一种符合功能安全的汽车24V电控系统冗余降压电路及方法与流程

本发明涉及，主要是一种符合功能安全的汽车24v电控系统冗余降压电路及方法。

背景技术：

在汽车控制器中，类似于epb这种需要常时供电的控制器很多。系统即使在汽车熄火，进入休眠状态后也要保持供电，随时等待开关信号或者can信号来唤醒系统进入工作状态。这相当于在汽车的整个生命周期中，ecu需要24小时不间断供电。目前，汽车电源以12v系统为主，各大电源芯片供应商也主要围绕12v方案研发电源管理芯片。然而，随着商用车及新能源汽车的发展，24v电控系统的需求也逐渐增多。目前，可以直接进行24v电源管理的芯片很少，大部分供应商采用的是经过一级dc-dc开关电源降压后，使用二级电源管理芯片进行电源管理。这就意味着一级dc-dc开关电源必须处于常时工作状态。

为满足控制器的功耗需求，现有降压方案都采用集成式开关电源芯片做dc-dc降压。由于汽车上的常电系统需要dc-dc降压模块常时工作，这不仅会带来大量的电磁辐射，更重要的是对电源芯片的可靠性、使用寿命等参数提出很高的要求。电源系统直接影响整个ecu的健壮性，只要电源系统出问题，可以说整个系统都失去了可控制性，在汽车功能安全要求日益严苛的背景下，现有方案已经越来越难满足iso26262的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种符合功能安全的汽车24v电控系统冗余降压电路及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种符合功能安全的汽车24v电控系统冗余降压电路，包括线性降压模块、dc-dc降压模块、线性降压被动关闭模块、dc-dc模块被动关闭模块、dc-dc主动开启模块、输出反馈模块，线性降压模块与线性降压被动关闭模块电连接，dc-dc模块被动关闭模块通过dc-dc主动开启模块与dc-dc降压模块电连接，线性降压被动关闭模块、输出反馈模块分别与dc-dc降压模块的输出端电连接；dc-dc降压模块的输出端和线性降压模块的输出端与电源管理ic电连接，反馈模块的输出电压采样信号给mcu，mcu输出dc-dc使能信号给dc-dc降压模块。

一种符合功能安全的汽车24v电控系统冗余降压电路的控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)、通过参数配置，保证系统首次启动时，线性降压模块先于dc-dc降压模块启动工作，即dc-dc主动开启模块工作晚于dc-dc被动关闭模块工作；

(2)、系统休眠状态下，线性降压模块工作，将输入的24v高电压线性降低为电源管理ic正常工作所需的电压；此时电源管理ic及mcu为休眠状态，输出关闭，线性降压模块只需要提供极低的静态输出功耗；由于mcu不工作，dc-dc降压模块的使能控制为0，并且，线性降压模块输出电压vl会激活dc-dc模块被动关闭模块工作，dc-dc使能控制的两个输入都是0，dc-dc降压模块为休眠状态，不工作；

(3)当系统被开关或者can信号唤醒后，电源管理ic工作，输出电压唤醒mcu，mcu进入低功耗工作模式，系统由线性降压模块提供比较低的静态输出功耗；

(4)mcu控制dc-dc使能信号，激活dc-dc降压模块工作，dc-dc降压模块开始输出电源管理ic正常工作所需的电压，系统开始由线性降压模块和dc-dc降压模块一起提供比较低的静态输出功耗；

(5)当dc-dc降压模块输出电压不断升高时，线性降压被动关闭模块激活，关断线性降压模块输出，此时完全由dc-dc降压模块为电源管理系统供电；

(6)mcu通过输出反馈模块监控到dc-dc降压模块输出电压已经稳定后，系统进入正常工作模式，完全由dc-dc降压模块提供正常的输出功耗；

(7)系统工作完成，需要关闭时，mcu通知整个系统完成后处理，通过控制dc-dc使能信号，关闭dc-dc降压模块工作；

(8)dc-dc降压模块停止工作后，线性降压被动关闭模块停止工作，线性降压模块又恢复工作，为电源管理ic正常工作所需的静态电压；

(9)mcu通过一定延时，保证线性降压模块和dc-dc降压模块完成工作状态切换后，整个系统又进入休眠状态，完成一个工作循环；

(10)当dc-dc降压模块失效，无法供电时，步骤(4)中线性降压被动关闭模块不会激活，系统一直由线性降压模块供电，同时mcu会监测到dc-dc降压模块失效，发出警报，同时系统工作在降级模式；

(11)当线性降压模块失效，无法供电时，dc-dc降压模块主动开启模块生效，自动激活dc-dc降压模块工作，mcu通过输出反馈模块检测出本次循环线性降压模块未启动，判断线性降压模块故障，发出警报。

本发明的有益效果为：实现一种符合功能安全的车用24v电子控制系统的一级冗余降压电路架构。提高元器件使用寿命和工作可靠性。

附图说明

图1为本发明的电路原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

降压方式主要有开关式降压和线性降压两种，线性降压利用元器件线性特性在负载变化时瞬间反馈控制输入达到稳定电压；开关式降压则是工作在开关状态，通过改变电源通断的占空比达到稳压目的。线性降压纹波小但是效率很低，在输出功耗大的情况下发热严重，本发明规避了线性降压输出能力弱、效率低，高负荷下发热严重的缺点。结合开关降压方案，解决了24v电控系统中，dc-dc降压电路常时工作带来的潜在失效风险，同时此设计是一种冗余的一级降压方案，可以满足iso26262的功能安全要求。

一种符合功能安全的汽车24v电控系统冗余降压电路，包括线性降压模块、dc-dc降压模块、线性降压被动关闭模块、dc-dc模块被动关闭模块、dc-dc主动开启模块、输出反馈模块，线性降压模块与线性降压被动关闭模块电连接，dc-dc模块被动关闭模块通过dc-dc主动开启模块与dc-dc降压模块电连接，线性降压被动关闭模块、输出反馈模块分别与dc-dc降压模块的输出端电连接；dc-dc降压模块的输出端和线性降压模块的输出端与电源管理ic电连接，反馈模块的输出电压采样信号给mcu，mcu输出dc-dc使能信号给dc-dc降压模块。

一种符合功能安全的汽车24v电控系统冗余降压电路的控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)、通过参数配置，保证系统首次启动时，线性降压模块先于dc-dc降压模块启动工作，即dc-dc主动开启模块工作晚于dc-dc被动关闭模块工作；

(2)、系统休眠状态下，线性降压模块工作，将输入的24v高电压线性降低为电源管理ic正常工作所需的电压；此时电源管理ic及mcu为休眠状态，输出关闭，线性降压模块只需要提供极低的静态输出功耗；由于mcu不工作，dc-dc降压模块的使能控制为0，并且，线性降压模块输出电压vl会激活dc-dc模块被动关闭模块工作，dc-dc使能控制的两个输入都是0，dc-dc降压模块为休眠状态，不工作；

(3)当系统被开关或者can信号唤醒后，电源管理ic工作，输出电压唤醒mcu，mcu进入低功耗工作模式，系统由线性降压模块提供比较低的静态输出功耗；

(4)mcu控制dc-dc使能信号，激活dc-dc降压模块工作，dc-dc降压模块开始输出电源管理ic正常工作所需的电压，系统开始由线性降压模块和dc-dc降压模块一起提供比较低的静态输出功耗；

(5)当dc-dc降压模块输出电压不断升高时，线性降压被动关闭模块激活，关断线性降压模块输出，此时完全由dc-dc降压模块为电源管理系统供电；

(6)mcu通过输出反馈模块监控到dc-dc降压模块输出电压已经稳定后，系统进入正常工作模式，完全由dc-dc降压模块提供正常的输出功耗；

(7)系统工作完成，需要关闭时，mcu通知整个系统完成后处理，通过控制dc-dc使能信号，关闭dc-dc降压模块工作；

(8)dc-dc降压模块停止工作后，线性降压被动关闭模块停止工作，线性降压模块又恢复工作，为电源管理ic正常工作所需的静态电压；

(9)mcu通过一定延时，保证线性降压模块和dc-dc降压模块完成工作状态切换后，整个系统又进入休眠状态，完成一个工作循环；

(10)当dc-dc降压模块失效，无法供电时，步骤(4)中线性降压被动关闭模块不会激活，系统一直由线性降压模块供电，同时mcu会监测到dc-dc降压模块失效，发出警报，同时系统工作在降级模式；

(11)当线性降压模块失效，无法供电时，dc-dc降压模块主动开启模块生效，自动激活dc-dc降压模块工作，mcu通过输出反馈模块检测出本次循环线性降压模块未启动，判断线性降压模块故障，发出警报。

本发明使用冗余一级降压方案，大大提高了系统电源模块的可靠性，两路降压电路供电均可独立启动，其中一路故障不影响另一路电源供电。

本发明针对车载dc-dc模块常时工作时，对dc-dc降压模块的使用寿命要求较高的问题，设计出一种休眠状态下不工作，仅在正常模式下工作的方法，提高dc-dc降压模块的使用寿命。

本发明在硬件结构上符合iso26262功能安全要求，满足各级电路可控制，可诊断。

缩略语和关键术语定义

epb——electricalparkbrake电子驻车制动

can——controllerareanetwork控制器局域网络

ecu——electroniccontrolunit电子控制单元

mcu——microcontrollerunit微控制单元

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。