用于自动驾驶域控制器的车规级电源电路的制作方法

本实用新型属于电源电路领域，具体涉及一种用于自动驾驶域控制器的车规级电源电路。

背景技术：

电动汽车上的自动驾驶所需控制器、雷达、传感器等电子器件所需的电源电压需恒定，从而保证电子器件的正常工作，进而保证车辆的安全运行，所以与这些电子设备配套的电源需要提供品质较高的电压输出，而电动汽车在行驶过程中，由于路况、油门、负重等参数的变化，导致蓄电池的电流、电压等出现波动，导致蓄电池无法提供稳定的电压输出，导致电子设备的供电电压出现不稳定，影响车辆安全。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种用于自动驾驶域控制器的车规级电源电路，通过升降压变换器将蓄电池的电压进行稳压，有效避免蓄电池电压波动造成的电子器件工作异常，满足电源的车规级性能要求。

本实用新型采用的具体技术方案是：

用于自动驾驶域控制器的车规级电源电路，包括蓄电池升降压电路及基于LM5175的升降压控制芯片U1，所述的蓄电池升降压电路包括蓄电池、唤醒模块及升降压变换器，所述的蓄电池借助唤醒模块与升降压变换器连接，所述的升降压变换器包括场效应管Q4、Q8、Q5及Q9，唤醒模块的输出端串联场效应管Q4、Q8后接地，场效应管Q4的源极与场效应管Q8的漏极连接，所述的场效应管Q5、Q9串联，场效应管Q5源极接地，场效应管Q9漏极形成为升降压变换器的输出端，所述的场效应管Q4、Q8的连接点、场效应管Q5、Q9的连接点之间串联有电感L2，

场效应管Q4栅极接升降压控制芯片U1的HO1端，

场效应管Q8栅极接升降压控制芯片U1的LO1端，

场效应管Q5栅极接升降压控制芯片U1的HO2端，

场效应管Q9栅极接升降压控制芯片U1的LO2端。

所述的唤醒模块包括场效应管Q6及场效应管Q2，所述的场效应管Q2的通断侧串联在蓄电池与升降压变换器之间，场效应管Q2的栅极串联场效应管Q6的通断侧后接地，场效应管Q6的栅极接外部作为主控模块的单片机，借助外部的单片机提供场效应管Q6的通断信号。

所述的升降压变换器的场效应管Q8及Q9的源极短接，该短接点串联电阻R16后接地，该短接点与电阻R16之间的连接端串联电阻R15后接升降压控制芯片U1的CS端，电阻R16与地之间的连接端串联电阻R17后接升降压控制芯片U1的CSG端，电阻R16、电阻R17与升降压控制芯片U1的连接端之间并联有电容C10。

所述的升降压变换器的输出端形成为基于双路降压器U2的降压模块的电能供给端、及基于TPS54332DDAR的降压DC-DC转换器U4的电能供给端。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过基于LM5175的升降压控制芯片U1控制场效应管Q4、Q8、Q5、Q9的开关状态，使电流受控的流过电感L2，完成升-降压变换的过程，输出稳定的电压VOUT，从而克服了因电动汽车动力变化导致的蓄电池电压变化的影响，有效避免蓄电池电压波动造成的电子器件工作异常，满足电源的车规级性能要求。

附图说明

图1为升降压电路的原理图；

图2为LM5175芯片的原理图；

图3为MAX16933芯片的原理图；

图4为IR3475芯片的原理图；

图5为TPS54332DDAR芯片的原理图；

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明：

具体实施例如图1所示，用于自动驾驶域控制器的车规级电源电路，包括蓄电池升降压电路及基于LM5175的升降压控制芯片U1，所述的蓄电池升降压电路包括蓄电池、唤醒模块及升降压变换器，所述的蓄电池借助唤醒模块与升降压变换器连接，所述的升降压变换器包括场效应管Q4、Q8、Q5及Q9，唤醒模块的输出端串联场效应管Q4、Q8后接地，场效应管Q4的源极与场效应管Q8的漏极连接，所述的场效应管Q5、Q9串联，场效应管Q5源极接地，场效应管Q9漏极形成为升降压变换器的输出端，所述的场效应管Q4、Q8的连接点、场效应管Q5、Q9的连接点之间串联有电感L2，

场效应管Q4栅极接升降压控制芯片U1的HO1端，

场效应管Q8栅极接升降压控制芯片U1的LO1端，

场效应管Q5栅极接升降压控制芯片U1的HO2端，

场效应管Q9栅极接升降压控制芯片U1的LO2端。

所述的唤醒模块包括场效应管Q6及场效应管Q2，所述的场效应管Q2的通断侧串联在蓄电池与升降压变换器之间，场效应管Q2的栅极串联场效应管Q6的通断侧后接地，场效应管Q6的栅极接外部作为主控模块的单片机，借助外部的单片机提供场效应管Q6的通断信号。

所述的升降压变换器的场效应管Q8及Q9的源极短接，该短接点串联电阻R16后接地，该短接点与电阻R16之间的连接端串联电阻R15后接升降压控制芯片U1的CS端，电阻R16与地之间的连接端串联电阻R17后接升降压控制芯片U1的CSG端，电阻R16、电阻R17与升降压控制芯片U1的连接端之间并联有电容C10。

所述的升降压变换器的输出端形成为基于双路降压器U2的降压模块的电能供给端、及基于TPS54332DDAR的降压DC-DC转换器U4的电能供给端。

如图1所示，蓄电池电源经过瞬态抑制二极管D1过压保护，P沟道的场效应管Q1反向保护输入到场效应管Q2；电阻R1、R2分压为场效应管Q1提供开启电压。当外部的单片机提供唤醒信号KEYON或DC_WAKE为高电平时，WAKE_UP信号高电平，NPN型晶体管Q6基极拉高，Q6导通，将场效应管Q2的栅极拉低，Q2导通，输出的电压经电容C4、电阻R1、电容C5滤波后输出电压VIN；二极管D3、D4防止输入同一引脚的两路信号相互干扰；电阻R6、R8分压为Q2提供开启电压；电容C8滤波。电源VIN经过场效应管Q4、Q8、Q5、Q9、功率电感L2、输入电流采样电阻R16组成的升降压变换器主回路后输出恒定的电压VOUT给后级电路供电；U1升-降压控制芯片LM5175是上述升降压变换器的控制芯片；当场效应管Q2导通后，VIN得电变高，电阻R19和电阻R21分压给升降压控制芯片U1的EN高电平，使能U1；电源VIN经过D6反向保护，电阻R18限流，C11滤波后给升降压控制芯片U1供电；升降压控制芯片U1控制上述场效应管Q4、Q8、Q5、Q9的开关状态，使电流受控的流过电感L2，完成升-降压变换的过程，借助升降压变换器输出稳定的电压VOUT。电阻R16是升降压变换器的PWM电流采样，其上产生的电压反应升降压变换器中流过场效应管的电流大小，该电流采样后经过R15、R17和C10组成的滤波电路后输入给升降压控制芯片U1内部的误差放大器；输入电流采样电阻R1上面产生的电压反应流过该升-降压变换器的电流的大小，经过R25、R29和C18组成的滤波电路后输入给升降压控制芯片U1内部的电流限制电路；R23是输入电压VIN的采样电阻；R24是输出电压VOUT的采样电阻，经过C22滤波后进入升降压控制芯片U1内部；形成闭环控制。

如图2所示，电阻R27用于设置变换器升降压控制芯片U1的开关频率；连接在升降压控制芯片U1的RT/SYNC端与地之间，电容C16串联在升降压控制芯片U1的SS端与地之间，用于设置U1的缓启动时间；电阻R28、电容C17和C19组成的网络为U1的输出提供频率补偿；C20用于设置升降压控制芯片U1开关频率的抖动速率；

电容C21提供斜率补偿斜坡，用于升压和降压模式下的稳定电流模式操作；

电阻R26用于设置U1的工作模式，电阻R26接地设置为连续导通，无打嗝模式；

电容C12是U1内部的降压调整器的输出滤波电容，降压调整器的输入包括电源输入VIN和旁路输入BIAS，VOUT经过R22限流C14滤波进入旁路输入BIAS；

二极管D7、电容C13和U1内部的电路组成自举升压电路给Q4提供导通的电压；二极管D9、电容C15和U1内部的电路组成自举升压电路给Q5提供导通的电压。

如图1所示，上述升-降压变换器的输出端(即场效应管Q5的漏极)经过C1、C6滤波，保险丝F1做过流保护，C2滤波以后输出电压VCC_SRC_FET，其分2路；1路给U2和Q10等组成的5V电压变换器供电；另1路经过Q3做的电子开关，L1、C3滤波输出电压VCC_SRC为主控模块提供12V电压；主控模块发出VIN_PWR_ON高电平信号，经过D5防反，R12和R14的分压给Q7基极高电平，Q7导通，把Q3的栅极拉低，Q3导通；R7、R9分压为Q3提供开启电压。D2是电源VCC_SRC指示灯，电阻R3起限流作用。

电压VCC_SRC_FET经电容C23、C24滤波后输入如图3所示的，基于MAX16933的双路降压器U2，双路降压器U2引脚6通过R33和引脚17通过R45连接引脚8，WAKE_UP变高后，使能U2的第一个降压电路，即由N沟道的场效应管Q10和Q12、电感L3组成的第一个降压电路，经电容C26滤波后输出电压5V_AO，电阻R32为电流采样电阻；电压VCC_SRC加到第二个降压电路的场效应管Q15上；由N沟道的场效应管Q15和Q16、电感L4组成的第二个降压电路，经电容C38滤波后输出电压VDD_3V3，电阻R46为电流采样电阻；主控模块发出的CARRIER_PWR_ON信号高电平使能U2的第二个降压电路。齐纳二极管ZD1和自举电容C30和U2内部的电路组成自举升压电路给Q10提供导通的电压；齐纳二极管ZD2和自举电容C35和U2内部的电路组成自举升压电路给Q15提供导通的电压；引脚10通过电阻R30连接U2的第一路输出电压5V_AO，将内部使用的偏置电压由内部的线性稳压器切换为电压5V_AO，电容C25起滤波作用；电阻R39拉低引脚14，使U2处于跳跃模式；电阻R40设置开关频率；电阻R42、电容C31和C33组成的网络为U2的第一路输出提供频率补偿；电阻R44、电容C32和C36组成的网络为U2的第二路输出提供频率补偿。第一路电压5V_AO经过Q11做的电子开关，C27和C29滤波输出电压VDD_5V为主控模块和其他外围电路提供5V供电。来自上电逻辑控制电路的VIN_PWR_ON信号变高电平以后，通过R41和R43分压，把Q14的栅极拉高，Q14导通把Q11的栅极拉低，R35、R38分压为Q11提供开启电压，C28滤波；当VIN_PWR_ON信号变低电平的时候WAKE_UP已经失能了U2的第一个降压电路；VIN_PWR_ON信号变低电平以后，Q13的栅极被R35和R38拉高，Q13导通，通过R36、R37把C27、C29上面存的电荷释放掉。当放电信号DISCHARGE变高电平的时候CARRIER_PWR_ON信号已经变成低电平，已经失能了U2的第二个降压电路；放电信号DISCHARGE变高电平，把Q17的栅极拉高，Q17导通，通过R47和R48把C38上面存的电荷释放掉。

如图5所示，从双路降压器U2输出的电压5V_AO经电容C48滤波后输入U4降压DC-DC转换器TPS54332DDAR，电感L6、肖特基二极管ZD3和U4内部的场效应管组成降压电路，经电容C47滤波后输出电压VDD_1V8。电容C49设置输出电压上升的时间，电阻R61在U4不工作时，将C49存储的电量释放掉；电容C50和C51、电阻R63组成的网络为U4提供频率补偿；电阻R59、R62分压，输入U4内部的误差放大器；电容C46为自举电容。当放电信号DISCHARGE变高电平的时候CARRIER_PWR_ON信号已经变成低电平，已经失能了U4；放电信号DISCHARGE变高电平，把Q18的栅极拉高，Q18导通，通过R57和R58把C47上面存的电荷释放掉。

如图4，电压5V_AO经电容C20、C22滤波后输入U3DC-DC电压调节器IR3475MTRPBF，电压5V_AO经电容C40、C41滤波后驱动U3内部的场效应管，CARRIER_PWR_ON信号变高，引脚16使能端拉高后，使能U3，电感L5和U3内部的两个场效应管构成降压电路，经电容C42滤波后输出电压P1_2V供以太网使用。引脚15为输入的前馈电压，电阻R50设置U3内部的脉冲调制器比较器定时启动；电容C39为自举电容；电阻R51、R53分压后，反馈至U3内部的脉冲调节器比较器；电容C44设置输出电压的软启动时间；电容C45起旁路作用，电阻R56满足单平面接地设计；零欧电阻R55将引脚8拉低，设置U3为非连续传导模式，电阻R54限流；电阻R52设置过电流跳闸启动点。

本实用新型通过升-降压变换的过程，输出稳定的电压VOUT，后续的电源芯片基于该稳定的电压VOUT为后续器件供电，直接保证电源品质，提高电源的稳定性。