CN104505807A - 一种汽车传感器保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车传感器保护电路，包括：过压控制单元、开关单元和防反接单元；其中，所述过压控制单元连接于电源供电端、负载接地端、以及开关单元的控制端之间；所述开关单元的输入端连接于所述电源供电端，所述开关单元的输出端连接于负载受电端；所述过压控制单元根据所述电源供电端的电压变化控制所述开关单元的开启和关闭；所述防反接单元，连接于所述电源供电端、所述电源接地端和所述负载接地端之间，以避免所述电源与所述负载的反接或者负压脉冲给所述负载造成的损坏。本发明实现了对汽车传感器的过压保护、反接保护，降低了汽车传感器的故障率。

Description

一种汽车传感器保护电路

技术领域

本发明涉及汽车传感器电路保护领域，特别涉及一种汽车用压力传感器的过压保护电路。

背景技术

汽车电路系统由于外界原因所引起的瞬间高压脉冲、负压脉冲或者脉冲群会导致电路系统中器件的损坏，包括传感器的损坏。例如，汽车电路系统在汽车点火启动或者车上电机开启、关闭时会产生高压或者负压脉冲或者脉冲群，虽然汽车(ElectronicControl Unit，电子控制单元)和车上其它电子设备的电源是由DC-DC(直流-直流变换)电源产生，但是DC-DC电源的输出仍然会存在残余的高压或者负压脉冲或者脉冲群，即使这些脉冲或者脉冲群的幅值已经大大降低，但是仍然有可能会使车上的电器或者电子元件造成损坏。例如，供给5V设备的电压仍有可能出现高于16V的脉冲或脉冲群。因此车用安装在稳压电源之后的电子设备，仍然需要具有耐高压功能，同时具有负压保护电路。

常用于汽车上的压力传感器包括机油压力传感器、MAP传感器(即进气歧管绝对压力传感器)的正常使用电压为5±0.25V，但是因为高压或者负压脉冲的存在，会导致压力传感器调理芯片容易损坏，所以在设计汽车用压力传感器电路时，需要选用带有过压保护的芯片。然而由于目前的汽车压力传感器市场主要由BOSCH(博世)、Sensata(森萨塔)、Denso(日本电装)等公司垄断而不易购买，同时第三方厂商由于设计工艺能力或者是市场调研能力不足等问题，所设计的ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)芯片不具有过压或者负压保护电路，因此，由于汽车用压力传感器缺少必要的过压保护功能，导致了车用压力传感器故障率的大幅升高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种汽车传感器保护电路，以避免汽车电路系统的瞬间高压脉冲、负压脉冲或者脉冲群对汽车传感器的破坏。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种汽车传感器保护电路，包括：

过压控制单元、开关单元和防反接单元；其中，

所述过压控制单元连接于电源供电端、负载接地端、以及开关单元的控制端之间；

所述开关单元的输入端连接于所述电源供电端，所述开关单元的输出端连接于负载受电端；

所述过压控制单元根据所述电源供电端的电压变化控制所述开关单元的开启和关闭；

所述防反接单元，连接于所述电源供电端、所述电源接地端和所述负载接地端之间，以避免所述电源与所述负载的反接或者负压脉冲给所述负载造成的损坏。

进一步，所述过压控制单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压二极管和比较器；其中，

所述电阻R1的第一端、电阻R3的第一端和电阻R4的第一端电连接于所述电源供电端；

所述电阻R1的第二端与电阻R2的第一端和比较器的正相输入端电连接；

所述电阻R3的第二端与稳压二极管的负极端和比较器的负相输入端电连接；

所述比较器的输出端和电阻R4的第二端电连接于所述开关单元的控制端；

所述电阻R2的第二端和稳压二极管的正极端电连接于所述负载接地端。

进一步，所述比较器的电源端电连接于所述电源供电端，所述比较器的接地端电连接于所述负载接地端。

进一步，所述过压控制单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管、三极管T1和三极管T2；其中，

所述稳压二极管的负极端、电阻R2的第一端和电阻R3的第一端电连接于所述电源供电端；

所述稳压二极管的正极端与电阻R1的第一端和三极管T1的基极电连接；

所述电阻R2的第二端与三极管T1的集电极和三极管T2的基极电连接；

所述电阻R3的第二端和三极管T2的集电极电连接于所述开关单元的控制端；

所述电阻R1的第二端、三极管T1的发射极和三极管T2的发射极电连接于所述负载接地端。

进一步，所述三极管T1为NPN型，所述三极管T2为NPN型。

进一步，所述开关单元由P型金属氧化物半导体PMOS构成；

所述PMOS的基极为所述开关单元的控制端；

所述PMOS的源极为所述开关单元的输入端；

所述PMOS的漏极为所述开关单元的输出端。

进一步，所述防反接单元由N型金属氧化物半导体NMOS构成；

所述NMOS的栅极连接于所述电源供电端；

所述NMOS的源极连接于所述电源接地端；

所述NMOS的漏极连接于所述负载接地端。

进一步，所述汽车传感器保护电路还包括：

电连接于所述负载受电端和负载接地端之间的电容。

进一步，所述负载为汽车用压力传感器。

进一步，所述压力传感器包括压力传感器芯片和与其电连接的专用集成电路ASIC芯片；

所述负载受电端为所述ASIC芯片的受电端，所述负载接地端为所述ASIC芯片的接地端。

从上述方案可以看出，本发明的汽车传感器保护电路，实现了对作为负载的汽车传感器的过压保护、反接保护，降低了汽车传感器的故障率，并且本发明因为采用的器件数量少，使得其不仅可以使用分立元件实现，而且也可以集成于ASIC芯片内部，进而可进一步降低汽车传感器的生产成本，提高汽车传感器的集成度和稳定性。

附图说明

图1为本发明的汽车传感器保护电路结构示意图；

图2为本发明的本发明的汽车传感器保护电路第一实施例电路图；

图3为本发明的本发明的汽车传感器保护电路第二实施例电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的汽车传感器保护电路1，包括过压控制单元11、开关单元12和防反接单元13；其中，所述过压控制单元11连接于电源供电端V_out、负载接地端L_GND、以及开关单元12的控制端之间；所述开关单元12的输入端连接于所述电源供电端V_out，所述开关单元12的输出端连接于负载受电端V_in；所述过压控制单元11根据电源供电端V_out的电压变化控制开关单元12的开启和关闭；所述防反接单元13，连接于电源供电端V_out、电源接地端GND和负载接地端L_GND之间，以避免所述电源与所述负载的反接或者负压脉冲给所述负载造成的损坏。

图2为本发明的汽车传感器保护电路第一实施例电路图。

其中，汽车传感器保护电路1中的过压控制单元11包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压二极管D和比较器U。其中，所述电阻R1的第一端、电阻R3的第一端和电阻R4的第一端电连接于所述电源供电端V_out；所述电阻R1的第二端与电阻R2的第一端和比较器U的正相输入端电连接；所述电阻R3的第二端与稳压二极管D的负极端和比较器U的负相输入端电连接；所述比较器U的输出端和电阻R4的第二端电连接于所述开关单元12的控制端；所述电阻R2的第二端和稳压二极管D的正极端电连接于所述负载接地端L_GND。其中，比较器U的电源端电连接于所述电源供电端V_out，比较器U的接地端电连接于负载接地端L_GND。

其中，开关单元12由PMOS(P-Mental-Oxide-Semiconductor，P型金属氧化物半导体)PM构成；PMOS PM的基极作为开关单元12的控制端电连接于过压控制单元11中的比较器U的输出端；PMOS PM的源极作为开关单元12的输入端电连接于所述电源供电端V_out；PMOS PM的漏极作为开关单元12的输出端电连接于负载受电端V_in。

其中，防反接单元13由NMOS(N-Mental-Oxide-Semiconductor，N型金属氧化物半导体)NM构成；NMOS NM的栅极连接于电源供电端V_out；NMOS NM的源极连接于电源接地端GND；NMOS NM的漏极连接于负载接地端L_GND。

该汽车传感器保护电路1中还包括电连接于负载受电端V_in和负载接地端L_GND之间的电容C。

本实施例中，负载2为汽车用压力传感器，其包括压力传感器芯片22和与其电连接的专用集成电路ASIC芯片21；其中，负载受电端V_in即为ASIC芯片21的受电端V_in，负载接地端L_GND为所述ASIC芯片21的接地端。

本实施例中，利用了比较器对其正相输入端电压和负相输入端电压的比较进而控制开关单元12的PMOS PM的通断，实现电压正常时对负载进行供电，而当出现高压脉冲或者高压脉冲群时，阻止电源供电端V_out向负载受电端V_in的供电，从而避免电路出现高压脉冲或者高压脉冲群时烧毁负载。

具体来说，过压控制单元11中稳压二极管D的设置使得比较器U的负相输入端的电压稳定在一个固定值附近，使得电路出现高压脉冲或者高压脉冲群时，比较器U的负相输入端电压基本不变；而比较器U的正相输入端所电连接的电阻R1和电阻R2为分压电阻，由电阻R1的阻值、电阻R2的阻值以及电源供电端V_out电压和负载接地端L_GND电压就可获得比较器U的正相输入端电压。而电路正常连接时，负载接地端L_GND通过防反接单元13连接于电源接地端GND，因此负载接地端L_GND和电源接地端GND的电压几乎相等，进而比较器U的正相输入端电压是由电阻R1的阻值、电阻R2的阻值以及电源供电端V_out电压和电源接地端GND决定的。当电路出现高压脉冲或者高压脉冲群时，由于电源供电端V_out电压的上升，将引起比较器U的正相输入端电压的上升。假设正常工作时比较器U正相输入端电压小于其负相输入端电压，使得比较器U输出端输出低电平，使得PMOSPM的基极电压小于其源极电压而导通，电源供电端V_out正常向负载受电端V_in供电，负载进行正常工作；当电路出现高压脉冲或者高压脉冲群时，比较器U的正相输入端电压上升，而负相输入端电压几乎不变，使得比较器U输出端的输出由低电平变为高电平，进而使得PMOS PM的基极电压大于其源极电压而截止，进而切断了电源供电端V_out向负载受电端V_in的供电，负载停止工作，同时因为没有受到高压脉冲或者高压脉冲群的影响而烧毁。为保证图2的实施例的有效工作，需要合理调整电阻R1、电阻R2、电阻R3和稳压二极管D的关系。对于大多数ASIC芯片，正常的工作电压为5V±0.25V，当电压高于8V时，ASIC芯片会被烧毁，而当电压低于8V时，虽然会导致ASIC芯片的输出电压不正常，但是当电压恢复到正常工作电压后，ASIC芯片的输出会随之恢复正常，所以该电路的控制电压值不能超过8V。以电源供电端V_out供电电压为5.6V为例(其他的供电电压值可根据实际调整电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值以及对稳压二极管进行调整)，稳压二极管D可选用3V的MMSZ4683T1，电阻R3可选用20KΩ，电阻R1可选用20KΩ，电阻R2可选用36KΩ，PMOS PM的型号例如BSS83PH6327XT。这样，在电源供电端V_out电压低于5.6V时，比较器U的负相输入端为3V，正相输入端小于3V，比较器U输出为低电平，PMOS PM导通，作为负载中的ASIC芯片21正常工作；当电源供电端V_out电压高于5.6V时，比较器U的负相输入端仍为3V，正相输入端大于3V，比较器U输出为高电平，PMOS PM断开，ASIC芯片21与电源供电端V_out断开，进而起到了出现高压脉冲或者高压脉冲群时对ASIC芯片21及负载的保护作用。本例只作为一个特例，不作为限定电压以及电路中各个器件之用，本领域技术人员可依据本例的说明以及本发明的精神进行修改。

对于防反接单元13来说，在正确连接(即如图2中的连接)或者未出现负压脉冲或者负压脉冲群的情况时，由于NMOS NM的栅极电压(电源供电端V_out电压)高于源极电压(电源接地端GND电压)而导通，形成负载接地端L_GND经过NMOS NM到电源接地端GND的通路，进而实现负载接地端L_GND接地；在错误连接(即如图2中的电源供电端V_out和电源接地端GND位置调换后的反连接)或者出现负压脉冲或者负压脉冲群的情况时，将因为NMOS NM的栅极电压小于源极电压而截止，进而负载接地端L_GND无法接地，在压力传感器中便不会形成电流回路，导致压力传感器不工作，从而实现了防止反接以及电路中出现负压脉冲或者负压脉冲群时对负载的保护。反接或者电路中出现负压脉冲或者负压脉冲群时，因为负载2的ASIC芯片21和压力传感器芯片22中没有电流回路因而不会导致压力传感器芯片22的损坏。

图3为本发明的汽车传感器保护电路第二实施例电路图，与图2的第一实施例不同的是汽车传感器保护电路1的结构。

其中，过压控制单元11包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D、三极管T1和三极管T2。其中，稳压二极管D的负极端、电阻R2的第一端和电阻R3的第一端电连接于所述电源供电端V_out；稳压二极管D的正极端与电阻R1的第一端和三极管T1的基极电连接；电阻R2的第二端与三极管T1的集电极和三极管T2的基极电连接；电阻R3的第二端和三极管T2的集电极电连接于开关单元12的控制端；电阻R1的第二端、三极管T1的发射极和三极管T2的发射极电连接于负载接地端L_GND。其中，所述三极管T1和三极管T2均为NPN型。

图3所示的第二实施例中的开关单元12和防反接单元13与图2所示的第一实施例相同，不再赘述。该第二实施例的汽车传感器保护电路1中也包括电连接于负载受电端V_in和负载接地端L_GND之间的电容C。同时，本实施例中与第一实施例相同的是，负载2为汽车用压力传感器，其包括压力传感器芯片22和与其电连接的专用集成电路ASIC芯片21；其中，负载受电端V_in即为ASIC芯片21的受电端V_in，负载接地端L_GND为所述ASIC芯片21的接地端。

本实施例中，通过过压控制单元11中稳压二极管D的开启与关闭进而通过控制三极管T1、三极管T2的通断实现对开关单元12的PMOS PM的开关控制。

当电路正常工作时，稳压二极管D的设置使得三极管T1的基极电压稳定在一个固定值附近，稳压二极管D的负极通过电阻R1连接于负载接地端L_GND，而负载接地端L_GND通过防反接单元13连接于电源接地端GND，因此负载接地端L_GND和电源接地端GND的电压几乎相等，进而三极管T1的基极电压稳定在电源接地端GND附近。同时三极管T1的发射极因为连接于负载接地端L_GND，而负载接地端L_GND通过防反接单元13连接于电源接地端GND，因此三极管T1的发射极电压也在电源接地端GND，若三极管T1为硅管，则因为三极管T1的基极电压与发射极电压差小于0.7V而截止，此时，三极管T2导通，使得PMOS PM的栅极电压(三极管T2的集电极电压)小于其源极电压(电源供电端V_out电压)而导通，电源供电端V_out正常向负载受电端V_in供电，负载进行正常工作；当电路出现高压脉冲或者高压脉冲群时，电源供电端V_out电压超过稳压二极管D的雪崩电压，稳压二极管中有电流流过，进而在电阻R1上产生电压，使得三极管T1的基极电压升高，当三极管T1的基极电压与发射极电压差大于等于0.7V时，三极管T1导通，进而拉低其集电极电压(三极管T2基极电压)，使得三极管T2的基极电压与发射极电压差小于0.7V而截止，进而使得PMOS PM的栅极电压(三极管T2的集电极电压)升高至电源供电端V_out电压，使得PMOS PM因为栅源电压相等而截止，进而切断了电源供电端V_out向负载受电端V_in的供电，负载停止工作，同时因为没有受到高压脉冲或者高压脉冲群的影响而烧毁。为保证图2的实施例的有效工作，需要合理调整电阻R1、电阻R2、电阻R3和稳压二极管D的关系。

以电源供电端V_out供电电压为5.7V为例(其他的供电电压值可根据实际调整电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值以及对稳压二极管进行调整)，稳压二极管D可选用5.1V的MMSZ4689T1，电阻R3选用6.8KΩ的，电阻R1可选用10KΩ，电阻R2可选用10KΩ，三极管T1和三极管T2的型号可选用MMBTA06LT1G，PMOS PM的型号例如BSS83PH6327XT。这样，在电源供电端V_out电压低于5.1V时，稳压二极管D不导通，使得三极管T1截止，三极管T2导通，进而PMOS PM导通，负载中的ASIC芯片21正常工作；当电源供电端V_out电压高于5.1V且低于5.7V时，稳压二极管D导通，但电阻R1上的电压小于0.6V，三极管T1截止，三极管T2导通，PMOS PM导通，ASIC芯片21正常工作；当电源供电端V_out电压高于5.7V时，稳压二极管D导通，电阻R1上的电压高于0.6V，此时三极管T1导通，三极管T2截止，PMOS PM断开，ASIC芯片21与电源供电端V_out断开，进而起到了出现高压脉冲或者高压脉冲群时对ASIC芯片21及负载的保护作用。本例只作为一个特例，不作为限定电压以及电路中各个器件之用，本领域技术人员可依据本例的说明以及本发明的精神进行修改。

图3所示的第二实施例中的防反接单元13的工作原理与图2所示的第一实施例相同，此处不再赘述。

本发明的上述汽车传感器保护电路，也同样适用于压力传感器以外的其它类型的汽车传感器。

本发明的汽车传感器保护电路，实现了对作为负载的汽车传感器的过压保护、反接保护，降低了汽车传感器的故障率，并且本发明因为采用的器件数量少，使得其不仅可以使用分立元件实现，而且也可以集成于ASIC芯片内部，进而可进一步降低汽车传感器的生产成本，提高汽车传感器的集成度和稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车传感器保护电路，其特征在于，包括：

过压控制单元、开关单元和防反接单元；其中，

所述过压控制单元连接于电源供电端、负载接地端、以及开关单元的控制端之间；

所述开关单元的输入端连接于所述电源供电端，所述开关单元的输出端连接于负载受电端；

所述过压控制单元根据所述电源供电端的电压变化控制所述开关单元的开启和关闭；

所述防反接单元，连接于所述电源供电端、所述电源接地端和所述负载接地端之间，以避免所述电源与所述负载的反接或者负压脉冲给所述负载造成的损坏。

2.根据权利要求1所述的汽车传感器保护电路，其特征在于：所述过压控制单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压二极管和比较器；其中，

所述电阻R1的第一端、电阻R3的第一端和电阻R4的第一端电连接于所述电源供电端；

所述电阻R1的第二端与电阻R2的第一端和比较器的正相输入端电连接；

所述电阻R3的第二端与稳压二极管的负极端和比较器的负相输入端电连接；

所述比较器的输出端和电阻R4的第二端电连接于所述开关单元的控制端；

所述电阻R2的第二端和稳压二极管的正极端电连接于所述负载接地端。

3.根据权利要求2所述的汽车传感器保护电路，其特征在于：

所述比较器的电源端电连接于所述电源供电端，所述比较器的接地端电连接于所述负载接地端。

4.根据权利要求1所述的汽车传感器保护电路，其特征在于，所述过压控制单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管、三极管T1和三极管T2；其中，

所述稳压二极管的负极端、电阻R2的第一端和电阻R3的第一端电连接于所述电源供电端；

所述稳压二极管的正极端与电阻R1的第一端和三极管T1的基极电连接；

所述电阻R2的第二端与三极管T1的集电极和三极管T2的基极电连接；

所述电阻R3的第二端和三极管T2的集电极电连接于所述开关单元的控制端；

所述电阻R1的第二端、三极管T1的发射极和三极管T2的发射极电连接于所述负载接地端。

5.根据权利要求4所述的汽车传感器保护电路，其特征在于：

所述三极管T1为NPN型，所述三极管T2为NPN型。

6.根据权利要求1至5任一项所述的汽车传感器保护电路，其特征在于：

所述开关单元由P型金属氧化物半导体PMOS构成；

所述PMOS的基极为所述开关单元的控制端；

所述PMOS的源极为所述开关单元的输入端；

所述PMOS的漏极为所述开关单元的输出端。

7.根据权利要求1至5任一项所述的汽车传感器保护电路，其特征在于：

所述防反接单元由N型金属氧化物半导体NMOS构成；

所述NMOS的栅极连接于所述电源供电端；

所述NMOS的源极连接于所述电源接地端；

所述NMOS的漏极连接于所述负载接地端。

8.根据权利要求1至5任一项所述的汽车传感器保护电路，其特征在于，所述汽车传感器保护电路还包括：

电连接于所述负载受电端和负载接地端之间的电容。

9.根据权利要求1至5任一项所述的汽车传感器保护电路，其特征在于：所述负载为汽车用压力传感器。

10.根据权利要求8所述的过压保护电路，其特征在于：

所述压力传感器包括压力传感器芯片和与其电连接的专用集成电路ASIC芯片；

所述负载受电端为所述ASIC芯片的受电端，所述负载接地端为所述ASIC芯片的接地端。