CN108803766B - 控制器工作电压管理*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种控制器工作电压管理***,包括:ESD保护电路,对供电线上的静电电压进行释放,并将供电线上的输入电压信号经过静电电压释放后,转化为第一电压信号;TVS保护电路,对第一电压信号进行箝位,得到第二电压信号;EMC保护电路,用于对第二电压信号进行第一滤波处理,滤除供电线上的辐射发射和传导发射产生的高频干扰,得到第三电压信号;CLC滤波电路,对第三电压信号进行第二滤波处理,滤除第三电压信号中的高频干扰信号,得到第四电压信号;电压监控电路,用于对第四电压信号进行分压处理,生成第五电压信号,并进行箝位和滤波处理,得到控制器的输入电压信号。由此,保证了控制器的正常工作,并在电压不正常时,避免控制器被损坏。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域,尤其涉及一种控制器工作电压管理***。
背景技术
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展,智能机器人技术已经成为了国内外众多学者研究的热点。
车辆在运行过程中,运行时的正常电压有一定的范围,如果控制器工作在不正常的电压下,控制器有可能被损坏。因此,如何设定电压的范围,以保证在该电压下,车辆的控制器正常工作,成为急需解决的问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种控制器工作电压管理***,以解决控制器在不正常的工作电压下,被损坏的问题。
为解决上述问题,本发明提供了一种控制器工作电压管理***,所述控制器工作电压管理***包括:
静电阻抗器ESD保护电路,并联连接在供电线和接地线之间;所述ESD保护电路用于对供电线上的静电电压进行释放,并将所述供电线上的输入电压信号经过静电电压释放后,转化为第一电压信号;
瞬态电压抑制器TVS保护电路,与所述ESD保护电路并联连接,用于对所述第一电压信号进行箝位,得到第二电压信号;
电磁兼容性EMC保护电路,与所述TVS保护电路并联连接,用于对所述第二电压信号进行第一滤波处理,得到第三电压信号;
CLC滤波电路,与所述EMC保护电路并联连接,用于对所述第三电压信号进行第二滤波处理,得到第四电压信号;
电压监控电路,与所述CLC滤波电路并联连接,用于对所述第四电压信号进行分压处理,生成第五电压信号,并对所述第五电压信号进行箝位和滤波处理,得到控制器的输入电压信号;
其中,所述第一滤波处理具体为:滤除供电线上的辐射发射和传导发射产生的高频干扰;
所述第二滤波处理具体为:滤除第三电压信号中的高频干扰信号。
优选的,所述控制器工作电压管理***还包括反接保护电路;
所述反接保护电路,与所述EMC保护电路并联连接,用于在TVS保护电路与供电线和接地线的正负极接反时,控制所述控制器工作电压管理***截止。
优选的,所述ESD保护电路包括:第一电容和第二电容;
所述第一电容与所述第二电容串联连接,所述第一电容的第一端与供电线相连接,所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端相连接,所述第二电容的第二端接地连接。
优选的,所述TVS保护电路包括:第一稳压二极管、第一TVS二极管和第二TVS二极管;
所述第一稳压二极管的阳极与第一电容的第一端和供电线连接,所述第一稳压二极管的阴极与第一TVS二极管的阴极和第二TVS二极管的阴极相连接,所述第一TVS二极管的阳极与所述第二TVS二极管的阳极接地连接,所述第一TVS二极管和所述第二TVS二极管并联连接。
优选的,所述EMC保护电路包括:第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容和第八电容;
所述第三电容、所述第四电容和所述第五电容并联连接,所述第三电容的第一端、所述第四电容的第一端、所述第五电容的第一端分别和第一稳压二极管的阳极相连接,所述第三电容的第二端、所述第四电容的第二端、所述第五电容的第二端分别接地连接;
所述第六电容、所述第七电容和所述第八电容并联连接,所述第六电容的第一端、所述第七电容的第一端、所述第八电容的第一端分别接地连接,所述第六电容的第二端、所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端分别和第二TVS二极管的阳极相连接。
优选的,所述反接保护电路包括:第一电阻、金属-氧化物-半导体场效应晶体MOS管、第二电阻、第二稳压二极管;
所述第一电阻的第一端和第四电容的第一端相连接,所述第一电阻的第二端与MOS管的栅极、第二电阻的第一端、第二稳压二极管的阴极分别相连接,所述MOS管的漏极与第八电容的第二端相连接,所述MOS管的源极与第二电阻的第二端、第二稳压二极管的阳极相连接。
优选的,所述CLC滤波电路包括:第九电容、第十电容、第十一电容和第一电感、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容和第十六电容;
所述第九电容、所述第十电容和所述第十一电容并联连接,所述第九电容的第一端与第一电阻的第一端、第十电容的第一端、第十一电容的第一端和第一电感的第一端分别相连接,所述第九电容的第二端与第二稳压二极管的阳极、所述第十电容的第二端和第十一电容的第二端分别相连接;
所述第第十二电容、所述第十三电容、所述第十四电容、所述第十五电容和所述第十六电容并联连接,所述第十二电容的第一端与所述第一电感的第二端、所述第十三电容的第一端、所述第十四电容的第一端、所述第十五电容的第一端和所述第十六电容的第一端分别相连接,所述第十二电容的第二端与所述第十三电容的第二端、所述第十四电容的第二端、所述第十五电容的第二端和所述第十六电容的第二端分别接地连接。
优选的,所述第十三电容和所述第十四电容为铝电解电容。
优选的,所述电压监控电路包括:第三电阻、第四电阻、第十七电容和钳位二极管;
所述第三电阻的第一端与第十六电容的第一端相连接,所述第三电阻的第二端与第四电阻的第一端、钳位二极管的阳极和第十七电容的第一端分别相连接,所述第四电阻的第二端接地连接,所述钳位二极管的阴极与控制器相连接,所述第十七电容的第二端接地连接。
由此,通过应用本发明实施例提供的控制器工作电压管理***,保证了控制器的正常工作,并在电压不正常时,避免控制器被损坏。
附图说明
图1为本发明实施例提供的控制器工作电压管理***框图;
图2为本发明实施例提供的控制器工作电压管理***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,为便于描述,附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为本发明实施例提供的控制器工作电压管理***框图。在本申请中,控制器可以是微控制单元(Micro-controller Unit,MCU),MCU对工作电压要求较高,只有当MCU的供电电压正常时,才可正常工作,当供电电压不正常时,必须要保证MCU不被损坏。如图1所示,该控制器工作电压管理***100包括:静电阻抗器(Electro-Static discharge,ESD)保护电路110,瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor,TVS)保护电路120、电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility,EMC)保护电路130、反接保护电路140、CLC滤波电路150和电压监控电路160。
ESD保护电路110,并联连接在供电线和接地线之间;ESD保护电路用于对供电线上的静电电压进行释放,并将用电模块输入电压信号经过静电电压释放后,转化为第一电压信号。
TVS保护电路120,与ESD保护电路并联连接,用于对第一电压信号进行箝位,得到第二电压信号。
EMC保护电路130,与TVS保护电路并联连接,用于对第二电压信号进行第一滤波处理,得到第三电压信号。
其中,第一滤波处理具体为:滤除供电线上的辐射发射和传导发射产生的高频干扰。
CLC滤波电路150,与EMC保护电路并联连接,用于对第三电压信号进行第二滤波处理,得到第四电压信号。
其中,第二滤波处理具体为:滤除第三电压信号中的高频干扰信号。
电压监控电路160,与CLC滤波电路并联连接,用于对第四电压信号进行分压处理,生成第五电压信号,并对第五电压信号进行箝位和滤波处理,得到控制器的输入电压信号。
进一步的,控制器工作电压管理***还包括反接保护电路140。
反接保护电路140,与EMC保护电路130并联连接,用于在TVS保护电路110与供电线和接地线的的正负极接反时,控制控制器工作电压管理***截止。
由此,通过控制器工作电压管理***,实现了控制器的工作电压保持在正常范围内,并在工作电压不正常时,保证控制器不被损坏。
图2为本发明实施例提供的控制器工作电压管理***结构示意图。在图2中,有两条线,一条为供电线,另一条为接地线,可以理解的是,在电路结构上,各个电路并联在供电线和接地线之间,在信号流向上,上一级输出的电压信号,为下一级电路的输入。供电线和供电模块的正极相连接,接地线和接地端相连接,供电线可以和供电单元相连接,供电单元可以是蓄电池。
如图2所示,ESD保护电路110包括:第一电容C1和第二电容C2。
第一电容C1与第二电容C2串联连接,第一电容C1的第一端与供电线相连接,第一电容C1的第二端与第二电容C2的第一端相连接,第二电容C2的第二端接地连接。通过第一电容C1和第二电容C2,吸收了供电线上的静电电压。
比如,对于ESD保护电路,其中的一个峰值为30A的ESD脉冲在地线上会产生几十豪伏的电阻压降,但是它陡峭的上升时间(30A/ns)可以在同样的线路上产生高达几百伏的感应电压信号,足以导致错误数据的产生,如此高的频率将产生集肤效应,使线电阻显着增加。为了抵消这种效应,需要采用ESD保护电路以获得低阻特性。由此,通过ESD保护110电路,实现了整个控制器工作电压管理***的低阻输出。
通过对供电线上的静电电压进行释放,实现了静电防护,避免控制器工作电压管理***受到静电的危害,保护了整个***的安全性和稳定性。
TVS保护电路120包括:第一稳压二极管D1、第一TVS二极管D2和第二TVS二极管D3;
第一稳压二极管D1的阳极与第一电容C1的第一端和用电模块的输入级相连接,第一稳压二极管D1的阴极与第一TVS二极管D2的阴极和第二TVS二极管D3的阴极相连接,第一TVS二极管D2的阳极与第二TVS二极管D3的阳极接地连接,第一TVS二极管D2和第二TVS二极管D3并联连接。其中,第一稳压二极管D1为反接保护二极管,用于对第一TVS二极管D2和第二TVS二极管D3进行反接保护。
TVS二极管是高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,能以10到12秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。
由此,通过第一TVS二极管D2和第二TVS二极管D3,将第一电压信号箝位至第二电压信号。实现了大负载高压信号的迁移,保证了控制器工作电压管理***的正常工作。
进一步的,EMC保护电路130包括:第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8。
第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5并联连接,第三电容C3的第一端、第四电容C4的第一端、第五电容C5的第一端分别和第一稳压二极管D1的阳极相连接,第三电容C3的第二端、第四电容C4的第二端、第五电容C5的第二端分别接地连接。
第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8并联连接,第六电容C6的第一端、第七电容C7的第一端、第八电容C8的第一端分别接地连接,第六电容C6的第二端、第七电容C7的第二端、第八电容C8的第二端分别和第二TVS二极管D3的阳极相连接。
具体的,***供电线辐射的电磁能量影响并且妨碍***电器设备的正常运行,为了排除供电线上辐射发射(Radiation Emission,RE)和传导发射(Conduction Emission,CE)传到电源网络中,干扰其他电器设备,可以通过EMC保护电路,进行高频滤波。此时,可以通过选取不同容值的电容,进行不同频段的滤波,从而可以根据可靠性试验的需要进行各频段滤波,以满足控制器EMC的要求。
进一步的,反接保护电路140包括:第一电阻R1、金属-氧化物-半导体(metaloxide semiconductor,MOS)管、第二电阻R2、第二稳压二极管D4;
第一电阻R1的第一端和第四电容C4的第一端相连接,第一电阻R1的第二端与MOS管的栅极、第二电阻R2的第一端、第二稳压二极管D4的阴极分别相连接,MOS管的漏极与第八电容C8的第二端相连接,MOS管的源极与第二电阻R2的第二端、第二稳压二极管D4的阳极相连接。第二稳压二极管D4用于对MOS管进行稳压。
具体的,当供电模块和控制器工作电压管理***(简称***)反接时,MOS管不会导通,当正接时,MOS管导通,由此,对***进行了反接保护。当***反接时,反接保护电路保护了控制器不至于发生损坏。
MOS管为P沟道金属-氧化物-半导体(positive channel Metal OxideSemiconductor,PMOS)管。
进一步的,CLC滤波电路150包括:第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第一电感L1、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15和第十六电容C16。
第九电容C9、第十电容C10和第十一电容C11并联连接,第九电容C9的第一端与第一电阻R1的第一端、第十电容C10的第一端、第十一电容C11的第一端和第一电感L1的第一端分别相连接,第九电容C9的第二端与第二稳压二极管D4的阳极、第十电容C10的第二端和第十一电容C11的第二端分别相连接。
第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15和第十六电容C16并联连接,第十二电容C12的第一端与第一电感L1的第二端、第十三电容C13的第一端、第十四电容C14的第一端、第十五电容C15的第一端和第十六电容C16的第一端分别相连接,第十二电容C12的第二端与第十三电容C13的第二端、第十四电容C14的第二端、第十五电容C15的第二端和第十六电容C16的第二端分别接地连接。
进一步的,第十三电容C13和第十四电容C14为铝电解电容。其余电容为陶瓷电容。由此,对电源网络上的高频交流干扰进行滤波。
进一步的,电压监控电路160包括:第三电阻R3、第四电阻R4、第十七电容C17和钳位二极管D5。
第三电阻R3的第一端与第十六电容C16的第一端相连接,第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端、钳位二极管D5的阳极和第十七电容C17的第一端分别相连接,第四电阻R4的第二端接地连接,钳位二极管D5的阴极与控制器相连接,第十七电容C17的第二端接地连接。
其中,第三电阻R3和第四电阻R4对第四电压信号进行分压处理,生成第五电压信号,钳位二极管D5用于对第五电压信号进行箝位处理,避免了第五电压信号过高时,对***的损害。第十七电容C17用于对箝位处理后的电压信号进行滤波处理,进一步滤除其中的高频成分,由此,得到控制器的输入电压信号。
通过应用本发明实施例提供的控制器工作电压管理***,保证了控制器的正常工作,并在电压不正常时,避免控制器被损坏。
专业人员应该还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种控制器工作电压管理***,其特征在于,所述控制器工作电压管理***包括:
静电阻抗器ESD保护电路,并联连接在供电线和接地线之间;所述ESD保护电路用于对供电线上的静电电压进行释放,并将所述供电线上的输入电压信号经过静电电压释放后,转化为第一电压信号;
瞬态电压抑制器TVS保护电路,与所述ESD保护电路并联连接,用于对所述第一电压信号进行箝位,得到第二电压信号;
电磁兼容性EMC保护电路,与所述TVS保护电路并联连接,用于对所述第二电压信号进行第一滤波处理,得到第三电压信号;
CLC滤波电路,与所述EMC保护电路并联连接,用于对所述第三电压信号进行第二滤波处理,得到第四电压信号;
电压监控电路,与所述CLC滤波电路并联连接,用于对所述第四电压信号进行分压处理,生成第五电压信号,并对所述第五电压信号进行箝位和滤波处理,得到控制器的输入电压信号;
其中,所述第一滤波处理具体为:滤除供电线上的辐射发射和传导发射产生的高频干扰;
所述第二滤波处理具体为:滤除第三电压信号中的高频干扰信号;
其中,所述控制器工作电压管理***还包括反接保护电路;
所述反接保护电路,与所述EMC保护电路并联连接,用于在所述TVS保护电路与供电线和接地线的正负极接反时,控制所述控制器工作电压管理***截止。
2.根据权利要求1所述的控制器工作电压管理***,其特征在于,所述ESD保护电路包括:第一电容和第二电容;
所述第一电容与所述第二电容串联连接,所述第一电容的第一端与供电线相连接,所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端相连接,所述第二电容的第二端接地连接。
3.根据权利要求1所述的控制器工作电压管理***,其特征在于,所述TVS保护电路包括:第一稳压二极管、第一TVS二极管和第二TVS二极管;
所述第一稳压二极管的阳极与第一电容的第一端和供电线连接,所述第一稳压二极管的阴极与第一TVS二极管的阴极和第二TVS二极管的阴极相连接,所述第一TVS二极管的阳极与所述第二TVS二极管的阳极接地连接,所述第一TVS二极管和所述第二TVS二极管并联连接。
4.根据权利要求1所述的控制器工作电压管理***,其特征在于,所述EMC保护电路包括:第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容和第八电容;
所述第三电容、所述第四电容和所述第五电容并联连接,所述第三电容的第一端、所述第四电容的第一端、所述第五电容的第一端分别和第一稳压二极管的阳极相连接,所述第三电容的第二端、所述第四电容的第二端、所述第五电容的第二端分别接地连接;
所述第六电容、所述第七电容和所述第八电容并联连接,所述第六电容的第一端、所述第七电容的第一端、所述第八电容的第一端分别接地连接,所述第六电容的第二端、所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端分别和第二TVS二极管的阳极相连接。
5.根据权利要求4所述的控制器工作电压管理***,其特征在于,所述反接保护电路包括:第一电阻、金属-氧化物-半导体场效应晶体MOS管、第二电阻、第二稳压二极管;
所述第一电阻的第一端和第四电容的第一端相连接,所述第一电阻的第二端与MOS管的栅极、第二电阻的第一端、第二稳压二极管的阴极分别相连接,所述MOS管的漏极与第八电容的第二端相连接,所述MOS管的源极与第二电阻的第二端、第二稳压二极管的阳极相连接。
6.根据权利要求1所述的控制器工作电压管理***,其特征在于,所述CLC滤波电路包括:第九电容、第十电容、第十一电容和第一电感、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容和第十六电容;
所述第九电容、所述第十电容和所述第十一电容并联连接,所述第九电容的第一端与第一电阻的第一端、第十电容的第一端、第十一电容的第一端和第一电感的第一端分别相连接,所述第九电容的第二端与第二稳压二极管的阳极、所述第十电容的第二端和第十一电容的第二端分别相连接;
所述第十二电容、所述第十三电容、所述第十四电容、所述第十五电容和所述第十六电容并联连接,所述第十二电容的第一端与所述第一电感的第二端、所述第十三电容的第一端、所述第十四电容的第一端、所述第十五电容的第一端和所述第十六电容的第一端分别相连接,所述第十二电容的第二端与所述第十三电容的第二端、所述第十四电容的第二端、所述第十五电容的第二端和所述第十六电容的第二端分别接地连接。
7.根据权利要求6所述的控制器工作电压管理***,其特征在于,所述第十三电容和所述第十四电容为铝电解电容。
8.根据权利要求1所述的控制器工作电压管理***,其特征在于,所述电压监控电路包括:第三电阻、第四电阻、第十七电容和钳位二极管;
所述第三电阻的第一端与第十六电容的第一端相连接,所述第三电阻的第二端与第四电阻的第一端、钳位二极管的阳极和第十七电容的第一端分别相连接,所述第四电阻的第二端接地连接,所述钳位二极管的阴极与控制器相连接,所述第十七电容的第二端接地连接。
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