CN105577169A - 一种车用宽范围电压开关量输入电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车用宽范围电压开关量输入电路包括限流电阻R1、滤波电容C1、稳压管Z1、保护电阻R2、恒流二极管V1、光电隔离器O1、上拉电阻R3，所述限流电阻R1的一端接输入电瓶电压信号IN，另一端同时连接稳压管Z1负极、滤波电容C1的一端，滤波电容C1的另一端连接GND1，所述稳压管Z1的正极连接光电隔离器O1的输入正极1脚；所述恒流二极管V1的负输入端连接到GND1上，恒流二极管V1正输入端连接光电隔离器O1的输入负极2脚；所述光电隔离器O1的输入端并联保护电阻R2。本发明具有以下优势：运用本电路作为控制系统的开关量输入电路，能够保证在发动机整个工况范围内，在电瓶电压发生大幅度波动时，检测电路可靠工作，不出现局部电路发热、开关量漏检和误检问题。
Description
技术领域
本发明属于开关量输入电路领域，尤其是涉及一种车用宽范围电压开关量输入电路。
背景技术
车用控制系统的供电来自车体电瓶，发动机带动发电机给电瓶进行充电。在发动机从低速到高速整个工况中，受发电控制系统调节能力的限制，发电系统给电瓶的充电电压会发生变化，特别是在瞬态工况变化过程中，充电电压的变化幅度更明显，导致电瓶电压发生上下波动。针对以上供电环境，车用控制系统的开关量输入电路需要适应宽范围的输入电压。
现有技术中，开关量输入电路主要采用电阻分压的方式，但采用电阻分压的方式对抑制高电压输入较有效，当电压变低时，由于分压不能达到检测电路的门限，会导致开关量检测不到，在设计过程中需要合理选择分压电阻，但兼顾的电压上、下限范围有限。也有采用限流电阻加稳压管的方式，但限流电阻的选择在低电压时需要考虑到稳压管的最小工作电流不能选择电阻值太大，在高电压时需要考虑限流电阻的额定功率不能选择电阻值太小；一般情况只能折中处理，选用阻值较小、额定功率大的限流电阻和额定功率大的稳压管来满足宽范围的电压输入，这样会导致局部电路发热、系统功率上升、长时间工作可靠性降低等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种车用宽范围电压开关量输入电路，以实现可靠的宽范围开关量输入电路。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车用宽范围电压开关量输入电路包括限流电阻R1、滤波电容C1、稳压管Z1、保护电阻R2、恒流二极管V1、光电隔离器O1、上拉电阻R3，所述限流电阻R1的一端用来接输入电瓶电压信号IN，另一端同时连接稳压管Z1负极、滤波电容C1的一端，滤波电容C1的另一端连接GND1，GND1为电瓶负，输入电瓶电压信号IN为电瓶正，所述稳压管Z1的正极连接光电隔离器O1的输入正极1脚；所述恒流二极管V1的负输入端连接到GND1上，恒流二极管V1正输入端连接光电隔离器O1的输入负极2脚；所述光电隔离器O1的输入端并联保护电阻R2；述光电隔离器O1的输出发射极3脚接地信号GND2，光电隔离器O1的输出集电极4脚连接到上拉电阻R3的一端，形成输出信号OUT，上拉电阻R3的另一端连接电源信号VCC。
进一步的，还包括防反接保护二极管D1，所述限流电阻R1与稳压管Z1之间串联防反接保护二极管D1。
进一步的，所述上拉电阻R3连接的电源信号VCC可以根据发电控制系统核心电路需要进行选取，地信号GND2和外部电瓶不共地。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)通过引入恒流二极管，在宽电压输入的情况下，限流电阻、稳压二极管的工作电流受到限制，工作时功率较小；运用本电路作为控制系统的开关量输入电路，能够保证在发动机整个工况范围内，在电瓶电压发生大幅度波动时，检测电路可靠工作，不出现局部电路发热、开关量漏检和误检问题；
(2)通过防反接二极管能够有效防止开关量输入电压的反接导致系统电路损坏；通过光电隔离的电流传输方式进行开关信号的传输，防止外部高电压输入导致核心检测电路的连锁损坏。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述车用宽范围电压开关量输入电路的电路原理图；
图2为本发明实施例所述不同时段输入电瓶电压信号IN、电流信号Ii、开关量信号OUT的关系图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种车用宽范围电压开关量输入电路，如图1所示，包括限流电阻R1、滤波电容C1、防反接保护二极管D1、稳压管Z1、保护电阻R2、恒流二极管V1、光电隔离器O1、上拉电阻R3，
所述限流电阻R1的一端用来接输入电瓶电压信号IN，另一端同时连接防反接保护二极管D1的正极、滤波电容C1的一端，滤波电容C1的另一端连接GND1，GND1接电瓶负，输入电瓶电压信号IN为电瓶正；所述防反接保护二极管D1的负极连接到稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极同时连接保护电阻R2的一端、光电隔离器O1的输入正极1脚，所述保护电阻R2的另一端同时连接光电隔离器O1的输入负极2脚、恒流二极管V1的正输入端，恒流二极管V1的负输入端连接到电瓶负GND1上；所述光电隔离器O1的输出发射极3脚连接到发电控制系统核心电路的地信号GND2，光电隔离器O1的输出集电极4脚连接到上拉电阻R3的一端，形成输出信号OUT，上拉电阻R3的另一端连接到发电控制系统核心电路的电源信号VCC。
所述光电隔离器O1接入输出端上拉电阻R3的电源VCC可以根据发电控制系统核心电路需要进行选取，便于系统电路的集成，地线GND2和外部电瓶不共地，实现系统电气信号的隔离。
所述车用宽范围电压开关量输入电路的工作过程：
输入电瓶电压信号IN和电瓶正接通时，输入电瓶电压信号IN首先通过限流电阻R1，同时限流电阻R1和滤波电容C1组成一阶滤波电路对输入电压信号进行滤波。经滤波后的信号依次通过防反接保护二极管D1、稳压器Z1，防反接保护二极管D1主要防止输入信号接反后导致系统器件损坏，稳压管Z1使输入电瓶电压信号IN降低一个固定的电压，以此确定输入电瓶电压信号IN的最小值，在输入电瓶电压信号IN较高时起降压保护作用。之后，信号加到光电隔离器O1的输入正极，经光电隔离器O1的输入负极到恒流二极管V1正极，使光电隔离器O1导通，信号传输到光电隔离器O1的输出端；保护电阻R2并联到光电隔离器O1的输入端。在输入电瓶电压信号IN和电瓶正断开时，保证光电隔离器O1不会因外界的干扰出现异常导通；恒流二极管V1串联到整个输入回路中，在输入电压达到一定值后，整个回路的电流保持不变，即使电压上升超出一定的范围，该电流值只发生较小的变化，保证各个器件在宽的输入电压范围内，电流受限、功率较小。光电隔离器O1输出端未接收到信号前，其发射极和集电极截止，输出信号OUT在上拉电阻R3的作用下，保持为高电平，开关量输入无效；光电隔离器O1输出端接收到信号后，发射极和集电极导通，输出信号OUT拉低，保持为低电平，开关量输入有效。
如图2所示，T0到T5表示不同时段输入电瓶电压信号IN、电流信号Ii、开关量信号OUT的关系；其中T0到T1表示输入电瓶电压信号IN从无到有的变化；T1到T5表示输入电瓶电压信号IN发生变化时对应的恒流二极管V1所起的作用和开关输出信号的状态。
具体的：T0到T1时段，输入电瓶电压信号IN为0，电流信号Ii为零，开关量信号OUT为高电平，开关量无效；
T1时刻输入电压信号为电瓶电压下限VL，电流信号Ii为IL，开关量信号OUT为低电平，开关量有效，此时输入电压信号较低，恒流二极管V1电流为IL，没有达到其额定电流，但不影响电路功能实现；T1到T2时段，输入电瓶电压信号IN逐步上升，恒流二极管V1电流逐步上升到其额定电流I，开关量状态保持不变；T2到T3时段，输入电瓶电压信号IN继续上升，恒流二极管V1电流保持到恒流二极管V1的额定电流I不变，开关量状态保持不变；T3到T4时段，输入电瓶电压信号IN、恒流二极管V1电流、开关量状态都保持不变；T4到T5时段，输入电瓶电压信号IN又逐步上升，但恒流二极管V1电流仍保持其额定电流I不变，开关量状态保持不变；T5到T6时段，输入电瓶电压信号IN仍逐步上升，恒流二极管V1电流会有很小的上升，在输入电瓶电压信号IN上升到电瓶电压上限VH时，恒流二极管V1电流上升到IH，开关量状态保持不变。
整个过程可以表明在宽的输入电压信号范围内，在小电压输入时，输入回路的电流没有达到恒流二极管V1额定电流，光电隔离器O1能够可靠导通；在大电压输入时，输入回路的电流上限保证在恒流二极管V1额定电流附近，开关量状态保证有效。
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 (3)
1.一种车用宽范围电压开关量输入电路，其特征在于：包括限流电阻R1、滤波电容C1、稳压管Z1、保护电阻R2、恒流二极管V1、光电隔离器O1、上拉电阻R3，
所述限流电阻R1的一端用来接输入电瓶电压信号IN，另一端同时连接稳压管Z1负极、滤波电容C1的一端，滤波电容C1的另一端连接GND1，GND1为电瓶负，输入电瓶电压信号IN为电瓶正，所述稳压管Z1的正极连接光电隔离器O1的输入正极1脚；所述恒流二极管V1的负输入端连接到GND1上，恒流二极管V1正输入端连接光电隔离器O1的输入负极2脚；所述光电隔离器O1的输入端并联保护电阻R2；
所述光电隔离器O1的输出发射极3脚接地信号GND2，光电隔离器O1的输出集电极4脚连接到上拉电阻R3的一端，形成输出信号OUT，上拉电阻R3的另一端连接电源信号VCC。
2.根据权利要求1所述的车用宽范围电压开关量输入电路，其特征在于：还包括防反接保护二极管D1，所述限流电阻R1与稳压管Z1之间串联防反接保护二极管D1。
3.根据权利要求1所述的车用宽范围电压开关量输入电路，其特征在于：所述上拉电阻R3连接的电源信号VCC可以根据发电控制系统核心电路需要进行选取，地信号GND2和外部电瓶不共地。
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