CN105984400A - 一种车载电源开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载电源开关装置，包括车载电源、变压模块、MCU处理器、电压采样模块、延时模块、第一开关模块和第二开关模块；车载电源的输出通过电压采样模块接至MCU处理器的电压采样输入端，并通过变压模块接至MCU处理器的电源输入端；车载电源的输出还依次通过延时模块和第二开关模块连接至变压模块的使能端，MCU处理器的控制信号输出端通过第一开关模块接至延时模块，MCU处理器判断车载电源是否欠压，并在欠压时依次通过第一开关模块、延时模块和第二开关模块关闭变压模块。本发明通过一连接有延时模块的MCU处理器控制变压模块通断，系统稳定性强，且简单实用。

Description

一种车载电源开关装置

技术领域

本发明涉及一种车载电源开关装置，特别是涉及一种可进行欠压保护且非独立供电的车载电源开关装置。

背景技术

部分车载电子设备(如车载GPS设备等)需要保持常供电状态，通常使用车载电源(即车载电瓶的电源)通过一变压模块变换为车载电子设备可用电压后供电。当汽车保持行驶状态时，车载电源可由发动机充电，而当汽车停止时，车载电源无法得到电力补充，当车载电源进入欠压状态时，若车载电子设备未及时切换或关断电源，而是持续从车载电源中获取电源，可能会造成汽车电瓶电量的过放，进而导致汽车无法启动等严重后果。

为此，现有技术出现了如下几种能够对车载电源进行欠压保护的方案：方案一，通过迟滞比较器，其优点是纯硬件实现，但如果采用运放来实现，则需要另外供电，且比较复杂，如果由三极管来实现，则器件的温度漂移不好控制，且电压是固定的；方案二，采用电阻网络分压方案，然而这种方案只能配置关断电压，没有迟滞保护；方案三，采用MCU控制，然而该方案系统较为复杂，且对MCU的可靠性和逻辑判断要求较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种可进行欠压保护且电路结构较为简单、并具有迟滞保护的车载电源开关装置，该装置连接于车载电源与车载电子设备之间，通过一连接有延时模块的MCU处理器控制变压模块通断，系统稳定性强，且简单实用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种车载电源开关装置，包括车载电源和变压模块，变压模块具有用于控制其开启与否的使能端，还包括：

MCU处理器，用来判断车载电源是否欠压，并产生控制信号；

电压采样模块，用来采集车载电源的电压；

延时模块，用来将信号延时输出；

第一开关模块，用来根据MCU输出的控制信号结合延时模块控制变压模块的上电逻辑；

第二开关模块，用来根据延时模块输出的信号控制变压模块开启与否；

其中，车载电源的输出通过电压采样模块接至MCU处理器的电压采样输入端；车载电源的输出还依次通过延时模块和第二开关模块连接至变压模块的使能端，MCU处理器的控制信号输出端通过第一开关模块接至延时模块，MCU处理器判断车载电源是否欠压，并在欠压时依次通过第一开关模块、延时模块和第二开关模块关闭变压模块。

优选的，还包括ACC控制模块，用来在汽车钥匙的开关信号有效时强制开启所述变压模块，该ACC控制模块的输出接至所述第二开关模块的输入；还包括第二二极管，所述延时模块的输出通过该第二二极管接至所述第二开关模块输入。

优选的，所述ACC控制模块包括高电平有效模块和/或低电平有效模块；高电平有效模块包括第一ACC信号端口、第二三极管、第二电容、第三电容、第五电阻、第七电阻和第十电阻，第二三极管的基极通过第七电阻与第一ACC信号端口相连接，并通过第十电阻接地，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极通过第五电阻与第一ACC信号端口相连接，并接至所述第二开关模块的输入；第二电容与第十电阻并联连接，第三电容的一端接第二三极管的集电极，另一端接地；低电平有效模块包括第二ACC信号端口和第一二极管，第一二极管的负极与第二ACC信号端口相连接，正极接至所述第二开关模块的输入。

优选的，所述电压采样模块包括第一电阻和第三电阻，第一电阻的一端与所述车载电源的输出相连接，另一端通过第三电阻接地，第一电阻另一端还与所述MCU处理器的电压采样输入端相连接。

优选的，所述延时模块包括第二电阻和第一电容，第二电阻的一端与所述车载电源的输出相连接，另一端与第一电容的一端相连接，第一电容的另一端接地；所述第一开关模块的输出和所述第二开关模块的输入分别接至第二电阻的另一端。

优选的，所述第一开关模块包括包括第一三极管、第六电阻和第九电阻，所述MCU处理器的控制信号输出端通过第六电阻与第一三极管的基极相连接，第一三级管的基极通过第九电阻接地，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极接至所述第二电阻的另一端。

优选的，所述第二开关模块包括第三三极管、第四电阻、第八电阻、第十一电阻和第十二电阻，所述第三三极管的基极通过第八电阻与所述第二电阻的另一端相连接，第三三极管通过第十一电阻接地，第三三极管的发射极接地，第三三级管的集电极与第四电阻一端相连，第四电阻的另一端接至所述变压模块的使能端，该第四电阻的另一端还通过第十二电阻接至车载电源。

优选的，所述车载电源的输出还通过变压模块接至MCU处理器的电源输入端，和/或，所述MCU处理器的电源输入端与一备用电池相连接。

优选的，所述变压模块为DC-DC电压变换电路。

优选的，所述MCU模块还与车载GSM模块相连接，用于远程设置所述MCU模块的关断电压。

本发明的有益效果是：

1、车载电源的输出通过电压采样模块接至MCU处理器的电压采样输入端，并通过变压模块接至MCU处理器的电源输入端；车载电源的输出还依次通过延时模块和第二开关模块连接至变压模块的使能端，MCU处理器的控制信号输出端通过第一开关模块接至延时模块，MCU处理器判断车载电源是否欠压，并在欠压时依次通过第一开关模块、延时模块和第二开关模块关闭变压模块，与现有技术相比，本发明不仅结构更为简单，易于控制，且MCU处理器与变压模块之间设有延时模块，能够实现迟滞保护，使系统不会因为电压波动或系统扰动而干扰车载电源的供电，更为稳定可靠。

2、本发明进一步包括ACC控制模块，用来在汽车钥匙的开关信号有效时强制开启所述变压模块，该ACC控制模块的输出接至所述第二开关模块的输入；当使用汽车钥匙发动汽车后，车载电源可以从汽车发动机得到电源补充，即不再需要进行欠压监控与控制，变压模块强制开启，车载电源可直接向MCU处理器及车载电子设备供电。使开关装置的上电控制更为智能，稳定性强。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种车载电源开关装置不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的电路连接示意图；

图2是本发明的逻辑框图；

图3是本发明的电路时序图。

具体实施方式

实施例

请参见图1所示，本发明的一种车载电源开关装置，包括车载电源VCAR_IN和变压模块6，变压模块6具有用于控制其开启与否的使能端EN，还包括：

MCU处理器1，用来判断车载电源VCAR_IN是否欠压，并产生控制信号；

电压采样模块2，用来采集车载电源VCAR_IN的电压；

延时模块3，用来将信号延时输出；

第一开关模块4，用来根据MCU输出的控制信号结合延时模块3控制变压模块6的上电逻辑；

第二开关模块5，用来根据延时模块3输出的信号控制变压模块6开启与否；

其中，车载电源VCAR_IN的输出通过电压采样模块2接至MCU处理器1的电压采样输入端VCAR_AD，并通过变压模块6接至MCU处理器1的电源输入端MCU_VCC；车载电源VCAR_IN的输出还依次通过延时模块3和第二开关模块5连接至变压模块6的使能端EN，MCU处理器1的控制信号输出端MCU_CON通过第一开关模块4接至延时模块3，MCU处理器1判断车载电源VCAR_IN是否欠压，并在欠压时依次通过第一开关模块4、延时模块3和第二开关模块5关闭变压模块6。

更进一步的，还包括ACC控制模块7，用来在汽车钥匙的开关信号有效时强制开启所述变压模块6，该ACC控制模块7的输出接至所述第二开关模块5的输入；还包括第二二极管D2，所述延时模块3的输出通过该第二二极管D2接至所述第二开关模块5输入。通过该第二二极管D2，可以保证第一ACC信号端口ACC有效时，变压模块6强制有效，避免MCU处理器1的控制信号输出端MCU_CON为高电平时，第一ACC信号端口ACC通过第二二极管D2直接接地。

更进一步的，所述ACC控制模块7包括高电平有效模块和低电平有效模块(也可以只包括高电平有效模块或低电平有效模块)；高电平有效模块包括第一ACC信号端口ACC、第二三极管Q2、第二电容C2、第三电容C3、第五电阻R5、第七电阻R7和第十电阻R10，第二三极管Q2的基极通过第七电阻R7与第一ACC信号端口ACC相连接，并通过第十电阻R10接地，第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q2的集电极通过第五电阻R5与第一ACC信号端口ACC相连接，并接至所述第二开关模块5的输入；第二电容C2与第十电阻R10并联连接，第三电容C3的一端接第二三极管Q2的集电极，另一端接地；低电平有效模块包括第二ACC信号端口ACC_LOW和第一二极管D1，第一二极管D1的负极与第二ACC信号端口ACC_LOW相连接，正极接至所述第二开关模块5的输入。

所述第一ACC信号端口ACC或第二ACC信号端口ACC_LOW输入信号后，将使第三三极管Q3强制截止，变压模块6的使能端EN强制置为高电平，车载电源VCAR_IN通过变压模块6对MCU处理器1及车载电子设备供电。

更进一步的，所述电压采样模块2包括第一电阻R1和第三电阻R3，第一电阻R1的一端与所述车载电源VCAR_IN的输出相连接，另一端通过第三电阻R3接地，第一电阻R1另一端还与所述MCU处理器1的电压采样输入端VCAR_AD相连接。

更进一步的，所述延时模块3包括第二电阻R2和第一电容C1，第二电阻R2的一端与所述车载电源VCAR_IN的输出相连接，另一端与第一电容C1的一端相连接，第一电容C1的另一端接地；所述第一开关模块4的输出和所述第二开关模块5的输入分别接至第二电阻R2的另一端。

所述第二电阻R2与第一电容C1构成一RC延时电路，第二电阻R2与第一电容C1的串接点为延时连接点DEL，延时连接点DEL即为所述延时模块3的输入或输出的连接点；当所述延时连接点DEL的电位上升时，车载电源VCAR_IN通过第二电阻R2对第一电容C1进行充电，使延时连接点DEL的电位上升速度延缓，充电的速度与时间分别由第二电阻R2的阻值大小以及第一电容C1的电容大小所决定；当所述延时连接点DEL的电位下降时，第一电容C1通过第一三极管Q1进行快速放电，以使本发明可在欠压状态恢复时，可快速上电响应。

可通过在第一三极管Q1的集电极串接电阻的方式，实现延时连接点DEL的放电延时。

更进一步的，所述第一开关模块4包括包括第一三极管Q1、第六电阻R6和第九电阻R9，所述MCU处理器1的控制信号输出端MCU_CON通过第六电阻R6与第一三极管Q1的基极相连接，第一三级管的基极通过第九电阻R9接地，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极接至所述第二电阻R2的另一端。

更进一步的，所述第二开关模块5包括第三三极管Q3、第四电阻R4、第八电阻R8、第十一电阻R11和第十二电阻R12，所述第三三极管Q3的基极通过第八电阻R8与所述第二电阻R2的另一端相连接，第三三极管Q3通过第十一电阻R11接地，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极与第四电阻R4一端相连，第四电阻R4的另一端接至所述变压模块6的使能端EN，该第四电阻R4的另一端还通过第十二电阻R12接至车载电源VCAR_IN。

更进一步的，所述车载电源VCAR_IN的输出还通过变压模块6接至MCU处理器1的电源输入端，此外，所述MCU处理器1的电源输入端还与一备用电池相连接。如此，MCU处理器1第一次上电时可以通过变压模块6进行供电(该MCU处理器1所需的电压较低，因此，即便车载电源处于欠压状态，其仍能对MCU处理器1进行供电)，确保在备用电池没电的情况下，MCU处理器1没法上电。

更进一步的，所述变压模块6为DC-DC电压变换电路。

所述MCU处理器1采用型号为PIC16F1847的芯片，其还与车载GSM模块相连接，如此，实现控制中心可以通过车载GSM模块远程设置MCU处理器1的关断电压(即车载电源进入欠压状态的临界点电压值)。

以下分为三个工作过程，结合本发明的图2、图3说明本发明的工作过程：

1、首次上电或由关断状态开启：

t0时刻，车载电源VCAR_IN的输出连入系统，第一电容C1开始充电，延时连接点DEL由低电平缓慢上升，第三三极管Q3保持截止，变压模块6的使能端EN保持高电平，变压模块6开启，车载电源VCAR_IN通过变压模块6对MCU处理器1及车载电子器件供电；

MCU处理器1经过一定的初始化时间后，MCU处理器1的控制信号输出端MCU_CON于t11时刻输出一个高电平，第一三极管Q1导通，将延时连接点DEL拉低，使其再次置为低电平，将第一电容C1的电放电，避免延时时间到的时候变压模块6被关掉；第三三极管Q3保持截止，变压模块6的使能端EN保持高电平，使变压模块6保持开启状态；

在初始化时间结束后，MCU处理器1于t12时刻由电压采样输入端VCAR_AD获得一个车载电源VCAR_IN的采样电压并进行比较，若电源电压未欠压，则控制信号输出端MCU_CON保持输出高电平控制信号，各模块的工作状态保持不变，若判断电源电压欠压，则控制信号输出端MCU_CON由输出高电平控制信号转换为输出低电平控制信号，使第一三极管Q1截止，因而，延时连接点DEL由低电平缓慢上升；

t13时刻，延时连接点DEL的电位达到开启电压V_g，第三三极管Q3导通，变压模块6的使能端EN由高电平转换为低电平，变压模块6关断，车载电源VCAR_IN停止对MCU处理器1及车载电子设备供电，开启电压V_g的计算公式如下：

$V_g=\frac{V_b(R11+R8)}{R11}+V_F$

其中V_b为第三三极管Q3的导通电压，V_F为第二二极管D2的正向压降；

2、车载电源VCAR_IN由欠压状态恢复至正常工作电压：

MCU处理器1的电压采样输入端VCAR_AD于t21时刻检测判断车载电源VCAR_IN由欠压电压恢复至正常工作电压，即控制信号输出端MCU_CON由低电平信号转变为高电平信号，第一三极管Q1导通，第一电容C1通过第一三极管Q1快速放电，延时连接点DEL电位由高电平置为低电平，第三三极管Q3截止，变压模块6开启；

3、车载电源VCAR_IN由正常工作电压下降至欠压电压：

MCU处理器1的电压采样输入端VCAR_AD于t31时刻检测判断车载电源VCAR_IN由正常工作电压下降至欠压电压，即控制信号输出端MCU_CON由高电平信号转变为低电平信号，第一三极管Q1截止，第一电容C1开始充电，延时连接点DEL电位由低电平缓慢上升，当延时连接点DEL的电位尚未达到开启电压V_g时，第三三级管保持截止，变压模块6保持开启状态；

当延时连接点DEL的电位于t32时刻超过开启电压V_g时，第三三极管Q3导通，变压模块6的使能端EN置为低电平，变压模块6关断，车载电源VCAR_IN停止对MCU处理器1及车载电子器件供电。

当ACC控制模块7的第一ACC信号端口ACC有效时，车载电源得到充电，第二三极管Q2导通，第三三极管Q3截止，变压模块6的使能端EN置为高电平，使变压模块6被强制开启。或者，当第二ACC信号端口ACC_LOW有效时，车载电源得到充电，第三三极管Q3截止，变压模块6的使能端EN置为高电平，使变压模块6被强制开启。此时，车载电源能够为车载电子器件进行供电。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种车载电源开关装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车载电源开关装置，包括车载电源和变压模块，变压模块具有用于控制其开启与否的使能端，其特征在于：还包括：

MCU处理器，用来判断车载电源是否欠压，并产生控制信号；

电压采样模块，用来采集车载电源的电压；

延时模块，用来将信号延时输出；

第一开关模块，用来根据MCU输出的控制信号结合延时模块控制变压模块的上电逻辑；

第二开关模块，用来根据延时模块输出的信号控制变压模块开启与否；

其中，车载电源的输出通过电压采样模块接至MCU处理器的电压采样输入端；车载电源的输出还依次通过延时模块和第二开关模块连接至变压模块的使能端，MCU处理器的控制信号输出端通过第一开关模块接至延时模块，MCU处理器判断车载电源是否欠压，并在欠压时依次通过第一开关模块、延时模块和第二开关模块关闭变压模块。

2.根据权利要求1所述的一种车载电源开关装置，其特征在于：还包括ACC控制模块，用来在汽车钥匙的开关信号有效时强制开启所述变压模块，该ACC控制模块的输出接至所述第二开关模块的输入；还包括第二二极管，所述延时模块的输出通过该第二二极管接至所述第二开关模块输入。

3.根据权利要求2所述的一种车载电源开关装置，其特征在于：所述ACC控制模块包括高电平有效模块和/或低电平有效模块；高电平有效模块包括第一ACC信号端口、第二三极管、第二电容、第三电容、第五电阻、第七电阻和第十电阻，第二三极管的基极通过第七电阻与第一ACC信号端口相连接，并通过第十电阻接地，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极通过第五电阻与第一ACC信号端口相连接，并接至所述第二开关模块的输入；第二电容与第十电阻并联连接，第三电容的一端接第二三极管的集电极，另一端接地；低电平有效模块包括第二ACC信号端口和第一二极管，第一二极管的负极与第二ACC信号端口相连接，正极接至所述第二开关模块的输入。

4.根据权利要求1所述的一种车载电源开关装置，其特征在于：所述电压采样模块包括第一电阻和第三电阻，第一电阻的一端与所述车载电源的输出相连接，另一端通过第三电阻接地，第一电阻另一端还与所述MCU处理器的电压采样输入端相连接。

5.根据权利要求1所述的一种车载电源保护装置，其特征在于：所述延时模块包括第二电阻和第一电容，第二电阻的一端与所述车载电源的输出相连接，另一端与第一电容的一端相连接，第一电容的另一端接地；所述第一开关模块的输出和所述第二开关模块的输入分别接至第二电阻的另一端。

6.根据权利要求5所述的一种车载电源开关装置，其特征在于：所述第一开关模块包括包括第一三极管、第六电阻和第九电阻，所述MCU处理器的控制信号输出端通过第六电阻与第一三极管的基极相连接，第一三级管的基极通过第九电阻接地，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极接至所述第二电阻的另一端。

7.根据权利要求5所述的一种车载电源开关装置，其特征在于：所述第二开关模块包括第三三极管、第四电阻、第八电阻、第十一电阻和第十二电阻，所述第三三极管的基极通过第八电阻与所述第二电阻的另一端相连接，第三三极管通过第十一电阻接地，第三三极管的发射极接地，第三三级管的集电极与第四电阻一端相连，第四电阻的另一端接至所述变压模块的使能端，该第四电阻的另一端还通过第十二电阻接至车载电源。

8.根据权利要求1所述的一种车载电源开关装置，其特征在于：所述车载电源的输出还通过变压模块接至MCU处理器的电源输入端，和/或，所述MCU处理器的电源输入端与一备用电池相连接。

9.根据权利要求1所述的一种车载电源开关装置，其特征在于：所述变压模块为DC-DC电压变换电路。

10.根据权利要求1所述的一种车载电源开关装置，其特征在于：所述MCU模块还与车载GSM模块相连接，用于远程设置所述MCU模块的关断电压。