一种电子控制单元智能输出电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种电子控制单元智能输出电路，包括第一开关管，第二开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一运算放大器、第二运算放大器和智能控制芯片，形成电压采样模块、电流采样模块和智能控制模块，对电压、电流进行检查，由智能控制模块提供智能监控保护功能。本发明专利技术采用MOSFET作为电子开关，解决了寿命短、频率低、电流弱的问题，设置专用电路对电压、电流进行检查，通过专业芯片进行计算，提供了智能监控保护功能。

【技术实现步骤摘要】
一种电子控制单元智能输出电路及其控制方法
本专利技术涉及电子控制单元，具体涉及一种电子控制单元智能输出电路。
技术介绍
电子控制单元实现系统的核心控制功能，在变流器中实现控制指令的采集、高速断路器的控制、主接触器的控制、充电机接触器的控制、IGBT驱动的控制。电子控制单元一般以嵌入式CPU为核心，配置各种外设，包括DI（开关量输入）、DO（开关量输出）、AI（模拟量输入）以及通讯。其中DO（开关量输出）信号一般为DC110V电压等级，允许的电压波动百分比为70%~125%，对应电压范围为77V~137.5V。传统的方式通常采用继电器输出，存在如下缺点：A、寿命短：典型的机械寿命为10万次，电气寿命为1万次。B、频率低：10Hz（10次/秒）。C、电流弱：机械开关无论是平均电流还是峰值电流都比较弱。D、没有智能监控保护：负载状态、开关智能监控状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种电子控制单元智能输出电路及其控制方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种电子控制单元智能输出电路，包括第一开关管，第二开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一运算放大器、第二运算放大器和智能控制芯片；第一开关管、第一电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容和第一运算放大器组成电压采集模块，电压采集模块中，第一开关管的D极连接电源；第一开关管的G极经第四电阻连接智能控制芯片的RC1端，经第五电阻连接RTN；第一开关管的S极经第八电阻连接第一运算放大器的同向输入端，经第九电阻连接第一运算放大器的反向输入端；第一运算放大器的输出端和反正输入端之间连接第四电容和第十电阻的并联电路；第一运算放大器的输出端经第十四电阻连接智能控制芯片的RA2/AN2端，经第十四电阻和第一电容的串联电路连接RTN；第一电容的两端并联第一二极管，第一稳压管的正极接RTN，负极接第十四电阻和第一电容的连接点；第二开关管、第二电阻、第三电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第五电容和第二运算放大器组成电流采集模块，电流采集模块中，第二开关管的D极经第二电阻连接电源；第二开关管的G极经第六电阻连接智能控制芯片的的RC0端，经第七电阻连接RTN；第二开关管的S极经第十五电阻连接智能控制芯片的RA1/AN1端，经第十五电阻和第二电容的串联电路接RTN；第二电容的两端并联第二稳压管，第二稳压管的正极接RTN，负极接第十五电阻和第二电容的连接点；第二开关管的S极还经第十一电阻连接第二运算放大器的同向输入端，经第三电阻连接RTN，经第三电阻和第十二电阻的串联电路连接第二运算放大器的反向输入端；第二运算放大器的输出端和反正输入端之间连接第五电容和第十三电阻的并联电路；第二运算放大器的输出端经第十六电阻连接智能控制芯片的RA0/AN0端，经第十六电阻和第三电容的串联电路连接RTN，所述第十六电阻和第三电容构成低通滤波器；第三电容的两端并联第三稳压管，第三稳压管的正极接RTN，负极接第十六电阻和第三电容的连接点。一种基于上述电子控制单元智能输出电路的控制方法，包括如下步骤：步骤1，检测智能控制芯片RC1端的输入信号DO_CMD，在输入信号DO_CMD无效时，智能控制芯片通过RC1端DO_CTRL信号控制第一开关管关闭，输出端DO不具备功率输出能力；同时，通过RC0的SENSE信号控制第二开关管导通；此时，电源电压经过第二电阻、第三电阻和负载电阻构成回路，电压采集模块工作，采集第三电阻上的电压，通过2种方式到智能控制芯片，第1种，通过第十五电阻和第二电容构成的低通滤波器，直接输出到智能控制芯片，第二电容的两端并联第二稳压管，当第三电阻采样电压超过范围时，稳压生效，可以保护智能控制芯片；第2种，通过第十一电阻、第十二电阻接到第二运算放大器的输入端，第二运算放大器输出放大后的第三电阻采样电压，通过第十六电阻和第三电容构成低通滤波器，送给智能控制芯片，第三稳压管并联在第三电容的两端，当第三电阻采样电压的放大信号超过范围时，稳压生效，保护智能控制芯片；智能控制芯片根据直接采集的第三电阻上的电压，计算电源电压，如果在电压正常工作阈值范围内，则判断电源正常、输出回路正常，等待输入信号DO_CMD有效，等待过程中循环检查电源电压；步骤2，当DO_CMD有效后，智能控制芯片通过RC1端的DO_CTRL信号控制第一开关管导通，输出端DO具备功率输出能力；此时，输出功率电流经过第一开关管、第一电阻和负载电阻构成回路，电流采样模块工作，采集第一电阻上的电压，通过第八电阻、第九电阻接到第一运算放大器的输入端，第一运算放大器输出放大后的第一电阻中的电压，通过第十四电阻和第一电容构成低通滤波器送给智能控制芯片，第一稳压管管并联在第一电容的两端，当放大信号超过范围时，稳压生效，保护智能控制芯片；智能控制芯片根据放大后的第一电阻中的电压计算输出回路的电流，即流过第一开关管、第一电阻和负载电阻的电流，当输出电回路流超过设定值时，关闭第一开关管，关闭输出端DO，延时5秒后，回到步骤1，重新开始，否则转至步骤3；步骤3，当第一开关管导通后，第三电阻上的电压为第一开关管的电压，智能控制芯片采集第三电阻上的电压，结合输出回路的电流，计算第一开关管上的功耗，当第一开关管上的功耗超过其发热限定值，关闭第一开关管，关闭输出端DO，延时5秒后，回到步骤1，重新开始，否则，继续检测DO_CMD有效状态，执行对应操作。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)采用MOSFET作为电子开关，解决寿命短、频率低、电流弱的功能。2)设置专用电路对电压、电流进行检查，通过专业芯片进行计算，提供下列智能监控保护功能：负载是否异常（开路、短路），开关管健康状态，电压异常。附图说明图1为本专利技术电子控制单元智能输出电路的电路图；图2为电压采样模块的电路图；图3为电流采样模块的电路图；图4为MOSFET功耗计算的原理图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。如图1所示，一种电子控制单元智能输出电路，包括电压采样模块、电流采样模块和智能控制模块，电压采集电路，用于采集相关电压信号，供智能控制模块计算电源电压；电流采集电路，用于采集相关电压信号，供智能控制模块计算输出电流和功耗；智能控制模块，用于计算电源电压、输出电流和功耗，在超过安全域值时，切断电源连接或者关闭输出。为了实现电子控制单元智能输出电路的上述功能，本专利技术设计如下优化电路。如图1所示，电子控制单元智能输出电路包括第一开关管Q1，第二开关管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电子控制单元智能输出电路，其特征在于，包括第一开关管（Q1），第二开关管（Q2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、第十四电阻（R14）、第十五电阻（R15）、第十六电阻（R16）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第一运算放大器（U2）、第二运算放大器（U3）和智能控制芯片（U1）；/n第一开关管（Q1）、第一电阻（R1）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第四电容（C4）和第一运算放大器（U2）组成电压采集模块，电压采集模块中，第一开关管（Q1）的D极连接电源；第一开关管（Q1）的G极经第四电阻（R4）连接智能控制芯片（U1）的RC1端，经第五电阻（R5）连接RTN；第一开关管（Q1）的S极经第八电阻（R8）连接第一运算放大器（U2）的同向输入端，经第九电阻（R9）连接第一运算放大器（U2）的反向输入端；第一运算放大器（U2）的输出端和反正输入端之间连接第四电容（C4）和第十电阻（R10）的并联电路；第一运算放大器（U2）的输出端经第十四电阻（R14）连接智能控制芯片（U1）的RA2/AN2端，经第十四电阻（R14）和第一电容（C1）的串联电路连接RTN；第一电容（C1）的两端并联第一稳压管（ZV1），第一稳压管（ZV1）的正极接RTN，负极接第十四电阻（R14）和第一电容（C1）的连接点；/n第二开关管（Q2）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、第五电容（C5）和第二运算放大器（U3）组成电流采集模块，电流采集模块中，第二开关管（Q2）的D极经第二电阻（R2）连接电源；第二开关管（Q2）的G极经第六电阻（R6）连接智能控制芯片（U1）的的RC0端，经第七电阻（R7）连接RTN；第二开关管（Q2）的S极经第十五电阻（R15）连接智能控制芯片（U1）的RA1/AN1端，经第十五电阻（R15）和第二电容（C2）的串联电路接RTN；第二电容（C2）的两端并联第二稳压管（ZV2），第二稳压管（ZV2）的正极接RTN，负极接第十五电阻（R15）和第二电容（C2）的连接点；第二开关管（Q2）的S极还经第十一电阻（R11）连接第二运算放大器（U3）的同向输入端，经第三电阻（R3）连接RTN，经第三电阻（R3）和第十二电阻（R12）的串联电路连接第二运算放大器（U3）的反向输入端；第二运算放大器（U3）的输出端和反正输入端之间连接第五电容（C5）和第十三电阻（R13）的并联电路；第二运算放大器（U3）的输出端经第十六电阻（R16）连接智能控制芯片（U1）的RA0/AN0端，经第十六电阻（R16）和第三电容（C3）的串联电路连接RTN，所述第十六电阻（R16）和第三电容（C3）构成低通滤波器；第三电容（C3）的两端并联第三稳压管（ZV3），第三稳压管（ZV3）的正极接RTN，负极接第十六电阻（R16）和第三电容（C3）的连接点。/n...

【技术特征摘要】
1.电子控制单元智能输出电路，其特征在于，包括第一开关管（Q1），第二开关管（Q2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、第十四电阻（R14）、第十五电阻（R15）、第十六电阻（R16）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第一运算放大器（U2）、第二运算放大器（U3）和智能控制芯片（U1）；
第一开关管（Q1）、第一电阻（R1）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第四电容（C4）和第一运算放大器（U2）组成电压采集模块，电压采集模块中，第一开关管（Q1）的D极连接电源；第一开关管（Q1）的G极经第四电阻（R4）连接智能控制芯片（U1）的RC1端，经第五电阻（R5）连接RTN；第一开关管（Q1）的S极经第八电阻（R8）连接第一运算放大器（U2）的同向输入端，经第九电阻（R9）连接第一运算放大器（U2）的反向输入端；第一运算放大器（U2）的输出端和反正输入端之间连接第四电容（C4）和第十电阻（R10）的并联电路；第一运算放大器（U2）的输出端经第十四电阻（R14）连接智能控制芯片（U1）的RA2/AN2端，经第十四电阻（R14）和第一电容（C1）的串联电路连接RTN；第一电容（C1）的两端并联第一稳压管（ZV1），第一稳压管（ZV1）的正极接RTN，负极接第十四电阻（R14）和第一电容（C1）的连接点；
第二开关管（Q2）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、第五电容（C5）和第二运算放大器（U3）组成电流采集模块，电流采集模块中，第二开关管（Q2）的D极经第二电阻（R2）连接电源；第二开关管（Q2）的G极经第六电阻（R6）连接智能控制芯片（U1）的的RC0端，经第七电阻（R7）连接RTN；第二开关管（Q2）的S极经第十五电阻（R15）连接智能控制芯片（U1）的RA1/AN1端，经第十五电阻（R15）和第二电容（C2）的串联电路接RTN；第二电容（C2）的两端并联第二稳压管（ZV2），第二稳压管（ZV2）的正极接RTN，负极接第十五电阻（R15）和第二电容（C2）的连接点；第二开关管（Q2）的S极还经第十一电阻（R11）连接第二运算放大器（U3）的同向输入端，经第三电阻（R3）连接RTN，经第三电阻（R3）和第十二电阻（R12）的串联电路连接第二运算放大器（U3）的反向输入端；第二运算放大器（U3）的输出端和反正输入端之间连接第五电容（C5）和第十三电阻（R13）的并联电路；第二运算放大器（U3）的输出端经第十六电阻（R16）连接智能控制芯片（U1）的RA0/AN0端，经第十六电阻（R16）和第三电容（C3）的串联电路连接RTN，所述第十六电阻（R16）和第三电容（C3）构成低通滤波器；第三电容（C3）的两端并联第三稳压管（ZV3），第三稳压管（ZV3）的正极接RTN，负极接第十六电阻（R16）和第三电容（C3）的连接点。


2.根据权利要求1所述的电子控制单元智能输出电路，其特征在于，所述第一运算放大器（U2）、第二运算放大器（U3）采用N沟道的MOSFET。


3.根据权利要求1所述的电子控制单元智能输出电路，其特征在于，所述智能控制芯片（U1）采用微型PIC16F系列单片机。


4.基于权利要求1-3任一项所述的电子控制单元智能输出电路的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，检测智能控制芯片（U1）RC1端的输入信号DO_CMD，在输入信号DO_CMD无效时，智能控制芯片（U1）通过RC1端DO_CTRL信号控制第一开关管（Q1）关闭，输出端DO不具备功率输出能力；同时，通过RC0的SENSE信号控制第二开关管（Q2）导通；此时，电源电压经过第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和负载电阻（RL）构成回路，电压采集模块工作，采集第三电阻（R3）上的电压，通过2种方式到智能控制芯片（U1），第1种，通过第十五电阻（R15）和第二电容（C2）构成的低通滤波器，直接输出到智能控制芯片（U1），第二电容（C2）的两端并联第二稳压管（ZV2），当第三电阻（R3）采样电压超过范围时，稳压生效，可以保护智能控制芯片（U1）；第2种，通过第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）接到第二运算放大器（U3）的输入端，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈爱林，陈方良，周香梅，
申请(专利权)人：南京华士电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32