双mcu隔离驱动mos管的电路

文档序号:22501 发布日期:2021-09-21 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 双mcu隔离驱动mos管的电路 (Circuit for isolating and driving MOS (Metal oxide semiconductor) transistor by double MCUs (micro control units) ) 是由 张�杰 孟宪策 杨亿 张淼 马天宇 于 2021-06-04 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种双MCU隔离驱动MOS管的电路。包括控制驱动模块M1、推挽输出电路M2、二极管信号隔离模块M3、MOS关断快速放电模块M4、低边MOS管驱动电机模块M5;两个MCU都能控制同一个低边MOS管来驱动电机;二极管信号隔离模块M3使得单个MCU发生短路或开路故障,其不会影响另一个MCU对模块M5的控制。存在MOS管关断快速放电模块M4为MOS管栅极G端与源极S端的寄生电容提供一条就近泄放电荷的路径,使得MOS管能快速关断并且降低开关损耗。本发明解决了双MCU控制同一个低边MOS管存在双MCU之间控制信号相互干扰问题,还解决了因MOS管寄生电容放电路径过长导致MOS管关断时间较长,开关损耗大的问题。(The invention discloses a circuit for driving an MOS (metal oxide semiconductor) transistor by double MCU (micro control unit) isolation. The device comprises a control drive module M1, a push-pull output circuit M2, a diode signal isolation module M3, an MOS turn-off quick discharge module M4 and a low-side MOS tube drive motor module M5; the two MCUs can control the same low-side MOS tube to drive the motor; the diode signal isolation module M3 allows a single MCU to develop a short circuit or open circuit fault that does not affect the control of module M5 by another MCU. The MOS tube turn-off fast discharge module M4 provides a path for discharging charge nearby for parasitic capacitance of the gate G and the source S of the MOS tube, so that the MOS tube can be turned off fast and switching loss is reduced. The invention solves the problem that the mutual interference of control signals between the double MCUs exists when the double MCUs control the same low-side MOS tube, and also solves the problems of longer MOS tube turn-off time and large switching loss caused by overlong parasitic capacitance discharge path of the MOS tube.)

双MCU隔离驱动MOS管的电路

技术领域

本发明属于汽车电子领域的一种用于车载电机的驱动电路,具体涉及一种双MCU隔离驱动MOS管的电路。

背景技术

常用的电机驱动电路硬件架构采用单个MCU发出控制信号,进而控制功率MOS管的开启与关闭来控制车载电机。但随着车载电子对功能安全要求的不断提高,单个MCU控制电机已暴露出硬件架构上存在当单MCU失效时,导致无法控制车载电机的运行状态,可能导致危害事件的发生。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题,本发明提出了一种双MCU隔离驱动MOS管的电路,解决了车载电机中双MCU控制同一个低边MOS管存在双MCU之间控制信号相互干扰问题,还解决了因MOS管寄生电容放电路径过长导致MOS管关断时间较长、开关损耗大的问题。

本发明采用的技术方案如下:

本发明电路结构通过两个MCU都能控制同一个低边MOS管来驱动电机。二极管信号隔离模块M3使得单个MCU发生短路或开路故障,其不会影响另一个MCU对模块M5的控制。存在MOS管关断快速放电模块M4为MOS管栅极G端与源极S端的寄生电容提供一条就近泄放电荷的路径,使得MOS管能快速关断并且降低开关损耗。

系统正常运行时,MCU1作为主控单元,MCU2作为监控单元。MCU2通过SPI协议监控MCU1运行状态,此时MCU1控制电机的运行状态。当系统异常时,则MCU2监控到数据异常,MCU2的RST引脚输出高电位将MCU1进行复位,此时MCU2将作为主控单元来控制电机的运行。双MCU采用二极管隔离,有效的防止了两个MCU驱动信号的相互干扰。同时电路硬件架构上为功率NMOS管栅源GS之间的寄生电容设计了一条就近泄放电荷的路径,使得MOS管能快速关断,降低开关损耗。

本发明的有益效果是:

本发明实现了两个MCU对同一个低边MOS管驱动,解决了单独MCU的单点失效所导致的危害问题。同时存在的MOS关断快速放电模块M4降低了MOS管损坏的风险。

附图说明

图1为本发明的一种双MCU隔离驱动MOS管的电路图;

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述:

如图1所示,主要由双MCU组成的控制驱动模块M1、推挽输出电路M2、二极管信号隔离模块M3、MOS关断快速放电模块M4、低边MOS管驱动电机模块M5的五部分所组成。

控制驱动模块M1包括MCU1与MCU2,其中MCU1的控制端口GPIO1连接到推挽输出电路M2中的MOS管Q8的栅极G,MCU2的控制端口GPIO2连接到推挽输出电路M2中MOS管Q9的栅极G,MCU1与MCU2之间通信连接,MCU1与MCU2之间的通信方式采用SPI协议(串行外设接口),MCU2通过RST引脚和MCU1连接,MCU2通过RST引脚对MCU1进行复位;

推挽输出电路M2包括MOS管Q4~Q9,其中MOS管Q4的漏极d连接到电源VBAT1,MOS管Q4的源极S分别连接到MOS管Q5的漏极d与二极管信号隔离模块M3的二极管D4的阳极A,MOS管Q5的源极s接地,MOS管Q8的漏极d分别连接到MOS管Q4和MOS管Q5的栅极g,MOS管Q8的漏极d经电阻R6连接到电源VBAT1;MOS管Q6的漏极d连接到电源VBAT1,MOS管Q6的源极S分别连接到MOS管Q7的漏极d与二极管信号隔离模块M3的二极管D6的阳极A,MOS管Q7的源极s接地,MOS管Q9的漏极d分别连接到MOS管Q6的栅极g、MOS管Q7的栅极g,MOS管Q9的漏极d经电阻R7连接到电源VBAT1。

二极管信号隔离模块M3包括二极管D4与二极管D6,其中二极管D4与二极管D6的阴极C均连接到MOS关断快速放电模块M4的电阻R1和电阻R2之间,即图1中的E点;MOS关断快速放电模块M4包括电阻R1~R5和三极管Q1、Q2;电阻R4、二极管D3、电阻R1、电阻R2依次串联在三极管Q1的基极b和集电极c连之间,二极管D3的阳极A和电阻R1连接,阴极C和电阻R4连接,电阻R2连接在三极管Q1的基极b和发射极e之间,电阻R5连接在三极管Q2的集电极c和发射极e之间,三极管Q2的基极b和三极管Q1的集电极c连接,电阻R4和二极管D3之间引出和三极管Q2的集电极c连接,三极管Q1和三极管Q2的发射极e接地,三极管Q2的集电极c和低边MOS管驱动电机模块M5的电机MG的控制端连接;

具体地电阻R1~R5两端分为1号脚和2号脚,电阻R1的2号脚连接二极管D3的阳极A,二极管D3的阴极C分别连接电阻R4的2号脚、三极管Q2的集电极C、电阻R5的2号引脚、MOS管Q3的栅极g相连与D点。电阻R2的1号脚连接电阻R3的2号脚、三极管Q1的基极b引脚,三极管Q1的集电极c连接电阻R4的1号脚、三极管Q2的基极b相连与F点。三极管Q2的发射极e接地,三极管Q1的发射极e接地。电阻R3的1号脚接地,电阻R5的1号脚接地。

低边MOS管驱动电机模块M5包括电机MG与MOS管Q3,其中MOS管Q3的源端s接地,MOS管Q3的漏极d接电机MG的2号引脚,电机MG的1号引脚连接电源VBAT2。

MCU1的控制端口GPIO1与MCU2的控制端口GPIO2均驱动输出高电平为5V,低电平为0V,电源VBAT1与电源VBAT2的电压为+12V,由车载蓄电池供电。

在布线布局上,MOS关断快速放电模块M4器件放置紧靠低边MOS管驱动电机模块M5。

系统正常运行时,MCU1作为主控单元,MCU2作为监控单元。MCU2通过SPI协议(串行外设接口)监控MCU1运行状态,当MCU1发送数据异常时,MCU2将作为主控单元,并且MCU2通过RST引脚对MCU1进行复位。

MCU2的复位引脚输出高电平(+5V)时,MCU1会进入复位状态。

如图1所示,本发明的具体工作过程如下:

系统正常工作时,MCU1为主控单元,MCU2为监控单元,MCU2通过SPI协议传输的数据确认MCU1处于正常运行状态。

MCU1驱动电机MG运行:

MCU1的GPIO1输出5V电压,此时推挽输出模块M2中的NMOS管Q8导通,Y点的电位为0V,PMOS管Q4导通,NMOS管Q5截止。则极管D4的A点电位为VBAT1(+12V),A点电压通过二极管D4,加载到电阻R1的1号引脚与电阻R2的2号引脚交点处E。

E处电压分两路,一路通过电阻R2与R3的分压使得三极管Q1导通(Vbe>0.7V),此时F点的电位被下拉到地,从而导致三极管Q2截止(Vbe<0.7V)。

另一路电压通过电阻R1与二极管D3加载到D处,因三极管Q2截止,故D点的电位为VBAT1(+12V),此时功率MOS管Q3的VGS电压大小为VBAT1(+12V)大于门限值电压3V,故MOS管Q3导通,电机MG的2号引脚接地,使得电机动作。

MCU1控制停止电机MG运行:

MCU1的GPIO1输出0V电压,NMOS管Q8截止,Y点处的电位为VBAT1(+12V),推挽输出模块M2中的PMOS管Q4截止,NMOS管Q5导通,则二极管D4的A点电位为0V,A点电压通过二极管D4,加载到电阻R1的1号引脚与电阻R2的2号引脚交点处E电位为0V。此时三极管Q1截止(Vbe<0),功率MOS管Q3栅源GS之间的寄生电容放电路径为两路,一路是通过电阻R5进行泄放电荷,一路因二极管D3反向截止,故D点处的电荷只能通过电阻R4,到达F点,因三极管Q1在GPIO1驱动输出0V电压时截止,故三极管Q2导通(VBE>0.7V)使得三极管Q2导通接地,从而加速了功率MOS管Q3寄生电容电荷的泄放。通过以上两条路径,使得MOS管Q3能快速关断,减少了开关损耗。

系统不正常工作时,MCU2监控到MCU1通过SPI协议传输的数据异常。此时MCU2将作为主控单元,并且MCU2通过RST引脚对MCU1进行复位。因存在二极管信号隔离模块M3,故MCU1的短路或断路失效不会影响MCU2的控制信号逻辑电压。MCU2对电机MG的控制逻辑与上文提到的MCU1对电机MG的控制逻辑一致。

除上述优选实施例外,本发明还有其他的实施方式,本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形,只要不脱离本发明的精神,均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

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