一种带定时唤醒的xEV功能集成式电机控制器的上下电方法与流程

一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法
技术领域
1.本发明属于电机控制器上下电技术领域，具体涉及一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法。


背景技术：

2.新能源汽车电机控制器是整车的动力控制大脑，实现车辆的电能和机械能的转化，驱动车辆前进、倒退等。
3.新能源汽车的电机控制器低压供电来自于整车12v小电瓶(下文简称kl30)，控制器常供电情况下会快速消耗12v小电瓶的电量，使小电瓶馈电。因此需要特定的唤醒信号去唤醒电机控制器，也需要特定的信号使其下电，以减小控制器的待机功耗；多数车厂只有kl15钥匙点火信号。
4.同时控制器上电过程中由于后级负载电容的存在，电源会对后级负载电容充电，导致较大的浪涌电流(下文简称：in-rush电流)，该电流经过电源线时会产生较大的压降使控制器端kl30电压跌落，进而使控制器的上电失败。
5.控制器内部存在一颗主控mcu，该芯片也需要单独一路电源去给内核供电，通常电压约1.1v。现有技术的缺点为：
6.1、目前新能源汽车市场上主流电机控制器的上电唤醒信号单一，不能满足整车多样性需求。
7.2、电机控制器的唤醒电路可能会有多套，并且电路结构相似，增加成本。
8.3、大多数产品可以实现网络远程唤醒，但是无法实现定时唤醒去执行预约充电等操作。
9.4、大多数产品在初次上电过程中，控制器端口的kl30供电电压会瞬时跌落，可能会导致初次唤醒失败。
10.5、大多数产品的主控mcu的内核供电需要由主控芯片和外围mosfet配合产生，增大了主控mcu的功耗。


技术实现要素：

11.本发明的主要目的在于提供一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法，实现包括定时唤醒信号在内的多种唤醒源唤醒，满足整车的多样性需求。简化唤醒电路，利用二极管实现或的关系，不需要重复的电路，实现控制器内部电源的软启动，增加电源稳定性和上电成功率，内部主控mcu内核由dcdc电源直接供电，减小mcu内核的功耗。
12.为达到以上目的，本发明提供一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法，用于实现新能源汽车的电机控制器的上下电，包括以下步骤：
13.步骤s1：输入电源(kl30，为蓄电池电压)上电后通过防反电路用于分别给第一电源单元(电源1)、第二电源单元(电源2)和第三电源单元(电源3)供电，并且通过第一电源单元和第二电源单元完成单片机(mcu)的初始化；
14.步骤s2：单片机依次输出第一使能信号(en-1)和第二使能信号(en-2)，以实现驱动电源上电，并且与驱动电源连接的外围电源依次建立，以完成系统上电；
15.步骤s3：第一电源单元自行实施对第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端的电压值地监控，当任一输出端的输出电压值超过阈值(88％～110％电压值)时进行自我复位并且输出故障信号；
16.步骤s4：当唤醒信号无效时单片机依次关断第二使能信号(en-2)和第一使能信号(en-1)，并且单片机进行下电处理直至完成所有需求操作后，第一电源单元进行休眠，使得第一电源单元从第三状态跳转到第一状态，以完成系统下电。
17.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1中单片机的初始化具体实施为以下步骤：
18.步骤s1.1：第二电源单元建立并且给rtc芯片供电，以用于实现rtc芯片与单片机的spi通讯和给唤醒电路输入定时唤醒信号；
19.步骤s1.2：当输入电源输出到第一电源单元的输入端(vin)的电压大于第一输入阈值(6v)、唤醒电路输出到第一电源单元的唤醒端(wake)的信号大于唤醒阈值和唤醒电路通过debug电路输出到第一电源单元的debug信号为0时，第一电源单元由第一状态(standby状态)跳转到第二状态(init状态)；
20.步骤s1.3：第一电源单元的第二输出端(v1_2)给板内所有芯片负载和驱动板芯片负载(完成第一电源单元的供电)供电；
21.步骤s1.4：第二输出端的输出电压稳定后给第一输出端(v1_1)供电，以使得第一输出端给单元机的cpu内核供电；
22.步骤s1.5：第二输出电源的输出电源稳定后还给增强电源(vboost_5v74电源)供电，以使得增强电源经过两个线性稳压电源获得第三输出端(v1_3)和第四输出端(v1_4)，从而通过第三输出端和第四输出端给板外的vcu负载供电；
23.步骤s1.6：单片机上电初始化完成后，第一电源单元从第二状态跳转到第三状态(由initial跳转到normal)。
24.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2具体实施为以下步骤：
25.步骤s2.1：步骤s2.1：单片机输出第一使能信号，以使得带软启动功能的开关电路打开，从而完成电器负载(12v)的上电和第三电源单元的输入信号(vkl30_2)的建立；
26.步骤s2.2：单片机输出第二使能信号，以完成第三电源单元的上电并且第三电源单元的输出端给驱动板负载和旋变负载供电，以实现驱动电源上电。
27.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，对于唤醒电路，唤醒电路(可)输入包括定时唤醒信号在内的多个唤醒源并且各个唤醒源均通过连接一个二极管实现或的关系。
28.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，第一电源单元通过can芯片的inh引脚拉低唤醒端进行休眠或者通过单片机的spi指令进行休眠。
29.本发明的有益效果在于：
30.1)本发明在集成式电机控制器产品中，利用电源管理芯片和状态机的切换，设计出了一种灵活方便控制的上下电方案；
31.2)本设计支持定时唤醒，可以让客户实现定时充电，提升用户体验。
32.3)本设计增加软启动功能，降低了上电过程中的in-rush电流，避免kl30电压跌落过多。较小的in-rush电流也保护了电源回路的磁器件和开关器件。
33.4)设计了灵活的上下电方案，唤醒成功后即使唤醒信号消失，软件也可以接管下电操作，提升系统鲁棒性。
附图说明
34.图1是本发明的一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法的架构图。
35.图2是本发明的一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法的流程图。
具体实施方式
36.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
37.在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的电机控制器等可被视为现有技术。
38.优选实施例。
39.本发明公开了一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法，用于实现新能源汽车的电机控制器的上下电，包括以下步骤：
40.步骤s1：输入电源(kl30，为蓄电池电压)上电后通过防反电路用于分别给第一电源单元(电源1)、第二电源单元(电源2)和第三电源单元(电源3)供电，并且通过第一电源单元和第二电源单元完成单片机(mcu)的初始化；
41.步骤s2：单片机依次输出第一使能信号(en-1)和第二使能信号(en-2)，以实现驱动电源上电，并且与驱动电源连接的外围电源依次建立，以完成系统上电；
42.步骤s3：第一电源单元自行实施对第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端的电压值地监控，当任一输出端的输出电压值超过阈值(88％～110％电压值)时进行自我复位并且输出故障信号；
43.步骤s4：当唤醒信号无效时单片机依次关断第二使能信号(en-2)和第一使能信号(en-1)，并且单片机进行下电处理直至完成所有需求操作后，第一电源单元进行休眠，使得第一电源单元从第三状态跳转到第一状态，以完成系统下电。
44.具体的是，步骤s1中单片机的初始化具体实施为以下步骤：
45.步骤s1.1：第二电源单元建立并且给rtc芯片供电，以用于实现rtc芯片与单片机的spi通讯和给唤醒电路输入定时唤醒信号；
46.步骤s1.2：当输入电源输出到第一电源单元的输入端(vin)的电压大于第一输入阈值(6v)、唤醒电路输出到第一电源单元的唤醒端(wake)的信号大于唤醒阈值和唤醒电路通过debug电路输出到第一电源单元的debug信号为0时，第一电源单元由第一状态(standby状态)跳转到第二状态(init状态)；
47.步骤s1.3：第一电源单元的第二输出端(v1_2)给板内所有芯片负载和驱动板芯片负载(完成第一电源单元的供电)供电；
48.步骤s1.4：第二输出端的输出电压稳定后给第一输出端(v1_1)供电，以使得第一输出端给单元机的cpu内核供电；
49.步骤s1.5：第二输出电源的输出电源稳定后还给增强电源(vboost_5v74电源)供电，以使得增强电源经过两个线性稳压电源获得第三输出端(v1_3)和第四输出端(v1_4)，从而通过第三输出端和第四输出端给板外的vcu负载供电；
50.步骤s1.6：单片机上电初始化完成后，第一电源单元从第二状态跳转到第三状态(由initial跳转到normal)。
51.更具体的是，步骤s2具体实施为以下步骤：
52.步骤s2.1：步骤s2.1：单片机输出第一使能信号，以使得带软启动功能的开关电路打开，从而完成电器负载(12v)的上电和第三电源单元的输入信号(vkl30_2)的建立；
53.步骤s2.2：单片机输出第二使能信号，以完成第三电源单元的上电并且第三电源单元的输出端给驱动板负载和旋变负载供电，以实现驱动电源上电。
54.进一步的是，对于唤醒电路，唤醒电路(可)输入包括定时唤醒信号在内的多个唤醒源并且各个唤醒源均通过连接一个二极管实现或的关系。
55.更进一步的是，第一电源单元通过can芯片的inh引脚拉低唤醒端进行休眠或者通过单片机的spi指令进行休眠。
56.如图1所示：
57.1)图1中的kl30指的是整车12v小电瓶的电源，通过低压降的防反电路接入电路板，给电路内部的电源1和电源2供电。其中电源1是一种电源管理芯片，会产生v1_1给主控mcu内核供电；产生v1_2给其他板内负载供电和驱动板供电；产生v1_3和v1_4给外部接口负载供电(如油门踏板、电流传感器等)。电源2只给rtc定时唤醒的芯片供电，因此电源2通常是一个常供电的低功耗电源芯片。
58.2)唤醒电路可以接受kl15、can、acc、bps、rtc多种唤醒信号，满足整车的不同需求。且几种唤醒通过二极管实现或的关系，彼此之间无干扰，节省了多套唤醒电路。rtc唤醒则可以实现用户整车定时充电的需求，给用户提供便利。
59.3)kl30再经过开关电路和软启动电路后，给电源3供电。此处开关电路能够确保驱动板系统只在9v～16v之间工作。也可以实现故障保护功能，当电源3供电异常时关闭开关，断开电源3和后级负载，避免损坏更多器件。软启动能确保较低的in-rush电流，避免因线损导致kl30电压跌落，避免上电失败，较小的in-rush电流使电源回路的磁器件和开关器件免受冲击。电源3会给旋变负载和驱动板供电。kl30经过开关电路和软启动电路后也会给其他12v负载供电，如风扇水泵等用电器。
60.如图2所示：
61.1)当kl30上电后电源2建立给rtc芯片供电，rtc实现spi通讯和定时唤醒的功能。
62.2)当kl30》6v、wake信号大于4v、debug信号为0时，电源1由standby状态跳转init状态，电源1输出v1_2。v1_2电源电压为5v，给板内所有芯片负载和驱动板芯片负载供电。
63.3)v1_2输出电压稳定后其输出电源作为v1_1的输入电源。电源v1_1输出1.1v电压给主控mcu的cpu内核供电；
64.4)电源模块中会存在vboost_5v74电源，使用v1_2的稳定电平作为输入电源，升压得到5.74v。vboost_5v74再经过两个线性稳压电源得到v1_3、v1_4。v1_3和v1_4的电源电压均为5v，用来给板外的vcu负载供电。
65.5)当kl30电压大于8.5v时mcu输出en_1和en_2，使电源3和驱动板上的驱动电源上电成功。其中电源3的电压是30v，用来给旋变负载和驱动板负载供电。
66.6)电源1内部会自行监控v1_1、v1_2、v1_3、v1_4的电压值，超过阈值(88％～110％电压值)会自我复位和发出故障信号。
67.7)当唤醒信号无效时，软件会进入下电流程，主控mcu会依次关闭en_2和en_1，并执行下电相关操作，会通过can芯片的inh引脚拉低wake引脚使电源1休眠或者通过spi指令使电源1休眠。
68.本发明的优点在于：
69.硬件电路结构：
70.1)集成多种唤醒源，特别是含有定时唤醒功能，满足用户定时给整车充电的需求。
71.2)带软启动功能，能减小启动过程中kl30电压跌落；提高启机的成功率。
72.3)电源无多级冗余，电源1直接给主控mcu内核供电，降低主控mcu功耗；
73.软件控制方案：
74.1)上电过程匹配本电路结构，多级电源依次启动，减小in-rush电流冲击；避免kl30电压跌落较大使上电失败。较小的in-rush电流也保护了电源回路的磁器件和开关器件。
75.2)下电过程匹配本电路结构，当硬线信号为低后，实现了软件对下电时刻的控制，灵活性高。即使此时再上电，sbc也会及时响应上电指令不会卡死；直到再次下达下电指令时，整个系统会依照流程下电，增大软件的灵活性。
76.综上所述，本方案实现了上下电流程的多功能化和个人性，提升用户体验，改善系统的鲁棒性，满足车厂的要求。
77.值得一提的是，本发明专利申请涉及的电机控制器等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
78.对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法，用于实现新能源汽车的电机控制器的上下电，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：输入电源上电后通过防反电路用于分别给第一电源单元、第二电源单元和第三电源单元供电，并且通过第一电源单元和第二电源单元完成单片机的初始化；步骤s2：单片机依次输出第一使能信号和第二使能信号，以实现驱动电源上电，并且与驱动电源连接的外围电源依次建立，以完成系统上电；步骤s3：第一电源单元自行实施对第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端的电压值地监控，当任一输出端的输出电压值超过阈值时进行自我复位并且输出故障信号；步骤s4：当唤醒信号无效时单片机依次关断第二使能信号和第一使能信号，并且单片机进行下电处理直至完成所有需求操作后，第一电源单元进行休眠，使得第一电源单元从第三状态跳转到第一状态，以完成系统下电。2.根据权利要求1所述的一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法，其特征在于，步骤s1中单片机的初始化具体实施为以下步骤：步骤s1.1：第二电源单元建立并且给rtc芯片供电，以用于实现rtc芯片与单片机的spi通讯和给唤醒电路输入定时唤醒信号；步骤s1.2：当输入电源输出到第一电源单元的输入端的电压大于第一输入阈值、唤醒电路输出到第一电源单元的唤醒端的信号大于唤醒阈值和唤醒电路通过debug电路输出到第一电源单元的debug信号为0时，第一电源单元由第一状态跳转到第二状态；步骤s1.3：第一电源单元的第二输出端给板内所有芯片负载和驱动板芯片负载供电；步骤s1.4：第二输出端的输出电压稳定后给第一输出端供电，以使得第一输出端给单元机的cpu内核供电；步骤s1.5：第二输出电源的输出电源稳定后还给增强电源供电，以使得增强电源经过两个线性稳压电源获得第三输出端和第四输出端，从而通过第三输出端和第四输出端给板外的vcu负载供电；步骤s1.6：单片机上电初始化完成后，第一电源单元从第二状态跳转到第三状态。3.根据权利要求2所述的一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法，其特征在于，步骤s2具体实施为以下步骤：步骤s2.1：步骤s2.1：单片机输出第一使能信号，以使得带软启动功能的开关电路打开，从而完成电器负载的上电和第三电源单元的输入信号的建立；步骤s2.2：单片机输出第二使能信号，以完成第三电源单元的上电并且第三电源单元的输出端给驱动板负载和旋变负载供电，以实现驱动电源上电。4.根据权利要求3所述的一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法，其特征在于，对于唤醒电路，唤醒电路输入包括定时唤醒信号在内的多个唤醒源并且各个唤醒源均通过连接一个二极管实现或的关系。5.根据权利要求4所述的一种带定时唤醒的xev功能集成式电机控制器的上下电方法，其特征在于，第一电源单元通过can芯片的inh引脚拉低唤醒端进行休眠或者通过单片机的spi指令进行休眠。

技术总结
本发明公开了一种带定时唤醒的xEV功能集成式电机控制器的上下电方法，包括步骤S1：输入电源上电后通过防反电路用于分别给第一电源单元、第二电源单元和第三电源单元供电，并且通过第一电源单元和第二电源单元完成单片机的初始化。本发明公开的一种带定时唤醒的xEV功能集成式电机控制器的上下电方法，实现包括定时唤醒信号在内的多种唤醒源唤醒，满足整车的多样性需求。简化唤醒电路，利用二极管实现或的关系，不需要重复的电路，实现控制器内部电源的软启动，增加电源稳定性和上电成功率，内部主控MCU内核由DCDC电源直接供电，减小MCU内核的功耗。MCU内核的功耗。MCU内核的功耗。


技术研发人员：高源 胡自成 陈峰
受保护的技术使用者：浙江伊控动力系统有限公司
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/8/4