一种汽车控制器的掉电保存电路和方法技术

本发明专利技术提供了一种汽车控制器的掉电保存电路和方法，通过使用两个MCU，在用户关闭发动机或者由于意外断路导致系统掉电时，辅助MCU关闭三级电源断开与电能存储模块的连接，电能存储模块只给主MCU和数据存储模块供电，实现了延长系统的掉电时间，便于MCU保存海量数据，防止数据丢失的功能。本发明专利技术在电能存储模块中采用升压电路提高储能电压储存更多的电能，在不需要大幅增加电容容值或者配置大电容、超级电容的情况下延长了掉电时间，节省了成本和空间。本发明专利技术在断电恢复上电时，主MCU通过三级电源供电，电能存储模块关闭，避免了电容组影响上电时间，能更快进入工作状态。能更快进入工作状态。能更快进入工作状态。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车控制器的掉电保存电路和方法


[0001]本专利技术属于掉电保存
，具体涉及一种汽车控制器的掉电保存电路和方法。

技术介绍

[0002]汽车电源主要分为三种：常电，ACC电，IGN(Ignition)电；常电一直保持畅通，用于汽车钥匙拔出以后仍需要发挥作用的系统供电；如无钥匙进入系统，ACC电在钥匙打到ACC档时导通，主要用于唤醒影音娱乐系统；IGN电只有在发动机启动以后才供电，一般用作汽车动力系统相关的电器的供电，或者用于休眠唤醒。
[0003]随着汽车电子产品的发展，各种智能网联、新能源等相关产品的层出不穷，汽车的各ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)之间传输的数据量越来越大，这样的情况下，在汽车系统掉电时保存数据需要更长的时间。但由于整车功耗的要求，一部分ECU只用ON档电供电；现有的掉电保存技术是在电源输入端加电解电容，同时MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)的IO(或称GPIO，General Input/Output，输入输出端口)口或者AD口检测电源，当汽车系统由于意外断电或者汽车正常熄火掉电时，MCU检测到掉电，开始储存数据，同时电解电容开始放电，继续给汽车各控制器供电。
[0004]举例来说，如果控制器工作电流是100mA，一颗220uF的铝电解电容从12V放电到5V大概能维持15ms，若控制器的工作电流更大时，那么铝电解电容掉电更快，维持的时间更短。如果通过配置容值更大的铝电解电容延长放电时间的话，容值较大时电容体积更大，有以下不利影响：
[0005]第一，大体积电容在PCB(Printed circuit board，印制电路板)上占用的面积较大，而且PCB布局布线的时候，走线需要和电容保持距离，电容也需要和其他元器件、板边隔开更大距离，这都会增大PCB的面积。
[0006]第二，大容值的铝电解电容的高度更高，这就得不增加控制器壳体的高度。这些对于汽车电子产品小型化、轻量化的发展是不利的。
[0007]第三，大容量的电解电容增加了成本，漏电流更大，会影响滤波特性，而且会增加电容发热，容易引起爆炸。具体公式如下：I＝KCU，一种I为漏电流，K为漏电常数，C为容值，U为电容两端电压值，可以看到漏电流大小和容值成正比。
[0008]第四，12V上电的时候，12V电并不是直接加到电源输入端，从蓄电池正极到负载需要经过线束、防反二极管，有一定阻抗，这就导致一定的上电时间。大电容会延缓上电时间，也就是说，从电源开启到控制器开始工作的时间因为上电时间而延迟了，而在某些情况下需要控制器上电即迅速响应。并且现在汽车控制器的数据量都非常庞大，比如，自动驾驶域控制器一天的数据量甚至可达到几TB，十几毫秒的掉电延时时间对于自动驾驶相关功能的数据存储是远远不够的。现有技术只能针对处理的数据量相对小、对实时性要求不那么高的结构简单的控制器。
[0009]现有一种掉电延时电路公开的掉电延时电路包括：DC/DC电源，该DC/DC电源的输
入端和输出端分别连接有VIN端和VOUT端，在所述的VIN端和DC/DC电源之间连接有充电支路，所述的VOUT端和DC/DC电源之间连接有放电支路；所述的充电支路和放电支路通过储电放电单元连接。该现有技术存在两个缺陷：
[0010]第一，该方案采用的是固定的串联电容组进行储能，这减小了放电时间，分析如下：根据电容的原理：如果两个电容C1和C2并联时，总电容C＝C1+C2，而两个电容串联时，总电容C＝C1*C2/(C1+C2)。该专利储能电路的电容采用串联方式，串联情况下，放电时间取决于电容组中放电时间最短的电容，总电容是减小的，串联的电容越多，总电容越小。如图1所示的LT
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spice仿真电路能够说明问题，电路参数配置如下，R5＝R4＝R7＝100Ω，代表了线束上的串联阻抗，C1＝C2＝C3＝C4＝C5＝100uF，左边的电路代表了上述专利的方案，为了简化，只串联了两个电容，中间电路仅为一个电容，右边电路是两个并联电容，代表了本专利技术的方案，电源V1为5V电压源，V2、V3为2.5V电压源；如图2的三条曲线分别代表C2、C3、C5两端的电压，三个电源开始都为0V，从10ms开始上电，可以看到C2、C3、C5的电压逐渐上升到2.5V，C2的电压上升更快，而C5的电压上升最慢，100ms的时候电压源V1、V2、V3为零，三个电路的电容都开始放电，由图可知，C2的电压下降速度最快，而C5的电压下降速度最慢，说明在储能电压相同的情况下，使用并联电容的储能电路能放电时间更长。而本专利储能电路采用的是并联电容组，所以能提供更长的放电时间。
[0011]第二，该方案中有两个开关DK1和DK2，这两个开关不能同时开启，当上电时DK1开启，DK2断开；下电时DK1断开，DK2开启。但是该方案中没有指明两路开关分别由什么来控制，以及该控制模块由哪路电源供电，电源下电时怎么来实现DK1开启而DK1断开。
[0012]另有现有技术公开了一种低电压掉电延时控制装置及控制方法，该现有技术的主要思想是：通过掉电侦测模块实时监测主电源状态，能够及时监测到主电源的状态变化，结合控制管理模块实时根据主电源状态以及备份电源模块的状态控制负载执行数据操作，保证负载数据操作的安全性能，同时掉电控制模块根据主电源、负载状态控制接入或断开备份电源模块，能够控制管理备份电源，以控制适时接入备份电源模块进行储能或提供备份能源给负载，以及控制适时断开备份电源模块，在主电源掉电时实现有效的延时功能，同时保证掉电延时执行的稳定及安全可靠性，且能够减少不必要的能耗。该现有技术存在的缺陷是没有涉及到如何增加掉电延时时间的问题，并且储能器件需要经过升压电路后给负载供电，也就是说储能电压小于负载工作电压，这样的话储能器件的放电时间会更短。
[0013]另有现有技术公开了一种掉电延时切换装置及通信设备，该现有技术的主要思想是：通过升降压转换模块、储能模块和输出电压切换模块，在直流电源突然遭遇电网停电的过程中，能在掉电瞬间迅速开通延时电路，从而将存储的能量释放出来用于增大系统的延迟时间。该现有技术存在的缺陷是重点在于解决如何使系统掉电时不触发过压保护导致的系统下电更快的问题，也就是说，上述专利所述增大系统掉电延时时间的方式是有效的成功启动掉电延时电路，并没有涉及在掉电延时电路工作时增加掉电延时电本身的掉电延时时间。

技术实现思路

[0014]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种产品和方法，用于延长系统的掉电时间供MCU保存数据。
[0015]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种汽车控制器的掉电保存电路，包括预处理模块、降压模块、使能模块、MCU1、MCU2、电源检测模块、电能存储模块、数据存储模块；电能存储模块包括升压电路、电容组、第一降压电路、第二降压电路；电源检测模块和预处理模块的供电电源为IGN；预处理模块将IGN转换成一级电源为电能存储模块和降压模块供电；降压模块将一级电源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车控制器的掉电保存电路，其特征在于：包括预处理模块、降压模块、使能模块、MCU1、MCU2、电源检测模块、电能存储模块、数据存储模块；电能存储模块包括升压电路、电容组、第一降压电路、第二降压电路；电源检测模块和预处理模块的供电电源为IGN；预处理模块将IGN转换成一级电源为电能存储模块和降压模块供电；降压模块将一级电源转换成二级电源为MCU1供电；使能模块将二级电源转换成三级电源为MCU2和数据存储模块供电；MCU1为辅助MCU，通过IO1口接收电源检测模块的信号来检测IGN电是否掉电，通过IO2口控制使能模块的通断给MCU2供电；MCU2为主MCU，通过IO2口接收电源检测模块的信号来检测IGN电是否掉电，并用于采集、处理数据、驱动模块工作；IGN未掉电时，MCU2通过IO1口使能电能存储模块的升压电路，使一级电源依次通过电能存储模块的升压电路、电容组、第一降压电编路、第二降压电路，输出给MCU2和数据存储模块供电；在IGN掉电时，MCU2通过IO1断开电能F存储模块的升压电路，电能存储模块的电容组放电，通过降压电路1D和降压电路2输出给MCU2和数据存储模块供电；MCU2与数据存储模块P通过通信接口交换数据。2.根据权利要求1所述的一种汽车控制器的掉电保存电路，其特征在于：预处理模块输入IGN电，输出一级电源Power_1；CI和C2为ESD电容；D1为防反二极管；D2为TVS管；C3为铝电解电容，用于滤除低频杂波；C4、C5、C6、C7、C8、C9均为陶瓷电容，并与电感L1组成π型滤波器；R1为放电电阻；预处理模块用于保证各模块电路不受外部静电、脉冲的冲击，并为下一级电路输出稳定的电源。3.根据权利要求2所述的一种汽车控制器的掉电保存电路，其特征在于：降压模块输入一级电源Power_1，输出二级电源Power_2；Buck芯片的FB端电压VFB为恒定值，则R9和R10组成的电阻调节输出电压为：Vpower_2＝VFB*(R9+R10)/R10。4.根据权利要求3所述的一种汽车控制器的掉电保存电路，其特征在于：使能模块输入二级电源Power_2，输出三级电源Power_3；R3用于形成通路驱动T1；R2为限流电阻；R3、R19、R18为偏置电阻；C10为加速电容，用于在IGN上电或掉电时迅速开启或关断三级电源；C12为滤波电容。5.根据权利要求4所述的一种汽车控制器的掉电保存电路，其特征在于：三级电源Power_3的供电电流为100mA，MCU1为5V供电时，为使T2的压降小，T2的发射极
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集电极电流Ice＝100mA，发射极
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基极电压Ueb＝0.7V，T1导通时压降近似为零，取R2＝820Ω，R3＝10kΩ，则流经T2基极的电流Tb2＝(5
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0.7)/0.82
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0.7/10＝5.17mA；R19、R18取5.1kΩ，当MCU1 IO2高电平时，T1基极接收到2.5V电压，满足开启要求。6.根据权利要求1所述的一种汽车控制器的掉电保存电路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊福，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：