CN106329956A - 一种车载输入自适应限压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载输入自适应限压保护电路，包括DC‑DC模块及限压模块，限压模块包括电阻R1、电阻R2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8及MOS管Q1，电阻R1一端及Q1的D极连接至供电接口，电阻R1另一端与二极管D3负极、电容C4一端、Q1的G极及电阻R2一端连接，电阻R2另一端连接至二极管D5负极，二极管D5正极与二极管D4负极及电容C5一端连接，电容C5另一端连接至DC‑DC模块，Q1的S极、二极管D4正极、电容C6一端、电容C7一端、电容C8一端、DC‑DC模块及车载终端接于A。本发明可避免后期维护，减少成本。

Description

一种车载输入自适应限压保护电路

技术领域

本发明涉及一种保护电路，尤其涉及一种车载输入自适应限压保护电路。

背景技术

车型种类繁多，常见的有两种车电，一种是12V车电，另一种是24V车电。电子产品对车环境的要求是非常苛刻的：任何连接到12V电源上的电路都必须工作在9V至16V的标称电压范围内；任何连接到24V电源上的电路都必须工作在19V至36V的标称电压范围内。需要迫切应对的问题包括负载突降、冷车发动、电池反向、双电池助推、尖峰信号、噪声和极宽的温度范围，这些情况都会导致电压不在标称电压范围内。在负载突降时，交流发电机的输出电压迅速升高到60V或更高的电压。冷车发动指的是在低温时起动汽车，这会引起电池电压下降至6V或更低。很多牵引车都配备两个串联起来的12V电池，以在寒冷的天气中帮助起动一个电池没电的汽车，这将使电气系统的电压范围提高到了28V，直到汽车起动且牵引车司机断开跨接电缆为止，这对车载终端的耐压性能是极限考验。

应对车电电压不稳定性问题，传统的方式是采用无源保护电路。所述无源保护电路包括连接车载终端的DC-DC模块，DC-DC模块需要采用耐高压的DC-DC模块，即DC-DC模块的耐压要求高。这种无源保护电路可以防止高压尖峰、持续过压和电流过度消耗造成损害。这种无源保护电路是依靠烧断保险丝来防止过流、过压和电池反向造成损害，具体有：电流保护作用很明显，如果负载电流超过1A的时间很长，保险丝就会熔化；二极管和保险丝结合防止电池反向连接造成损害，大电流流经正向偏置的二极管并烧断保险丝。这种无源保护电路是依靠电解电容实现箝位(箝位就是指将信号叠加到某一电平上使之保持相对的恒定)，具体有：电解电容器大约在额定电压的150％时有一个有趣的特性：随着终端电压的提高，这种电容消耗的电流也越来越大，就电解而言，它在输入持续升高时起箝位作用(最终烧断保险丝)。双电池助推时的电压为28V左右，这不会烧断保险丝，因为电解25V的额定值足够高，额外消耗的电流很少。电感器增加了很小的电阻，以限制峰值故障电流以及输入瞬态的转换率，从而在存在尖峰时帮助电解实现箝位。

传统的保护方式存在以下缺点：

1、依靠烧断保险丝来防止过流、过压和电池反向造成损害，保险丝更换频繁，售后成本高；

2、依靠电解电容实现箝位，在这种电容器老化以后，电解质会变干，等效串联电阻(ESR)提高的特性也就消失了，这会损害箝位效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种车载输入自适应限压保护电路，在高输入电源和低输入电源的情况下，车载都能正常工作，可应用于车载终端的电源输入端；适应各种车型在各种复杂车况下都能正常工作，并提高车载终端的抗干扰性能。

本发明是这样实现的：

一种车载输入自适应限压保护电路，包括DC-DC模块，还包括限压模块，所述限压模块包括电阻R1、电阻R2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8及MOS管Q1，所述电阻R1的一端及所述MOS管Q1的D极均连接至车载终端的供电接口，所述电阻R1的另一端分别与所述二极管D3的负极、所述电容C4的一端、所述MOS管Q1的G极及所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接至所述二极管D5的负极，所述二极管D5的正极分别与所述二极管D4的负极及所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端连接至DC-DC模块，所述MOS管Q1的S极、所述二极管D4的正极、所述电容C6的一端、所述电容C7的一端、所述电容C8的一端、所述DC-DC模块及所述车载终端均连接于节点A，所述二极管D3的正极、所述电容C4的另一端、所述电容C6的另一端、所述电容C7的另一端及所述电容C8的另一端均接地。

进一步地，所述DC-DC模块包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、二极管D6、电感L1及芯片U1，所述芯片U1的型号为TPS54360，所述芯片U1的第三引脚分别与所述电阻R3的一端及所述电阻R4的一端连接，所述芯片U1的第二引脚及所述电阻R3的另一端连接至所述限压模块，所述芯片U1的第四引脚与所述电阻R5的一端连接，所述芯片U1的第一引脚通过所述电容C9连接至所述电阻R6的一端，所述芯片U1的第六引脚分别与所述电容C10的一端及所述电容C11的一端连接，所述电容C10的另一端与所述电阻R7的一端连接，所述芯片U1的第八引脚分别与所述电阻R6的另一端、所述限压模块、所述电感L1的一端及所述二极管D6的负极连接，所述芯片U1的第五引脚分别与所述电阻R9的一端及所述电阻R10的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述电阻R8的一端连接，所述电感L1的另一端、所述电阻R8的另一端、所述电容C12的一端、所述电容C13的一端、所述电容C14的一端及所述车载终端均连接于节点B，所述电阻R4的另一端、所述电阻R5的另一端、所述芯片U1的第七引脚、所述芯片U1的第九引脚、所述电阻R7的另一端、所述电容C11的另一端、所述二极管D6的正极、所述电阻R10的另一端、所述电容C12的另一端、所述电容C13的另一端及所述电容C14的另一端均接地。

进一步地，还包括防干扰模块，所述防干扰模块包括电容C1、电容C2、电容C3及共模电感T1，所述共模电感T1的第三引脚分别与所述车载终端的供电接口、所述电容C1的正极及所述电容C2的一端连接，所述共模电感T1的第四引脚分别与所述电容C3的一端及所述限压模块连接，所述电容C1的负极、所述电容C2的另一端、所述共模电感T1的第二引脚、所述共模电感T1的第一引脚及所述电容C3的另一端均接地。

进一步地，还包括整流模块，所述整流模块包括二极管D1及二极管D2，所述二极管D1的正极及所述二极管D2的正极均连接至所述车载终端的供电接口，所述二极管D1的负极及所述二极管D2的负极均连接至所述防干扰模块。

进一步地，所述二极管D3为稳压二极管。

本发明的优点在于：通过本发明设计的车载输入自适应限压保护电路将车载输入电源稳压至32V，满足车载终端的宽电压工作范围；使车载终端适应车负载突降、冷车发动、电池反向、双电池助推、尖峰信号、噪声和极宽的温度范围；通过本发明设计的电路可避免后期维护，避免更换保险丝、电解、DC-DC模块，减少售后成本；还可减少对DC-DC模块的耐压要求，只需采用耐压为35V的DC-DC模块，减少成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种车载输入自适应限压保护电路的整体结构框图。

图2为本发明一种车载输入自适应限压保护电路的具体电路连接示意图。

图中标号说明：

1-整流模块、2-防干扰模块、3-限压模块、4-DC-DC模块、5-车载终端、51-供电接口。

具体实施方式

下面结构具体实施例对本发明作出进一步地详细说明，但本发明的结构并不仅限于以下实施例。

请参阅图1所示，本发明的一种车载输入自适应限压保护电路，包括整流模块1、防干扰模块2、限压模块3及DC-DC模块4，所述整流模块1、所述防干扰模块2、所述限压模块3及所述DC-DC模块4依次连接，所述整流模块1还连接至车载终端5的供电接口51，所述限压模块3及所述DC-DC模块4还连接至所述车载终端5。

如图2所示，所述整流模块1包括二极管D1及二极管D2，所述防干扰模块2包括电容C1、电容C2、电容C3及共模电感T1，所述限压模块3包括电阻R1、电阻R2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8及MOS管Q1，所述DC-DC模块4包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、二极管D6、电感L1及芯片U1，所述芯片U1的型号为TPS54360；所述二极管D3为稳压二极管；

所述二极管D1的正极及所述二极管D2的正极均连接至所述车载终端5的供电接口51(VCC_CAR_IN)，所述共模电感T1的第三引脚分别与所述二极管D1的负极、所述二极管D2的负极、所述电容C1的正极及所述电容C2的一端连接，所述共模电感T1的第四引脚分别与所述电容C3的一端、所述电阻R1的一端及所述MOS管Q1的D极连接，所述电容C1的负极、所述电容C2的另一端、所述共模电感T1的第二引脚、所述共模电感T1的第一引脚及所述电容C3的另一端均接地；

所述电阻R1的另一端分别与所述二极管D3的负极、所述电容C4的一端、所述MOS管Q1的G极及所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接至所述二极管D5的负极，所述二极管D5的正极分别与所述二极管D4的负极及所述电容C5的一端连接，所述MOS管Q1的S极、所述二极管D4的正极、所述电容C6的一端、所述电容C7的一端、所述电容C8的一端、所述芯片U1的第二引脚及所述电阻R3的一端及所述车载终端5的接口(VCC_CAR)均连接于节点A，所述二极管D3的正极、所述电容C4的另一端、所述电容C6的另一端、所述电容C7的另一端及所述电容C8的另一端均接地；

所述芯片U1的第三引脚分别与所述电阻R3的另一端及所述电阻R4的一端连接，所述芯片U1的第四引脚与所述电阻R5的一端连接，所述芯片U1的第一引脚通过所述电容C9连接至所述电阻R6的一端，所述芯片U1的第六引脚分别与所述电容C10的一端及所述电容C11的一端连接，所述电容C10的另一端与所述电阻R7的一端连接，所述芯片U1的第八引脚分别与所述电阻R6的另一端、所述电容C5的另一端、所述电感L1的一端及所述二极管D6的负极连接，所述芯片U1的第五引脚分别与所述电阻R9的一端及所述电阻R10的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述电阻R8的一端连接，所述电感L1的另一端、所述电阻R8的另一端、所述电容C12的一端、所述电容C13的一端、所述电容C14的一端及所述车载终端5的接口(VCC_5V)均连接于节点B，所述电阻R4的另一端、所述电阻R5的另一端、所述芯片U1的第七引脚、所述芯片U1的第九引脚、所述电阻R7的另一端、所述电容C11的另一端、所述二极管D6的正极、所述电阻R10的另一端、所述电容C12的另一端、所述电容C13的另一端及所述电容C14的另一端均接地。

本发明的工作原理如下：

1)汽车输入电源经由所述二极管D1的正极及所述二极管D2进行整流，既能减少输入压降，又能防止输入反接；

2)汽车输入电源经由所述电容C1、所述电容C2及所述电容C3进行滤波，滤除外部的骚扰电压，并由所述共模电感T1来抑制输入干扰；

3)汽车输入电源经由所述限压模块3输入给所述DC-DC模块4，输出车载终端所需电压。

所述MOS管Q1的型号为FDB14N30，所述芯片U1的型号为TPS54360，所述芯片U1的第八引脚输出的PWM信号，频率为500KHZ，连接至所述电容C5，通过所述电容C5电容耦合叠加至所述二极管D4的直流电压上，所叠加的电压经所述二极管D5通直流电压，经由所述电阻R2连至所述MOS管Q1的G极，通过所述二极管D3(稳压二极管)稳压36V，扣除所述MOS管Q1的压降，保证输出稳压至32V，电压低于32V的就正常输出，不进行限压。

本发明的优点如下：

通过本发明设计的车载输入自适应限压保护电路将车载输入电源稳压至32V，满足车载终端的宽电压工作范围；使车载终端适应车负载突降、冷车发动、电池反向、双电池助推、尖峰信号、噪声和极宽的温度范围；通过本发明设计的电路可避免后期维护，避免更换保险丝、电解、DC-DC模块，减少售后成本；还可减少对DC-DC模块的耐压要求，只需采用耐压为35V的DC-DC模块，减少成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种车载输入自适应限压保护电路，包括DC-DC模块，其特征在于：还包括限压模块，所述限压模块包括电阻R1、电阻R2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8及MOS管Q1，所述电阻R1的一端及所述MOS管Q1的D极均连接至车载终端的供电接口，所述电阻R1的另一端分别与所述二极管D3的负极、所述电容C4的一端、所述MOS管Q1的G极及所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端连接至所述二极管D5的负极，所述二极管D5的正极分别与所述二极管D4的负极及所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端连接至DC-DC模块，所述MOS管Q1的S极、所述二极管D4的正极、所述电容C6的一端、所述电容C7的一端、所述电容C8的一端、所述DC-DC模块及所述车载终端均连接于节点A，所述二极管D3的正极、所述电容C4的另一端、所述电容C6的另一端、所述电容C7的另一端及所述电容C8的另一端均接地。

2.如权利要求1所述的一种车载输入自适应限压保护电路，其特征在于：所述DC-DC模块包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、二极管D6、电感L1及芯片U1，所述芯片U1的型号为TPS54360，所述芯片U1的第三引脚分别与所述电阻R3的一端及所述电阻R4的一端连接，所述芯片U1的第二引脚及所述电阻R3的另一端连接至所述限压模块，所述芯片U1的第四引脚与所述电阻R5的一端连接，所述芯片U1的第一引脚通过所述电容C9连接至所述电阻R6的一端，所述芯片U1的第六引脚分别与所述电容C10的一端及所述电容C11的一端连接，所述电容C10的另一端与所述电阻R7的一端连接，所述芯片U1的第八引脚分别与所述电阻R6的另一端、所述限压模块、所述电感L1的一端及所述二极管D6的负极连接，所述芯片U1的第五引脚分别与所述电阻R9的一端及所述电阻R10的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述电阻R8的一端连接，所述电感L1的另一端、所述电阻R8的另一端、所述电容C12的一端、所述电容C13的一端、所述电容C14的一端及所述车载终端均连接于节点B，所述电阻R4的另一端、所述电阻R5的另一端、所述芯片U1的第七引脚、所述芯片U1的第九引脚、所述电阻R7的另一端、所述电容C11的另一端、所述二极管D6的正极、所述电阻R10的另一端、所述电容C12的另一端、所述电容C13的另一端及所述电容C14的另一端均接地。

3.如权利要求1所述的一种车载输入自适应限压保护电路，其特征在于：还包括防干扰模块，所述防干扰模块包括电容C1、电容C2、电容C3及共模电感T1，所述共模电感T1的第三引脚分别与所述车载终端的供电接口、所述电容C1的正极及所述电容C2的一端连接，所述共模电感T1的第四引脚分别与所述电容C3的一端及所述限压模块连接，所述电容C1的负极、所述电容C2的另一端、所述共模电感T1的第二引脚、所述共模电感T1的第一引脚及所述电容C3的另一端均接地。

4.如权利要求3所述的一种车载输入自适应限压保护电路，其特征在于：还包括整流模块，所述整流模块包括二极管D1及二极管D2，所述二极管D1的正极及所述二极管D2的正极均连接至所述车载终端的供电接口，所述二极管D1的负极及所述二极管D2的负极均连接至所述防干扰模块。

5.如权利要求1所述的一种车载输入自适应限压保护电路，其特征在于：所述二极管D3为稳压二极管。