CN107086779B - 汽车智能降压线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车智能降压线装置，包括依次连接的输入电路、主控模块、逻辑控制模块、电源控制模块、驱动电路及输出电路，所述输出电路与所述电源控制模块之间还连接有一电压电流调整模块。上述汽车智能降压线装置可进行智能管理，以电压反馈信号组成外环控制，以电流反馈信号组成内环控制，形成一个一阶无条件稳定控制系统，具有良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应，使所述汽车智能降压线装置的效率高达96％以上，可降低输入电源的电压，为汽车设备提供稳定可靠的供电，保证汽车设备高效、稳定的工作。
Description
技术领域
本发明涉及汽车供电控制技术领域，特别是涉及一种汽车智能降压线装置。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，汽车以其自身的特点倍受关注，成为人们生活中不可缺少的出行工具，汽车电子产品的不断增加和升级，汽车电子越来越舒适化和人性化，其中不可忽视的是电源管理。
汽车广泛被人们使用，在使用过程中给后视镜、行车记录仪等车内辅助外围产品需要提供稳定的电源。通常的降压线，输入端接错线位烧产品；供电压降幅度大；在汽车启动等突发耗电的情况下，供电不稳定，时常启动停止给外围设备供电，造成设备容易损坏；输出设备出问题烧坏降压线。
发明内容
基于此，本发明提供一种汽车智能降压线装置，可降低输入电源的电压，为汽车设备提供稳定可靠的供电。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种汽车智能降压线装置，包括依次连接的输入电路、主控模块、逻辑控制模块、电源控制模块、驱动电路及输出电路，所述输出电路与所述电源控制模块之间还连接有一电压电流调整模块；所述主控模块包括电阻R1、R2、微控制器及连接所述微控制器的比较器A，所述比较器A的输出端连接所述逻辑控制模块；所述驱动电路包括分别连接所述电源控制模块的第一开关驱动与第二开关驱动、连接所述第一开关驱动的高边功率管、连接所述第二开关驱动的低边功率管、连接所述高边功率管的比较器B及连接所述低边功率管的比较器C；所述输出电路包括电感L1、电容C2、电阻R3及电阻R4，所述电感L1的一端连接所述第一开关驱动的负极连接端，所述电感L1的另一端作为所述输出电路的输出端Vout；所述电容C2的一端连接所述输出端Vout，其另一端接地；所述电阻R3的第一端连接所述输出端Vout，第二端连接电阻R4后接地。
上述汽车智能降压线装置可进行智能管理，以电压反馈信号组成外环控制，以电流反馈信号组成内环控制，形成一个一阶无条件稳定控制系统，具有良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应，使所述汽车智能降压线装置的效率高达96％以上，可降低输入电源的电压，为汽车设备提供稳定可靠的供电，保证汽车设备高效、稳定的工作。
在其中一个实施例中，所述输入电路包括一保险丝F1及二极管D1，所述保险丝F1的一端连接输入电源；所述输入电路还连接一微电压电流转换单元，用以将输入电源转换为VCC供电。
在其中一个实施例中，所述电阻R1的第一端连接所述二极管D1的阴极，所述电阻R1的第二端连接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端接地；所述微控制器连接所述电阻R1的第二端。
在其中一个实施例中，所述第一开关驱动设有信号输入端、信号输出端、正极连接端及负极连接端；所述第一开关驱动的信号输入端连接所述电源控制模块，所述第一开关驱动的信号输出端连接所述高边功率管的基极，所述第一开关驱动的正极连接端连接二极管D2的阴极，所述二极管D2的阳极连接所述VCC供电，所述第一开关驱动的负极连接端连接所述高边功率管的发射极后连接所述输出电路。
在其中一个实施例中，所述第二开关驱动设有驱动输入端、驱动输出端、正电压连接端及负电压连接端；所述第二开关驱动的驱动输入端连接所述电源控制模块，所述第二开关驱动的驱动输出端连接所述低边功率管的基极，所述第二开关驱动的正电压连接端连接所述VCC供电，所述第二开关驱动的负电压连接端连接所述低边功率管后接地。
在其中一个实施例中，所述高边功率管的集电极连接所述比较器B的正相输入端，所述比较器B的反相输入端接收一HSFET电流限定值，所述比较器B的输出端连接所述电源控制模块；所述低边功率管的集电极连接所述第一开关驱动的负极连接端，而后还连接所述比较器C的正相输入端，所述比较器C的反相输入端接收一LSFET电流限定值，所述比较器C的输出端连接所述电源控制模块。
在其中一个实施例中，所述主控模块还包括一状态显示器，用以显示所述汽车智能降压线装置最终输出电源的相关参数。
在其中一个实施例中，所述电压电流调整模块包括一误差放大器、比较器D、电阻R5及电容C3；所述误差放大器的反相输入端连接所述电阻R4的第一端，其正相输入端接收一个参考电压VREF与软启动信号SST的合成信号。
在其中一个实施例中，所述电压电流调整模块还包括一开关频率FS单元及斜坡补偿单元；所述开关频率FS单元的一端连接所述逻辑控制模块，另一端连接所述斜坡补偿单元。
在其中一个实施例中，所述汽车智能降压线装置还包括一设备识别模块，所述设备识别模块包括一设备接入信号识别单元及连接所述设备接入信号识别单元的电源降压供电识别开关；所述设备接入信号识别单元的一端连接一二极管D3。
附图说明
图1为本发明一较佳实施方式的汽车智能降压线装置的工作原理框架示意图；
图2为图1所述的汽车智能降压线装置的电路连接结构示意图；
图3为图1所述的汽车智能降压线装置的信号控制流程示意图；
附图标注说明:
10-输入电路，11-微电压电流转换单元，20-主控模块，21-微控制器，22-状态显示器，30-逻辑控制模块，40-电源控制模块，50-驱动电路，51-第一开关驱动，52-第二开关驱动，60-输出电路，70-电压电流调整模块，71-误差放大器，72-开关频率FS单元，73-斜坡补偿单元，80-设备识别模块，81-设备接入信号识别单元，82-电源降压供电识别开关。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1至图3，为本发明一较佳实施方式的汽车智能降压线装置，包括依次连接的输入电路10、主控模块20、逻辑控制模块30、电源控制模块40、驱动电路50及输出电路60，所述输出电路60与所述电源控制模块40之间还连接有一电压电流调整模块70；所述输出电路60向外电连接汽车设备。本发明的汽车智能降压线装置，可降低输入电源的电压，为汽车设备提供稳定可靠的供电，保证汽车设备高效、稳定的工作。
所述输入电路10包括一保险丝F1及二极管D1，所述保险丝F1的一端连接输入电源。在汽车电源输出异常时，所述输入电路10可保护所述汽车智能降压线装置及其他电源电路不受损害。所述输入电路10还连接一微电压电流转换单元11，将输入电源转换为VCC供电，为所述汽车智能降压线装置中的各元件进行供电。
所述主控模块20包括电阻R1、R2、微控制器21及连接所述微控制器21的比较器A。所述电阻R1的第一端连接所述二极管D1的阴极，所述电阻R1的第二端连接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端接地。所述微控制器21连接所述电阻R1的第二端，并输出启动/关闭逻辑信号。所述比较器A的正相输入端连接所述微控制器21并接收所述启动/关闭逻辑信号，其反相输入端接收一启动/关闭门限值，所述比较器A通过对比所述启动/关闭逻辑信号与所述启动/关闭门限值，输出控制信号给所述逻辑控制模块30，所述逻辑控制模块30根据该控制信号判断是否启动后续模块的工作。
所述主控模块20还包括一状态显示器22，用以显示所述汽车智能降压线装置最终输出电源的相关参数。
在本实施例中，所述逻辑控制模块30为一逻辑控制器，所述逻辑控制模块30连接所述比较器A的输出端，接收控制信号。所述逻辑控制模块30还分别连接有一短路保护单元与过热保护单元，保证所述汽车智能降压线装置的安全使用。
在本实施例中，所述电源控制模块40为一电源控制器，所述电源控制模块40连接所述逻辑控制模块30。
所述驱动电路50包括分别连接所述电源控制模块40的第一开关驱动51与第二开关驱动52、连接所述第一开关驱动51的高边功率管(HSFET)、连接所述第二开关驱动52的低边功率管(LSFET)、连接所述高边功率管的比较器B及连接所述低边功率管的比较器C。
所述第一开关驱动51设有信号输入端、信号输出端、正极连接端及负极连接端。所述第一开关驱动51的信号输入端连接所述电源控制模块40，所述第一开关驱动51的信号输出端连接所述高边功率管的基极，所述第一开关驱动51的正极连接端连接二极管D2的阴极，所述二极管D2的阳极连接所述VCC供电，所述第一开关驱动51的负极连接端连接所述高边功率管的发射极后连接所述输出电路60。
所述第二开关驱动52设有驱动输入端、驱动输出端、正电压连接端及负电压连接端。所述第二开关驱动52的驱动输入端连接所述电源控制模块40，所述第二开关驱动52的驱动输出端连接所述低边功率管的基极，所述第二开关驱动52的正电压连接端连接所述VCC供电，所述第二开关驱动52的负电压连接端连接所述低边功率管后接地。
所述高边功率管的集电极连接所述比较器B的正相输入端，所述比较器B的反相输入端接收一HSFET电流限定值，所述比较器B的输出端连接所述电源控制模块40。所述低边功率管的集电极连接所述第一开关驱动51的负极连接端，而后还连接所述比较器C的正相输入端，所述比较器C的反相输入端接收一LSFET电流限定值，所述比较器C的输出端连接所述电源控制模块40。
工作时，当所述高边功率管的集电极发出的HSFET电流信号高于所述HSFET电流限定值时，所述比较器B的状态翻转，推动所述电源控制模块40让所述驱动电路50截止所述高边功率管；同理，当所述低边功率管的集电极发出的LSFET电流信号高于所述LSFET电流限定值时，所述比较器C的状态翻转，推动所述电源控制模块40让所述驱动电路50截止所述低边功率管。
所述驱动电路50还具有一电容C1，所述电容C1的两端分别连接于所述第一开关驱动51的正极连接端与负极连接端。所述驱动电路50通过所述电容C1提供开关驱动电压给所述高边功率管，当所述高边功率管输出的电源脉冲宽度波形处于零电压期间，所述VCC供电通过所述二极管D2快速给所述电容C1正向充电，使得所述电容C1两端的电压值等于VCC；当电源脉冲宽度波形由零电压跳变到负值时，由于电容两端的电压值不能突变，故所述电容C1两端的电压仍是VCC；在电源脉冲宽度波形负值电压期间，电源脉冲宽度的负值电压要给所述电容C1反向充电，但是所述二极管D2此时截止使得充电非常非常慢，所述电容C1两端的电压变化微乎其微，在电源脉冲宽度波形处于负值电压期间，所述电容C1两端的电压变化微乎其微，且这种变化得不到累积。因此，电源脉冲宽度电压由负值变到零电位之后，VCC电压马上给所述电容C1正向充电，这样抵消了所述电容C1两端电压在负值期间的微小变化，使得所述电容C1两端的电压维持在VCC，产生一个高于所述输入电源输入的电压，使所述高边功率管持续导通。
在本实施例中，所述比较器B、比较器C均为电流限定比较器。所述高边功率管与所述低边功率管的开关频率可以智能调节为500KHz-2.5MHz，大大优于其他开关频率固定的产品。
在本实施例中，所述电源控制模块40可控制所述高边功率管与所述低边功率管的开通与关断，能安全高效地控制所述高边功率管与所述低边功率管，有效保证正常工作，使所述输出电路60平稳高效地工作。
所述输出电路60包括电感L1、电容C2、电阻R3及电阻R4，所述电感L1的一端连接所述第一开关驱动51的负极连接端，所述电感L1的另一端作为所述输出电路60的输出端Vout。所述电容C2的一端连接所述输出端Vout，其另一端接地。所述电阻R3的第一端连接所述输出端Vout，第二端连接电阻R4后接地。所述高边功率管与所述低边功率管导通时，所述电感L1与所述电容C2进行充电，同时对所述汽车设备提供电源；所述高边功率管与所述低边功率管截止时，由所述电感L1对所述汽车设备进行供电，在所述电感L1的电流为零后，由所述电容C2对所述汽车设备进行供电。所述电阻R3、R4对所述输出端Vout的电压分压，并提供所述电阻R4的电压传送给所述电压电流调整模块70。
所述电压电流调整模块70包括一误差放大器71、比较器D、电阻R5及电容C3。所述误差放大器71的反相输入端连接所述电阻R4的第一端，接收负载电压反馈信号VFB，其正相输入端接收一个参考电压VREF与软启动信号SST的合成信号。所述误差放大器71对该合成信号与所述电压反馈信号VFB之间的差值进行放大，可得到控制信号VERROR，且输出所述控制信号VERROR进入所述比较器D的反相输入端。所述比较器D的反相输入端还连接所述电阻R5与所述电容C3后接地。
所述电压电流调整模块70还包括一开关频率FS单元72及斜坡补偿单元73。所述开关频率FS单元72的一端连接所述逻辑控制模块30，另一端连接所述斜坡补偿单元73。所述开关频率FS单元72提供初步的输出电源的占空比，该开关频率直接输入所述逻辑控制模块30，作为所述逻辑控制模块30的工作时钟。同时，该开关频率经过所述斜坡补偿单元73的补偿后与所述HSFET电流信号相加合成并输入所述比较器D的正相输入端，与所述控制信号VERROR比较，以此让所述比较器D输出脉冲进入所述电源控制模块40。
具体地，当HSFET电流信号幅度达到VERROR电平时，所述比较器D状态翻转，推动所述电源控制模块40控制所述驱动电路50截止功率管。电路就是这样逐个地检测和调节电流脉冲，从而达到控制电源输出的目的。
优选地，所述比较器D为一脉宽比较器，直接用HSFET电流信号与所述VERROR信号进行比较，采用峰值HSFET电流信号间接地控制输出电源的脉冲宽度，从而控制输出电源的占空比。
所述汽车智能降压线装置还包括一设备识别模块80，所述设备识别模块80包括一设备接入信号识别单元81及连接所述设备接入信号识别单元81的电源降压供电识别开关82。所述设备接入信号识别单元81的一端连接一二极管D3，用于接收系统输入的设备接入信号，该设备接入信号通过所述设备接入信号识别单元81处理后，发出驱动信号给所述电源降压供电识别开关82，所述电源降压供电识别开关82将所述输出电路60输出的电压供给所述汽车设备。
所述设备接入信号识别单元81还连接所述微控制器21，所述微控制器21响应所述设备接入信号的有无，判断是否启动所述汽车智能降压线装置。
优选地，本发明中的各控制器均为PID控制器。
与现有技术相比，本发明的汽车智能降压线装置可进行智能管理，以电压反馈信号组成外环控制，以电流反馈信号组成内环控制，形成一个一阶无条件稳定控制系统，具有良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应，使所述汽车智能降压线装置的效率高达96％以上，可降低输入电源的电压，为汽车设备提供稳定可靠的供电，保证汽车设备高效、稳定的工作。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种汽车智能降压线装置，其特征在于，包括依次连接的输入电路、主控模块、逻辑控制模块、电源控制模块、驱动电路及输出电路，所述输出电路与所述电源控制模块之间还连接有一电压电流调整模块；所述主控模块包括电阻R1、R2、微控制器及连接所述微控制器的比较器A，所述比较器A的输出端连接所述逻辑控制模块；所述驱动电路包括分别连接所述电源控制模块的第一开关驱动与第二开关驱动、连接所述第一开关驱动的高边功率管、连接所述第二开关驱动的低边功率管、连接所述高边功率管的比较器B及连接所述低边功率管的比较器C；所述输出电路包括电感L1、电容C2、电阻R3及电阻R4，所述电感L1的一端连接所述第一开关驱动的负极连接端，所述电感L1的另一端作为所述输出电路的输出端Vout；所述电容C2的一端连接所述输出端Vout，其另一端接地；所述电阻R3的第一端连接所述输出端Vout，第二端连接电阻R4后接地；
所述比较器A的正相输入端连接所述微控制器、并接收启动/关闭逻辑信号，所述比较器A的反相输入端接收一启动/关闭门限值，所述比较器A通过对比所述启动/关闭逻辑信号与所述启动/关闭门限值，输出控制信号给所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块根据该控制信号判断是否启动后续模块的工作；
所述高边功率管的集电极连接所述比较器B的正相输入端，所述比较器B的反相输入端接收一HSFET电流限定值，所述比较器B的输出端连接所述电源控制模块；所述低边功率管的集电极连接所述第一开关驱动的负极连接端，而后还连接所述比较器C的正相输入端，所述比较器C的反相输入端接收一LSFET电流限定值，所述比较器C的输出端连接所述电源控制模块。
2.根据权利要求1所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述输入电路包括一保险丝F1及二极管D1，所述保险丝F1的一端连接输入电源；所述输入电路还连接一微电压电流转换单元，用以将输入电源转换为VCC供电。
3.根据权利要求2所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述电阻R1的第一端连接所述二极管D1的阴极，所述电阻R1的第二端连接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端接地；所述微控制器连接所述电阻R1的第二端。
4.根据权利要求2所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述第一开关驱动设有信号输入端、信号输出端、正极连接端及负极连接端；所述第一开关驱动的信号输入端连接所述电源控制模块，所述第一开关驱动的信号输出端连接所述高边功率管的基极，所述第一开关驱动的正极连接端连接二极管D2的阴极，所述二极管D2的阳极连接所述VCC供电，所述第一开关驱动的负极连接端连接所述高边功率管的发射极后连接所述输出电路。
5.根据权利要求4所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述第二开关驱动设有驱动输入端、驱动输出端、正电压连接端及负电压连接端；所述第二开关驱动的驱动输入端连接所述电源控制模块，所述第二开关驱动的驱动输出端连接所述低边功率管的基极，所述第二开关驱动的正电压连接端连接所述VCC供电，所述第二开关驱动的负电压连接端连接所述低边功率管后接地。
6.根据权利要求1所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述比较器B和所述比较器C均为电流限定比较器。
7.根据权利要求1所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述主控模块还包括一状态显示器，用以显示所述汽车智能降压线装置最终输出电源的相关参数。
8.根据权利要求1所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述电压电流调整模块包括一误差放大器、比较器D、电阻R5及电容C3；所述误差放大器的反相输入端连接所述电阻R4的第一端，其正相输入端接收一个参考电压VREF与软启动信号SST的合成信号。
9.根据权利要求8所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述电压电流调整模块还包括一开关频率FS单元及斜坡补偿单元；所述开关频率FS单元的一端连接所述逻辑控制模块，另一端连接所述斜坡补偿单元。
10.根据权利要求1所述的汽车智能降压线装置，其特征在于，所述汽车智能降压线装置还包括一设备识别模块，所述设备识别模块包括一设备接入信号识别单元及连接所述设备接入信号识别单元的电源降压供电识别开关；所述设备接入信号识别单元的一端连接一二极管D 3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 523000 Room 101, No.88, Pingshan Industrial Road, Tangxia Town, Dongguan City, Guangdong Province Applicant after: Guangdong Mingji High Tech Electronics Co.,Ltd. Address before: 523728, No. 188 Industrial Road, Pingshan Industrial Zone, Tangxia Town, Dongguan, Guangdong, 93 Applicant before: DONGGUAN MINGJI ELECTRONICS Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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