CN110228395A - 双电源电路*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双电源电路***。该双电源电路***包括：第一电源电路，用于提供第一电源；第二电源电路，用于获取高压电源作为输入，将所述高压电源变压后作为第二电源提供；以及微处理器，用于实现所述第一电源电路和所述第二电源电路之间的切换控制。根据本发明，能够解决备用电源和车辆蓄电池之间的切换和回路自检问题。而且，进一步，根据本发明，能够将主动放电功能、高压检测功能和过压保护功能集成在备用电源设计中。

Description

双电源电路***
技术领域
本发明涉及车辆的电源管理领域，具体地涉及一种车辆的双电源电路***以及具备它的车辆。
背景技术
当前新能源汽车电机驱动***EDS（electric drive system）需要采用逆变器驱动电机。逆变器是一种通过低压控制高压电能转化的电力电子装置。控制部分需要低压供电实现控制目的，低压电来源通常为整车蓄电池，称为KL30。
KL30属于一个粗放电源，由于整车工作环境恶劣，KL30通常会出现异常波形，如瞬态跌落或者欠压过压等，为了保证电机控制器即逆变器在KL30异常情况下的仍能短时正常工作，需要设计一个备用低压电源保证逆变器正常工作一段时间，尤其是功能安全需求提出后，备用低压电源设计更是变得重要。
发明内容
鉴于上述问题，本发明旨在提出一种能够有效切换整车蓄电池和备用电源的双电源电路***以及双电源电路控制方法。
本发明的双电源电路***，其特征在于，包括：
第一电源电路，用于提供第一电源；
第二电源电路，作为第一电源电路的备用电源，获取高压电源作为输入，将所述高压电源变压后作为第二电源提供；以及
微处理器，用于实现所述第一电源电路和所述第二电源电路之间的切换控制,其中，当所述微处理器检测到所述第一电源电路正常工作的情况下，使能所述第二电源电路。
可选地，进一步包括：第一开关（S4），设置在所述第二电源电路和所述微处理器之间，由所述微处理器使能，其中，所述第一开关的第一端（Vfb）与所述第二电源电路连接，所述第一开关的第二端（HVLV）与所述微处理器连接。
可选地，设置所述第二端的电压值为规定阈值，所述规定阈值位于第一电源电路的工作电压范围内。
可选地，进一步包括：第二开关（D3），其设置为当所述第一电源电路的输出电压小于所述规定阈值的情况下，以使得所述第二电源电路提供电源。
可选地，所述第二电源电路为逆变器。
可选地，所述逆变器设置为能够在维持逆变器峰值工况下进行规定时间的工作并且在此后关断逆变器功率级。
可选地，所述微处理器设置为在使能所述第一开关的情况下，读取所述第二端的电压，根据所述第二端的电压判断是否由所述第二电源电路供电。
可选地，所述微处理器进一步包括：
计数器，用于对于所述微处理器异常掉电的情况进行计数；
存储器，用于存储所述计数器的计数值；以及
控制模块，用于在所述计数值大于预先设定的阈值的情况下进行控制使得由所述第一电源电路供电。
可选地，所述微处理器通过比较所述第一开关的第二端（HVLV）的电压值与所述第一电源电路的输出电压值（KL30_P）来判断是否所述第二开关正常工作。
可选地，进一步包括：
主动放电模块，用于实现所述高压电源的主动放电；以及
数字隔离模块，用于实现主动放电模块与所述微处理器之间的数字隔离，
其中，所述主动放电模块设置为在所述数字隔离模块失电时被激活。
可选地，所述主动放电模块设置为采用脉冲式放电方式直到所述高压电源不存在。
可选地，高压检测模块，用于进行高压检测并且将高压检测结果输入到所述微处理器；以及
模拟隔离模块，用于实现所述高压检测模块与所述高压电源侧的模拟隔离。
可选地，进一步包括：
过压保护模块，设置在所述模拟隔离模块与所述微处理器之间，用于实现过压保护。
本发明的车辆，其特征在于，具备上述的双电源电路***。
本发明的双电源电路的切换方法，该切换方法是利用微处理器实现对于第一电源电路和第二电源电路的切换，其特征在于，该方法包括下述步骤：
第一步骤：使能第一电源电路，并由所述第一电源电路给所述微处理器供电；
第二步骤：判断第一电源电路是否正常工作，在判断结果为所述第一电源电路正常工作的情况下，使能第二电源电路；
第三步骤：判断第二电源电路是否正常工作，在判断结果为第二电源电路正常工作的情况下则使得第一电源电路不工作。
可选地，在所述第三步骤之后进一步包括：
第四步骤：判断微处理器是否异常掉电，在判断结果为微处理器异常掉电的情况下使得第一电源电路工作。
本发明的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，
该计算机程序被处理器执行时实现上述的双电源电路的切换方法。
本发明的计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的双电源电路的切换方法。
如上所述，根据本发明，能够解决备用电源和车辆蓄电池之间的切换和回路自检问题。而且，进一步，根据本发明，能够将主动放电功能、高压检测功能和过压保护功能集成在备用电源设计中。再者，根据本发明，在逆变器异常情况下能够激活主动放电电路，确保高压电容电量得到泄放，实现电气安全。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的双电源电路***的电路示意图。
图2是表示本发明一实施方式的双电源电路***进行切换自检的流程图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
图1是表示本发明一实施方式的双电源电路***的电路示意图。本实施方式中示例了将双电源电路***应用于车辆的情况。
如图1所示，本发明一实施方式的双电源电路***包括：
第一电源电路KL30；
作为第一电源电路KL30的备用电源的第二电源电路10（简称为“FB”）；
由第一电源电路KL30或者第二电源电路10提供电源的微处理器20（在下文的图2中也简称为“MCU”）；
对第一电源电路实现电源管理的第一电源管理模块30；以及
通过使能信号EN由微处理器20使能并且对第二电源电路10实现电源管理的第一电源管理模块40。
其中，第二电源电路10从高压电源HVDC端（一般例如60~450V）获取电源作为输入，将高压电源变压后输出电压Vfb，由此作为第二电源提供。
这里，作为一个示例，第二电源电路10采用反激（fly back）备用电源。所谓反激是指当开关管接通时，输出变压器充当电感，电能转化为磁能，此时输出回路无电流；相反，当开关管关断时，输出变压器释放能量，磁能转化为电能，输出回路中有电流。
第一电源电路KL30上电以后，二极管D1导通，开关S2（常闭开关）导通，第一电源电路KL30正常工作，微控制器20通过输入端AD得电，***正常工作。另一方面，当高压直流HVDC侧上电后作为备用电源的第二电源电路10工作，但是开关S4（常开开关）断开。
当微处理器20检测到第二电源电路10具备备用电源上电条件后，微处理器20使能开关S4，这里所谓的上电条件是指***上电自检正常，即由第一电源供电KL30供电的电路正常工作，当然也可以通过判断第一电源电路KL30是否正常工作来实现。这时，图1中的HVLV端（即高压低压端）的电压值约为第二电源电路10输出电压，这里设置第二电源电路10的输出为9V，第一电源电路KL30正常工作电压范围9-16V。可见，第二电源电路10的输出位于第一电源电路KL30正常工作电压范围以内。
当由于某种异常造成第一电源电路KL30电压小于9V时，二极管D3导通，第二电源电路10启动向微处理器20的输入端ADC供电，由此能够保证整个***正常工作。
第二电源电路10由化反激备用电源构成，例如是采用逆变器构成。作为一个示例，第二电源电路10可以如下涉及：使得能够维持逆变器峰值工况下短时工作如若干秒，此后关断逆变器功率级；因此第二电源电路10设计额定功率为逆变器关断时的待机电源，峰值功率为逆变器峰值工况所需低压功率电源。这种指标定义可优化反激备用电源的设计。
进一步，本发明一实施方式的双电源电路***中还可以设置：主动放电模块50，用于实现所述高压电源的主动放电；以及数字隔离模块60，用于实现主动放电模块与所述微处理器之间的数字隔离。
作为一个示例，主放电模块50设置为在数字隔离模块60失电时被激活。主动放电电路50第二电源电路10出现故障和整车相关故障时启动，放电使能信号EN2通过数字隔离模块60传输到主动放电电路50。主动放电电路50应当设计为低有效，数字隔离模块60失电后应当能激活主动放电电路50的主动放电功能。主动放电电路50例如在硬件上设计在规定的快速放电时间内完成放电，然后停止放电若干秒,如果一次放电失效，即高压仍在则应当能继续使用这种脉冲式放电。
进一步，本发明一实施方式的双电源电路***中还可以设置：
高压检测模块70，用于进行高压检测并且将高压检测结果（HVDC＿LV）输入到所述微处理器20；以及
模拟隔离模块80，用于实现高压检测模块70与高压电源HVDC端的模拟隔离。
来自高压电源HVDC端的通过模拟隔离模块80后被高压检测模块70检测并输入微处理器20进行采样，实现高压信号的实时采集并提供给微处理器20的输入端ADC端，用以控制第二电源电路10。
其中，模拟隔离模块80的5V_P和5V_s分别表示隔离芯片原边和副边的供电电源，同样，数字隔离模块60的5V_P和5V_s也分别表示隔离芯片原边和副边的供电电源。
进一步，本发明一实施方式的双电源电路***中还可以设置：过压保护模块90。该过压保护模块90设置在模拟隔离模块80与微处理器20之间，用于实现过压保护，并且将进行了过压保护的电压OVP送到微处理器20的输入端D1。
图2是表示本发明一实施方式的双电源电路***切换自检的流程图。
接着，参照图2对于本发明一实施方式的双电源电路***切换自检的流程进行说明。
在步骤S1中，第一电源电路KL30上电，二极管 D1 导通，开关 S2导通, 然后第一电源电路KL30的输出端 KL30_P 得电。
在步骤S2中判断第一电源管理模块30是否工作，若判断为是，则进入步骤S3，若判断为否，则进入步骤S12。在步骤S12中判断为是二极管 D1 或者开关 S2开路，PEU(powerelectronic unit，车辆的功率电子装置，在图1中未图示PEU)安全关断。
在步骤S3中，由于第一电源管理模块30工作，微处理器20得电并工作，并且通过信号EN1使能开关S4，即，使得HVLV端得电。
在步骤S4中， 通过微处理器20的ADC端口读 HVLV端的电压值，判断 HVLV端是否工作正常（即判断第二电源电路10是否正常工作），若判断为不正常工作，即HVLV端的电压异常，则进入步骤S13，***进入可控安全状态，第二电源电路10停止供电，PEU安全关断;若判断为HVLV端的电压正常，则微处理器20通过指令‘SW_UC=1’ ，使得开关S2断开，关闭第一电源电路KL30，此时试图从备用的第二电源电路10取电。
如果微处理器20掉电, 意味着备用电源（第二电源电路10）供电失效。在这里，微处理器20中可进一步设置：计数器21，用于对于微处理器20异常掉电的情况进行计数；存储器22，用于存储所述计数器的计数值；以及控制模块23，用于在所述计数值大于预先设定的阈值的情况下进行控制使得由所述第一电源电路供电。
具体地，若微处理器20异常掉电，则计数器21的计数值增加1，存储器22存储异常电计数值。作为一个示例，存储器22由如E2PROM由实现。
由于微处理器20下电后SW_uc=0 ,跳转至步骤S1，并重复以上步骤，在步骤S5中，微处理器20的控制模块23判断是否异常掉电的计数器值N_fail>TBD（TBD为预先设定的阈值），如果判断结果为是，则进入步骤S14，若判断结果为否，则进入步骤S6。在步骤S14中，判断为二极管D3开路或者开关S4开路，PEU安全关断。
在步骤S6中，通过SW_uc=1，使得开关S2断开，第一电源电路KL30关闭。
接着，在步骤S7中，判断微处理器20是否掉电，若判断结果为是，则至步骤S19，如果判断结果为否，则继续步骤S8。在步骤S19中，在微处理器20下电之前掉计数器值加1并返回到步骤S1。
在步骤S8中，由于微处理器20未掉电，意味着作为备用电源的第二电源电路10供电正常，则读取第一电源电路KL30的输出电压VKL30_P。
在步骤S9中，判断是否VKL30_P=HVLV-Vf。其中，VF是指二极管D3的压降，HVLV是指HVLV端的电压。若判断为VKL30_P=HVLV-Vf，则继续步骤S10，否则继续步骤S15或者步骤S17。在步骤S10中，判定为二极管 D3 正常并且在步骤S11中PEU打开。
在步骤S15中判断是否VKL30_P=KL30, 若判断为是，则进入步骤S16，在步骤S16中判定开关S2 短路，PEU关断，若判断为否，则继续步骤S17。接着，在步骤S17中判断是否KL30_P=HVLV, 若判断为是，则继续步骤S18，在步骤S18中判断为判定二极管D3 短路，PEU关断。
如上所述，根据本发明的双电源电路***以及双电源切换方法，能够解决备用电源和车辆蓄电池之间的切换，并且能够实现备用电源和车辆蓄电池的回路自检。而且，进一步，根据本发明，能够将主动放电功能、高压检测功能和过压保护功能集成在备用电源设计中。再者，根据本发明，在逆变器异常情况下能够激活主动放电电路，确保高压电容电量得到泄放，实现电气安全。
以上例子主要说明了本发明的双电源电路***。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (18)

1.一种双电源电路***，其特征在于，包括：
第一电源电路，用于提供第一电源；
第二电源电路，用于获取高压电源作为输入并且将所述高压电源变压后作为第二电源提供；以及
微处理器，用于实现所述第一电源电路和所述第二电源电路之间的切换控制，其中，当所述微处理器检测到所述第一电源电路正常工作的情况下，使能所述第二电源电路。
2.如权利要求1所述的双电源电路***，其特征在于，进一步包括：
第一开关，设置在所述第二电源电路和所述微处理器之间，由所述微处理器使能，
其中，所述第一开关的两端中的第一端与所述第二电源电路连接，所述第一开关的两端中的第二端与所述微处理器连接。
3.如权利要求2所述的双电源电路***，其特征在于，
设置所述第二端的电压值为规定阈值，并且，所述规定阈值位于第一电源电路的工作电压范围内。
4.如权利要求1所述的双电源电路***，其特征在于，进一步包括：
第二开关，其设置为当所述第一电源电路的输出电压小于所述规定阈值的情况下，导通以使得所述第二电源电路提供电源。
5.如权利要求1所述的双电源电路***，其特征在于，
所述第二电源电路为逆变器。
6.如权利要求5所述的双电源电路***，其特征在于，
所述逆变器设置为能够在维持逆变器峰值工况下进行规定时间的工作并且在此后关断逆变器功率级。
7.如权利要求5所述的双电源电路***，其特征在于，
所述微处理器设置为在使能所述第一开关的情况下，读取所述第二端的电压，根据所述第二端的电压判断是否由所述第二电源电路供电。
8.如权利要求1所述的双电源电路***，其特征在于，所述微处理器进一步包括：
计数器，用于对于所述微处理器异常掉电的情况进行计数；
存储器，用于存储所述计数器的计数值；以及
控制模块，用于在所述计数值大于预先设定的阈值的情况下进行控制使得由所述第一电源电路供电。
9.如权利要求8所述的双电源电路***，其特征在于，
所述微处理器通过比较所述第一开关的第二端的电压值与所述第一电源电路的输出电压值来判断所述第二开关是否正常工作。
10.如权利要求1~9任意一项所述的双电源电路***，其特征在于，进一步包括：
主动放电模块，用于实现所述高压电源的主动放电；以及
数字隔离模块，用于实现主动放电模块与所述微处理器之间的数字隔离，
其中，所述主动放电模块设置为在所述数字隔离模块失电时被激活。
11.如权利要求10所述的双电源电路***，其特征在于，
所述主动放电模块设置为采用脉冲式放电方式直到所述高压电源不存在。
12.如权利要求1~9任意一项所述的双电源电路***，其特征在于，进一步包括：
高压检测模块，用于进行高压检测并且将高压检测结果输入到所述微处理器；以及
模拟隔离模块，用于实现所述高压检测模块与所述高压电源侧的模拟隔离。
13.如权利要求12所述的双电源电路***，其特征在于，进一步包括：
过压保护模块，设置在所述模拟隔离模块与所述微处理器之间，用于实现过压保护。
14.一种车辆，其特征在于，具备权利要求1~13任意一项所述的双电源电路***。
15.一种双电源电路的切换方法，该切换方法是利用微处理器实现对于第一电源电路和第二电源电路的切换，其特征在于，该方法包括下述步骤：
第一步骤：使能第一电源电路，并由所述第一电源电路给所述微处理器供电；
第二步骤：判断第一电源电路是否正常工作，在判断结果为所述第一电源电路正常工作的情况下，使能第二电源电路；
第三步骤：判断第二电源电路是否正常工作，在判断结果为第二电源电路正常工作的情况下则使得第一电源电路不工作。
16.如权利要求15所述的双电源电路的切换方法，其特征在于，在所述第三步骤之后进一步包括：
第四步骤：判断微处理器是否异常掉电，在判断结果为微处理器异常掉电的情况下使得第一电源电路工作。
17.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，
该计算机程序被处理器执行时实现权利要求15或16所述的双电源电路的切换方法。
18.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求15或16所述的双电源电路的切换方法。
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