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,第二运算放大器(u3)输出放大后的第三电阻(r3)采样电压,通过第十六电阻(r16)和第三电容(c3)构成低通滤波器,送给智能控制芯片(u1),第三稳压管(zv3)并联在第三电容(c3)的两端,当第三电阻(r3)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(u1);
智能控制芯片(u1)根据直接采集的第三电阻(r3)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(u1)通过rc1端的do_ctrl信号控制第一开关管(q1)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(q1)、第一电阻(r1)和负载电阻(rl)构成回路,电流采样模块工作,采集第一电阻(r1)上的电压,通过第八电阻(r8)、第九电阻(r9)接到第一运算放大器(u2)的输入端,第一运算放大器(u2)输出放大后的第一电阻(r1)中的电压,通过第十四电阻(r14)和第一电容(c1)构成低通滤波器送给智能控制芯片(u1),第一稳压管管(zv1)并联在第一电容(c1)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(u1);
智能控制芯片(u1)根据放大后的第一电阻(r1)中的电压计算输出回路的电流,即流过第一开关管(q1)、第一电阻(r1)和负载电阻(rl)的电流,当输出电回路流超过设定值时,关闭第一开关管(q1),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(q1)导通后,第三电阻(r3)上的电压为第一开关管(q1)的电压,智能控制芯片(u1)采集第三电阻(r3)上的电压,结合输出回路的电流,计算第一开关管(q1)上的功耗,当第一开关管(q1)上的功耗超过其发热限定值,关闭第一开关管(q1),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。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,步骤1中,根据直接采集的第三电阻上的电压vd0-0,结合分压原理,计算输出电源电压vdd,具体关系为:
vd0-0=vdd×
其中:k1=
其中,rq2为第二开关管的阻值,r2第二电阻的阻值、r3为第三电阻的阻值,rl为负载电阻的阻值
变换上式,即得到vdd的计算公式:
vdd=vd0-0÷k1。
6.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,步骤2中,根据放大后的第一电阻中的电压,即第一运算放大器的输出vc-0,结合分压原理,计算输出回路的电流i,具体关系为:
vc-0=
其中,
变换上式,即得到输出回路电流i的计算公式:
i=vc-0÷k2。
7.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,步骤3中,第一开关管(q1)、第二开关管(q2)都闭合,存在如下关系:
左边q1回路的电压=右边q2回路的电压
其中:
左边q1回路的电压=q1的导通电压+r1的电压
右边q2回路的电压=r2的电压+q2的导通电压+r3的电压
因此,通过采集右边q2回路的电压vdd右,即得到左边q1回路的电压vdd左,进而,计算出第一开关管的导通电压uq1;
右边q2回路的电压采集原理与电压采样模块中的计算原理类似:
vdd右=i右×(r2+rq2+r3)
=
其中,rq2为第二开关管(q2)的阻值,ur3为第三电阻(r3)的电压;
由于在极端情况下,ur3较小,不便于adc进行有效的分辨,因此与电流采样的电路相似,采用放大后的第三电阻(r3)上的电压,即第二运算放大器(u3)的输出vd1-0进行计算:
vd1-0=ur3×
采集ur3或者根据vd1-0计算ur3后,代入vdd右计算公式后得到右边q2回路的电压,进而,结合下式计算第一开关管(q1)的导通电压,即:
uq1=vdd左–ur1
=vdd右–ir1×r1
其中,ir1为经过第一电阻r1的电流,与步骤2计算的输出回路电流相等;
则第一开关管(q1)的功耗pq1为:
pq1=uq1×iq1
=uq1×ir1;
其中,iq1为经过第一开关管的电流,与步骤2计算的输出回路电流相等。