专利名称：用于车载充电器的近感探测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于供车载充电器使用的类型的近感探测电路，以探测与电线组件或者用于方便车辆充电的其他部件的连接。背景车载充电器可用于为存在于混合电动车辆或电动车辆中的高压电池充电，以为用电力提供动力的电动机提供能量。在一些情况下，可以使用电线组件或者具有便于将电流例如从壁式充电器或者其他类型的充电站传送至车载充电器的能力的其他部件来便于充电。电线组件可包括适配器以便于连接到电源插座或者与车载充电器相关联的其他插座。车载充电器可包括电子器件或者其他部件以控制和管理到高压电池的电流流动以及其他相关的充电操作。概述本发明的一个非限制性方面设想近感探测电路，其用于唤醒微控制器以探测充电电线组件与车辆充电系统的插座的连接，其中电线组件具有当电线组件被连接时插入插座的端子中的接近插脚。近感探测电路可包括唤醒信号生成电路，其可操作来生成用于唤醒微控制器的唤醒信号以探测充电电线组件与插座的连接；以及连接电路，其配置为通过插脚导电以便使唤醒信号生成电路能够生成唤醒信号。本发明的一个非限制性方面设想唤醒信号生成电路，其配置为生成唤醒信号作为 脉冲唤醒信号。本发明的一个非限制性方面设想脉冲唤醒信号的持续时间小于唤醒微控制器所需要的信号持续时间。本发明的一个非限制性方面设想自锁电路，其配置为将脉冲唤醒信号的持续时间延长到至少等于唤醒微控制器所需要的信号持续时间。本发明的一个非限制性方面设想唤醒微控制器所需要的信号持续时间是至少50ms o本发明的一个非限制性方面设想脉冲唤醒信号的持续时间小于50ms。本发明的一个非限制性方面设想唤醒信号生成电路，其配置为包括可操作来设置脉冲唤醒信号的持续时间的电容器，其中电容器的电容小于150nF。本发明的一个非限制性方面设想在第一状态和第二状态之间可操作的连接电路，第一状态与连接电路消耗第一电流量对应，以及第二状态与连接电路消耗第二电流量对应，其中第二电流量大于第一电流量。本发明的一个非限制性方面设想根据从微控制器接收到的控制信号在第一状态和第二状态之间可操作的连接电路，当确定电线组件断开时，微控制器将连接电路控制到第一状态，而当确定电线组件连接时，微控制器将连接电路控制到第二状态。本发明的一个非限制性方面设想第一电流量小于150uA。本发明的一个非限制性方面设想近感探测电路，其用于唤醒微控制器以探测充电电线组件到车辆充电系统的连接。近感探测电路可包括脉冲信号生成电路，其在充电电线组件连接到车辆充电系统时生成用于将微控制器从休眠状态唤醒到活动状态的单脉冲信号；以及连接电路，其配置为在充电电线组件连接到车辆充电系统时使脉冲信号生成电路能够生成单脉冲信号。本发明的一个非限制性方面设想自锁电路，该自锁电路配置为将单脉冲信号延长为足以唤醒微控制器的唤醒信号。本发明的一个非限制性方面设想脉冲信号生成电路，该脉冲信号生成电路配置为包括可操作来设置单脉冲信号的持续时间的电容器。本发明的一个非限制性方面设想电容器的电容小于150nF。本发明的一个非限制性方面设想连接电路包括在连接节点处连接到脉冲生成电路的分压器，当电线组件断开时，分压器在连接节点处提供第一电压，并且当电线组件连接时，分压器提供第二电压，其中脉冲生成电路需要第二电压，以便生成单脉冲信号。
本发明的一个非限制性方面设想连接节点，该连接节点与用于接纳电线组件的接近插脚的插座的端子相重合，其中分压器配置为通过插脚导电以提供第二电压。本发明的一个非限制性方面设想近感探测电路，该近感探测电路用于将微控制器从休眠状态唤醒到活动状态，以便探测充电电线组件到车辆充电系统的连接。近感探测电路可包括脉冲信号生成电路，其可操作性来生成具有第一持续时间的第一信号；自锁电路，其可操作来将第一信号处理成具有第二持续时间的第二信号，第二持续时间足以将微控制器从休眠状态唤醒到活动状态；以及连接电路，其配置为在充电电线组件连接到车辆充电系统时使脉冲信号生成电路能够生成第一信号。本发明的一个非限制方面设想第一持续时间不足以将微控制器从第一状态唤醒到第二状态。本发明的一个非限制方面设想连接电路，该连接电路通过电线组件的插脚导电，以便启用脉冲信号生成电路。本发明的一个非限制方面设想连接电路包括在连接节点处连接到脉冲生成电路的分压器，当电线组件断开时，分压器在连接节点处提供第一电压，当电线组件连接时，分压器提供第二电压，其中，脉冲生成电路需要第二电压，以便生成第一信号，并且其中，当在连接节点处提供第一电压时，连接电路通过分压器消耗小于150uA。附图
简述在所附权利要求中以特征指出本发明。然而，通过结合附图参考以下的详细描述，本发明的其他特征将变得更加明显并且本发明将被最好地理解，其中图I在功能上示出了依照本发明一个非限制方面的与车辆电力系统相关联的逻辑部件。图2示意地示出了依照本发明一个非限制方面的近感探测电路。图3示出了依照本发明一个非限制方面当电线组件断开时穿过连接电路以及唤醒信号生成电路的电流路径。图4示出了依照本发明一个非限制方面当电线组件最初连接时穿过连接电路以及唤醒信号生成电路的电流路径。图5示出了依照本发明一个非限制方面的来自唤醒信号生成电路的脉冲信号输出。
图6示出了依照本发明一个非限制方面的来自自锁电路的脉冲信号输出。图7示出了依照本发明一个非限制方面当电线组件连接并且添加了附加电阻时穿过连接电路和唤醒信号生成电路的电流路径。详细描述如所需要的，本文公开了本发明的详细的实施方式；然而，应该理解，所公开的实施方式仅仅是可以体现在各种和可选的形式中的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定组件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域中的技术人员不同地利用本发明的代表性的基础。图I在功能上示出了依照本发明的一个非限制方面的与车辆电力系统10相关联的逻辑部件。示出并且主要描述了车辆电力系统10，其用在电动车辆、混合电动车辆或者具 有高压电池14或者可操作来提供足以由电动机16使用来驱动车辆12的其他能量源的其他车辆12。车辆12可包括车载充电器20以便于使用通过电线组件22传送的电流为高压电池14充电，该电线组件22用于将车载充电器连接至壁式充电器或者其他充电站(未示出)。电线组件22可用于通过电缆传送电流，该电缆在一端具有适合于接纳在与车载充电器20相关联的插座或电源插座(未示出)内的端子。标题为“Connector Assembly forVehicle Charging”的美国专利号7，878，866(其公开内容特此通过引用被完全并入)公开了可依照本发明使用的电线组件22和插座布置。车载充电器20可包括可操作来控制和管理电流流动的电子器件或者其他部件，该电子器件或者其他部件用于支持高压电池14的充电相关操作，并且可选地支持给低压电池24、一个或者多个车辆子系统26和/或包括在车辆12内的其他电子地可操作部件充电或以另外方式供电。低压电池24可被包括以支持给在低于电动机16的电压处操作的车辆系统26供电，例如但不限于远程无钥匙进入系统、加热与冷却系统、资讯娱乐系统、刹车系统等。除了使用电线组件22提供的能量充电以外，高压电池14、低压电池24、以及车辆子系统26中的一个或者多个可操作来为彼此供电并且/或者使用电动机16产生的能量而被供电。例如，低压电池24可以可操作来提供足以满足较低电压的电源30使用的能量。较低电压的电源30可以可操作来调节供车辆子系统26以及/或者车载充电器20中的一个或者多个使用的来自低压电池24的电流。控制器32可被包括以便于执行逻辑操作以及承担与控制车辆12内的车载充电器和/或控制器系统(可选地，这些部件中的一个或者多个可包括它们自己的控制器或者处理器)相关联的其他处理需求。为了示例性的目的，术语“较低”、“低””以及“高”被用来区分分别与5VDCU2VDC以及200VDC大致重合的电压电平，其通常用在车辆中以支持与相应能量源中的每个相关的操作。这被完成，而不用来不必要地限制本发明的范围以及设想，因为本发明充分设想具有相同或者不同的电压电平和/或电流产生/生成能力的能量源。依照本发明的一个非限制性方面的近感探测电路36可被包括以便于电流保持配置，其可操作来当控制器在休眠状态或者非活动状态中时便于指示电线组件22到车载充电器20的连接。近感探测电路36可操作来将控制器32从休眠状态转变到活动状态，可选地同时消耗小于50-150uA。这可能有助于允许控制器32保持在低能量消耗状态中(例如，其中控制器32不能探测电线组件22的连接或者执行其他操作)以便限制所消耗的能量的量，同时在电线组件22被连接或者其他事件(其他事件可能涉及与当控制器22处于休眠状态时不可用的能力相关的其他触发操作)发生时仍然允许控制器32被唤醒以执行其规定操作。图2示意性地示出了依照本发明的一个非限制方面的近感探测电路36。近感探测电路36用来描述图2中示出的电路相关部件(开关、电阻器、电容器、二极管等)的操作。分配给这些部件的值以及所描述的对部件的使用并不意味着必须要求该值/部件或者该值/部件是专用电路的一部分。更确切地，电路部件可以是图I示出的逻辑部件的任一个或者多个的部分，例如，所示的电路组件的一些或者全部可被包括于车载充电器20、较低电压的电源30、车辆子系统26、控制器32、电动机16等的一些或者全部中。虽然多个电路部件被示为实现某些结果，本发明充分设想实现相似结果的其他电路部件的使用，特别是其他电流保持部件的使用。近感探测电路36被示为配置成使用恒定的5VDC电力供应(KA5V)来操作，该5VDC电力供应可由较低电压的电源30提供。当控制器处于休眠状态和/或活动状态的任一个中时，恒定的5VDC可被用于为开关供电并使电路36的其他部件偏压。图2示出的配置依 靠5VDC来为连接电路40、唤醒信号生成电路42以及可选的自锁电路44供电。连接生成电路40可配置为生成信号，例如电压变化，其适合于在促使唤醒信号生成电路42输出脉冲信号时使用，该脉冲信号在唤醒控制器32时使用。在脉冲信号的持续时间/长度小于唤醒控制器32所需的持续时间的情况下，自锁电路44可用于延长脉冲信号或者以其他方式处理它而成为足以将控制器32从休眠状态转换到活动状态的信号。一旦控制器32被唤醒，它就可配置为监控在PR0X_D1节点处的电压以确定电线组件22的连接，以及可选的模拟到数字部件(ADC)可用于基于所测电压来支持其他软件处理。图3示出了当电线组件22断开时穿过连接电路40以及唤醒信号生成电路42的电流路径(带箭头的线)。由于在探测到指示电线组件22的断开的PR0X_D1值时将控制器32转换到休眠状态的以前关机事件，控制器32可能此时在休眠状态中。控制器32可以处于活动状态中以完成或者执行其他操作，或者在当所示的电流路径是活动的时转换到休眠状态的过程中。当电线组件22断开时，开关Ql断开，Q19闭合，Q12断开，开关Q8断开，由控制器设置的PROX电压为零，并且用于接纳电线组件22的接近插脚(未示出)的基于车辆的插座的端子48是空的。这导致穿过连接电路40的Q19、R130以及R33的所示电流路径。由于在电容器C39的每侧上的电压是恒定的，唤醒信号生成电路42没有电流路径。图4示出了当电线组件22最初被连接时穿过连接电路40以及唤醒信号生成电路42的电流路径(带箭头的线)。除非以前被唤醒，否则在电线组件22连接后，该控制器处于休眠状态中至少一段短的时间。电线组件22的连接导致接近插脚被插入相应的端子插座48内并成为连接电路40的一部分。插入的插脚传导通过端子48的电流，使得电阻器R34连接到R130与R33之间的连接节点50，有效地降低了连接节点50处的电压。降低的连接节点电压减小电容器C39的一侧上的电压，并且因此使用来自5VDC电力供应的能量开始对电容器C39的充电操作。由电容器C39的充电引起的、穿过开关Ql的发射极以及基极的电流流动将开关Ql从断开状态转换到闭合状态，导致在PR0X_SET节点处的与开关Ql的集电极相关联的大约5V脉冲。
图5示出了来自唤醒信号生成电路42的PR0X_SET节点的脉冲信号输出54。脉冲信号54可被表征为具有从时间Tl到时间T2的持续时间的单脉冲信号，其中时间Tl与对电容器C39的充电相对应，并且时间T2与电容器C39被充好电了相对应。时间Tl与时间T2之间的持续时间与电容器C39的电容成比例，并且可通过改变电容而变化。本发明的一个非限制方面设想电容器C39，其具有 小于150nF例如IOOnF的电容，以便限制其尺寸(较大的电容器可能更昂贵并且具有较慢的上升时间)。当然，本发明充分设想任何尺寸的电容器的使用，以及并不被规定为必须限于所指出的电容。在PR0X_SET节点处的单脉冲信号输出的持续时间可小于唤醒控制器32所需的持续时间。PR0X_SET信号54被示为具有小于50mS(被示为25mS)的持续时间，而控制器32可具有需要至少50mS的脉冲的类型，以便从休眠状态转变为活动状态。为了减小成本并实现期望的信号上升时间，本发明的一个非限制方面设想包括自锁电路44以延长PR0X_SET信号54，而不是简单地增加电容器C39的尺寸。图6示出了用以唤醒控制器32的来自自锁电路44的脉冲信号输出56。脉冲信号56具有比唤醒控制器32所需的时间Tw更长的持续时间(被示为高达时间T3)。如图2所示，PR0X_SET脉冲信号54可从PR0X_SET节点输出到自锁电路44的输入。然后自锁电路44可延长信号或者执行其他处理以生成到控制器32的WAKE_UP (唤醒)信号输出56。一旦被唤醒，控制器32就设置LATCH_RESET(自锁重置)信号60，以重置自锁电路44用于WAKE_UP信号56的生成。然后唤醒控制器32可基于在连接节点处的电压确定电线组件22的连接。控制器32可选地配置为支持两种或者多种连接状态，例如支持汽车工程师协会(SAE) J1772以及国际电工委员会(IEC) 51851所要求的连接探测电压。这些连接状态可由控制器32支持，该控制器32控制将电阻器R177添加到通过连接电路40的电流路径。图7示出通过将电阻器R177添加到电流路径的SAE J1772连接状态，此时，控制器32将PROX信号提供到PROX输入以激活开关Q12以及Q8。根据先前的软件编程，PROX信号可由控制器32紧接着在唤醒后立即提供。电阻器R177的添加改变在连接节点处的电压以满足SAE J1772要求。所得到的电压变化然后通过唤醒信号生成电路42的5VDC电源引起电容器C39以所示电流路径放电。在IEC 51851标准被使用的情况下，电阻器R177没有与电阻器R130并联连接，并且穿过由电容器C39的放电产生的唤醒信号的5VDC电源的电流路径被延迟，直到接近插脚从端子移除。一旦接近插脚从端子48移除，控制器32就探测在连接节点50处的相应电压，并且自动转换到休眠状态。转换到休眠状态可以包括通过去激活开关Q8而将电阻器R177从电流路径移除。电阻器R177的移除可被完成以将连接电路40的电流消耗(静态电流)减小到小于150uA，并且优选地小于IOOuA,这取决于在电流路径中保留的组件值。控制静态电流的能力可能有利于实现期望的近感(连接)探测，同时最小化能量消耗。如上所支持的，本发明可配置为在接近的下降沿上唤醒；在低于IV的边沿转换时唤醒；实现在休眠模式期间的低静态电流操作；便于自锁唤醒以满足系统的最小启动电流需求；允许接近信号被连续地应用的系统休眠模式；提供可选择的SAE/IEC或者其他设置；在休眠或者更低的静态电流消耗期间，从SAE模式自动切换到IEC模式；从SAE自动切换到IEC也允许提高的低电压唤醒响应；输入接近被应用(稳态)的休眠模式(例如，使用控制器32);检测低至SOOmV的接近电平的变化；并且在任一电压电平转换(例如，5V至4V或者3V至IV，等等)。尽管以上描述了示例性的实施方式，但意图不是这些实施方式描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，在说明书中使用的词是描述的而非限制的词，并且应当理解，可 以进行各种改变而不偏离本发明的精神和范围。此外，可以组合各种实现的实施方式的特征以形成本发明的另外的实施方式。
权利要求
1.一种近感探测电路，其用于唤醒微控制器以探测充电电线组件到车辆充电系统的插座的连接，所述电线组件具有接近插脚，当所述电线组件被连接时，所述接近插脚插入所述插座的端子中，所述近感探测电路包括 唤醒信号生成电路，其可操作来生成用于唤醒所述微控制器的唤醒信号以探测所述充电电线组件到所述插座的连接；以及 连接电路，其配置为通过所述插脚导电以使所述唤醒信号生成电路能够生成所述唤醒信号。
2.如权利要求I所述的近感探测电路，其中，所述唤醒信号生成电路配置为生成所述唤醒信号作为脉冲唤醒信号。
3.如权利要求2所述的近感探测电路，其中，所述脉冲唤醒信号的持续时间小于唤醒 所述微控制器所需要的信号持续时间。
4.如权利要求3所述的近感探测电路，还包括自锁电路，所述自锁电路配置为将所述脉冲唤醒信号的持续时间延长到至少等于唤醒所述微处理器所需要的所述信号持续时间。
5.如权利要求4所述的近感探测电路，其中，唤醒所述微控制器所需要的所述信号持续时间至少是50ms。
6.如权利要求2所述的近感探测电路，其中，所述脉冲唤醒信号的持续时间小于50ms。
7.如权利要求2所述的近感探测电路，其中，所述唤醒信号生成电路配置为包括可操作来设置所述脉冲唤醒信号的持续时间的电容器，其中所述电容器的电容小于150nF。
8.如权利要求I所述的近感探测电路，其中，所述连接电路在第一状态和第二状态之间是可操作的，所述第一状态与所述连接电路消耗第一电流量对应，并且所述第二状态与所述连接电路消耗第二电流量对应，所述第二电流量比所述第一电流量大。
9.如权利要求8所述的近感探测电路，其中，根据从所述微控制器接收到的控制信号，所述连接电路在所述第一状态和所述第二状态之间是可操作的，当确定所述电线组件断开时，所述微控制器将所述连接电路控制到所述第一状态，当确定所述电线组件连接时，所述微控制器将所述连接电路控制到所述第二状态。
10.如权利要求8所述的近感探测电路，其中，所述第一电流量小于150uA。
11.一种近感探测电路，其用于唤醒微控制器以探测充电电线组件到车辆充电系统的连接，所述近感探测电路包括 脉冲信号生成电路，其可操作来在所述充电电线组件连接到所述车辆充电系统时生成单脉冲信号，所述单脉冲信号用于将所述微控制器从休眠状态唤醒到活动状态；以及 连接电路，其配置为在所述充电电线组件连接到所述车辆充电系统时使所述脉冲生成电路能够生成所述单脉冲信号。
12.如权利要求11所述的近感探测电路，还包括自锁电路，所述自锁电路配置为将所述单脉冲信号延长为足以唤醒所述微控制器的唤醒信号。
13.如权利要求11所述的近感探测电路，其中，所述脉冲信号生成电路配置为包括可操作来设置所述单脉冲信号的持续时间的电容器。
14.如权利要求13所述的近感探测电路，其中，所述电容器的电容量小于150nF。
15.如权利要求11所述的近感探测电路，其中，所述连接电路包括分压器，所述分压器在连接节点处连接到所述脉冲生成电路，当所述电线组件断开时，所述分压器在所述连接节点处提供第一电压，并且当所述电线组件连接时，所述分压器在所述连接节点处提供第二电压，所述脉冲生成电路需要所述第二电压以生成所述单脉冲信号。
16.如权利要求15所述的近感探测电路，其中，所述连接节点与用于接纳所述电线组件的接近插脚的插座的端子相重合，其中所述分压器配置为通过所述插脚导电以提供所述第二电压。
17.—种近感探测电路，其用于将微控制器从休眠状态唤醒到活动状态，以探测充电电线组件到车辆充电系统的连接，所述近感探测电路包括 脉冲信号生成电路，其可操作来生成具有第一持续时间的第一信号； 自锁电路，其可操作来将所述第一信号处理成具有第二持续时间的第二信号，所述第 二持续时间足以将所述微控制器从所述休眠状态唤醒到所述活动状态；以及 连接电路，其配置为在所述充电电线组件连接到所述车辆充电系统时使所述脉冲信号生成电路能够生成所述第一信号。
18.如权利要求17所述的近感探测电路，其中，所述第一持续时间不足以将所述微控制器从所述第一状态唤醒到所述第二状态。
19.如权利要求17所述的近感探测电路，其中，所述连接电路通过所述电线组件的插脚导电以启用所述脉冲信号生成电路。
20.如权利要求17所述的近感探测电路，其中，所述连接电路包括在连接节点处连接到所述脉冲生成电路的分压器，当所述电线组件断开时，所述分压器在所述连接节点处提供第一电压，当所述电线组件连接时，所述分压器在所述连接节点处提供第二电压，其中，所述脉冲生成电路需要所述第二电压以生成所述第一信号，并且其中当在所述连接节点处提供所述第一电压时，所述连接电路通过所述分压器消耗小于150uA。
全文摘要
本发明公开了用于车载充电器的近感探测电路。近感探测电路可操作来探测电线组件到车辆充电系统的连接或者另一设备到某个其他电子电路的连接，其中当控制器或者其他电流消耗源处于不活动状态中时便于探测可能是合乎需要的。
文档编号H02J7/00GK102751750SQ20121011487
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月18日 优先权日2011年4月21日
发明者克日什托夫·克雷斯克 申请人:李尔公司