CN108494247B - 一种兼顾180v高压保护和5v低压工作的电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种兼顾180V高压保护和5V低压工作的电源电路，用于机械工程车辆仪表，包括Battery端、KL30端、NPN三极管、PNP三极管、P沟道MOS管、电容、三个稳压管、八个电阻、DCDC开关电源、MCU、以及负压电源。本发明的发明目的在于提供一种兼顾180V高压保护和5V低压工作的电源电路，采用本发明提供的技术方案解决了现有工程机械车辆仪表的电源系统无法同时满足ISO 7637－2脉冲5a、长时间180高压耐压、5V低压的超宽工作电压条件。
Description
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种兼顾180V高压保护和5V低压工作的电源电路。
背景技术
目前，24V工程机械车辆，由于其工作环境的恶劣性以及自身配置很多大功率设备，工程机械车辆的电气环境也同样非常恶劣，电气要求很高，因此，工程机械车辆对仪表的电源系统要求很高。工程机械车辆仪表的电源系统对耐压电压要求非常高，如ISO7637－2脉冲5a要求123～174V的耐压，部分车厂甚至要求高压耐压达到8小时180V耐压；还要求工作电压非常低，如ISO 7637－2脉冲4要求工作电压低至5V。
目前，工程机械车辆仪表的电源系统采用以下几种方案：如图1所示，通过增加TVS管+开关电源(DCDC)方案，此方案只能满足脉冲5a要求，但无法满足180V耐压要求，可靠性较低；如图2所示，通过PMOS(P通道MOS管)嵌位+开关电源的方案，此方案能满足ISO7637－2脉冲5a及180V要求，整个电路供电都是正压供电，但由于PMOS管的固有属性，如图3所示，在5V低压即VGS(PMOS栅源极电压)电压较低时，PMOS输出电流ID会很低甚至截止关断无法输出，因此无法满足5V低压工作要求。
因此现有工程机械车辆仪表的电源系统无法同时满足ISO 7637－2脉冲5a、长时间180高压耐压、5V低压的超宽工作电压条件。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种兼顾180V高压保护和5V低压工作的电源电路，采用本发明提供的技术方案解决了现有工程机械车辆仪表的电源系统无法同时满足ISO7637－2脉冲5a、长时间180高压耐压、5V低压的超宽工作电压条件。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种兼顾180V高压保护和5V低压工作的电源电路，用于机械工程车辆仪表，包括Battery端、KL30端、NPN三极管、PNP三极管、P沟道MOS管、电容、三个稳压管、八个电阻、DCDC开关电源、MCU、以及负压电源；
所述Battery端与KL30端接通，DCDC开关电源与MCU连通；
NPN三极管Q14的b极通过电阻R121接入KL30端，c极分别通过稳压管D55和电阻R125接入KL30端，e极依次通过电阻R123和电阻R401接入负压电源；NPN三极管Q14的b极还分别通过稳压管D56和电容C71接地；
P沟道MOS管Q13的S极接入KL30端，G极通过电阻R122接入NPN三极管Q14的c极，D极接入DCDC开关电源；
PNP三极管Q16的b极通过电阻R120接入P沟道MOS管Q13的D极，e极依次通过电阻R124和稳压管D57接入P沟道MOS管Q13的D极，c极接入NPN三极管Q14的e极；PNP三极管Q16的b极还通过电阻R6接地。
优选的，在Battery端与KL30端之间接有双向触发二极管D52。
优选的，还包括由三个电容组成的滤波及防护电路；Battery端通过电容C95接地；KL30端通过电容C94接地；P沟道MOS管D13的D极Q13通过电容C93接地。
优选的，所述负压电源包括DCDC芯片U300、5V电源、四个二极管、三个电感、九个电容和五个电阻；
DCDC芯片U300的VIN端依次通过二极管D300和电感L309接入5V电源，EN端通过电阻R322接入5V电源，FB端通过电阻R333接地，SW端依次通过电容C326、二极管D302和电感L303接入电阻R401；
DCDC芯片U300的VIN端分别通过电容C374和电容C300接地，EN端通过电阻R370接地，SW端接入二极管D350后，分别通过电容C353、电容C371和电容C318接地；电阻R401与电感L303之间分别通过电阻R327和电容C308接地；电感L303与二极管D302之间分别通过电容C370和电容C363接地；二极管D302与电容C326之间通过二极管D301接地；
DCDC芯片U300的VIN端与SW端之间通过电感L302接通；电阻R337与电阻R331串联后，与电容C353并联，且接入二极管D350与FB端之间。
本发明采用PMOS嵌位和负压电源的方式，可以满足苛刻电气条件，可用于工程机械车辆中各个部件，满足ISO 7637－2脉冲5a、长时间180高压耐压、5V低压的超宽工作电压条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有工程机械车辆仪表的电源系统方案一；
图2为现有工程机械车辆仪表的电源系统方案二；
图3为P沟道MOS管技术参数曲线图；
图4为本发明实施例电源电路图；
图5为本发明实施例负压电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前工程机械车辆仪表的电源系统无法同时满足180V耐压要求和5V低压工作要求。
为了解决上述技术问题，本实施例提供一种兼顾180V高压保护和5V低压工作的电源电路，用于机械工程车辆仪表，采用PMOS嵌位和负压电源的方式。
请参见图4，具体包括Battery端、KL30端、NPN三极管、PNP三极管、P沟道MOS管、电容、三个稳压管、八个电阻、DCDC开关电源、MCU、以及负压电源。
其中电阻R121、稳压管D56、电容C71、NPN三极管Q14、电阻R123、电阻R125、稳压管D55、电阻R122、PNP三极管Q16、电阻R124、稳压管D57和电阻R120组成嵌位电路。
在电路连接结构中，Battery端与KL30端接通，DCDC开关电源与MCU连通。
NPN三极管Q14的b极通过电阻R121接入KL30端，c极分别通过稳压管D55和电阻R125接入KL30端，e极依次通过电阻R123和电阻R401接入负压电源；NPN三极管Q14的b极还分别通过稳压管D56和电容C71接地。
P沟道MOS管Q13的S极接入KL30端，G极通过电阻R122接入NPN三极管Q14的c极，D极接入DCDC开关电源。
PNP三极管Q16的b极通过电阻R120接入P沟道MOS管Q13的D极，e极依次通过电阻R124和稳压管D57接入P沟道MOS管Q13的D极，c极接入NPN三极管Q14的e极；PNP三极管Q16的b极还通过电阻R6接地。
作为优选的一种技术方案，在Battery端与KL30端之间接有双向触发二极管D52，起到电路防反接的作用。
还包括由三个电容组成的滤波及防护电路。Battery端通过电容C95接地，KL30端通过电容C94接地，P沟道MOS管D13的D极Q13通过电容C93接地，起到滤波及防护作用。
其中P沟道MOS管Q13在电路中起到开关的作用，稳压管D55起到保护P沟道MOS管Q13的栅源的作用，防止P沟道MOS管Q13的栅源电压过高损坏。
当Battery输入电压较低时，稳压管D56不导通不工作。电阻R121、NPN三极管Q14和电阻R123构成三极管偏置，NPN三极管Q14导通工作。P沟道MOS管Q13的栅源极电压由于电阻R125的分压作用产生压降Vgs，将P沟道MOS管Q13打开，电压经过P沟道MOS管Q13给DCDC开关电源供电。当Battery输入电压较高时，稳压管D56导通工作，测试点I14处电压被限制在3.3V，而通过电阻R120及电阻R6将PNP三极管Q16设置在饱和状态，则测试电I20电压被限制在3.3V，同时稳压管D57(39V稳压管)导通工作，因此将I21限制在42.3V以达到电压嵌位的作用。
请参见图5，为了实现P沟道MOS管Q13的栅极由负压供电，负压电源包括DCDC芯片U300、5V电源、四个二极管、三个电感、九个电容和五个电阻，具体包括二极管D300、电感L309、电容C374、电容C300、电阻R322、电阻R370、电感L302、DCDC芯片U300、电容C326、二极管D301、二极管D302、电容C370、电容C363、电感L303、电容C308、二极管D350、电阻R337、电阻R333、电阻R331、电容C353、电容C371和电容C318。
在电路连接结构上，DCDC芯片U300的VIN端依次通过二极管D300和电感L309接入5V电源，EN端通过电阻R322接入5V电源，FB端通过电阻R333接地，SW端依次通过电容C326、二极管D302和电感L303接入电阻R401。
DCDC芯片U300的VIN端分别通过电容C374和电容C300接地，EN端通过电阻R370接地，SW端接入二极管D350后，分别通过电容C353、电容C371和电容C318接地；电阻R401与电感L303之间分别通过电阻R327和电容C308接地；电感L303与二极管D302之间分别通过电容C370和电容C363接地；二极管D302与电容C326之间通过二极管D301接地。
DCDC芯片U300的VIN端与SW端之间通过电感L302接通；电阻R337与电阻R331串联后，与电容C353并联，且接入二极管D350与FB端之间。
在此需要说明的是，尽管本实施例中对上述负压电源模块做出详细说明，但该发明创造实质是为P沟道MOS管Q13的栅极提供一个负压，因此，上述负压电源模块在此处仅仅作为优选的一种技术方案，也可通过其他方式产生负压。
当Battery输入电压较低时，稳压管D56不导通不工作，通过电阻R401连接负压，此时P沟道MOS管Q13的栅极由负压供电，即使Battery输入电压较低，但由于栅极为负压，因此P沟道MOS管Q13的栅源极电压差也可以保持较高电压，P沟道MOS管Q13可以输出足够大的电流以保证满足5V低压工作。
本实施例提供的技术方案采用PMOS嵌位和负压电源的方式，可以满足苛刻电气条件，可用于工程机械车辆中各个部件，满足ISO 7637－2脉冲5a、长时间180高压耐压、5V低压的超宽工作电压条件。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种兼顾180V高压保护和5V低压工作的电源电路，用于机械工程车辆仪表，其特征在于：包括Battery端、KL30端、NPN三极管、PNP三极管、P沟道MOS管、电容、三个稳压管、八个电阻、DCDC开关电源、MCU、以及负压电源；
所述Battery端与KL30端接通，DCDC开关电源与MCU连通；
NPN三极管Q14的b极通过电阻R121接入KL30端，c极分别通过稳压管D55和电阻R125接入KL30端，e极依次通过电阻R123和电阻R401接入负压电源；NPN三极管Q14的b极还分别通过稳压管D56和电容C71接地；
P沟道MOS管Q13的S极接入KL30端，G极通过电阻R122接入NPN三极管Q14的c极，D极接入DCDC开关电源；
PNP三极管Q16的b极通过电阻R120接入P沟道MOS管Q13的D极，e极依次通过电阻R124和稳压管D57接入P沟道MOS管Q13的D极，c极接入NPN三极管Q14的e极；PNP三极管Q16的b极还通过电阻R6接地。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：在Battery端与KL30端之间接有双向触发二极管D52。
3.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于：还包括由三个电容组成的滤波及防护电路；Battery端通过电容C95接地；KL30端通过电容C94接地；P沟道MOS管D13的D极Q13通过电容C93接地。
4.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于：所述负压电源包括DCDC芯片U300、5V电源、四个二极管、三个电感、九个电容和五个电阻；
DCDC芯片U300的VIN端依次通过二极管D300和电感L309接入5V电源，EN端通过电阻R322接入5V电源，FB端通过电阻R333接地，SW端依次通过电容C326、二极管D302和电感L303接入电阻R401；
DCDC芯片U300的VIN端分别通过电容C374和电容C300接地，EN端通过电阻R370接地，SW端接入二极管D350后，分别通过电容C353、电容C371和电容C318接地；电阻R401与电感L303之间分别通过电阻R327和电容C308接地；电感L303与二极管D302之间分别通过电容C370和电容C363接地；二极管D302与电容C326之间通过二极管D301接地；
DCDC芯片U300的VIN端与SW端之间通过电感L302接通；电阻R337与电阻R331串联后，与电容C353并联，且接入二极管D350与FB端之间。
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