CN102427261B - 车载dvr设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路 - Google Patents

车载dvr设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路 Download PDF

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Abstract

一种车载DVR设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路，备用电池接口模块分别与升压开关调压模块、电池放电开关模块、逻辑控制电路3.3V电源模块及微处理器模块连接，升压开关调压模块输出给恒流恒压充电模块，恒流恒压充电模块输出给备用电源的铅酸蓄电池模块充电，备用电源的铅酸蓄电池模块充电通过电池放电开关模块与备用电池接口模块连接，备用电源的铅酸蓄电池模块输出电源给逻辑控制电路3.3V电源模块，给微处理器模块供电，输入电压和电池电压检测模块输出检测信号给微处理器模块，微处理器模块控制其他模块工作。本发明既兼顾铅酸蓄电池充放电技术要求，又能满足车载DVR设备备用电源快速充放电特点的铅酸蓄电池备用电源。

Description

车载DVR设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路
技术领域
    本发明公开一种电源电路的充放电技术方案，特别是一种车载DVR设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路。
背景技术
    现如今市场上车载DVR设备很少有备用电源，很多交通事故发生时，汽车本身的电源停止了供电，导致DVR设备没有摄像录下交通事故发生的整个过程。因为这些宝贵录像资料的缺失，不利于调查事故原因。为此，人们发明了一种适合车载DVR设备的备用电源，当车电源不稳，或断电的时候，切换到备用电源供电，保证录像资料的完整。也可以满足用户停车后，一段设置的时间内的录像需求。
目前汽车上普遍采用的备用电源电池是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池具有价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点，特别适合做车载设备备用电源。当微控器通过输入电压和电池电压检测电路测量到电池电压+13.8VBAT低于10V的时候，微控器发出BATON失效信号。车载DVR设备做保护硬盘资料和关机动作。蓄电池循环使用时，在放电后采用恒压限流充电。具体充电方法为：先用不大于最大电流值的电流进行恒流充电，待充电到单体平均电压升到电池浮充电压时改用平均单体电压恒压充电，直到充电结束。放电的时候，电流不能过大，且随着放电时间的延续，电池电压会下降，下降到低于电池标称电压80%时停止放电。不当的充放电方式会缩短电池寿命，甚至损坏电池，发生事故。然而车载DVR设备铅酸备用电源又必须快速充电，大电流放电，以满足汽车停止供电时，备用电源有尽量多的电量来满足DVR设备长时间工作的电源需求。恒流恒压充电方式有效的保护了电池，同时电池的充电时间也大大缩短。满足车载DVR设备备用电源快速充电特点，当车载DVR设备主电源掉电时，因为车载备用电源微处理器发出BATON有效信号，车载DVR设备有备用电源存在，不用切换做关机动作，可采用备用电源供电继续录像。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的车载备用电池存在的缺点，本发明提供一种既兼顾铅酸蓄电池充放电技术要求，又满足车载DVR设备备用电源快速充放电特点的铅酸蓄电池备用电源。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种车载DVR设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路，其电源电路包括备用电池接口模块、升压开关调压模块、恒流恒压充电模块、备用电源的铅酸蓄电池模块、电池放电开关模块、逻辑控制电路3.3V电源模块、输入电压和电池电压检测模块及微处理器模块，备用电池接口模块分别与升压开关调压模块、电池放电开关模块、逻辑控制电路3.3V电源模块及微处理器模块连接，升压开关调压模块输出给恒流恒压充电模块，恒流恒压充电模块输出给备用电源的铅酸蓄电池模块充电，备用电源的铅酸蓄电池模块充电通过电池放电开关模块与备用电池接口模块连接，备用电源的铅酸蓄电池模块输出电源给逻辑控制电路3.3V电源模块，逻辑控制电路3.3V电源模块给微处理器模块供电，输入电压和电池电压检测模块输出检测信号给微处理器模块，微处理器模块控制其他模块工作，所述的升压开关调压模块采用电荷泵型电压转换器连接成直流电压升压电路，升压开关调压模块还包括输入电压控制部分，输入电压控制部分的核心元件为PMOS管Q33，微处理器模块8连接在三极管Q11的基极上，控制三极管Q11的通断，三极管Q11的发射极接地，三极管Q11的集电极连接在三极管Q37的基极上，控制三极管Q37的通断，三极管Q37的发射极接地，三极管Q37的集电极连接在PMOS管Q33的控制端上，控制PMOS管Q33的通断。
本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
所述的备用电池接口模块包括4个焊孔盘以及电池在位检测电路，4个焊孔盘分别用于和车载硬盘录像机的+13V电压输出线、地线、+12V电池电源输入线和电池在位检测输入线连接，电池在位检测电路采用三个级联的NPN三极管，分别为三极管Q31、三极管Q24和三极管Q15，三极管Q31、三极管Q24和三极管Q15的发射极分别接地，三极管Q31的基极连接电池在位检测控制线，三极管Q31的集电极与三极管Q24的基极连接，三极管Q24的集电极与三极管Q15的基极连接，三极管Q15的集电极与电池在位检测输入线连接，同时，三极管Q15的集电极通过电阻R138与+13.8V电源连接。
所述的恒流恒压充电模块采用降压恒流DC-DC转换器。
所述的电池放电开关模块的核心为限流保护开关芯片，备用电源的铅酸蓄电池模块输出的13.8V电压输入限流保护开关芯片的输入端，限流保护开关芯片的输出端通过二极管D86连接在备用电池接口模块的+12VMFRB上，输出+12V电源，微处理器模块输出控制信号给三极管Q96的基极，控制三极管Q96的通断，三极管Q96的发射极接地，三极管Q96的集电极与三级管Q85的基极连接，控制三级管Q85的通断，三极管Q85的发射极接地，三级管Q85的集电极与限流保护开关芯片的使能端连接，控制限流保护开关芯片工作。
所述的逻辑控制电路3.3V电源模块采用3.3V稳压芯片。
所述的微处理器模块包括MCU和看门狗芯片，看门狗芯片连接在MCU的NRST端上。
本发明的有益效果是：本发明既可以兼顾铅酸蓄电池充放电技术要求，又能满足车载DVR设备备用电源快速充放电特点的铅酸蓄电池备用电源。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明电路方框图。
图2为本发明中备用电池接口模块电路原理图。
图3为本发明中升压开关调压模块电路原理图。
图4为本发明中恒流恒压充电模块和备用电源的铅酸蓄电池模块电路原理图。
图5为本发明中电池放电开关模块电路原理图。
图6为本发明中逻辑控制电路3.3V电源模块电路原理图。
图7为本发明中输入电压和电池电压检测模块电路原理图。
图8为本发明中微处理器模块电路原理图。
图中，1-备用电池接口模块，2-升压开关调压模块，3-恒流恒压充电模块，4-备用电源的铅酸蓄电池模块，5-电池放电开关模块，6-逻辑控制电路3.3V电源模块，7-输入电压和电池电压检测模块，8-微处理器模块。
具体实施方式
本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。
请共同参考附图1至附图8，本发明车载DVR设备的铅酸蓄电池备用电源电路，其包括备用电池接口模块1、升压开关调压模块2、恒流恒压充电模块3、备用电源的铅酸蓄电池模块4、电池放电开关模块5、逻辑控制电路3.3V电源模块6、输入电压和电池电压检测模块7及微处理器模块8，所述备用电源的铅酸蓄电池模块4接受恒流恒压充电模块3的充电电流，当车载DVR设备主电源掉电时，通过电池放电开关模块5给车载DVR设备供电。
      本实施例中，备用电池接口模块1包括4个输入端以及电池在位检测电路，本实施例中，四个输入端反应在PCB板上位四个焊孔盘，其中，4个焊孔盘分别为+13VMTOB、GND、+12VMFRB和BATON，4个焊孔盘分别用于和车载硬盘录像机（即MDVR）的+13V电压输出线、地线、+12V电池电源输入线和电池在位检测输入线连接，用于给本发明输入+12V电源和电池在位检测信号，并输出+13V电压。本实施例中，电池在位检测电路采用三个级联的NPN三极管，分别为三极管Q31、三极管Q24和三极管Q15，三极管Q31、三极管Q24和三极管Q15的发射极分别接地，三极管Q31的基极连接IBATON，三极管Q31的集电极与三极管Q24的基极连接，三极管Q24的集电极与三极管Q15的基极连接，三极管Q15的集电极与BATON连接，同时，三极管Q15的集电极通过电阻R138与+13.8V电源连接，电池在位信号通过NPN三极管隔离后，上拉到13.8V，以增强信号的抗干扰能力。
本实施例中，升压开关调压模块2采用电荷泵型电压转换器U18连接成直流电压升压电路，本实施例中，电荷泵型电压转换器U18型号为LM3478，具体实施时，也可以采用其他型号的电荷泵型电压转换器替换。因为给12V铅酸蓄电池充电需要降压充电，本发明采用了LM3478型号的电荷泵型电压转换器U18，将13V输入电压升压到16.8V，作为恒流恒压充电模块3的输入电压。本实施例中，恒流恒压充电模块3中还包括有电荷泵型电压转换器U18的输入电压控制部分，核心元件为PMOS管Q33，本实施例中，PMOS管Q33采用型号为AO4459的PMOS管，微处理器模块8的控制信号CHARGEEN连接在三极管Q11的基极上，控制三极管Q11的通断，三极管Q11的发射极接地，三极管Q11的集电极连接在三极管Q37的基极上，控制三极管Q37的通断，三极管Q37的发射极接地，三极管Q37的集电极连接在PMOS管Q33的控制端上，控制PMOS管Q33的通断。本实施例中，微处理器模块8通过控制PMOS管Q33的打开和关闭来控制电荷泵型电压转换器U18的输入电压，从而也就控制了所述备用电池模块4的充电或是不充电。
本实施例中，恒流恒压充电模块3采用降压恒流DC-DC转换器U16，将升压开关调压模块2输出的16.8V电压稳压至13.8V，给铅酸蓄电池充电。本实施例中，降压恒流DC-DC转换器U16采用型号为MP2392的降压恒流DC-DC转换器，具体实施时，也可以采用其他型号的降压恒流DC-DC转换器替代。恒流恒压充电模块3可以将16.8 V电压调压成+13.8V。当电池电压BAT+小于13.8V的时候，降压恒流DC-DC转换器U16输出的电压等于BAT+，充电电流小于1A，是恒流充电模式，随着充电时间的持续，电池电压BAT+电压会缓慢升高，充电电流也会慢慢减少，最终BAT+电压等于13.8V，充电电流会接近0A，这时候就是恒压浮充电模式。通过这种恒流恒压充电方式有效的保护了电池，同时使电池的充电时间也大大缩短，满足车载DVR设备备用电源快速充电特点，当汽车发生故障，电源供应断的时候，铅酸电池有足够的电量给车载DVR设备供电。
本实施例中，电池放电开关模块5的核心为一个限流保护开关芯片U23，本实施例中，限流保护开关芯片U23采用型号为AOZ1360AT的限流保护开关芯片，具体实施时，也可以采用其他型号的限流保护开关芯片替代。备用电源的铅酸蓄电池模块4输出的13.8V电压输入限流保护开关芯片U23的输入端，限流保护开关芯片U23的输出端通过二极管D86连接在备用电池接口模块1的+12VMFRB上，输出+12V电源给DVR供电。微处理器模块8的BATOUTEN端输出控制信号给三极管Q96的基极，控制三极管Q96的通断，三极管Q96的发射极接地，三极管Q96的集电极与三级管Q85的基极连接，控制三级管Q85的通断，三极管Q85的发射极接地，三级管Q85的集电极与限流保护开关芯片U23的使能端连接，控制限流保护开关芯片U23工作。
本实施例中，逻辑控制电路3.3V电源模块6采用3.3V稳压芯片U65，本实施例中，3.3V稳压芯片U65采用型号为AMS1117-3.3V的稳压芯片，具体实施时，也可以采用其他型号的稳压芯片替代。本实施例中，备用电源的铅酸蓄电池模块4输出的13.8V电压通过PMOS管Q101输入给3.3V稳压芯片U65的输入端，微处理器模块8的MCUBATPOWEN端控制PMOS管Q101的通断，PMOS管Q101与3.3V稳压芯片U65的输入端之间串接有二极管D100和二极管D102，二极管D100和二极管D102之间连接有12VSEL，用于从外界取电，当车载DVR没有启动的时候，逻辑控制电路3.3V电源模块6的12VSEL没有电，同时PMOS管Q101也是关闭的，因此逻辑控制电路3.3V电源模块6不会生成3.3V电压，备用电池不工作，不消耗电池电量；当车载DVR设备启动后，逻辑控制电路3.3V电源模块6的12VSEL有12V电压，逻辑控制电路3.3V电源模块6生成3.3V电压。微处理器模块8中的微控制器将工作，微控制器将打开PMOS管Q101，备用电源的铅酸蓄电池模块4的+13.8VBAT将供应3.3V稳压芯片U65电源输入，确保车载DVR设备断电的时候，备用电源正常工作所需的3.3V电源。
本实施例中，所述的输入电压和电池电压检测模块7采用电阻分压方式生成的电压+13VSYSINDET和BATDET送给微处理器模块8，微处理器模块8将测量备用电源输入电压+13VSYSIN和电池电压+13.8VBAT，并根据测量值控制备用电池的充放电方式。
本实施例中的微处理器模块8采用型号为STM8S103K3的MCU，MCU控制备用电源的充电、放电方式等。本实施例中，微处理器模块8中还包括有看门狗芯片U15，看门狗芯片U15连接在MCU的NRST端上。
结合上述所述的本发明中各个电路模块的功能描述，再来阐述所述发明备用电源的工作方式如下步骤： 
步骤1、备用电源没有连接车载DVR设备或连接了车载DVR设备，但是车载DVR设备还没有启动时，逻辑控制电路3.3V电源模块7将不会产生3.3V电压，备用电源不工作，也不耗电池电量；
步骤2、DVR设备启动后，备用电源开始工作，微处理器模块8通过备用电池接口模块1的BATON信号通知DVR设备存在备用电池。微处理器模块8控制打开PMOS管Q33，升压开关调压模块2和降压恒流恒压充电模块3以及备用电源的铅酸蓄电池模块4开始工作，给电池恒流1A充电，随着时间推移，最终BAT+电压等于13.8V，充电电流会接近0A，之后一直按13.8V恒压充电；
步骤3、当车载DVR设备主电源掉电时，因为车载DVR设备收到有备用电池接口模块1的BATON信号，车载DVR设备不用切换做关机动作，而是直接采用备用电源供电；
步骤4、当微控制器模块8通过输入电压和电池电压检测模块7测量到电池电压+13.8VBAT低于10V的时候，微控制器模块8发出BATON失效信号，车载DVR做保护硬盘资料和关机动作；
步骤5、微控制器再关闭逻辑控制电路3.3V电源模块6中的PMOS管Q101，微控制器模块8因为没用电源，将停止工作，备用电源电池电量不再消耗，备用电源回到步骤一，一直循环。
本发明既可以兼顾铅酸蓄电池充放电技术要求，又能满足车载DVR设备备用电源快速充放电特点的铅酸蓄电池备用电源。

Claims (4)

1.一种车载DVR设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路，其特征是：所述的电源电路包括备用电池接口模块、升压开关调压模块、恒流恒压充电模块、备用电源的铅酸蓄电池模块、电池放电开关模块、逻辑控制电路3.3V电源模块、输入电压和电池电压检测模块及微处理器模块，备用电池接口模块分别与升压开关调压模块、电池放电开关模块、逻辑控制电路3.3V电源模块及微处理器模块连接，升压开关调压模块输出给恒流恒压充电模块，恒流恒压充电模块输出给备用电源的铅酸蓄电池模块充电，备用电源的铅酸蓄电池模块充电通过电池放电开关模块与备用电池接口模块连接，备用电源的铅酸蓄电池模块输出电源给逻辑控制电路3.3V电源模块，逻辑控制电路3.3V电源模块给微处理器模块供电，输入电压和电池电压检测模块输出检测信号给微处理器模块，微处理器模块控制其他模块工作，所述的升压开关调压模块采用电荷泵型电压转换器连接成直流电压升压电路，升压开关调压模块还包括输入电压控制部分，输入电压控制部分的核心元件为PMOS管Q33，微处理器模块的控制信号输出端CHARGEEN连接在三极管Q11的基极上，控制三极管Q11的通断，三极管Q11的发射极接地，三极管Q11的集电极连接在三极管Q37的基极上，控制三极管Q37的通断，三极管Q37的发射极接地，三极管Q37的集电极连接在PMOS管Q33的控制端上，控制PMOS管Q33的通断。
2.根据权利要求1所述的车载DVR设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路，其特征是：所述的备用电池接口模块包括4个焊孔盘以及电池在位检测电路，4个焊孔盘分别用于和车载硬盘录像机的+13V电压输出线、地线、+12V电池电源输入线和电池在位检测输入线连接，电池在位检测电路采用三个级联的NPN三极管，分别为三极管Q31、三极管Q24和三极管Q15，三极管Q31、三极管Q24和三极管Q15的发射极分别接地，三极管Q31的基极连接电池在位检测控制线，三极管Q31的集电极与三极管Q24的基极连接，三极管Q24的集电极与三极管Q15的基极连接，三极管Q15的集电极与电池在位检测输入线连接，同时，三极管Q15的集电极通过电阻R138与+13.8V电源连接。
3.根据权利要求1所述的车载DVR设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路，其特征是：所述的恒流恒压充电模块采用降压恒流DC-DC转换器。
4.根据权利要求1所述的车载DVR设备铅酸蓄电池备用电源恒流恒压电路，其特征是：所述的逻辑控制电路3.3V电源模块采用3.3V稳压芯片。
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