钳位保护电路和车载电子设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于车辆MCU的钳位保护电路和车载电子设备。该钳位保护电路包括：输入端，其连接至电源开关；钳位保护端，其连接至车辆MCU的一个或多个引脚；电源端，其连接至外部钳位电源；第一功率管和第二功率管，其配置为分别基于所述电源开关的状态信号而选择性地接通或断开，以使所述钳位保护电路启动不同的钳位保护模式。根据本实用新型专利技术的钳位保护电路的优势在于：仅利用简单的功率管组合即可实现两种不同的钳位模式，所采用的电路元器件更少，成本更低；此外，该钳位保护电路可承受的电流较大，可拓展为多路I/O引脚保护电路。可拓展为多路I/O引脚保护电路。可拓展为多路I/O引脚保护电路。

【技术实现步骤摘要】
钳位保护电路和车载电子设备


[0001]本技术涉及电路保护领域，更具体而言，本技术涉及一种钳位保护电路和车载电子设备，特别是用于车辆MCU的钳位保护电路以及包括该钳位保护电路的车载电子设备。

技术介绍

[0002]MCU(Microcontroller Unit：微控制单元)是车载电子设备的核心部件，MCU通常包括多个输入/输出接口(也可称为“I/O引脚”或“I/O接口”)，用于连接至外部设备。
[0003]在正常情况下，MCU必须依赖从MCU电源获取的电能来维持其自身运行。然而，我们观察到，即使切断MCU电源，MCU也有可能并未真正关机，而是间断性发生自动重启或继续产生功耗。如图1中所示出的，当借助电源开关(其例如可以是车辆的钥匙开关)断开MCU电源时，由于MCU的I/O引脚连接至外部设备，因此外部设备的电力仍可经由I/O引脚流入至MCU内部的钳位二极管，进而流入MCU的内部电源，从而为MCU提供能量。在此情况下，MCU并未真正关机，而是在异常工作状态下继续产生功耗，例如，通过CAN/Ethernet/UART总线间断地发送数据，LED指示灯隐隐发亮等。
[0004]在这种异常工作模式下，存在许多风险。例如，当从I/O引脚流入MCU的电流过大时，MCU无法有效关断，这会导致车辆系统无法进入低功耗模式；当从外部设备流入的电流超出I/O引脚的输入极限时，会直接烧毁MCU内部的钳位二极管等电子元器件，造成MCU的失效。此外，MCU在异常启动时通过总线发送的数据通常是错误的，这会进一步影响与MCU连接的外部设备的正常工作。
[0005]为了避免来自外部设备的输入信号对MCU的I/O引脚及其内部器件造成损坏，在传统的解决方案中，大多采用二极管上拉钳位电源的方式来实施钳位保护，然而这种方式无法在设备休眠时阻止外部设备的干扰信号经由I/O引脚流入MCU内部，因此无法解决MCU的异常启动问题。
[0006]在其他的常规解决方案中，考虑在每个I/O引脚上设置电子开关，从而在设备休眠时使外部电流无法流入MCU。然而，这种解决方案需要在每个I/O引脚上都设置单独的电子开关，这尤其在多引脚MCU的情况下会造成电路板体积过大、功耗过大，且成本较高。

技术实现思路

[0007]本技术提出了一种用于车辆MCU的钳位保护电路，其针对车载电子设备、特别是其MCU的不同工作状态(接通或切断外部电源)，能够以较少的电路元器件和较低的制造成本对MCU的I/O引脚执行不同的过电压钳位保护措施。
[0008]具体地，根据本技术的第一方面，提出了一种用于车辆MCU的钳位保护电路，所述钳位保护电路包括：
[0009]输入端，所述输入端连接至电源开关；
[0010]钳位保护端，所述钳位保护端连接至车辆MCU的一个或多个引脚；
[0011]电源端，所述电源端连接至外部钳位电源；
[0012]第一功率管和第二功率管，其中，所述第一功率管和所述第二功率管配置为分别基于所述电源开关的状态信号而选择性地接通或断开，以使所述钳位保护电路启动不同的钳位保护模式。
[0013]可选地，所述第一功率管和所述第二功率管分别包括三个端子，
[0014]其中，所述第一功率管的第一端子连接至所述输入端，所述第一功率管的第二端子连接至所述电源端，所述第一功率管的第三端子连接至所述钳位保护端，
[0015]其中，所述第二功率管的第一端子连接至所述输入端，所述第二功率管的第二端子接地，所述第二功率管的第三端子连接至所述钳位保护端。
[0016]可选地，所述钳位保护电路还包括二极管，所述二极管的阳极连接至所述钳位保护端，所述二极管的阴极连接至所述第一功率管和所述第二功率管的第三端子。
[0017]可选地，所述钳位保护电路还包括第一电阻，其连接在所述第一功率管的第一端子与所述第一功率管的第二端子之间。
[0018]可选地，所述钳位保护电路还包括第二电阻，其连接在所述第二功率管的第二端子与所述第二功率管的第三端子之间。
[0019]可选地，所述第一功率管为P沟道MOSFET。
[0020]可选地，所述第一功率管的第一端子为所述P沟道MOSFET的栅极，所述第一功率管的第二端子为所述P沟道MOSFET的源极，所述第一功率管的第三端子为所述P沟道MOSFET的漏极。
[0021]可选地，所述第二功率管为N沟道MOSFET。
[0022]可选地，所述第二功率管的第一端子为所述N沟道MOSFET的栅极，所述第二功率管的第二端子为所述N沟道MOSFET的源极，所述第二功率管的第三端子为所述N沟道MOSFET的漏极。
[0023]根据本技术的第二方面，提出了一种车载电子设备，该车载电子设备包括：MCU，其包括一个或多个引脚；信号检测电路，其配置为检测针对电源开关的开关控制信号并基于该开关控制信号输出所述电源开关的状态信号；以及如上所述的钳位保护电路。
[0024]根据本技术的钳位保护电路的优势在于：
[0025]‑
仅利用简单的功率管组合(以及可选地利用功率管、二极管以及电阻的组合)即可针对电源开关的高、低电压形成两种不同的钳位模式，相比于传统的解决方案，所采用的电路元器件更少，成本更低；
[0026]‑
由于采用MOSFET构成钳位电流回路，该钳位保护电路可承受的电流较大，因此可拓展为多路(可轻松拓展到近百路)I/O引脚保护电路，这尤其适合市面上普遍使用的多管脚ARM内核MCU；
[0027]‑
当设备处于休眠状态时，通过将钳位电源的参考电压设置为等于电源开关的信号检测电路的高电平电压，可以使该钳位保护电路几乎不从MCU内部电源汲取电流，对MCU内部电源无功耗要求。
附图说明
[0028]图1示出了在断开MCU电源的情况下MCU异常工作的电路示意图。
[0029]图2示出了根据本技术的一个示例性实施例的用于车辆MCU的钳位保护电路的示意图。
[0030]图3示出了将根据本技术的钳位保护电路应用于车辆MCU的多个I/O引脚的示意图。
具体实施方式
[0031]下面将参照附图并通过实施例来描述根据本技术的钳位保护电路。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属
的技术人员更全面地了解本技术。但是，对于所属
内的技术人员明显的是，本技术的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本技术，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
[0032]图2示出了根据本技术的一个示例性实施例的用于车辆MCU的钳位保护电路的示意图。该钳位保护电路设置在车载电子设备中，该车载电子设备包括具有一个或多个引脚(I/O接口)的MCU，该MCU经由电源开关连接至电源，该车载电子设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于车辆MCU的钳位保护电路，其特征在于，所述钳位保护电路包括：输入端(A)，所述输入端(A)连接至电源开关；钳位保护端(B)，所述钳位保护端(B)连接至车辆MCU的一个或多个引脚；电源端(VCC_Clamp)，所述电源端(VCC_Clamp)连接至外部钳位电源；以及第一功率管(Q1)和第二功率管(Q2)，其中，所述第一功率管(Q1)和所述第二功率管(Q2)配置为分别基于所述电源开关的状态信号而选择性地接通或断开，以使所述钳位保护电路启动不同的钳位保护模式。2.根据权利要求1所述的钳位保护电路，其特征在于，所述第一功率管和所述第二功率管分别包括三个端子，其中，所述第一功率管的第一端子连接至所述输入端(A)，所述第一功率管的第二端子连接至所述电源端(VCC_Clamp)，所述第一功率管的第三端子连接至所述钳位保护端(B)，其中，所述第二功率管的第一端子连接至所述输入端(A)，所述第二功率管的第二端子接地，所述第二功率管的第三端子连接至所述钳位保护端(B)。3.根据权利要求2所述的钳位保护电路，其特征在于，所述钳位保护电路还包括二极管(D1)，所述二极管的阳极连接至所述钳位保护端(B)，所述二极管的阴极连接至所述第一功率管和所述第二功率管的第三端子。4.根据权利要求2或3所述的钳位保护电路，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善理，黄超，高志胜，梁群，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：新型
国别省市：