| 专利名称： | 一种车用余度电源 | ||
| 专利名称(英文)： | A redundancy power supply for vehicle | ||
| 专利号： | CN201610012067.6 | 申请时间： | 20160108 |
| 公开号： | CN105449842A | 公开时间： | 20160330 |
| 申请人： | 清华大学 | ||
| 申请地址： | 100084 北京市海淀区清华园1号 | ||
| 发明人： | 连小珉; 陈曦 | ||
| 分类号： | H02J9/08; H02J7/00; H02H3/08; H02H3/04; H02H3/06; B60L3/00; B60L3/04 | 主分类号： | H02J9/08 |
| 代理机构： | 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 | 代理人： | 罗文群 |
| 摘要： | 本发明涉及一种车用余度电源，属于汽车电气控制技术领域。本电源包括第一电源模块、第二电源模块和电源控制模块，第一电源模块的输入接口通过串联保险丝与蓄电池相连，其输出接口与用电负载相连；第二电源模块的输入接口通过串联保险丝与发电机相连，其输出接口与用电负载相连；电源控制模块的故障检测接口分别与两个电源模块的故障检测接口相连，其总线接口与车身CAN总线相连。本发明车用余度电源可以方便更换，节省维修成本；可以通过汽车钥匙开关控制其电源的通断，同时为车载用电设备提供安全、稳定的余度功率供电和数字供电，其采用的余度设计结构满足一次“故障/工作/报警”的安全可靠性要求。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention relates to a redundancy power supply for vehicle, which belongs to the automobile technical field of electric control. The power supply comprises a power supply module 1st, 2nd power supply module and a power supply control module, 1st input interface of a power supply module is connected with the storage battery through the fuse and are connected in series, the output interface is connected with the electric load; 2nd power supply module through the input interface of the fuse and the generator is connected in series, the output interface is connected with the electric load; and a power control module interface fault detection of the respectively connected with the two power supply module is connected to the fault detection interface, its bus interface bus CAN is connected with the vehicle body. The vehicle of this invention is redundancy power supply can be replaced conveniently, saving maintenance cost; through the automobile key switch can control the power on and off, the vehicle-mounted electric equipment at the same time provide a safe, stable redundancy power supply and digital power supply, the redundancy of the design of a structure "fault/work/alarm" security reliability requirements. | ||
1.一种车用余度电源，其特征在于该车用余度电源包括第一电源模块、第二电源模 块和电源控制模块，所述的第一电源模块的输入接口通过串联保险丝F1与蓄电池B相连， 第一电源模块的输出接口与用电负载相连，所述的第二电源模块的输入接口通过串联保险 丝F2与发电机G相连，第二电源模块的输出接口与用电负载相连，所述的电源控制模块 的故障检测接口分别与第一电源模块、第二电源模块故障检测接口相连，电源控制模块的 总线接口与车身CAN总线相连，汽车上的ACC挡开关K1与第一电源模块的输入接口相 连，汽车上的ON挡开关K2与第二电源模块的输入接口相连。
2.如权利要求1所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的第一电源模块和第二 电源模块的结构相同，包括输入接口、故障检测接口、电子开关、滤波电路、第一过流保 护电路、直流变换电路、第二过流保护电路、第一隔离保护电路、第二隔离保护电路、输 出接口和并联接口； 所述的电子开关的输入端为第一电源模块的输入接口，电子开关的输出端与所述的滤 波电路连接，电子开关的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接；滤波电路的输 出端同时与直流变换电路和第一过流保护电路连接，直流变换电路的输出端与第二过流保 护电路连接，第二过流保护电路的输出端同时与第二隔离保护电路、故障检测接口和第一 电源模块的输出接口连接，第二过流保护电路的故障诊断端与故障检测接口连接，第一过 流保护电路的输出端同时与第一隔离保护电路、第一电源模块的输出接口连接，第一过流 保护电路的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接，第一隔离保护电路的输出端 与并联接口连接，第一隔离保护电路的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接， 第二隔离保护电路的输出端与并联接口连接，第二隔离保护电路的故障诊断端与第一电源 模块的故障检测接口连接。
3.如权利要求1所述的车用余度电源，其中所述的电源控制模块包括故障检测接口2、 故障检测接口3、第一过流保护器件RF1和第二过流保护器件RF2、第一信号调理电路、 第二信号调理电路、12-5V电压转换电路、CAN通信模块、微处理单元以及总线接口； 所述的故障检测接口2同时与过流保护器件RF1、第一信号调理电路输入端、微处理 单元相连，第一信号调理电路输出端连接微处理单元，故障检测接口3同时与第二过流保 护器件RF2、第二信号调理电路输入端、微处理单元相连，第二信号调理电路输出端连接 微处理单元，微处理单元输出端连接CAN通信模块，CAN通信模块输出端连接总线接口， 12-5V电压转换电路输入端同时通过第一过流保护器件RF1和第二过流保护器件RF2与故 障检测接口2、故障检测接口3相连，12-5V电压转换电路输入端连接第一信号调理电路 和第二信号调理电路，12-5V电压转换电路输出端连接CAN通信模块和微处理单元。
4.如权利要求2所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的电子开关包括第一电 阻R1、第一MOS管U1、第一续流二极管D1，第一电阻R1并联在第一MOS管U1的漏极 和基极之间，第一续流二极管D1并联在第一MOS管U1的漏极和源极之间。
5.如权利要求2所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的滤波电路包括第一电 容C1、第二电容C2，所述的第二电容C2并联在第一电容C1的两端，滤波电路输出端连接 所述的直流变换电路。
6.如权利要求2所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的第一过流保护电路、 第二过流保护电路、第一隔离保护电路和第二隔离保护电路具有相同结构，包括第一三极 管Q1、第一稳压二极管DZ1、第二电阻R2、大功率驱动芯片U2、第二续流二极管D2，第 一三极管Q1基极连接微处理单元输出端，第一三极管Q1集电极连接大功率驱动芯片U2输入端，第一稳压二极管DZ1与第二电阻R2并联连接大功率驱动芯片U2故障诊断端，大 功率驱动芯片U2故障诊断端通过第一信号调理电路与微处理单元输入端相连，第二续流二 极管D2并联在大功率驱动芯片U2输出端，输出端连接车用余度电源的用电负载。
7.如权利要求2所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的直流变换电路包括 12-12V直流转换器U3、第三电阻R3和第三电容U3，所述的第三电阻R3连接12-12V直流 转换器U3的大电流功率地和小电流数字地，第三电容C3并联在12-12V直流转换器U3的 输出端。
8.如权利要求3所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的第一信号调理电路、 第二信号调理电路具有相同的结构，包括过流故障诊断信号调理电路和开关故障诊断信号 调理电路；所述的过流故障诊断信号调理电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻 R6、第四电容C4、运算放大器U4、第七电阻R7和第二稳压二极管DZ2，第四电阻R4、第 五电阻R5串联构成分压电路，分压输出端连接第六电阻R6，第四电容C4并联在第六电阻 R6输出端，并与运算放大器U4输入端相连，运算放大器U4输出端与其负极输入端相连， 第七电阻R7输入端连接运算放大器U4输出端，第二稳压二极管DZ2并联在第七电阻R7输出端，第七电阻R7输出端与微处理单元输入端相连；所述的开关故障诊断信号调理电路 包括第八电阻R8、第九电阻R9、第二三极管Q2、第十电阻R10、第五电容C5、第三稳压 二极管DZ3和第十一电阻R11，第八电阻R8、第九电阻R9串联构成分压电路，分压输出端 连接第二三极管Q2基极，第五电容C5并联第二三极管Q2集电极，第二三极管Q2集电极 通过第十电阻R10与5V电源相连，第三稳压二极管DZ3并联在第五电容C5两端，同时与 第十一电阻R11输入端相连，第十一电阻R11输出端与微处理单元输入端相连。
1.一种车用余度电源，其特征在于该车用余度电源包括第一电源模块、第二电源模 块和电源控制模块，所述的第一电源模块的输入接口通过串联保险丝F1与蓄电池B相连， 第一电源模块的输出接口与用电负载相连，所述的第二电源模块的输入接口通过串联保险 丝F2与发电机G相连，第二电源模块的输出接口与用电负载相连，所述的电源控制模块 的故障检测接口分别与第一电源模块、第二电源模块故障检测接口相连，电源控制模块的 总线接口与车身CAN总线相连，汽车上的ACC挡开关K1与第一电源模块的输入接口相 连，汽车上的ON挡开关K2与第二电源模块的输入接口相连。
2.如权利要求1所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的第一电源模块和第二 电源模块的结构相同，包括输入接口、故障检测接口、电子开关、滤波电路、第一过流保 护电路、直流变换电路、第二过流保护电路、第一隔离保护电路、第二隔离保护电路、输 出接口和并联接口； 所述的电子开关的输入端为第一电源模块的输入接口，电子开关的输出端与所述的滤 波电路连接，电子开关的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接；滤波电路的输 出端同时与直流变换电路和第一过流保护电路连接，直流变换电路的输出端与第二过流保 护电路连接，第二过流保护电路的输出端同时与第二隔离保护电路、故障检测接口和第一 电源模块的输出接口连接，第二过流保护电路的故障诊断端与故障检测接口连接，第一过 流保护电路的输出端同时与第一隔离保护电路、第一电源模块的输出接口连接，第一过流 保护电路的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接，第一隔离保护电路的输出端 与并联接口连接，第一隔离保护电路的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接， 第二隔离保护电路的输出端与并联接口连接，第二隔离保护电路的故障诊断端与第一电源 模块的故障检测接口连接。
3.如权利要求1所述的车用余度电源，其中所述的电源控制模块包括故障检测接口2、 故障检测接口3、第一过流保护器件RF1和第二过流保护器件RF2、第一信号调理电路、 第二信号调理电路、12-5V电压转换电路、CAN通信模块、微处理单元以及总线接口； 所述的故障检测接口2同时与过流保护器件RF1、第一信号调理电路输入端、微处理 单元相连，第一信号调理电路输出端连接微处理单元，故障检测接口3同时与第二过流保 护器件RF2、第二信号调理电路输入端、微处理单元相连，第二信号调理电路输出端连接 微处理单元，微处理单元输出端连接CAN通信模块，CAN通信模块输出端连接总线接口， 12-5V电压转换电路输入端同时通过第一过流保护器件RF1和第二过流保护器件RF2与故 障检测接口2、故障检测接口3相连，12-5V电压转换电路输入端连接第一信号调理电路 和第二信号调理电路，12-5V电压转换电路输出端连接CAN通信模块和微处理单元。
4.如权利要求2所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的电子开关包括第一电 阻R1、第一MOS管U1、第一续流二极管D1，第一电阻R1并联在第一MOS管U1的漏极 和基极之间，第一续流二极管D1并联在第一MOS管U1的漏极和源极之间。
5.如权利要求2所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的滤波电路包括第一电 容C1、第二电容C2，所述的第二电容C2并联在第一电容C1的两端，滤波电路输出端连接 所述的直流变换电路。
6.如权利要求2所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的第一过流保护电路、 第二过流保护电路、第一隔离保护电路和第二隔离保护电路具有相同结构，包括第一三极 管Q1、第一稳压二极管DZ1、第二电阻R2、大功率驱动芯片U2、第二续流二极管D2，第 一三极管Q1基极连接微处理单元输出端，第一三极管Q1集电极连接大功率驱动芯片U2输入端，第一稳压二极管DZ1与第二电阻R2并联连接大功率驱动芯片U2故障诊断端，大 功率驱动芯片U2故障诊断端通过第一信号调理电路与微处理单元输入端相连，第二续流二 极管D2并联在大功率驱动芯片U2输出端，输出端连接车用余度电源的用电负载。
7.如权利要求2所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的直流变换电路包括 12-12V直流转换器U3、第三电阻R3和第三电容U3，所述的第三电阻R3连接12-12V直流 转换器U3的大电流功率地和小电流数字地，第三电容C3并联在12-12V直流转换器U3的 输出端。
8.如权利要求3所述的车用余度电源，其特征在于其中所述的第一信号调理电路、 第二信号调理电路具有相同的结构，包括过流故障诊断信号调理电路和开关故障诊断信号 调理电路；所述的过流故障诊断信号调理电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻 R6、第四电容C4、运算放大器U4、第七电阻R7和第二稳压二极管DZ2，第四电阻R4、第 五电阻R5串联构成分压电路，分压输出端连接第六电阻R6，第四电容C4并联在第六电阻 R6输出端，并与运算放大器U4输入端相连，运算放大器U4输出端与其负极输入端相连， 第七电阻R7输入端连接运算放大器U4输出端，第二稳压二极管DZ2并联在第七电阻R7输出端，第七电阻R7输出端与微处理单元输入端相连；所述的开关故障诊断信号调理电路 包括第八电阻R8、第九电阻R9、第二三极管Q2、第十电阻R10、第五电容C5、第三稳压 二极管DZ3和第十一电阻R11，第八电阻R8、第九电阻R9串联构成分压电路，分压输出端 连接第二三极管Q2基极，第五电容C5并联第二三极管Q2集电极，第二三极管Q2集电极 通过第十电阻R10与5V电源相连，第三稳压二极管DZ3并联在第五电容C5两端，同时与 第十一电阻R11输入端相连，第十一电阻R11输出端与微处理单元输入端相连。
翻译：技术领域
本发明涉及一种车用余度电源，属于汽车电气控制技术领域。
背景技术
随着汽车内车载电器设备以及电子控制单元(ECU)的增加，对汽车电源的安全性和 稳定性提出了新的要求。目前，传统汽车都采用单电源供电，尤其是对于涉及汽车行驶安 全性的系统，比如线传转向系统、线控刹车系统、电子油门等系统，一旦单电源出现故障 将会造成严重的安全隐患。而且，现有汽车电气系统中，无法对电源故障进行智能化监测 以及报警，无法对电源进行可控制的短路保护与供电恢复。
发明内容
本发明的目的是提出一种车用余度电源，在正常工作情况下，由双路电源共同为车载 用电设备供电，而当一路余度电源发生故障时，车载用电设备仅由一路无故障电源供电， 车载用电设备仍能正常工作。这样使得诸如线传转向等系统在出现单路电气故障时仍能正 常工作，大大提高了其工作的安全可靠性。同时车用余度电源自身还能对其电源故障进行 检测和定位，实现可控制的短路保护与供电恢复，并能够以总线的形式传输故障报警信息。
本发明提出的车用余度电源，包括第一电源模块、第二电源模块和电源控制模块，所 述的第一电源模块的输入接口通过串联保险丝F1与蓄电池B相连，第一电源模块的输出接 口与用电负载相连，所述的第二电源模块的输入接口通过串联保险丝F2与发电机G相连， 第二电源模块的输出接口与用电负载相连，所述的电源控制模块的故障检测接口分别与第 一电源模块、第二电源模块故障检测接口相连，电源控制模块的总线接口与车身CAN总 线相连，汽车上的ACC挡开关K1与第一电源模块的输入接口相连，汽车上的ON挡开关 K2与第二电源模块的输入接口相连。
上述车用余度电源中，所述的第一电源模块和第二电源模块的结构相同，包括输入接 口、故障检测接口、电子开关、滤波电路、第一过流保护电路、直流变换电路、第二过流 保护电路、第一隔离保护电路、第二隔离保护电路、输出接口和并联接口；所述的电子开 关的输入端为第一电源模块的输入接口，电子开关的输出端与所述的滤波电路连接，电子 开关的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接；滤波电路的输出端同时与直流变 换电路、第一过流保护电路连接，直流变换电路的输出端与第二过流保护电路连接，第二 过流保护电路的输出端同时与第二隔离保护电路、故障检测接口、第一电源模块的输出接 口连接，第二过流保护电路的故障诊断端与故障检测接口连接，第一过流保护电路的输出 端同时与第一隔离保护电路、第一电源模块的输出接口连接，第一过流保护电路的故障诊 断端与第一电源模块的故障检测接口连接，第一隔离保护电路的输出端与并联接口连接， 第一隔离保护电路的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接，第二隔离保护电路 的输出端与并联接口连接，第二隔离保护电路的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接 口连接。
上述车用余度电源中，所述的电源控制模块包括故障检测接口2、故障检测接口3、 第一过流保护器件RF1和第二过流保护器件RF2、第一信号调理电路、第二信号调理电路、 12-5V电压转换电路、CAN通信模块、微处理单元以及总线接口；所述的故障检测接口2 同时与过流保护器件RF1、第一信号调理电路输入端、微处理单元相连，第一信号调理电 路输出端连接微处理单元，故障检测接口3同时与第二过流保护器件RF2、第二信号调理 电路输入端、微处理单元相连，第二信号调理电路输出端连接微处理单元，微处理单元输 出端连接CAN通信模块，CAN通信模块输出端连接总线接口，12-5V电压转换电路输入 端同时通过第一过流保护器件RF1和第二过流保护器件RF2与故障检测接口2、故障检测 接口3相连，12-5V电压转换电路输入端连接第一信号调理电路和第二信号调理电路， 12-5V电压转换电路输出端连接CAN通信模块和微处理单元。
上述车用余度电源中，所述的电子开关包括第一电阻R1、第一MOS管U1、第一续流 二极管D1，第一电阻R1并联在第一MOS管U1的漏极和基极之间，第一续流二极管D1并联在第一MOS管U1的漏极和源极之间。
上述车用余度电源中，所述的滤波电路包括第一电容C1、第二电容C2，所述的第二 电容C2并联在第一电容C1的两端，滤波电路输出端连接所述的直流变换电路。
上述车用余度电源中，所述的第一过流保护电路、第二过流保护电路、第一隔离保护 电路和第二隔离保护电路具有相同结构，包括第一三极管Q1、第一稳压二极管DZ1、第二 电阻R2、大功率驱动芯片U2、第二续流二极管D2，第一三极管Q1基极连接微处理单元输 出端，第一三极管Q1集电极连接大功率驱动芯片U2输入端，第一稳压二极管DZ1与第二 电阻R2并联连接大功率驱动芯片U2故障诊断端，大功率驱动芯片U2故障诊断端通过第一 信号调理电路与微处理单元输入端相连，第二续流二极管D2并联在大功率驱动芯片U2输 出端，输出端连接车用余度电源的用电负载。
上述车用余度电源中，所述的直流变换电路包括12-12V直流转换器U3、第三电阻R3和第三电容U3，所述的第三电阻R3连接12-12V直流转换器U3的大电流功率地和小电流 数字地，第三电容C3并联在12-12V直流转换器U3的输出端。
上述车用余度电源中，所述的第一信号调理电路、第二信号调理电路具有相同的结构， 包括过流故障诊断信号调理电路和开关故障诊断信号调理电路；所述的过流故障诊断信号 调理电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第四电容C4、运算放大器U4、第 七电阻R7和第二稳压二极管DZ2，第四电阻R4、第五电阻R5串联构成分压电路，分压输 出端连接第六电阻R6，第四电容C4并联在第六电阻R6输出端，并与运算放大器U4输入 端相连，运算放大器U4输出端与其负极输入端相连，第七电阻R7输入端连接运算放大器 U4输出端，第二稳压二极管DZ2并联在第七电阻R7输出端，第七电阻R7输出端与微处理 单元输入端相连；所述的开关故障诊断信号调理电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第 二三极管Q2、第十电阻R10、第五电容C5、第三稳压二极管DZ3和第十一电阻R11，第八 电阻R8、第九电阻R9串联构成分压电路，分压输出端连接第二三极管Q2基极，第五电容 C5并联第二三极管Q2集电极，第二三极管Q2集电极通过第十电阻R10与5V电源相连， 第三稳压二极管DZ3并联在第五电容C5两端，同时与第十一电阻R11输入端相连，第十一 电阻R11输出端与微处理单元输入端相连。
本发明提出的车用余度电源，可以方便更换，节省维修成本。本发明车用余度电源可 以通过汽车钥匙开关控制其电源的通断，同时为车载用电设备提供安全、稳定的余度功率 供电和数字供电，其采用的余度设计结构满足一次“故障/工作/报警”的安全可靠性要求。 本发明的车用余度电源具有以下优点：
1、本发明可以为车载用电设备提供高稳定性和可靠性的供电，采用功率电与数字电 隔离的方式防止了大功率用电设备的接入接出对控制器电造成污染；
2、本发明在正常工作情况下能双路同时对汽车电气设备供电，当一路电源故障时， 另一路电源将继续工作，不对用电设备的正常用电造成影响，提高了系统供电的安全可靠 性；
3、本发明能够对电源进行可控制的短路保护与供电恢复，发生一般短路故障后，电 源可以自恢复，使用更方便、更合理；
4、相比于其他类似电源，本发明能够对电源故障进行检测以及报警，可以应用CAN 协议、LIN协议等多种车载网络协议实现通信功能，完成电源故障的报警；本发明能广泛 的用于汽车电气控制技术领域。
附图说明
图1是本发明提出的车用余度电源的结构示意图。
图2是图1所示的车用余度电源中第一电源模块和第二电源模块的电路原理图。
图3是图1所示的车用余度电源中电源控制模块的电路原理图。
图4是图2所示的第一电源模块和第二电源模块中，电子开关的电路原理图。
图5是图2所示的第一电源模块和第二电源模块中，滤波电路的电路原理图。
图6是图2所示的第一电源模块和第二电源模块中，第一过流保护电路和第二过流保 护电路的电路原理图。
图7是图2所示的第一电源模块和第二电源模块中，直流变换电路的电路原理示意图。
图8是图3所示的车用余度电源中第一信号调理电路和第二信号调理电路的过流故障 诊断信号调理电路原理图。
图9是图3所示的车用余度电源中第一信号调理电路和第二信号调理电路的开关故障 诊断信号调理电路原理图。
具体实施方式
本发明提出的车用余度电源，其电路原理图如图1所示包括第一电源模块、第二电源 模块和电源控制模块，所述的第一电源模块的输入接口通过串联保险丝F1与蓄电池B相 连，如图1所示IB代表蓄电池端输出电流，第一电源模块的输出接口与用电负载相连，如 图1所示IAA代表第一电源模块功率电，GNDA代表第一电源模块功率地，IDA代表第一电 源模块数字电，GND代表第一电源模块数字地，所述的第二电源模块的输入接口通过串联 保险丝F2与发电机G相连，如图1所示IG代表发电机端输出电流，第二电源模块的输出 接口与用电负载相连，如图1所示IAB代表第二电源模块功率电，GNDB代表第二电源模 块功率地，IDB代表第二电源模块数字电，GND代表第二电源模块数字地，所述的电源控 制模块的故障检测接口分别与第一电源模块、第二电源模块故障检测接口相连，电源控制 模块的总线接口与车身CAN总线相连，汽车上的ACC挡开关K1与第一电源模块的输入 接口相连，开关控制信号为SB，汽车上的ON挡开关K2与第二电源模块的输入接口相连， 开关控制信号为SG。
车用余度电源采用大电流功率电和小电流数字电隔离供电，可以实现为大功率用电器 供电的同时，为电子控制单元(ECU)提供12V安全、清洁供电。在正常工作情况下车用 余度电源为双余度电源，第一电源模块和第二电源模块共同为车载用电设备负载供电，在 第一电源模块或者第二电源模块故障情况下，车用余度电源变为单余度电源，仍能为车载 用电设备负载正常供电，对其供电不会产生影响。电源控制模块负责对第一电源模块和第 二电源模块传输的故障信息进行处理，并通过CAN总线等车载总线通信技术将故障报警 信息传到车身总线上，这也是车用余度电源与整车的唯一信息交换接口，同时电源控制模 块还负责对发生短路等故障的余度电源在排除短路故障后恢复供电，其也是由第一电源模 块和第二电源模块并联供电的，同样在第一电源模块或者第二电源模块任一路故障情况下 也不会影响其正常工作。
图1所示的车用余度电源中，第一电源模块和第二电源模块在硬件结构上采用了对称 的、完全相同的结构设计，节省了设计和使用成本，如图2所示，以第一电源模块为例， 包括输入接口、故障检测接口、电子开关、滤波电路、第一过流保护电路、直流变换电路、 第二过流保护电路、第一隔离保护电路、第二隔离保护电路、输出接口和并联接口；所述 的电子开关的输入端为第一电源模块的输入接口，电子开关的输出端与所述的滤波电路连 接，电子开关的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接；滤波电路的输出端同时 与直流变换电路和第一过流保护电路连接，直流变换电路的输出端与第二过流保护电路连 接，第二过流保护电路的输出端同时与第二隔离保护电路、故障检测接口和第一电源模块 的输出接口连接，第二过流保护电路的故障诊断端与故障检测接口连接，第一过流保护电 路的输出端同时与第一隔离保护电路和第一电源模块的输出接口连接，第一过流保护电路 的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接，第一隔离保护电路的输出端与并联接 口连接，第一隔离保护电路的故障诊断端与第一电源模块的故障检测接口连接，第二隔离 保护电路的输出端与并联接口连接，第二隔离保护电路的故障诊断端与第一电源模块的故 障检测接口连接。
图1所示的车用余度电源中，电源控制模块的电路原理图如图3所示，包括故障检测 接口2、故障检测接口3、第一过流保护器件RF1和第二过流保护器件RF2、第一信号调理 电路、第二信号调理电路、12-5V电压转换电路、CAN通信模块、微处理单元以及总线接 口；所述的故障检测接口2同时与过流保护器件RF1、第一信号调理电路输入端、微处理 单元相连，第一信号调理电路输出端连接微处理单元，故障检测接口3同时与第二过流保 护器件RF2、第二信号调理电路输入端、微处理单元相连，第二信号调理电路输出端连接 微处理单元，微处理单元输出端连接CAN通信模块，CAN通信模块输出端连接总线接口， 12-5V电压转换电路输入端同时通过第一过流保护器件RF1和第二过流保护器件RF2与故 障检测接口2和故障检测接口3相连，12-5V电压转换电路输入端连接第一信号调理电路 和第二信号调理电路，12-5V电压转换电路输出端连接CAN通信模块和微处理单元，其中 的12-5V电压转换电路可以采用德州仪器公司的稳压芯片LM2596S-5.0，CAN通信模块可 以采用恩智浦半导体公司的CAN收发器芯片TLE6250G，微处理单元可以采用恩智浦半导 体公司的具有CAN总线通信、AD采集等功能的MC9S12XS128单片机。
图2所示的车用余度电源，其中的电子开关的电路原理图如图4所示，包括第一电阻 R1、第一MOS管U1、第一续流二极管D1，第一电阻R1并联在第一MOS管U1的漏极和 基极之间，第一续流二极管D1并联在第一MOS管U1的漏极和源极之间。电子开关的输 入端为汽车蓄电池B的供电线IB或者发电机G的供电线IG接入MOS管漏极，汽车上的 ACC挡或者ON挡汽车钥匙开关控制信号SB或者SG接入MOS管基极，控制整个车用余 度电源的接通与关断，MOS管源极输出至滤波电路。当SB或者SG为低电平时，MOS管 接通；当SB或者SG为高电平时，MOS管关断。MOS管漏极和MOS管基极之间并联有电 阻R1用于基极电压上拉，MOS管漏极和源极之间并联有续流二极管D1，用于保护MOS 管。同时电子开关的故障诊断信号SU接入信号调理电路，最终接入微处理单元，电源控制 模块可以实时对电子开关的工作状态进行监测。
图2所示的车用余度电源，其中的滤波电路的电路原理图如图5所示，包括第一电容 C1、第二电容C2，所述的第二电容C2并联在第一电容C1的两端，滤波电路输出端连接所 述的直流变换电路，滤波电路能够对汽车蓄电池B的供电线IB或者发电机G的供电线IG中的高、低频干扰进行滤波处理。
图2所示的车用余度电源，其中的第一过流保护电路、第二过流保护电路、第一隔离 保护电路和第二隔离保护电路具有相同结构，其电路原理图如图6所示，包括第一三极管 Q1、第一稳压二极管DZ1、第二电阻R2、大功率驱动芯片U2、第二续流二极管D2，第一 三极管Q1基极连接微处理单元输出端，第一三极管Q1集电极连接大功率驱动芯片U2输入 端，第一稳压二极管DZ1与第二电阻R2并联连接大功率驱动芯片U2故障诊断端，大功率 驱动芯片U2故障诊断端通过第一信号调理电路与微处理单元输入端相连，第二续流二极管 D2并联在大功率驱动芯片U2输出端，输出端连接车用余度电源的用电负载。正常工作情 况下，SQ1为高电平，三极管Q1接通，大功率驱动芯片U2接通，通过保护二极管D2为用 电负载供电，同时流过U2的驱动电流大小将会以电压信号SU2接入信号调理电路，最终接 入微处理单元。微处理单元对电压信号SU2进行监测，一旦发现SU2电压信号高于阈值电 压则立即将通断控制电路Q1置低，从而切断驱动及电流检测电路U2。在短路等故障排除 后，重新启动汽车，即可恢复电源供电。
图2所示的车用余度电源，其中的直流变换电路的电路原理图如图7所示，包括12-12V 直流转换器U3、第三电阻R3和第三电容U3，所述的第三电阻R3连接12-12V直流转换器 U3的大电流功率地和小电流数字地，第三电容C3并联在12-12V直流转换器U3的输出端。 直流变换电路能够将宽范围输入电压转为12V稳定的电压输出，同时利用其可以进行大电 流功率电和小电流数字电的隔离，保证了其后边数字用电设备的供电安全，电容C3为对数 字电二次滤波，同时大电流功率电和小电流数字电采用单点接地的方式，并通过R30欧姆 电阻进行隔离，可以简单有效的隔离大电流噪声对控制器电的影响。
图3所示的车用余度电源，其中的第一信号调理电路、第二信号调理电路具有相同的 结构，包括过流故障诊断信号调理电路和开关故障诊断信号调理电路。所述的过流故障诊 断信号调理电路的电路原理图如图8所示，包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、 第四电容C4、运算放大器U4、第七电阻R7和第二稳压二极管DZ2，第四电阻R4、第五电 阻R5串联构成分压电路，分压输出端连接第六电阻R6，第四电容C4并联在第六电阻R6输出端，并与运算放大器U4输入端相连，运算放大器U4输出端与其负极输入端相连，第 七电阻R7输入端连接运算放大器U4输出端，第二稳压二极管DZ2并联在第七电阻R7输出 端，第七电阻R7输出端与微处理单元输入端相连。过流故障诊断信号调理电路能够将外部 将要反馈到微处理单元的信号先做信号调理，再接入微处理单元，达到信号保持以及对微 处理单元输入端口进行保护的作用，待处理信号SU先经过电阻R4和电阻R5构成的分压电 路，再经过电阻R6和电容C4组成的RC滤波电路，再经过信号跟随器U4以及由电阻R7和稳压二极管DZ2构成的端口保护电路，最后将调理后的信号接入微处理单元。所述的开 关故障诊断信号调理电路，电路原理图如图9所示，包括第八电阻R8、第九电阻R9、第 二三极管Q2、第十电阻R10、第五电容C5、第三稳压二极管DZ3和第十一电阻R11，第八 电阻R8、第九电阻R9串联构成分压电路，分压输出端连接第二三极管Q2基极，第五电容 C5并联第二三极管Q2集电极，第二三极管Q2集电极通过第十电阻R10与5V电源相连， 第三稳压二极管DZ3并联在第五电容C5两端，同时与第十一电阻R11输入端相连，第十一 电阻R11输出端与微处理单元输入端相连。开关故障诊断信号调理电路能够将外部将要反 馈到微处理单元的信号先调理为开关量，再接入微处理单元，当待处理信号S为高电压时 先经过电阻R8和电阻R9构成的分压电路，三极管Q2接通，三极管Q2集电极输出低电平， 经过电容C5、电阻R11、稳压二极管DZ3输出到微处理单元，当待处理信号S为低电压时， 三极管Q2关闭，三极管Q2集电极由电阻R10拉高位高电平，经过电容C5、电阻R11、稳 压二极管DZ3输出到微处理单元。
