CN106410959A - 车载启停稳压器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种车载启停稳压器电路，包括：主旁路电路和冗余旁路电路，主旁路电路和冗余旁路电路并联在输入端和输出端之间，所述冗余旁路电路包括：MCU控制单元、PWM芯片、升压稳压电路和抗噪声回路。MCU控制单元连接到检测管脚，MCU控制单元根据检测管脚的电平发出升压信号至PWM芯片启动升压过程，升压稳压电路进行升压；升压过程结束PWM芯片切换升压稳压电路为旁路模式，抗噪声回路连接到PWM芯片。本发明的车载启停稳压器电路提供冗余旁路电路，能满足针对汽车启动时电池电压波动的稳压需求，也能满足由给负载电路长期供电的功能，不会导致电子元器件损坏而影响车辆行驶，该车载启停稳压器电路易于实现，可靠性高且成本低。

Description

车载启停稳压器电路
技术领域
本发明涉及车载零部件技术领域，更具体地说，涉及车载电子器件技术领域。
背景技术
车载电子器件由车载的电池进行供电，车载电池的标准输出电压是12V。但在车辆启动时，由于存在发动机点火启动等情况，车载电池的输出电压并不是稳定地恒定在12V上，而是存在先出现短暂的电压骤降，然后再恢复到12V的过程。为了使得车载电子器件不受到电压骤变造成的损伤，在车载电子线路中会配备启停稳压器。启停稳压器中的升压电路(Boost电路)主要采用肖特基二极管整流方式，当电池电压下降到6V时，如果负载功率过大(超过200W)，电池端的冲击电流将达到38A以上，此时肖特基元件整流的最大承受电流30A可以勉强支撑5S的稳压输出，之后输出模式切换到旁路管(Bypass-Mosfet)模式供电。但在一些情况下旁路管(Bypass-Mosfet)模式可能会失效，即旁路管(Bypass-Mosfet)会处于开路状态。如果Bypass-Mosfet处于失效状态，则供电回路继续升压电路供电，负载电流会继续流经肖特基元件再供负载端使用。当长时间大功率电流经过肖特基元件后，由于肖特基元件的压降大，功率损耗大，发热量大，故易导致肖特基元件击穿开路，此时负载端无电压供电，车辆负载设备将不能工作。如果启停稳压器在车辆上供电于ECU等车辆控制模块，出现上述状况后，ECU无法供电会导致车辆不能行驶，影响用户的使用，还可能导致车辆出现安全隐患，严重时在高速行驶会影响人身安全。
发明内容
根据本发明的一实施例，提出一种车载启停稳压器电路，包括：主旁路电路和冗余旁路电路，主旁路电路和冗余旁路电路并联在输入端和输出端之间，所述冗余旁路电路包括：MCU控制单元、PWM芯片、升压稳压电路和抗噪声回路。MCU控制单元连接到检测管脚，MCU控制单元根据检测管脚的电平发出升压信号至PWM芯片启动升压过程，升压稳压电路进行升压；升压过程结束PWM芯片切换升压稳压电路为旁路模式，抗噪声回路连接到PWM芯片。
在一个实施例中，升压稳压电路包括：采样电路、升压电路和旁路电路。采样电路包括采样电阻。升压电路包括升压电感和第四开关管。旁路电路包括第三开关管。采样电阻、升压电感和第三开关管串接在输入端和输出端之间。
在一个实施例中，PWM芯片发出信号将第三开关管导通，实现冗余旁路。
在一个实施例中，采样电路还包括由电阻和电容组成的滤波隔离元件。
在一个实施例中，升压电路还包括电阻，升压电路还进行斩波。
在一个实施例中，旁路电路还包括电阻，旁路电路还进行整流。
在一个实施例中，PWM芯片是电流型PWM芯片，型号为LM5122。
在一个实施例中，抗噪声回路连接在PWM芯片的不同管脚之间。
在一个实施例中，抗噪声回路包括：抗噪声二极管、抗噪声电容和软起动电容。
在一个实施例中，主旁路电路包括主开关管，主开关管是40V/120A的低内阻P-MOSFET管。
本发明的车载启停稳压器电路提供冗余旁路电路，能在主旁路电路出现开路状态时提供冗余旁路，即能满足针对汽车启动时电池电压波动的稳压需求，也能满足由给负载电路长期供电的功能，不会导致电子元器件损坏而影响车辆行驶，该车载启停稳压器电路易于实现，可靠性高且成本低。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的车载启停稳压器电路的电路框图。
图2揭示了根据本发明的一实施例的车载启停稳压器电路的电路结构图。
图3揭示了根据本发明的一实施例的车载启停稳压器电路中抗噪声电路的等效电路图。
图4揭示了根据本发明的一实施例的车载启停稳压器电路的仿真波形图。
具体实施方式
参考图1所示，图1揭示了根据本发明的一实施例的车载启停稳压器电路的电路框图。该车载启停稳压器电路，包括：主旁路电路100和冗余旁路电路200，主旁路电路100和冗余旁路电路200并联在输入端IN和输出端OUT之间。冗余旁路电路包括：MCU控制单元202、PWM芯片204、升压稳压电路206和抗噪声回路208。MCU控制单元202连接到检测管脚，MCU控制单元202根据检测管脚的电平发出升压信号至PWM芯片204启动升压过程，升压稳压电路206进行升压。升压过程结束PWM芯片204切换升压稳压电路206为旁路模式，抗噪声回路208连接到PWM芯片204。
在一个实施例中，升压稳压电路包括：采样电路、升压电路和旁路电路。采样电路包括采样电阻，还包括由电阻和电容组成的滤波隔离元件。升压电路包括升压电感和第四开关管，还包括电阻。升压电路中的升压电感实现升压的功能，升压电路整体还实现斩波功能。旁路电路包括第三开关管，旁路电路还包括电阻。PWM芯片发出信号将第三开关管导通，实现冗余旁路。旁路电路还实现整流功能。采样电阻、升压电感和第三开关管串接在输入端和输出端之间，当第三开关管导通时，输入端和输出端连通实现旁路功能。抗噪声回路连接在PWM芯片的不同管脚之间。抗噪声回路包括：抗噪声二极管、抗噪声电容和软起动电容。
参考图2所示，图2揭示了根据本发明的一实施例的车载启停稳压器电路的电路结构图。图2所示的电路图是图1所示的电路框图的一种具体实现。
在图2所示的实施例中，该车载启停稳压器电路的输入端为输入管脚KL30，输出端为输出管脚KL30_S。主旁路电路包括主开关管Q2，主开关管Q2连接在输入端和输出端之间。在一个实施例中，主开关管Q2是一个40V/120A的低内阻P-MOSFET管，由输入端直接导通到输出端，由于MOSFET管的内阻较低所以经过主旁路电路的损耗可忽略。
继续参考图2所示，在输入端和输出端之间还连接有冗余旁路电路，冗余旁路电路与主旁路电路并联。冗余旁路电路包括：MCU控制单元MCU、PWM芯片IC1、升压稳压电路和抗噪声回路。
MCU控制单元MCU连接到两个检测管脚：第一检测管脚KL15和第二检测管脚KL50。MCU控制单元MCU根据第一检测管脚KL15和第二检测管脚KL50的电平发出升压信号。升压信号会启动升压(Boost)过程。PWM芯片IC1是电流型PWM芯片，型号为LM5122。升压稳压电路包括采样电路、升压电路和旁路电路。采样电路由采样电阻R2实现。升压电路包括升压电感L1和第四开关管Q4。旁路电路包括第三开关管Q3。抗噪声回路包括抗噪声二极管D2、抗噪声电容C7和软启动电容C6。
MCU控制单元MCU连接到主开关管Q2，在主开关管Q2的电路中还包括辅助电阻R1。MCU控制单元MCU还连接到PWM芯片IC1。具体而言，MCU控制单元连接到PWM芯片IC1的管脚UVLO。
采样电路中除了采样电阻R2以外，还包括滤波隔离元件：电阻R3、电阻R4和电容C1。采样电路连接到输入端的输入管脚KL30，采样电路还与PWM芯片IC1连接。具体而言，采样电路连接到PWM芯片IC1中的管脚CSN和CSP。
升压电路包括升压电感L1和第四开关管Q4，还包括辅助的电阻R5和R12。升压电路与PWM芯片IC1以及采样电路连接。具体而言，升压电感L1与采样电阻R2连接，第四开关管Q4连接到PWM芯片IC1的管脚LO。
旁路电路中除了第三开关管Q3以外，还包括辅助的电阻R6和R7。旁路电路与升压电路以及PWM芯片IC1相连接。具体而言，第三开关管Q3连接到升压电路中升压电感L1与第四开关管Q4的连接点，第三开关管Q3还连接到PWM芯片IC1的管脚HO。
抗噪声回路连接在PWM芯片IC1的不同管脚之间。具体而言，抗噪声二极管D2和抗噪声电容C7串联，抗噪声二极管D2连接到PWM芯片IC1的管脚LO。软启动电容C6与抗噪声电容C7连接，在软启动电容C6与抗噪声电容C7之间的连接点连接到PWM芯片IC1的管脚SS，软启动电容C6的另一端通过辅助电容R9连接到PWM芯片IC1的管脚UVLO。
在图2所示的电路中，还包括其他的辅助元器件，包括：形成接地端GND(KL31管脚)的开关管Q1，其他元器件均是通过开关管Q1接地，在一个实施例中，开关管Q1是MOS管；跨接在输入端(KL30管脚)和接地端GND之间的电解电容E1、跨接在输出端(KL30_S管脚)和接地端GND之间的电解电容E2；连接在PWM芯片IC1的管脚BST和VCC之间的二极管D1和电容C2；连接在PWM芯片IC1的管脚RES和SLOPE之间的电阻R11和电容C3；连接在PWM芯片IC1的管脚COMP和FB之间的电容C4、电容C5和电阻R10；将在PWM芯片IC1的管脚SYNRT接地的电阻R8。PWM芯片IC1的其余管脚的连接方式如下：管脚OPT、管脚AGND、管脚DAP和管脚PGND互相连接；管脚SW连接到输出端(管脚KL30_S)；管脚VIN、管脚VCC和管脚MODE互相连接；管脚SYNCOUT闲置。
冗余旁路电路的冗余旁路功能实现如下：PWM芯片IC1的管脚HO输出持续的高电平，该高电平使得第三开关管Q3导通。参考图2所示的电路结构图，在Q3导通的情况下，输入端与输出端直接导通，实现了旁路的功能。该旁路与主开关管Q2是并联的，因此是冗余旁路。
当MCU控制单元MCU检测到第一检测管脚KL15和第二检测管脚KL50上为高电平时MCU控制单元MCU发出升压信号，启动升压(Boost)过程。在升压过程中，PWM芯片IC1的管脚SS上的电压上升到1.2V，PWM芯片IC1发出驱动信号使得第三开关管Q3和第四开关管Q4导通，升压电感L1实现升压功能将输出端的输出管脚KL30_S的输出电压维持在12V。当第二检测管脚KL50上的高电平持续5秒的时间后，MCU控制单元MCU发出关断信号关断升压过程。关断升压过程后，PWM芯片IC1的管脚HO输出持续的高电平，该高电平使得第三开关管Q3导通，开启旁路功能，输入端和输出端直接导通由电池供电，此时电池电压已经稳定因此不再需要进行升压。
当电池的启动电压在12V以下，通常为6V～12V时，上述过程能够正常进行。当电池的启动电压较高，在12V～16V时，PWM芯片IC1的管脚SS上可能会耦合到开关噪声，SS管脚上的开关噪声会引起PWM芯片IC1的误动作，使得旁路功能被错误的关闭，即关断第三开关管Q3。当SS管脚上的开关噪声足够大时，可能会超过PWM芯片IC1的内部比较器的比较门槛，然后引发内部比较器误动作而发出信号关断旁路功能。为了提升抗噪声的能力，本发明的冗余旁路电路中还提供了抗噪声回路。抗噪声回路包括抗噪声二极管D2、抗噪声电容C7和软启动电容C6。当PWM芯片IC1的管脚SS上的电压上升到1.2V时，PWM芯片IC1的管脚LO会输出一个窄脉冲信号。PWM芯片IC1的管脚LO通过抗噪声二极管D2和抗噪声电容C7连接到PWM芯片IC1的管脚SS上，因此该窄脉冲信号也通过抗噪声二极管D2和抗噪声电容C7被耦合到PWM芯片IC1的管脚SS上。PWM芯片IC1的管脚SS与软起动电容C6连接，因此该窄脉冲能够使得软起动电容C6的充电过程产生跳变，调变的等效结果是提高了PWM芯片IC1的内部比较器的滞回。PWM芯片IC1的管脚HO输出高电平，该高电平在PWM芯片IC1的管脚BST、二极管D1和电容C2的辅助下被输出至第三开关管Q3，第三开关管Q3由该高电平开启，实现冗余的旁路功能。图3揭示了根据本发明的一实施例的车载启停稳压器电路中抗噪声电路的等效电路图。图3中的VSS表示PWM芯片IC1的管脚SS上的电压，ISS表示PWM芯片IC1的管脚SS上的电流，C6是软起动电容，C7是抗噪声电容，D2是抗噪声二极管，LO表示PWM芯片IC1的管脚LO上产生的窄脉冲。图4揭示了根据本发明的一实施例的车载启停稳压器电路的仿真波形图。图4的上半部分是PWM芯片IC1的管脚LO的输出波形，可见在PWM芯片IC1的管脚SS上的电压上升到1.2V的时刻T在当PWM芯片IC1的管脚LO上输出了一个窄脉冲。图4的上半部分是PWM芯片IC1的管脚SS上，或者说是软起动电容C6上的电压变化波形，由于窄脉冲通过抗噪声电容C7耦合到了PWM芯片IC1的管脚SS上，进一步被耦合至软起动电容C6，使得软起动电容C6的充电波形产生一个跳变，能提高PWM芯片IC1内部比较器的滞回，实现稳定的旁路(Bypass)功能。
本发明的车载启停稳压器电路提供冗余旁路电路，能在主旁路电路出现开路状态时提供冗余旁路，即能满足针对汽车启动时电池电压波动的稳压需求，也能满足由给负载电路长期供电的功能，不会导致电子元器件损坏而影响车辆行驶，该车载启停稳压器电路易于实现，可靠性高且成本低。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种车载启停稳压器电路，其特征在于，包括：主旁路电路和冗余旁路电路，主旁路电路和冗余旁路电路并联在输入端和输出端之间，所述冗余旁路电路包括：MCU控制单元、PWM芯片、升压稳压电路和抗噪声回路；
MCU控制单元连接到检测管脚，MCU控制单元根据检测管脚的电平发出升压信号至PWM芯片启动升压过程，升压稳压电路进行升压；升压过程结束PWM芯片切换升压稳压电路为旁路模式，抗噪声回路连接到PWM芯片。
2.如权利要求1所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述升压稳压电路包括：采样电路、升压电路和旁路电路；
所述采样电路包括采样电阻；
所述升压电路包括升压电感和第四开关管；
所述旁路电路包括第三开关管；
所述采样电阻、升压电感和第三开关管串接在输入端和输出端之间。
3.权利要求2所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述PWM芯片发出信号将第三开关管导通，实现冗余旁路。
4.如权利要求2所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述采样电路还包括由电阻和电容组成的滤波隔离元件。
5.如权利要求2所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述升压电路还包括电阻，所述升压电路还进行斩波。
6.如权利要求2所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述旁路电路还包括电阻，所述旁路电路还进行整流。
7.如权利要求1所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述PWM芯片是电流型PWM芯片，型号为LM5122。
8.如权利要求7所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述抗噪声回路连接在PWM芯片的不同管脚之间。
9.如权利要求8所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述抗噪声回路包括：抗噪声二极管、抗噪声电容和软起动电容。
10.如权利要求1所述的车载启停稳压器电路，其特征在于，所述主旁路电路包括主开关管，所述主开关管是40V/120A的低内阻P-MOSFET管。
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