源；220、待供电设备。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面将对本实用新型的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为本实用新型实施例提供的一种电源监测装置的结构示意图，如图1所示，电源监测装置100包括：微控制器110、电源监测芯片120和外围电路130。

其中，微控制器110(microcontrollerunit,mcu)的电源状态接收端口与电源监测芯片120的状态电压输出引脚npgd电连接，微控制器110的电源电压采样端口与电源210的输出端电连接，微控制器110用于根据接收到的电源输出电压以及状态电压确定电源210的故障类型。

外围电路130包括：分压单元131、n型场效应管q和第一电阻r1。

分压单元131的过压输出端与电源监测芯片120的过压输入引脚ovp电连接，分压单元131的欠压输出端与电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo电连接，分压单元131的输入端与电源210的输出端电连接，分压单元131用于降低电源输出电压，以使电源监测芯片120接收到的电压大于等于第一阈值且小于等于第二阈值。

第一电阻r1的输出端与电源监测芯片120的过流输入引脚sense电连接，第一电阻r1的输入端与电源210的输出端电连接，第一电阻r1用于降低电源输出电流，以使电源监测芯片120接收到的电流小于等于第三阈值。

n型场效应管q的控制端与电源监测芯片120的控制输出引脚gate电连接，n型场效应管q的输入端与电源210的输出端电连接，n型场效应管q的输出端与待供电设备220电连接，n型场效应管q用于控制电源210的输出端与待供电设备220之间的通断。

具体的，一般来说，电源210输出的电压大于第二阈值，即电源输出电压大于第二阈值。通过设置分压单元131，电源输出电压中的部分电压施加至分压单元131，部分电压施加至电源监测芯片120，使得施加至电源监测芯片120的电压减小，满足输入至电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo的电压大于等于第一阈值，输入至电源监测芯片120的过压输入引脚ovp的电压小于等于第二阈值。电源输出电流通常大于第三阈值，通过设置第一电阻r1，使得流入至电源监测芯片120的电流减小，满足流入至电源监测芯片120的过流输入引脚sense的电流小于等于第三阈值。示例性的，电源输出电压为[v1，v2]，电源输出电流为i1，第一阈值为v1’，第二阈值为v2’且满足v1<v1’<v2’<v2，第三阈值为i1’且满足i1’<i1，经过分压单元131的降压后，分压单元131的过压输出端的输出电压为v2”，分压单元131的欠压输出端输出电压为v1”，满足v1’≤v1”≤v2”≤v2’，经第一电阻r1的作用后，第一电阻r1输出的电流为i1”，满足i1”≤i1’。

当分压单元131的过压输出端的输出电压v2”大于第二阈值v2’时，电源监测芯片120的过压输入引脚ovp接收到的电压大于第二阈值v2’，监测到电源210的电压较大，即电源210发生过压故障，此时电源监测芯片120的控制输出引脚gate输出低电平，n型场效应管q断开，电源210的输出端与待供电设备220之间的断开，无电压输出至待供电设备220，防止待供电设备220因电压过大造成损坏。当分压单元131的欠压输出端的输出电压v1”小于第一阈值v1’时，电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo接收到的电压小于第一阈值v1’，监测到电源210的电压较小，即电源210发生欠压故障，此时电源监测芯片120的控制输出引脚gate输出低电平，n型场效应管q断开，电源210的输出端与待供电设备220之间的断开，无电压输出至待供电设备220，防止待供电设备220因电压过低造成其运行不稳定。当第一电阻r的输出流i1”大于第三阈值i1’时，电源监测芯片120的过流输入引脚sense接收到的电流大于第三阈值i1’，监测到电源210的电流较大，即电源210发生过流故障，此时电源监测芯片120的控制输出引脚gate输出低电平，n型场效应管q断开，电源210的输出端与待供电设备220之间的断开，无电流输出至待供电设备220，防止待供电设备220因电流过大造成损坏。虽然电源监控芯片120能够针对电源210的各种故障起到保护待供电设备220的作用，但是还不能判断出电源210的具体故障类型。下面详细说明电源监测装置100判断故障类型的过程。

如图1所示，微控制器110的电源状态接收端口与电源监测芯片120的状态电压输出引脚npgd电连接，微控制器110能够接收到电源监测芯片120状态电压输出引脚npgd输出的状态电压，微控制器110的电源电压采样端口与电源210的输出端电连接，微控制器110能够采集到电源210输出的电压，即电源输出电压。具体的，当电源210发生过压、欠压以及过流故障时，电源监测芯片120的控制输出引脚gate输出低电平的同时，电源监测芯片120的状态电压输出引脚npgd输出高电平。若微控制器110接收到高电平，则判断出电源210发生故障，与此同时，微控制器110能够根据采集到的电源输出电压判断出故障类型。示例性的，电源输出电压为[v1，v2]，电源监测芯片120的状态电压输出引脚npgd输出高电平，若微控制器110采集到的电源输出电压v满足v<v1，电源210发生欠压故障；若微控制器110采集到的电源输出电压v满足v>v2，电源210发生过压故障；若微控制器110采集到的电源输出电压v满足v1<v<v2，电源210发生过流故障。

综上所述，本实用新型实施例提供的技术方案中，通过设置分压单元能够降低电源输出电压，以使电源监测芯片接收到的电压大于等于第一阈值且小于等于第二阈值；通过设置第一电阻能够降低电源输出电流，以使电源监测芯片接收到的电流小于等于第三阈值，通过设置n型场效应管能够控制电源的输出端与待供电设备之间的通断，通过设置微控制器和电源监测芯片，微控制器的电源状态接收端口与电源监测芯片的状态电压输出引脚电连接，微控制器的电源电压采样端口与电源的输出端电连接，微控制器能够根据接收到的电源输出电压以及状态电压确定电源的具体的故障类型。本实用新型实施例提供的电源监测装置中，外围电路包括分压单元、n型场效应管和第一电阻，电源监测装置中设置的分立器件的数量较少，因而能够降低电路的复杂度，提高电路的可靠性。

可选的，继续参见图1，分压单元131包括：过压分压子单元1311和欠压分压子单元1312。

过压分压子单元1311包括：第二电阻r2和第三电阻r3。其中，第二电阻r2的第一端与电源210的输出端电连接，第二电阻r2的第二端分别与第三电阻r3的第一端和电源监测芯片120的过压输入引脚电ovp连接，第三电阻r3的第二端接地，过压分压子单元1311用于降低电源输出电压，以使电源监测芯片120的过压输入引脚ovp接收到的电压小于等于第二阈值。

欠压分压子单元1312包括：第四电阻r4和第五电阻r5。其中，第四电阻r4的第一端与电源210的输出端电连接，第四电阻r4的第二端分别与第五电阻r5的第一端和电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo电连接，第五电阻r5的第二端接地，欠压分压子单元1312用于降低电源输出电压，以使电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo接收到的电压大于等于第一阈值。

具体的，第二电阻r2的电压vr2和第三电阻r3的电压vr3之和等于电源输出电压v，即v＝vr2+vr3，电源监测芯片120的过压输入引脚ovp输入的电压为vr3，vr3与第二电阻r2和第三电阻r3的阻值相关，通过调整第二电阻r2和第三电阻r3的阻值即可调整电源监测芯片120的过压输入引脚ovp输入的电压的大小，从而使得电源监测芯片120的过压输入引脚ovp接收到的电压小于等于第二阈值。第四电阻r4的电压vr4和第五电阻r5的电压vr5之和等于电源输出电压v，即v＝vr4+vr5，电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo输入的电压为vr5，vr5与第四电阻r4和第五电阻r5的阻值相关，通过调整第四电阻r4和第五电阻r5的阻值即可调整电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo输入的电压的大小，从而使得电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo接收到的电压大于等于第一阈值。本实用新型实施例通过独立设置过压分压子单元1311和欠压分压子单元1312，降低过压分压子单元1311和欠压分压子单元1312之间的相关性，避免其中一个子单元失效对另一个子单元造成影响，提高电路的可靠性。

可选的，图2为本实用新型实施例提供的又一种电源监测装置的结构示意图，如图2所示，分压单元131包括：第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8。

其中，第六电阻r6的第一端与电源210的输出端电连接，第六电阻r6的第二端分别与第七电阻r7的第一端和电源监测芯片120的过压输入引脚ovp电连接，第七电阻r7的第二端分别与第八电阻r8的第一端和电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo电连接，第八电阻r8的第二端接地。

具体的，第六电阻r6的电压vr6、第七电阻r7的电压vr7和第八电阻r8的电压vr8之和等于电源输出电压v，即v＝vr6+vr7+vr8，电源监测芯片120的过压输入引脚ovp输入的电压为vr7+vr8，电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo输入的电压为vr8，vr6、vr7和vr8均与第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8的阻值相关，通过调整第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8的阻值即可调整电源监测芯片120的过压输入引脚ovp输入的电压的大小以及电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo输入的电压的大小，从而使得电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo接收到的电压大于等于第一阈值，电源监测芯片120的过压输入引脚ovp接收到的电压小于等于第二阈值。本实用新型实施例通过三个电阻即可调整电源监测芯片120的欠压输入引脚uvlo和电源监测芯片120的过压输入引脚ovp接收到的电压，减小电路中电子元器件的数量，简化电路结构。

可选的，继续参见图1和图2，电源监测装置100还包括上拉电阻rs。其中，上拉电阻rs的第一端与电源210的输出端电连接，上拉电阻rs的第二端与电源监测芯片120的状态电压输出引脚npgd电连接。

具体的，电源监测芯片120的状态电压输出引脚npgd通过上拉电阻rs与电源输出电压电连接，当电源210发生故障时，上拉电阻rs能够将电源监测芯片120的状态电压输出引脚npgd输出的不确定的电平信号固定在高电平，确保电源210发生故障时，电源监测芯片120的状态电压输出引脚npgd输出高电平。

可选的，继续参见图1和图2，电源监测芯片120包括使能引脚en。其中，电源监测芯片120的使能引脚en与微控制器110的使能输出端口电连接，当电源监测芯片120的使能引脚en输入使能信号时，电源监测芯片120进入工作状态。

具体的，如图1和2所示，微控制器110的使能输出端口与电源监测芯片120的使能引脚en电连接，微控制器110向电源监测芯片120的使能引脚en输出使能信号，电源监测芯片120接收到使能信号后进入工作状态。在其他实施方式中，电源监测芯片120的使能引脚en还可以与电源监测芯片120的部分引脚电连接，或者与电源监测芯片120内部的电子元器件电连接，本实用新型实施例对此不做具体限制。需要说明的是，使能信号可以是高电平也可以是低电平。

可选的，继续参见图1和图2，电源监测芯片120包括电源输入引脚vin，电源输入引脚vin与电源210的输出端电连接。

具体的，如图1和2所示，电源210的输出端与电源监测芯片120的电源输入引脚vin电连接，电源输出电压传输至电源监测芯片120的电源输入引脚vin，电源210能够向电源监测芯片120提供电能。

可选的，继续参见图1和图2，电源监测装置100还包括电容c。其中，电容c的第一极板与电源监测芯片120的延迟引脚timer电连接，电容c的第二极板接地，电容c用于调节电源监测芯片120的响应延迟时间。

具体的，从电源监测芯片120接收到电源输出电压和电源输出电流到电源监测芯片120做出响应，存在一段时间的延迟，通过设置电容c，并根据其电容值的大小可以调节延迟时间，灵活设置电源监测芯片120的响应时间。

可选的，图3为本实用新型实施例提供的一种微控制器的结构示意图，如图3所示，微控制器110包括模数转换器111和处理器112。其中，模数转换器111与微控制器110的电源电压采样端口电连接，处理器112的电源电压接收端与模数转换器111的输出端电连接，处理器112的状态电压接收端与微控制器110的电源状态接收端口电连接。

具体的，处理器112能够对接收到的数字信号进行识别和处理，并产生具体的判断结果，而电源输出电压是一个模拟量，因此需要设置模数转换器111，通过模数转换器111将该模拟量转换为数字量，以使处理器112能够识别电源输出电压，并进行相应的判断。

可选的，第一阈值为1.6v，第二阈值为2v。

具体的，当分压单元131的过压输出端的输出电压大于2v，电源210产生过压故障，当分压单元131的欠压输出端的输出电压小于1.6v，电源210产生欠压故障。需要说明的是，本实用新型实施例仅示例性展示了第一阈值和第二阈值的具体数值，在实际应用中，根据待供电设备220的规格可灵活设置第一阈值和第二阈值。

基于同一种构思，本实用新型实施例还提供的一种车载控制系统，包括本实用新型任意实施例所提供的电源监测装置，具备其相应的功能和有益效果。

图4为本实用新型实施例提供的一种车载控制系统的结构示意图，如图4所示，车载控制系统200包括电源210、待供电设备220和电源监测装置100。

电源210的输出端与电源监测装置100的输入端电连接，电源监测装置100的输出端与待供电设备220的输入端电连接。

具体的，当电源监测装置100监测到电源210发生故障时，电源210的输出端与待供电设备220断开，因此，无电压输入至待供电设备220，能够避免待供电设备220因电源210的性能不稳定而造成损坏。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。