CN104901407A - 一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路 - Google Patents

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Abstract

一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路，包括电压转换电路VBATT-VCC、上下电控制及切换电路、上位机USB接口保护电路、5V转3.3V电路和电源监控及指示电路，上位机USB接口保护电路的输入端与上位机的USB接口相连接，电压转换电路VBATT-VCC的输入端与汽车蓄电池相连接，电压转换电路VBATT-VCC通过上下电控制及切换电路与上位机USB接口保护电路相连接，电压转换电路VBATT-VCC和上位机USB接口保护电路分别与5V转3.3V电路相连接。实现了商用车诊断协议适配器由汽车蓄电池和上位机的USB接口双电源供电及自适应切换。

Description

一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路
技术领域
本发明涉及一种电源管理电路，更具体地说涉及一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路，属于汽车用诊断电脑适配器的电源管理技术领域。
背景技术
商用车诊断协议适配器用于商用车诊断接口和上位机电脑之间，实现车辆总线信息（CAN总线、K-line总线）和上位机USB总线及移动设备蓝牙通讯之间的信息交互和协议转换。
为了实现适配器灵活的应用，适配器可以从上位机USB接口及车辆诊断接口中的任意一个获取电源。由于便携式汽车诊断电脑的USB接口能够提供的电能有限（典型500mA），而适配器电路模块较多，若从上位机USB接口获取电源，则适配器电路模块同时工作时耗电量较大，超过USB接口的供电能力；而商用车蓄电池电压为24V，车辆电源环境较为复杂，车载的电子部件产生大量的瞬态冲击，与上位机USB接口电环境差异巨大，若从车辆诊断接口中获取电源，这些瞬态冲击可能通过线路耦合到电源中，对便携式汽车诊断电脑USB端口的供电产生影响，严重时甚至烧毁USB端口。
发明内容
本发明针对现有的适配器从上位机USB接口获取电源时超过USB接口的供电能力、或者从商用车蓄电池获取电源时产生的瞬态冲击对便携式汽车诊断电脑USB端口的供电产生影响等缺陷，提供一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路，包括电压转换电路VBATT-VCC、上下电控制及切换电路、上位机USB接口保护电路、5V转3.3V电路和电源监控及指示电路，所述上位机USB接口保护电路的输入端与上位机的USB接口相连接，所述电压转换电路VBATT-VCC的输入端与汽车蓄电池相连接，电压转换电路VBATT-VCC通过上下电控制及切换电路与上位机USB接口保护电路相连接，电压转换电路VBATT-VCC和上位机USB接口保护电路分别与5V转3.3V电路相连接，所述的5V转3.3V电路分别转换为VCC和3.3 V电源，所述的上位机USB接口保护电路和5V转3.3V电路分别与电源监控及指示电路相连接。
所述的上位机USB接口保护电路和上位机的USB接口之间设置有ESD保护电路。
所述的电压转换电路VBATT-VCC和汽车蓄电池之间设置有ESD保护和反接保护电路。
所述的上下电控制及切换电路包括电容C47，电阻R30、R31、R32、R33和三极管Q1，所述电阻R30的一端与上位机USB接口保护电路中单路限流配电开关U2的IN引脚相连接，电阻R30的另一端与三极管Q1的集电极和单路限流配电开关U2的EN脚相连接，所述三极管Q1的基极分别与电阻R32的一端、电容C47的一端相连接，所述电阻R32的另一端分别与电阻R31、R33的一端相连接，电阻R31的另一端与ESD保护和反接保护电路相连接，电阻R33的另一端、电容C47的另一端和三极管Q1的发射极分别接地。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明中包括电压转换电路VBATT-VCC、上下电控制及切换电路、上位机USB接口保护电路、5V转3.3V电路和电源监控及指示电路，上位机USB接口保护电路的输入端与上位机的USB接口相连接，电压转换电路VBATT-VCC的输入端与汽车蓄电池相连接，电压转换电路VBATT-VCC通过上下电控制及切换电路与上位机USB接口保护电路相连接，电压转换电路VBATT-VCC和上位机USB接口保护电路分别与5V转3.3V电路相连接；实现了商用车诊断协议适配器电源由汽车蓄电池和上位机的USB接口双电源供电及自适应切换供电电路的灵活控制、切换及完善的诊断、保护功能，解决了适配器从上位机USB接口获取电源时超过USB接口的供电能力的问题，还解决了从商用车蓄电池获取电源时产生的瞬态冲击对便携式汽车诊断电脑USB端口的供电产生影响的问题，满足了使用需求。
附图说明
图1是本发明结构框图。
图2是本发明电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路，包括电压转换电路VBATT-VCC、上下电控制及切换电路、上位机USB接口保护电路、5V转3.3V电路和电源监控及指示电路。所述上位机USB接口保护电路的输入端与上位机的USB接口相连接，所述电压转换电路VBATT-VCC的输入端与汽车蓄电池相连接，电压转换电路VBATT-VCC通过上下电控制及切换电路与上位机USB接口保护电路相连接，电压转换电路VBATT-VCC和上位机USB接口保护电路分别与5V转3.3V电路相连接，所述的5V转3.3V电路分别转换为VCC和3.3 V电源，所述的上位机USB接口保护电路和5V转3.3V电路分别与电源监控及指示电路相连接。工作时，适配器部分电路模块的额定工作电压为5V，与上位机的USB接口VBUS的供电电压相同，因此上位机的USB接口VBUS经过隔离和稳压后可直接为电路模块供电；适配器还有部分电路模块的额定工作电压为3.3V，通过5V转3.3V电路转换后给这部分模块供电；而来自蓄电池VBATT的电能则需要进行电压转换。
参见图1，所述的上位机USB接口保护电路和上位机的USB接口之间设置有ESD保护电路。
参见图1，所述的电压转换电路VBATT-VCC和汽车蓄电池之间设置有ESD保护和反接保护电路。
参见图2，所述的上下电控制及切换电路包括电容C47，电阻R30、R31、R32、R33和三极管Q1。所述电阻R30的一端与上位机USB接口保护电路中单路限流配电开关U2的IN引脚相连接，电阻R30的另一端与三极管Q1的集电极和单路限流配电开关U2的EN脚相连接；所述三极管Q1的基极分别与电阻R32的一端、电容C47的一端相连接。所述电阻R32的另一端分别与电阻R31、R33的一端相连接，电阻R31的另一端与ESD保护和反接保护电路相连接，电阻R33的另一端、电容C47的另一端和三极管Q1的发射极分别接地。
参见图1、图2，本发明实现了商用车诊断协议适配器电源由汽车蓄电池和上位机的USB接口双电源供电，其中的USB接口供电电路包括ESD保护电路和上位机USB接口保护电路两部分；其中的汽车蓄电池VBATT供电电路包括ESD保护及反接保护电路和电压转换电路VBATT-VCC两部分，该两个电路通过上下电切换及控制电路相连接。上位机USB接口保护电路的核心是Texas Instruments公司的单路限流配电开关TPS2051B芯片U2，TPS2051B芯片具备电流限制功能，当设备发生过载或短路故障时，会自动进入恒流模式，并将故障状态报告给车辆MCU；由于本供电电路中存在大量的稳压和滤波电容，上电过程中给电容充电的电流会非常大，对于上电过程中短暂的过流情况，TPS2051B芯片会限制电流，但不会报告故障。图2中EN为TPS2051B芯片的控制引脚，控制信号为高电平有效，控制引脚EN连接到USB接口VBUS，当适配器连接到上位机USB接口VBUS时，USB接口VBUS为高电平，TPS2051B芯片输入IN和输出OUT自动导通；而当适配器供电电路连接到蓄电池VBATT时，蓄电池VBATT会通过上下电控制及切换电路发出一个低电平信号给TPS2051B芯片的控制引脚EN，将TPS2051B芯片关断，适配器变为自供电模式设备。而当适配器先连接到蓄电池VBATT后连接到上位机USB接口VBUS时，USB供电电路始终处于关断状态。
参见图2，所述的上下电控制及切换电路以三极管Q1为核心，控制单路限流配电开关U2控制引脚EN的电压，电阻R31和R33组成分压电路在蓄电池电压VBATT接通时将三极管Q1的基极电压稳定在3V左右，控制三极管Q1进入开启状态；同时电阻R33在三极管Q1形成的开关电路中另外还作偏置电阻用，控制三极管Q1有效关断。电阻R32和电容C47组成RC滤波电路。在VBATT连接在汽车蓄电池上时，三极管Q1基极电压为高电平，三极管Q1导通，控制引脚EN被拉低到地，TPS2051B关断；在VBATT断开与电池的连接时，三极管Q1基极电压为低电平，三极管Q1被关断，控制引脚EN被上位机USB接口VBUS拉高到高电平，TPS2051B导通。电容C43和C44完成输入电路的滤波和稳压，电容C45和C46完成输出电压VCC的滤波和稳压，TPS2051B的OC引脚连接至适配器主MCU，用来监测USB接口VBUS供电是否过流。
参见图图2，所述的汽车蓄电池VBATT供电电路为了达到较高的能量转换效率并降低发热量，采用DC-DC将蓄电池VBATT电压转化为5V标准电压；开关稳压器U3型号为Linear Technology公司的LT3991-5，LT3991-5的开关频率可以使用硬件电路进行配置，为了降低对适配器的电磁干扰，将本开关稳压器的开关频率设置为较低的400kHz。LT3991-5的供电控制引脚EN脚直接连接到VBATT输入，只要适配器连接到蓄电池，开关稳压器会一直保持工作状态。电压输入端使用TVS管T3对蓄电池VBATT电源进行稳压，吸收电路瞬态冲击，TVS管T3的击穿电压为36V，其最终稳压电压为40V、最大可承受瞬态功率为1.5KW；使用反向TVS管T2进行反接保护。   开关稳压器U3开关时，会产生一系列以开关频率为基频及其高次谐波的噪声，并沿电源线向外传播，为了滤除这种开关噪声， 在电源线上增加一个330ohm100MHz的MuRata Ferrite Bead磁珠L7， 其工作温度范围-55°— +125°，额定电流1700mA，以满足供电电路的要求。在5V电压稳定输出时，发光二极管D14被点亮。
参见图1、图2，当供电电路连接车辆蓄电池VBATT时，车辆MCU通过电源监控及指示电路实时监测当前电池电压。其中D16为防反接二极管，电阻R40和R41组成分压电路，将车辆蓄电池VBATT电压分压到0—5V的范围内输入到车辆MCU的eQADC端口，满足车辆MCU的ADC端口输入电压的要求；其中的FED_BATTVolt_ANA信号连接至车辆MCU，电容C63、C64和电阻R38组成ADC输入端口的滤波电路。
参见图2，为了降低成本，减少PCB的面积，本5V转3.3V电路使用低压差线性稳压器U4芯片TLS203B0EJV33完成5V到3.3V的电压转换。在VCC（5V）正常供电的情况下，芯片TLS203B0EJV33的使能端EN被上拉，芯片输出3.3V，此时，3.3V指示灯D15被点亮。图中信号3V3Control连接至MCU，当该信号为高电平时，U4被使能，输出稳定3.3V电压，当该信号为低电平时，U4被关断，5V-3.3V电路不工作。
参见图1、图2，本发明在仅有上位机的USB接口VBUS供电时，可将适配器部分电路关断，如与车辆OBDⅡ接口相连的电路（CAN、K-line等）关断，直到检测到适配器连接到车辆蓄电池VBATT后，启动全部电路模块。由于车辆电源环境较为复杂，车载的电子部件产生大量的瞬态冲击，与上位机USB接口VBUS电环境差异巨大，为保护上位机USB接口VBUS，适配器电源模块连接车辆蓄电池VBATT后，电源模块会自动切断来自USB接口VBUS的供电回路，仅保持数据线的连接。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路，其特征在于：包括电压转换电路VBATT-VCC、上下电控制及切换电路、上位机USB接口保护电路、5V转3.3V电路和电源监控及指示电路，所述上位机USB接口保护电路的输入端与上位机的USB接口相连接，所述电压转换电路VBATT-VCC的输入端与汽车蓄电池相连接，电压转换电路VBATT-VCC通过上下电控制及切换电路与上位机USB接口保护电路相连接，电压转换电路VBATT-VCC和上位机USB接口保护电路分别与5V转3.3V电路相连接，所述的5V转3.3V电路分别转换为VCC和3.3 V电源，所述的上位机USB接口保护电路和5V转3.3V电路分别与电源监控及指示电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路，其特征在于：所述的上位机USB接口保护电路和上位机的USB接口之间设置有ESD保护电路。
3.根据权利要求1所述的一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路，其特征在于：所述的电压转换电路VBATT-VCC和汽车蓄电池之间设置有ESD保护和反接保护电路。
4.根据权利要求1所述的一种商用车诊断协议适配器的电源管理电路，其特征在于：所述的上下电控制及切换电路包括电容C47，电阻R30、R31、R32、R33和三极管Q1，所述电阻R30的一端与上位机USB接口保护电路中单路限流配电开关U2的IN引脚相连接，电阻R30的另一端与三极管Q1的集电极和单路限流配电开关U2的EN脚相连接，所述三极管Q1的基极分别与电阻R32的一端、电容C47的一端相连接，所述电阻R32的另一端分别与电阻R31、R33的一端相连接，电阻R31的另一端与ESD保护和反接保护电路相连接，电阻R33的另一端、电容C47的另一端和三极管Q1的发射极分别接地。
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