CN103795383A - 应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路，包括开关控制单元、过流保护单元、短路保护单元、过压保护单元、过热保护单元、软启动单元、软关断单元、内部供电单元、内部参考单元、综合控制单元、驱动单元和功率开关单元。通过过流保护、过压保护、短路保护、过热保护功能、软开启、软关断等功能，实现对集成电路自身以及用电线路用电设备实施完备的保护，异常状态解除后可自动回复至正常状态，大幅提升了用电系统的可靠性，降低产品的失效率。

Description

应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路

技术领域

本发明涉及摩托车零部件领域，具体地，涉及一种应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路。

背景技术

智能开关集成电路，主要涉及应用于设置在摩托车及电动车上，用于管理摩托车及电动车启动、熄火、远近光灯、左右转向灯、喇叭、夜灯、超车指示等一系列电器设备开关的集成电路。目前应用于摩托车以及电动车上的开关主要以触点式开关为主，以及少量的晶体管、三极管作为开关来应用。虽然市面上也有很多具备开关管理功能的集成电路产品，但由于交通工具应用环境恶劣，对于可靠性要求很高，以及功能需求不同的原因，目前市面上的开关管理集成电路全都不适合于摩托车以及电动车。

触点式开关的特点是成本低，原理简单，易实现，但是由于机械开关的固有缺陷，易磨损，加之在潮湿环境使用还存在酸碱腐蚀，因此使用寿命短，故障率高，同时触电开关在断开瞬间易产生电弧打火，加速触电金属的老化，并且在加油站、矿井等易燃气体浓度较高的环境下存在引发爆炸的危险。

晶体管以及三极管虽然避免了机械磨损和酸碱腐蚀的问题，但是由于晶体管和三极管本身对于电压电流的耐受能力有限，而且同时自身功能简单，不是实现自我保护，在复杂应用条件下很容易由于电压或电流超限而导致自身的损坏失效，因此仍然不适合于摩托车以及电动车上的应用。

由于车辆自身用电部平稳的原因，摩托车或者电动车上蓄电池的电压和电流呈现非常不稳定的状态，同时用电器件也不是普通的阻性负载，而是阻性、容性、感性负载的复杂组合，而且在不同的应用状态下呈现不同的特性。现有的开关管理集成电路无法应对如此复杂的应用条件，虽然也有少量的集成电路产品也可以勉强应对，但由于成本、体积的原因，以及功能需求、控制方式的不同，仍然不适合于摩托车、电动车上的应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路，以实现适合于摩托车及电动车，同时提升摩托车及电动车的用电系统的可靠性的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路，包括开关控制单元、过流保护单元、短路保护单元、过压保护单元、过热保护单元、软启动单元、软关断单元、内部供电单元、内部参考单元、综合控制单元、驱动单元和功率开关单元；

所述内部供电单元，将外部电源转换为平稳电压的直流源，作为内部电源供电；

所述开关控制单元接收到外部输入的有效导通指示信号之后，指示内部过流保护单元、过压保护单元、过热保护单元、短路保护单元、软启动单元和软关断单元进入工作状态，并将开关导通的指示信号输入到综合控制单元，所述综合控制单元输出指示信号给驱动单元，该驱动单元驱动打开功率开关单元，即通过内部功率开关单元将该集成电路的正极输入端与负载连接端接通；

所述内部参考单元根据预设的电流限定值、电压限定值和保护触发值预设信号生成相应的参考信号，并将相应的参考信号传输给相应单元；

所述过压保护单元通过比对该集成电路的正极输入端的电压与预设的限制值的相对大小，如该集成电路的负载连接端的电压不高于预设的限制值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如该集成电路的负载连接端的电压高于预设的限制值，则输出一个过压指示的信号到综合控制单元，再由综合控制单元输出一个关断指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号关断功率开关单元；

所述过流保护单元通过检测功率开关单元的电流大小，并比较通过功率开关单元的电流与预设电流值的相对大小，如通过功率开关单元的电流不高于预设的电流值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如通过功率开关单元的电流高于预设的限制值，则输出一个过流指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出电流限制信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制通过功率开关单元的电流不超过预设值；

所述短路保护单元通过检测功率开关单元的电流大小，并比较通过功率开关单元的电流与短路触发参考值的相对大小，如果通过功率开关单元的电流不高于短路触发参考值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如通过功率开关单元的电流高于短路触发参考值，则输出一个短路指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出关断信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来关断功率开关单元，以此来保护通过功率开关单元和线路不会由于输出短路而导致烧毁；

所述过热保护单元通过集成电路本身的温度，并比较集成电路温度与过热保护触发参考值的相对大小，如果集成电路温度不高于过热保护触发参考值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如果集成电路温度高于过热保护触发参考值，则输出一个短路指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出关断信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来关断功率开关单元，以此来保护集成电路不会由于温度过高而被烧毁；

所述软启动单元在开关开启时通过检测集成电路的输出端电压上升斜率的大小，并比较集成电路的输出端电压上升斜率与预设斜率的相对大小，如果集成电路的输出端电压上升斜率不高于预设斜率，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如果集成电路的输出端电压上升斜率高于预设斜率，则输出一个电压跟随信号到综合控制单元，综合控制单元输出相应的开通程度指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制通过输出端的电压上升斜率不超过预设斜率；

所述软关断单元在开关关断时通过检测功率开关单元电流大小，并比较功率开关单元电流下降速率与预设速率的相对大小，如果功率开关单元电流下降速率低于预设速率，则输出一个调小开通程度的信号，如果功率开关单元电流下降速率高于预设速率，则输出一个调大开通程度的信号，综合控制单元输出相应的开通程度指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制开关关闭时电流下降的速率，以此来避免电流下降太快时由线路寄生电感的电流保持趋势产生高电压损坏集成电路。

根据本发明的优选实施例，所述内部参考单元根据预设的电流限定值、电压限定值、保护触发值生成相应的参考信号，并将相应的参考信号传输给相应单元具体如下；输入电压限定参考信号到过压保护单元；

输出电流限定参考信号到过流保护单元；

输出过热保护触发参考信号到过热保护单元；

输出短路保护触发参考信号到短路保护单元；

输出软启动斜率以及时间设定参考信号到软启动单元；

输出软关断斜率以及时间设定参考信号到软关断单元。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过过流保护、过压保护、短路保护、过热保护功能、软开启、软关断等功能，实现对集成电路自身以及用电线路用电设备实施完备的保护，异常状态解除后可自动回复至正常状态，大幅提升了用电系统的可靠性，降低产品的失效率。

解决了传统机械触电开关的易磨损，寿命短问题，同时针对摩托车和电动车的应用需求，设置了多重保护，可以应用各种复杂和极端的应用情况，保护集成电路自身不损毁的同时也保护车上的蓄电池、用电器件以及线路的安全，实现了这辆整体用电的安全性，可靠性。另外，智能开关集成电路使得整体线路以及结构与原先的触点式开关相似，方便应用，同时保持成本低廉。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路原理框图；

图2为本发明实施例所述的应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路应用电气连接图；

图3为开关控制单元和综合控制单元的信号传输原理图；

图4为内部参考单元的信号传输原理图；

图5为过压保护单元的信号传输原理图；

图6为过热保护单元的信号传输原理图；

图7为短路保护单元的信号传输原理图；

图8为过热保护单元的信号传输原理图；

图9为软启动单元的信号传输原理图；

图10为软关断单元的信号传输原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路，包括开关控制单元、过流保护单元、短路保护单元、过压保护单元、过热保护单元、软启动单元、软关断单元、内部供电单元、内部参考单元、综合控制单元、驱动单元和功率开关单元；

内部供电单元，将外部电源转换为平稳电压的直流源，作为内部电源供电；

如图3所示，开关控制单元接收到外部输入的有效导通指示信号之后，指示内部过流保护单元、过压保护单元、过热保护单元、短路保护单元、软启动单元和软关断单元进入工作状态，并将开关导通的指示信号输入到综合控制单元，综合控制单元输出指示信号给驱动单元，该驱动单元驱动打开功率开关单元，即通过内部功率开关单元将该集成电路的正极输入端与负载连接端接通；

如图4所示，内部参考单元根据预设的电流限定值、电压限定值和保护触发值预设信号生成相应的参考信号，并将相应的参考信号传输给相应单元；

如图5所示，过压保护单元通过比对该集成电路的正极输入端的电压与预设的限制值的相对大小，如该集成电路的负载连接端的电压不高于预设的限制值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如该集成电路的负载连接端的电压高于预设的限制值，则输出一个过压指示的信号到综合控制单元，再由综合控制单元输出一个关断指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号关断功率开关单元；

如图6所示，过流保护单元通过检测功率开关单元的电流大小，并比较通过功率开关单元的电流与预设电流值的相对大小，如通过功率开关单元的电流不高于预设的电流值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如通过功率开关单元的电流高于预设的限制值，则输出一个过流指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出电流限制信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制通过功率开关单元的电流不超过预设值；

如图7所示，短路保护单元通过检测功率开关单元的电流大小，并比较通过功率开关单元的电流与短路触发参考值的相对大小，如果通过功率开关单元的电流不高于短路触发参考值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如通过功率开关单元的电流高于短路触发参考值，则输出一个短路指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出关断信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来关断功率开关单元，以此来保护通过功率开关单元和线路不会由于输出短路而导致烧毁；

如图8所示，过热保护单元通过集成电路本身的温度，并比较集成电路温度与过热保护触发参考值的相对大小，如果集成电路温度不高于过热保护触发参考值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如果集成电路温度高于过热保护触发参考值，则输出一个短路指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出关断信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来关断功率开关单元，以此来保护集成电路不会由于温度过高而被烧毁；

如图9所示，软启动单元在开关开启时通过检测集成电路的输出端电压上升斜率的大小，并比较集成电路的输出端电压上升斜率与预设斜率的相对大小，如果集成电路的输出端电压上升斜率不高于预设斜率，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如果集成电路的输出端电压上升斜率高于预设斜率，则输出一个电压跟随信号到综合控制单元，综合控制单元输出相应的开通程度指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制通过输出端的电压上升斜率不超过预设斜率；

如图10所示，软关断单元在开关关断时通过检测功率开关单元电流大小，并比较功率开关单元电流下降速率与预设速率的相对大小，如果功率开关单元电流下降速率低于预设速率，则输出一个调小开通程度的信号，如果功率开关单元电流下降速率高于预设速率，则输出一个调大开通程度的信号，综合控制单元输出相应的开通程度指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制开关关闭时电流下降的速率，以此来避免电流下降太快时由线路寄生电感的电流保持趋势产生高电压损坏集成电路。

本技术方案的集成电路内置短路保护功能来防止线路的烧毁以及蓄电池损坏；内置过压保护功能来保护用电器件不会因为电压过高而损坏；内置过流保护功能来保护功能限制通过的电流在预设的电流值以内；内置软启动功能来防止启动瞬间发生电流过冲；内置软关断功能来防止关断瞬间由于线路寄生电感或者感性负载上的惯性电流产生高电压损坏开关器件；内置过问保护功能来防止由于集成电路内部温度太高导致集成电路的烧毁；引出控制端，可通过单片机、霍尔传感元件等控制单元产生的电平信号来控制开关的接通和断开；

该智能开关集成电路主要有正极输入端、负极输入端、控制端、负载连接端四个端子。

如图2所示，一般正极输入端用于连接蓄电池或者其他供电设备的正极；负极输入端用于连接蓄电池或者其他供电设备的负极；控制端用于连接单片机、霍尔传感器等开关指示元件，并接受开关指示元件的电平信号，进而控制集成电路内部的开关接通或者断开；负载连接端用于连接所需管理的用电器件，比如车灯、摩托车点火器、喇叭等。

该智能开关集成电路（以下简称集成电路）由以下几个单元组成：开关控制单元，过流保护单元，短路保护单元，过压保护单元，过热保护单元，软启动单元，软关断单元，内部供电单元，内部参考单元，综合控制单元，驱动单元，功率开关单元；

当集成电路接入线路中，蓄电池或者其他供电元件输送电压到集成电路的正极输入端以及负极输入端，之后内部供电单元通过正极输入端和负极输入端之间的电压转换出一个平稳的电压，作为内部电源给其他各单元供电；

控制端接收到外部输入的有效导通指示信号之后，指示内部各单元进入工作状态，并将开关导通的指示信号输入到综合控制单元，综合控制单元再输出指示信号给驱动单元，再由驱动单元驱动打开功率开关单元，即通过内部功率开关单元将正极输入端与负载连接端接通；

内部参考单元根据预设的电流限定值、电压限定值、保护触发值等预设信号生成相应的参考信号，输出到对应的各个功能单元当中：

输入电压限定参考信号到过压保护单元；

输出电流限定参考信号到过流保护单元；

过热保护触发参考信号到过热保护单元；

输出短路保护触发参考信号到短路保护单元；

输出软启动斜率以及时间设定参考信号到软启动单元；

输出软关断斜率以及时间设定参考信号到软关断单元；

过压保护单元通过比对正极输入端的电压与预设的限制值的相对大小，如果负载连接端的电压不高于预设的限制值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，负载连接端的电压高于预设的限制值，则输出一个过压指示的信号到综合控制单元，再由综合控制单元输出一个关断指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号关断功率开关单元；

过流保护单元通过检测功率开关单元的电流大小，并比较通过功率开关单元的电流与预设电流值的相对大小，如果通过功率开关单元的电流不高于预设的电流值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，通过功率开关单元的电流高于预设的限制值，则输出一个过流指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出电流限制信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制通过功率开关单元的电流不超过预设值；

短路保护单元通过检测功率开关单元的电流大小，并比较通过功率开关单元的电流与短路触发参考值的相对大小，如果通过功率开关单元的电流不高于短路触发参考值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，通过功率开关单元的电流高于短路触发参考值，则输出一个短路指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出关断信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来关断功率开关单元，以此来保护通过功率开关单元和线路不会由于输出短路而导致烧毁；

过热保护单元通过集成电路本身的温度，并比较集成电路温度与过热保护触发参考值的相对大小，如果集成电路温度不高于过热保护触发参考值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如果集成电路温度高于过热保护触发参考值，则输出一个短路指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出关断信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来关断功率开关单元，以此来保护集成电路不会由于温度过高而被烧毁；

软启动单元在开关开启时通过检测输出端电压上升斜率的大小，并比较输出端电压上升斜率与预设斜率的相对大小，如果输出端电压上升斜率不高于预设斜率，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，输出端电压上升斜率高于预设斜率，则输出一个电压跟随信号到综合控制单元，综合控制单元输出相应的开通程度指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制通过输出端的电压上升斜率不超过预设斜率；

软关断单元在开关关断时通过检测功率开关单元电流大小，并比较功率开关单元电流下降速率与预设速率的相对大小，如果功率开关单元电流下降速率低于预设速率，则输出一个调小开通程度的信号，功率开关单元电流下降速率高于预设速率，则输出一个调大开通程度的信号，综合控制单元输出相应的开通程度指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制开关关闭时电流下降的速率，以此来避免电流下降太快时由线路寄生电感的电流保持趋势产生高电压损坏集成电路。

综上所述，本发明具有以下优点：

集成开关驱动和功率开关，无须外围搭配其他驱动器件和开关器件；

内部集成供电管理单元，无须外围搭配供电管理器件，外围线路简洁，便于使用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者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之内。

Claims (2)

1.一种应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路，其特征在于，包括开关控制单元、过流保护单元、短路保护单元、过压保护单元、过热保护单元、软启动单元、软关断单元、内部供电单元、内部参考单元、综合控制单元、驱动单元和功率开关单元；

所述内部供电单元，将外部电源转换为平稳电压的直流源，作为内部电源供电；

所述开关控制单元接收到外部输入的有效导通指示信号之后，指示内部过流保护单元、过压保护单元、过热保护单元、短路保护单元、软启动单元和软关断单元进入工作状态，并将开关导通的指示信号输入到综合控制单元，所述综合控制单元输出指示信号给驱动单元，该驱动单元驱动打开功率开关单元，即通过内部功率开关单元将该集成电路的正极输入端与负载连接端接通；

所述内部参考单元根据预设的电流限定值、电压限定值和保护触发值预设信号生成相应的参考信号，并将相应的参考信号传输给相应单元；

所述过压保护单元通过比对该集成电路的正极输入端的电压与预设的限制值的相对大小，如该集成电路的负载连接端的电压不高于预设的限制值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如该集成电路的负载连接端的电压高于预设的限制值，则输出一个过压指示的信号到综合控制单元，再由综合控制单元输出一个关断指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号关断功率开关单元；

所述过流保护单元通过检测功率开关单元的电流大小，并比较通过功率开关单元的电流与预设电流值的相对大小，如通过功率开关单元的电流不高于预设的电流值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如通过功率开关单元的电流高于预设的限制值，则输出一个过流指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出电流限制信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制通过功率开关单元的电流不超过预设值；

所述短路保护单元通过检测功率开关单元的电流大小，并比较通过功率开关单元的电流与短路触发参考值的相对大小，如果通过功率开关单元的电流不高于短路触发参考值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如通过功率开关单元的电流高于短路触发参考值，则输出一个短路指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出关断信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来关断功率开关单元，以此来保护通过功率开关单元和线路不会由于输出短路而导致烧毁；

所述过热保护单元通过集成电路本身的温度，并比较集成电路温度与过热保护触发参考值的相对大小，如果集成电路温度不高于过热保护触发参考值，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如果集成电路温度高于过热保护触发参考值，则输出一个短路指示信号到综合控制单元，综合控制单元输出关断信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来关断功率开关单元，以此来保护集成电路不会由于温度过高而被烧毁；

所述软启动单元在开关开启时通过检测集成电路的输出端电压上升斜率的大小，并比较集成电路的输出端电压上升斜率与预设斜率的相对大小，如果集成电路的输出端电压上升斜率不高于预设斜率，则输出一个完全开通的信号到综合控制单元，如果集成电路的输出端电压上升斜率高于预设斜率，则输出一个电压跟随信号到综合控制单元，综合控制单元输出相应的开通程度指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制通过输出端的电压上升斜率不超过预设斜率；

所述软关断单元在开关关断时通过检测功率开关单元电流大小，并比较功率开关单元电流下降速率与预设速率的相对大小，如果功率开关单元电流下降速率低于预设速率，则输出一个调小开通程度的信号，如果功率开关单元电流下降速率高于预设速率，则输出一个调大开通程度的信号，综合控制单元输出相应的开通程度指示信号给驱动单元，驱动单元输出驱动信号来控制功率开关单元的开通程度，以此来限制开关关闭时电流下降的速率，以此来避免电流下降太快时由线路寄生电感的电流保持趋势产生高电压损坏集成电路。

2.根据权利要求1所述的应用于摩托车及电动车的智能开关集成电路，其特征在于，所述内部参考单元根据预设的电流限定值、电压限定值、保护触发值生成相应的参考信号，并将相应的参考信号传输给相应单元具体如下；输入电压限定参考信号到过压保护单元；

输出电流限定参考信号到过流保护单元；

输出过热保护触发参考信号到过热保护单元；

输出短路保护触发参考信号到短路保护单元；

输出软启动斜率以及时间设定参考信号到软启动单元；

输出软关断斜率以及时间设定参考信号到软关断单元。

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