CN106647344B

CN106647344B - 机动车辆的驱动模块和控制单元

Info

Publication number: CN106647344B
Application number: CN201510741029.XA
Authority: CN
Inventors: 施三保
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: CN106647344A; WO2017076342A1

Abstract

一种与机动车辆的设备相关的驱动模块(5)，其连接至车身控制器模块(3)，且配置为用于接收来自车身控制器模块(3)的激活信号和用于将中断信号传输至中断端口(P2')，中断信号响应于激活信号而指示相关设备的状况，驱动模块(5)包括：‑微控制器(21)，配置用于检测相关设备的操作状况和用于根据其发出命令信号，‑控制电路(23)，配置用于将由微控制器(21)发出的命令信号转换为中断信号，其包括联接至中断端口(P2')且配置用于根据其状态而改变中断信号的主晶体管(Q1)，且控制电路(23)还包括保护电路(27)，其配置用于在高于预定阈值的电压被供应在中断端口(P2')处时，将主晶体管(Q1)设定为阻断状态。

Description

机动车辆的驱动模块和控制单元

技术领域

本发明涉及一种驱动模块，该驱动模块与机动车辆的设备相关且配置为用于与车身控制器模块交换信号，以向车身控制器模块提供关于相关设备的状况的信息。本发明特别地涉及在驱动模块中使用的控制电路，其用于调适由驱动模块的微控制器发出的信号，以被车身控制器模块检测。

背景技术

已知使用包括主晶体管的控制电路，所述主晶体管调适由驱动模块的微控制器发出的信号，以被车身控制器模块的处理单元检测。晶体管通常使其集电极连接至车身控制器模块的中断(outage)输入端，其射极连接至接地端，且其基极连接至微控制器，可以经由另一晶体管进行连接。

因此，取决于由微控制器发送的电压值，主晶体管设定为阻断或为导通状态，且高或低的电压信号被车身控制器模块的处理单元接收。

但是，通过这样的控制电路，在车身控制器模块中的短路导致供应至主晶体管集电极的高电压的情况下，所述主晶体管将耗散大量功率。由此，必需使用超大尺寸的主晶体管来耐受这样的高电压，且其实现功率耗散而不导致主晶体管的故障。但是，这样的超大尺寸的晶体管显著增加了控制电路的成本，且因此增加了驱动模块的成本。此外，在这样的控制电路中，主晶体管以放大模式工作，其限制了控制电路输出的电流的值。

因此，本发明的主要目标是提供一种廉价的控制电路，所述控制电路包括当车身控制器模块的短路导致供应至主晶体管的集电极的高电压时所述主晶体管的保护装置。本发明还有一目标是当必要时实现允许车身控制器输出高电流。

发明内容

本发明因此涉及一种与机动车辆的设备相关的驱动模块，所述驱动模块连接至机动车辆的车身控制器模块，且配置为用于接收来自车身控制器模块的激活信号和用于将中断信号传输至中断端口，所述中断信号响应于被接收的激活信号而指示相关设备的状况，其中，所述驱动模块包括：

-微控制器，配置用于检测相关设备的操作状况和用于根据检测到的操作状况来发出命令信号，和

-控制电路，配置用于将由微控制器发出的命令信号转换为中断信号，其中，所述控制电路包括主晶体管，所述主晶体管联接至中断端口且配置用于根据其状态而改变所述中断信号，

且其中，控制电路还包括保护电路，该保护电路配置用于当高于预定阈值的电压被供应在中断端口处时，则将所述主晶体管设定为阻断状态。

根据本发明的另一方面，所述控制电路的主晶体管是NPN晶体管，其集电极联接至中断端口，其基极连接至所述微控制器，且其射极连接至接地端。

根据本发明的另一方面，所述主晶体管的基极经由第一电阻器联接至所述微控制器，且经由第二电阻器联接至接地端，且其射极经由第三电阻器联接至接地端。

根据本发明的另外的方面，所述控制电路的保护电路配置用于通过第二晶体管检测在中断端口处的高于预定阈值的电压，且配置用于当所述电压高于所述预定阈值时通过第三晶体管将所述主晶体管设定为阻断状态。

根据本发明的另一方面，所述第二晶体管的基极连接至所述微控制器，其射极连接至接地端，且其集电极联接至分压器的中点，所述分压器包括在中断端口和接地端之间串联联接的第四电阻器和第五电阻器，所述第三晶体管的基极联接至第二晶体管的射极，其射极连接至接地端，且其集电极联接至所述主晶体管的基极。

根据本发明的另一方面，所述第二晶体管的基极经由第六电阻器联接至所述微控制器，且经由电容器联接至接地端，且其射极经由第七电阻器联接至接地端。

根据本发明的另外的方面，所述控制电路包括自适应电路，所述自适应电路联接至所述微控制器且配置用于调适由微控制器供应的电压。

根据本发明的另一方面，所述自适应电路包括PNP晶体管，所述PNP晶体管的集电极连接至第一晶体管的基极，其射极联接至第二电压供应部，且其基极连接至所述微控制器以及第二电压供应部。

根据本发明的另一方面，所述PNP晶体管的集电极联接至第一晶体管，且其基极经由第八电阻器联接至所述微控制器且经由第九电阻器联接至第二电压供应部。

根据本发明的另外的方面，所述晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管“MOSFET”。

根据本发明的另一方面，所述驱动模块是与机动车辆的发光设备相关的发光驱动模块。

本发明还涉及一种控制单元，包括根据前述权利要求中任一项所述的驱动模块和车身控制器模块和所述驱动模块联接至所述车身控制器模块，其中，所述车身控制器模块包括激活元件和中断端口，所述激活元件配置用于将由第一电压供应部供应的激活信号传输至驱动模块，所述中断端口用于接收来自所述驱动模块的中断信号，且其中，所述中断端口通过上拉电阻器联接至所述第一电压供应部。

附图说明

本发明的其他特征和由于将从以下描述更清楚地显现。所述描述基于附图而实现，所述附图以非限制性方式表示了可行实施例。

在这些图中：

图1是控制单元的视图，所述控制单元包括与机动车辆的设备相关的驱动模块和车身控制器模块；

图2是根据本发明的第一实施例的控制电路的视图；

图3是根据本发明的第二实施例的控制电路的视图。

具体实施方式

在这些图中，相同的附图标记指向具有相同功能的元件。

术语“LED”是指发光二级管的简称。

术语“NPN”和“PNP”是指二极管的类型，尤其是在晶体管中使用的结的类型。NPN晶体管包括具有共用P层的两个P-N结，PNP晶体管包括具有共用N层的两个P-N结。N层是指具有过剩电子的层，而P层是指具有过剩空穴的层。

术语“IGBT”是指绝缘栅双极型晶体管的简称。

术语“MOSFET”是指金属氧化物半导体场效应晶体管。

术语“连接至”用于限定两个电子元件之间的链接，且也指直接联接或指经由其它元件进行的连接，例如，经由电阻器，而术语“联接至”是指直接联接(例如经由电线)，而没有中间元件。

以下实施例仅是例子。尽管该描述涉及一个或多个实施例，但其不必意味着每一个参考标记涉及相同实施例，或特征仅用于单个实施例。不同实施例的单一特征可还被组合，以提供其他实现方式。

图1示出机动车辆的控制单元1的视图，所述控制单元1包括机动车辆设备的控制模块3和驱动模块5。所述设备是指发光设备，在本发明的情形下包括LED，但驱动模块5可还适用于机动车辆的其他设备。车身控制器模块3和驱动模块5包括用于彼此通信的通信器件。车身控制器模块3配置为当车辆启动时激活驱动模块5，而驱动模块5配置为用于检测设备的故障，和用于根据设备的工作或操作状况而朝向车身控制器模块3发送中断信号。车身控制器模块3配置为用于基于从驱动模块5接收的中断信号来检测设备的故障。

车身控制器模块3可，例如，通过一个或多个电线7链接至驱动模块5。

车身控制器模块3包括激活端口P1，所述激活端口P1经由激活元件11连接至电压供应部9，该电压供应部9对应于机动车辆的电池，该激活元件11例如对应于激活开关。激活开关11配置为在车辆点火时闭合，使得对应于电压供应部9的电压的激活信号被传输至驱动模块5，用于激活所述驱动模块5。

车身控制器模块3还包括中断端口P2，所述中断端口P2经由上拉电阻器13连接至电压供应部9且连接至车身控制器模块3的处理单元15，所述车身控制器模块3配置为用于处理由驱动模块5发送的中断信号。车身控制器模块3还包括联接至接地端16的接地端口P3。

驱动模块5包括激活端口P1'，该激活端口P1'意图联接至车身控制器模块3的激活端口P1。

激活端口P1'连接至电源17，例如经由二极管19连接至低压差调节器。驱动模块5还包括微控制器21，该微控制器21配置为检测与驱动模块5相关的设备的故障，该设备在本发明的情况下为LED，且用于当检测到LED故障时发出命令信号。

微控制器21由电源17供电，且联接至控制电路23，所述控制电路23配置为用于接收由微控制器21发送的命令信号，且用于将所述命令信号转换为适于车身控制器模块3的中断信号。中断信号被传输至驱动单元5的中断端口P2'，该中断端口P2'专用于联接至车身控制器模块3的中断端口P2。微控制器21和控制电路23还联接至接地端口P3'，所述接地端口P3'意图联接至车身控制器模块3的接地端口P3。

因此，当车辆起动时，激活开关闭合，且对应于电池电压的激活信号，例如13V信号从车身控制器模块3传输至驱动模块5。响应于该激活信号，中断信号被驱动模块5发送回车身控制器模块3，用于指示与驱动模块5相关的设备正确地操作。

控制电路23的目的因此是确保车身控制器模块3接收的中断信号适用且可被检测到，使得车身控制器模块3可评估驱动模块本身和/或与驱动模块5相关的设备的状态，以检测操作状况且尤其是故障或不操作。因此控制电路23需要是可靠的，且需要对短路的抵抗，所述短路尤其可能发生在中断端口P2或P2'处，且会导致中断端口P2'处的高电压的供应。

图2示出根据本发明的控制电路23的电气图。控制电路23包括输入端25，所述输入端25联接至微控制器21，用于接收命令信号。控制电路23还包括第一晶体管Q1，也称为主晶体管，该第一晶体管是NPN晶体管。第一晶体管Q1的基极经由第一电阻器R1连接至输入端25，且经由第二电阻器R2连接至接地端16。第一晶体管Q1的射极还经由第三晶体管R3连接至接地端。第一晶体管Q1的集电极联接至中断端口P2'。中断端口P2'连接至车身控制器3，且因此连接至被配置用于处理由控制电路23发送的中断信号的处理单元15且经由上拉电阻器13连接至电压供应部9。

微控制器21配置为在发光设备的正确工作状态发出高电压信号，以及在发光设备中检测到故障(例如LED的故障)时则发出低电压信号。此外，在电源故障或在微控制器21的初始化期间，传输至控制电路23的输入端25的命令信号对应于高阻抗信号。

低电压是指足够低以致于将第一晶体管Q1设定为阻断状态的电压，而高电压是指足够高以致于将第一晶体管Q1设定为导通状态的电压。因此，如果第一晶体管Q1处于阻断状态，则被传输至处理单元15的中断信号对应于由电压供应部9提供的高电压信号，且如果第一晶体管Q1处于导通状态，则被传输至处理单元15的中断信号是低电压信号，例如低于1V。因此，第一晶体管Q1以开/关模式工作，使得高电流可被提供至处理单元15。

控制单元23因此使得能够，如果驱动模块5是可操作的且正常运行，则传输对应于低电压信号的中断信号(晶体管Q1处于导通状态)，以及对于驱动模块5以及相关设备的任何故障(LED故障、电源断电...)，则传输对应于高电压的中断信号(晶体管Q1处于阻断状态)，所述故障被微控制器21检测到或导致对应于高阻抗信号的命令信号。

此外，控制电路23还包括保护电路27(由虚线指示)，该保护电路27配置用于当高于预定阈值的电压被供应至中断端口P2'时，则将第一晶体管Q1设定为阻断状态。这样的短路，诸如上拉电阻器13的短路，会导致在中断端口P2'处高电压(在本发明的情况下为电压供应部9的电压)的连接。

保护电路27包括第二晶体管Q2，其是NPN晶体管。第二晶体管Q2的基极经由第六电阻器R6连接至输入端25，且经由电容器C连接至接地端16。第二晶体管Q2的集电极联接至分压器29的中点。分压器29由在中断端口P2'和接地端16之间串联联接的第四电阻器R4和第五电阻器R5制成。中点是指电阻器R5和R6之间的连结部。第二晶体管Q2的射极经由第七电阻器R7连接至接地端16，且连接至第三晶体管Q3，该第三晶体管Q3是NPN晶体管。第三晶体管Q3的集电极联接至第一晶体管Q1的基极，第三晶体管Q的射极联接至接地端16。

因此，在高于预定阈值的电压供应至中断端口P2'时，例如，由于电阻器13的短路，则高电压被供应至第二晶体管Q2的集电极。如果，同时，微控制器21正在发送高电压信号至第二晶体管Q2的基极(以及至第一晶体管Q1的基极)，则第二晶体管Q2设定为导通状态，使得高电压被传输至第二晶体管Q2的射极，且因此被传输至第三晶体管Q3的基极，其将第三晶体管Q3设定为导通状态。

因此，第一晶体管Q1的基极经由第三晶体管Q3链接至接地端16，且第一晶体管Q1设定为阻断状态，而不论微控制器21发送的高电压信号如何。因此，保护电路27实现将第一晶体管Q`设定为阻断状态，而不管在中断端口P2'处供应异常高电压时(例如由于短路)由微控制器21发送的信号如何。

电压的阈值取决于分压器29的电阻器的值以及将第三晶体管Q3设定为导通状态的电压阈值，所述阈值例如设定为略微低于电压供应部9的电压。这样的将第一晶体管Q1设定为导通状态使得能够在中断端口P2'处短路时保护第一晶体管Q1本身以及控制电路23的其他部件。由于这样的保护电路27，第一晶体管Q1不需要超大尺寸以耐受在其集电极处供应的高电压。

此外，由于微控制器21发出的命令信号的功率可能不适于将控制电路23的第一晶体管Q1和第二晶体管Q2设定为阻断状态和导通状态，或在其中微控制器21可仅发出低电压信号和高阻抗信号的情况下，控制电路23可还包括如图3中所示的自适应电路31，该自适应电路配置为用于使微控制器21发送的命令信号的电压适于用于将晶体管Q1和Q2的阻断状态转变为导通状态的阈值。自适应电路31位于输入端25和第一电阻器R1之间，且包括第四晶体管Q4，所述第四晶体管为PNP晶体管。第四晶体管Q4的基极经由第八电阻器R8连接至输入端25，且经由第九电阻器R9连接至第二电压供应部33。第二电压供应部33例如是供应5V或3.3V电压的、机动车辆的电压供应部。第四晶体管Q4的射极联接至第二电压供应部33，且第四晶体管Q4的集电极联接至第一电阻器R1。因此，微控制器21的命令信号使得能够将第四晶体管Q4设定为阻断状态或导通状态，使得自适应电路31提供的电压和电流能够将第一晶体管Q1和第二晶体管Q2设定为阻断状态或导通状态。

在控制电路23中使用的晶体管可以是IGBT晶体管，或优选地是MOSFET晶体管，这是由于它们的低成本。

因此，本发明通过使用将机动车辆的设备的驱动模块5的控制电路23的主晶体管Q1设定为阻断状态的保护电路27，实现在驱动模块5的输出端处发生短路时则保护控制电路23的部件，而无需使用如控制电路23中的主晶体管Q1的超大尺寸晶体管。保护电路27的部件能够在印刷电路板中容易地实施，且它们的成本相对于超大尺寸晶体管保持为较低。

Claims

1.一种与机动车辆的设备相关的驱动模块（5），所述驱动模块（5）连接至机动车辆的车身控制器模块（3），且配置为用于接收来自车身控制器模块（3）的激活信号和用于将中断信号传输至所述驱动模块的中断端口（P2'），所述中断信号响应于被接收的激活信号而指示相关设备的状况，其中，所述驱动模块（5）包括：

- 微控制器（21），配置用于检测相关设备的操作状况和用于根据检测到的操作状况来发出命令信号，

- 控制电路（23），配置用于将由微控制器（21）发出的命令信号转换为中断信号，其中，所述控制电路（23）包括第一晶体管（Q1），所述第一晶体管（Q1）连接至所述驱动模块的中断端口（P2'）且配置用于根据所述第一晶体管（Q1）的状态而改变所述中断信号，其特征在于，控制电路（23）还包括保护电路（27），该保护电路（27）配置用于在高于预定阈值的电压被供应在所述驱动模块的中断端口（P2'）处时，则将所述第一晶体管（Q1）设定为阻断状态。

2.根据权利要求1所述的驱动模块（5），其中，所述控制电路（23）的第一晶体管（Q1）是NPN晶体管，所述第一晶体管（Q1）的集电极连接至所述驱动模块的中断端口（P2'），所述第一晶体管（Q1）的基极连接至所述微控制器（21），且所述第一晶体管（Q1）的射极连接至接地端（16）。

3.根据权利要求2所述的驱动模块（5），其中，所述第一晶体管（Q1）的基极经由第一电阻器（R1）连接至所述微控制器（21），且经由第二电阻器（R2）连接至接地端（16），且所述第一晶体管（Q1）的射极经由第三电阻器（R3）连接至接地端（16）。

4.根据权利要求2或3所述的驱动模块（5），其中，所述控制电路（23）的保护电路（27）配置用于通过第二晶体管（Q2）检测在所述驱动模块的中断端口（P2'）处的高于预定阈值的电压，且配置用于当所述电压高于所述预定阈值时通过第三晶体管（Q3）将所述第一晶体管（Q1）设定为阻断状态。

5.根据权利要求4所述的驱动模块（5），其中，所述第二晶体管（Q2）的基极连接至所述微控制器（21），所述第二晶体管（Q2）的射极连接至接地端（16），且所述第二晶体管（Q2）的集电极连接至分压器（29）的中点，所述分压器（29）包括在所述驱动模块的中断端口（P2'）和接地端（16）之间串联连接的第四电阻器（R4）和第五电阻器（R5），所述第三晶体管（Q3）的基极连接至第二晶体管（Q2）的射极，所述第三晶体管（Q3）的射极连接至接地端（16），且所述第三晶体管（Q3）的集电极连接至所述第一晶体管（Q1）的基极。

6.根据权利要求5所述的驱动模块（5），其中，所述第二晶体管（Q2）的基极经由第六电阻器（R6）连接至所述微控制器（21），且经由电容器（C）连接至接地端（16），且所述第二晶体管（Q2）的射极经由第七电阻器（R7）连接至接地端（16）。

7.根据权利要求3所述的驱动模块（5），其中，所述控制电路（23）包括自适应电路（31），所述自适应电路（31）连接至所述微控制器（21）且配置用于调适由微控制器（21）供应的电压。

8.根据权利要求7所述的驱动模块（5），其中，所述自适应电路（31）包括PNP晶体管（Q4），所述PNP晶体管（Q4）的集电极连接至第一晶体管（Q1）的基极，所述PNP晶体管（Q4）的射极连接至第二电压供应部（33），且所述PNP晶体管（Q4）的基极连接至所述微控制器（21）以及第二电压供应部（33）。

9.根据权利要求8所述的驱动模块（5），其中，所述PNP晶体管（Q4）的集电极连接至第一电阻器（R1），且所述PNP晶体管（Q4）的基极经由第八电阻器（R8）连接至所述微控制器且经由第九电阻器（R9）连接至第二电压供应部。

10.根据权利要求8或9所述的驱动模块（5），其中，所述第一晶体管（Q1）和所述PNP晶体管（Q4）是金属氧化物半导体场效应晶体管。

11.根据权利要求4所述的驱动模块（5），其中，所述第二晶体管（Q2）和所述第三晶体管（Q3）是金属氧化物半导体场效应晶体管。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动模块（5），其中，所述驱动模块（5）是与机动车辆的发光设备相关的发光驱动模块。

13.一种机动车辆的控制单元（1），包括车身控制器模块（3）和根据权利要求1-12中任一项所述的驱动模块（5），所述驱动模块（5）连接至所述车身控制器模块（3），其中，所述车身控制器模块（3）包括激活元件（11）和车身控制器模块的中断端口（P2），所述激活元件（11）配置用于将由第一电压供应部（9）供应的激活信号传输至驱动模块（5），所述车身控制器模块的中断端口（P2）用于接收来自所述驱动模块（5）的中断信号，且其中，所述车身控制器模块的中断端口（P2）通过上拉电阻器（13）连接至所述第一电压供应部。