CN108879643A - 控制器过电压保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制器过电压保护电路及方法，该电路包括开关单元以及稳压单元，开关单元连接于电源与控制器之间，稳压单元与所述开关单元并联；其中，当电源输入的电压处于设定范围内时，开关单元导通，稳压单元关断，以使电源输入的电压供给控制器；当电源输入的电压高于设定范围内时，开关单元关断，稳压单元导通，电源输入的电压经过稳压单元稳压后供给控制器。本发明实现在过电压情况下保护控制器，避免高损耗和低效率的问题，且具备低成本的效果。

Description

控制器过电压保护电路及方法

技术领域

本发明涉及过压保护电路，更具体地说是指控制器过电压保护电路及方法。

背景技术

一般来说，电机的控制器都有一定的电压工作范围，超出这个范围会影响控制器的正常工作，甚至造成损坏。

对于汽车电机控制器来说，一般情况下都是在12V电池电压下工作。但在极个别情况下，比如说借助卡车电池跳线启动时，车内电网电压会升到24V，为了确保在这种严酷情况下系统不损坏，需要采用具备高耐压性的电子元件，比如高耐压陶瓷电容、高耐压PIN二极管等，但这些具备高耐压性的电子元件一般来说价格会更昂贵，且种类稀少，导致过电压保护较为困难。

因此，有必要设计一种电路，实现在过电压情况下保护控制器，避免高损耗和低效率的问题，且具备低成本的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供控制器过电压保护电路及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：控制器过电压保护电路，包括开关单元以及稳压单元，所述开关单元连接于电源与控制器之间，所述稳压单元与所述开关单元并联；其中，当电源输入的电压处于设定范围内时，所述开关单元导通，所述稳压单元关断，以使电源输入的电压供给控制器；当电源输入的电压高于设定范围内时，所述开关单元关断，所述稳压单元导通，电源输入的电压经过稳压单元稳压后供给控制器。

其进一步技术方案为：所述开关单元包括稳压二极管D11、第一开关元件以及第二开关元件，所述稳压二极管D11的一端连接于电源和控制器之间，所述稳压二极管D11连接于电源和控制器的一端与所述第一开关元件连接，稳压二极管D11的另一端接地，所述第一开关元件与第二开关元件连接，所述第二开关元件连接于电源和控制器之间。

其进一步技术方案为：所述开关单元还包括分压电阻R85，所述分压电阻R85的一端连接于电源和控制器之间，所述分压电阻R85的另一端与稳压二极管D11连接。

其进一步技术方案为：所述开关单元还包括分压电阻R84、R86以及稳压二极管D2，所述分压电阻R84的一端连接于电源和控制器之间，所述分压电阻R84的另一端与第一开关元件连接；所述分压电阻R86连接于所述稳压二极管D11与所述第一开关元件之间，所述稳压二极管D2的一端与所述第一开关元件连接，所述稳压二极管D2的另一端连接于电源和控制器之间。

其进一步技术方案为：所述第一开关元件包括三极管Q17。

其进一步技术方案为：所述第二开关元件包括Mos管Q16。

其进一步技术方案为：所述稳压单元包括第三开关元件以及稳压二极管D26，所述第三开关元件并联于电源和控制器之间，所述第三开关元件与所述稳压二极管D26的一端连接，所述稳压二极管D26的另一端接地。

其进一步技术方案为：所述稳压单元还包括稳压二极管D25、电阻R89以及二极管D24，所述稳压二极管D25连接于所述第三开关元件和所述稳压二极管D26之间，所述电阻R89的一端连接于电源和控制器之间，所述电阻R89的另一端连接于所述第三开关元件和所述稳压二极管D25之间，所述二极管D24连接于所述第三开关元件与所述控制器之间。

其进一步技术方案为：所述电路还包括浪涌电压吸收单元，所述浪涌电压吸收单元包括滤波电容C11、C14以及TVS二极管D2，所述滤波电容C11的一端与电源连接，所述滤波电容C11的另一端与所述滤波电容C14的一端连接，所述滤波电容C14的另一端接地，所述TVS二极管D2的一端接地，所述TVS二极管D2的另一端连接于电源和控制器之间。

本发明还提供了控制器过电压保护方法，包括：

当电源输入的电压处于设定范围内时，所述开关单元导通，所述稳压单元关断，以使电源输入的电压供给控制器；当电源输入的电压高于设定范围内时，所述开关单元关断，所述稳压单元导通，电源输入的电压经过稳压单元稳压后供给控制器。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置一个连接于电源与控制器之间的开关单元，一个与开关单元并联的稳压单元，当输入的电压属于正常范围，则开关单元工作，稳压单元不工作，以降低电路的损耗，当输入的电压高于预设范围，则开关单元不工作，稳压单元工作，以保证输入控制器的电压处于稳定状态，实现在过电压情况下保护控制器，避免高损耗和低效率的问题，且具备低成本的效果。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的控制器过电压保护电路的示意性框图；

图2为本发明具体实施例提供的控制器过电压保护电路的电路原理图；

图3为本发明具体实施例提供的控制器过电压保护电路的开关单元的电路原理图；

图4为本发明具体实施例提供的控制器过电压保护电路的稳压单元的电路原理图。

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做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1～4所示的具体实施例，本实施例提供的控制器过电压保护电路，可以运用于汽车控制器40、电机控制器40等具有控制器40的设备中，实现在过电压情况下保护控制器40，避免高损耗和低效率的问题，且具备低成本的效果。

请参阅图1，图1为本发明具体实施例提供的控制器过电压保护电路的示意性框图，如图1所示，该控制器过电压保护电路，包括开关单元20以及稳压单元30，开关单元20连接于电源10与控制器40之间，稳压单元30与开关单元20并联；其中，当电源10输入的电压处于设定范围内时，开关单元20导通，稳压单元30关断，以使电源10输入的电压供给控制器40；当电源10输入的电压高于设定范围内时，开关单元20关断，稳压单元30导通，电源10输入的电压经过稳压单元30稳压后供给控制器40。

在本实施例中，该保护电路可以实现在12V电池电压下不影响控制器40工作；在24V高压情况下断开电源10的通路，采用一个并联的稳压单元30保证控制器40工作电压不高于限度。

绝大多数工作时间，电源10输入电压MotorPow正常，输入的电压经过开关单元20后输出至控制器40，并不会经过稳压单元30，则降低了电路的损耗且提高了输出效率，并且不会限制电路的最小工作电压，提高效率和温升。

在一实施例中，请参阅图2和图3，上述的开关单元20包括稳压二极管D11、第一开关元件以及第二开关元件，稳压二极管D11的一端连接于电源10和控制器40之间，稳压二极管D11连接于电源10和控制器40的一端与第一开关元件连接，稳压二极管D11的另一端接地，第一开关元件与第二开关元件连接，第二开关元件连接于电源10和控制器40之间。

在一实施例中，上述的开关单元20还包括分压电阻R85，分压电阻R85的一端连接于电源10和控制器40之间，分压电阻R85的另一端与稳压二极管D11连接。

开关单元20还包括分压电阻R84、R86以及稳压二极管D2，分压电阻R84的一端连接于电源10和控制器40之间，分压电阻R84的另一端与第一开关元件连接；分压电阻R86连接于稳压二极管D11与第一开关元件之间，稳压二极管D2的一端与第一开关元件连接，稳压二极管D2的另一端连接于电源10和控制器40之间。

优选地，上述的第一开关元件包括三极管Q17。

优选地，上述的第二开关元件包括Mos管Q16。

具体地，上述的三极管Q17的基极与稳压二极管D11连接，三极管的发射极连接于电源10与控制器40之间，三极管Q17的集电极通过下拉电阻R87接地。

Mos管Q16的栅极通过下拉电阻R87接地，Mos管Q16的漏极与电源10连接，Mos管Q16的源极与控制器40连接。

在一实施例中，如图2与图4所示，上述的稳压单元30包括第三开关元件以及稳压二极管D26，第三开关元件并联于电源10和控制器40之间，第三开关元件与稳压二极管D26的一端连接，稳压二极管D26的另一端接地。

更进一步地，上述的稳压单元30还包括稳压二极管D25、电阻R89以及二极管D24，稳压二极管D25连接于所述第三开关元件和所述稳压二极管D26之间，电阻R89的一端连接于电源10和控制器40之间，电阻R89的另一端连接于第三开关元件和稳压二极管D25之间，二极管D24连接于第三开关元件与控制器40之间。

上述的第三开关元件包括三极管Q18，其中，三极管Q18的基极与稳压二极管D25连接，三极管Q18的集电极与发射极分别连接于电源10和控制器40之间。

上述的电阻R89与三极管Q18的集电极和基极并联。

在正常情况下，电源10的输入电压MotorPow高于第一电压且低于第二电压，由于稳压二极管D11的稳定电压为20V，稳压二极管D11处于关断状态，第一开关元件Q17截断，第二开关元件Q16导通，此时开关单元20处于导通状态，则输出电压VSUP(即输入至控制器40的电压)非常接近电源10的输入电压MotorPow，损耗很小。

该第一电压为11V，第二电压为20V，于其他实施例，上述的第一电压和第二电压的取值可根据实际情况而定，且稳压二极管D11的稳压电压也为第一电压的数值。

而由于二极管D24反向偏转的原因，三极管Q18产生的稳定电压第一电压不能输出，对正常情况下的输出电压VSUP无影响。

当电源10的输入电压MotorPow高于第三电压且低于第一电压时，Mos管Q16仍旧导通，而稳压二极管D26不导通，造成三极管Q18压降很大，所以稳压二极管D11反偏，输出电压VSUP只受Mos管Q16影响，且该输出电压VSUP非常接近电源10输入电压MotorPow。

在本实施例中，第三电压为5V，于其他实施例，上述的第三电压还可以为其他电压值，依据实际情况而定。

当电源10的输入电压MotorPow高于第二电压，稳压二极管D11反向击穿，第一开关元件Q17导通，第二开关元件Q16关断，此时开关单元20处于关断状态，开关单元20对输出电压VSUP没有影响。这时二极管D24正向导通，三极管Q18导通，且三极管Q18产生的稳定电压第一电压输出到输出电压VSUP，以使控制器40的电压处于稳定状态。

在一实施例中，如图2所示，上述的电路还包括浪涌电压吸收单元50，所述浪涌电压吸收单元50包括滤波电容C11、C14以及TVS二极管D2，滤波电容C11的一端与电源10连接，滤波电容C11的另一端与所述滤波电容C14的一端连接，所述滤波电容C14的另一端接地，所述TVS二极管D2的一端接地，所述TVS二极管D2的另一端连接于电源10和控制器40之间。

浪涌电压吸收单元50对输入电压进行滤波，以吸收浪涌电压，再经过开关单元20或者稳压单元30，输入至控制器40，进一步增大输出电压的稳定性。

上述的控制器过电压保护电路，通过设置一个连接于电源10与控制器40之间的开关单元20，一个与开关单元20并联的稳压单元30，当输入的电压属于正常范围，则开关单元20工作，稳压单元30不工作，以降低电路的损耗，当输入的电压高于预设范围，则开关单元20不工作，稳压单元30工作，以保证输入控制器40的电压处于稳定状态，实现在过电压情况下保护控制器40，避免高损耗和低效率的问题，且具备低成本的效果。

在一实施例中，还提供了控制器过电压保护方法，包括：

当电源10输入的电压处于设定范围内时，所述开关单元20导通，所述稳压单元30关断，以使电源10输入的电压低功耗地供给控制器40；当电源10输入的电压高于设定范围内时，所述开关单元20关断，所述稳压单元30导通，电源10输入的电压经过稳压单元30稳压后供给控制器40。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述控制器过电压保护方法的具体实现过程，可以参考前述控制器过电压保护电路实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.控制器过电压保护电路，其特征在于，包括开关单元以及稳压单元，所述开关单元连接于电源与控制器之间，所述稳压单元与所述开关单元并联；其中，当电源输入的电压处于设定范围内时，所述开关单元导通，所述稳压单元关断，以使电源输入的电压供给控制器；当电源输入的电压高于设定范围内时，所述开关单元关断，所述稳压单元导通，电源输入的电压经过稳压单元稳压后供给控制器。

2.根据权利要求1所述的控制器过电压保护电路，其特征在于，所述开关单元包括稳压二极管D11、第一开关元件以及第二开关元件，所述稳压二极管D11的一端连接于电源和控制器之间，所述稳压二极管D11连接于电源和控制器的一端与所述第一开关元件连接，稳压二极管D11的另一端接地，所述第一开关元件与第二开关元件连接，所述第二开关元件连接于电源和控制器之间。

3.根据权利要求2所述的控制器过电压保护电路，其特征在于，所述开关单元还包括分压电阻R85，所述分压电阻R85的一端连接于电源和控制器之间，所述分压电阻R85的另一端与稳压二极管D11连接。

4.根据权利要求3所述的控制器过电压保护电路，其特征在于，所述开关单元还包括分压电阻R84、R86以及稳压二极管D2，所述分压电阻R84的一端连接于电源和控制器之间，所述分压电阻R84的另一端与第一开关元件连接；所述分压电阻R86连接于所述稳压二极管D11与所述第一开关元件之间，所述稳压二极管D2的一端与所述第一开关元件连接，所述稳压二极管D2的另一端连接于电源和控制器之间。

5.根据权利要求2所述的控制器过电压保护电路，其特征在于，所述第一开关元件包括三极管Q17。

6.根据权利要求2所述的控制器过电压保护电路，其特征在于，所述第二开关元件包括Mos管Q16。

7.根据权利要求4所述的控制器过电压保护电路，其特征在于，所述稳压单元包括第三开关元件以及稳压二极管D26，所述第三开关元件并联于电源和控制器之间，所述第三开关元件与所述稳压二极管D26的一端连接，所述稳压二极管D26的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的控制器过电压保护电路，其特征在于，所述稳压单元还包括稳压二极管D25、电阻R89以及二极管D24，所述稳压二极管D25连接于所述第三开关元件和所述稳压二极管D26之间，所述电阻R89的一端连接于电源和控制器之间，所述电阻R89的另一端连接于所述第三开关元件和所述稳压二极管D25之间，所述二极管D24连接于所述第三开关元件与所述控制器之间。

9.根据权利要求1至8任一项所述的控制器过电压保护电路，其特征在于，所述电路还包括浪涌电压吸收单元，所述浪涌电压吸收单元包括滤波电容C11、C14以及TVS二极管D2，所述滤波电容C11的一端与电源连接，所述滤波电容C11的另一端与所述滤波电容C14的一端连接，所述滤波电容C14的另一端接地，所述TVS二极管D2的一端接地，所述TVS二极管D2的另一端连接于电源和控制器之间。

10.控制器过电压保护方法，其特征在于，包括：

当电源输入的电压处于设定范围内时，所述开关单元导通，所述稳压单元关断，以使电源输入的电压供给控制器；当电源输入的电压高于设定范围内时，所述开关单元关断，所述稳压单元导通，电源输入的电压经过稳压单元稳压后供给控制器。