CN109150165A - 一种车用电压调节电路及其运作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用电压调节电路及其运作方法，其中车用电压调节电路包括：档位电压调节单元、微处理器、滤波整形单元、以及放大单元，其中档位电压调节单元用于产生不同的档位电压输出至微处理器，微处理器对接收到的档位电压进行AD采样，并根据预设的转换策略将接收到的档位电压转化为相应占空比的PWM信号输出至滤波整形单元，滤波整形单元将接收到的PWM信号滤波整形为相应的直流电压信号输出至放大单元，放大单元对接收到的直流电压信号进行放大处理后输出至车载用电器。本发明提高了输出电压的调节精度，以一种经济有效的解决方案实现了对输出电压进行稳定、快速地调节。

Description

一种车用电压调节电路及其运作方法

技术领域

本发明涉及一种电压调节电路，更详而言之涉及一种车用电压调节电路及其运作方法。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，电子技术在汽车内得到广泛应用，车载用电器的数量和种类也都不断增加。一方面，不同的车载用电器的工作电压往往是不同的，需要对输出至不同用电器的电压进行调节，另一方面，通过调节工作电压可以调节用电器的工作状态。因此，车用电压调节电路的设计就显得尤为重要。

但是，现有技术在车用电压调节电路的设计方面还存在着一些缺陷。首先，一般车用电压调节电路的输出精度还有待提高，存在调节后的电压过高或过低的现象，使得车载用电器无法正常工作；其次，对调节后输出的电压缺乏短路保护的设计，存在一定的安全隐患；最后，现有车用电压调节电路的调节控制方式较为单一，无法根据应用场景的不同进行灵活配置。

综上所述，本领域亟需一种新的车用电压调节电路来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车用电压调节电路及其运作方法，在一定程度上解决了上述问题，提高了调节电压的输出精度，改善了调节电路的负载能力。

本发明的另一个目的在于提供一种车用电压调节电路及其运作方法，提供了电压输出的短路保护功能，有效避免了短路对电路造成的损害。

本发明的另一个目的在于提供一种车用电压调节电路及其运作方法，提供了多种调节模式，便于用户根据应用场景进行灵活配置，以一种经济有效的解决方案实现了对输出电压进行稳定、快速地调节。

依本发明的一个方面，本发明提供了一种车用电压调节电路，适于连接供电电源，所述供电电源包括电源VCC和电源VC，所述车用电压调节电路包括：

档位电压调节单元、微处理器、滤波整形单元、以及放大单元，其中所述微处理器分别连接所述档位电压调节单元、所述滤波整形单元，所述放大单元的一端连接于所述滤波整形单元，所述放大单元的另一端适于连接车载用电器，从而输出调节电压至车载用电器；

电源VCC分别为所述微处理器、所述滤波整形单元、所述档位电压调节单元供电，电源VC为所述放大单元供电，所述档位电压调节单元用于产生不同的档位电压输出至所述微处理器，所述微处理器对接收到的档位电压进行AD采样，并根据预设的转换策略将接收到的档位电压转化为相应占空比的PWM信号输出至所述滤波整形单元，所述滤波整形单元将接收到的PWM信号滤波整形为相应的直流电压信号输出至所述放大单元，所述放大单元对接收到的直流电压信号进行放大处理后输出至车载用电器。

根据本发明的优选实施例，所述档位电压调节单元包括可调电阻RJ、电阻R10、以及电容C2，其中可调电阻RJ的一端适于连接电源VCC，可调电阻RJ的另一端接地，电阻R10的一端连接可调电阻RJ，电阻R10的另一端连接于所述微处理器，电容C2的一端同时连接电阻R10和所述微处理器，电容C2的另一端接地。

优选地，所述可调电阻RJ为电位器。

根据本发明的优选实施例，所述滤波整形单元包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、以及电容C1，其中NPN型三极管Q1的基极连接于所述微处理器，NPN型三极管Q1的发射极接地，NPN型三极管Q1的集电极经电阻R1连接于PNP型三极管Q2的基极，电阻R2的一端连接于电阻R1，电阻R2的另一端同时连接于PNP型三极管Q2的发射极和电源VCC，电阻R3、电阻R4、电容C1三者互相串联，电阻R3和电容C1的公共端接地，电阻R3和电阻R4的公共端连接于PNP型三极管Q2的集电极。

根据本发明的优选实施例，所述放大单元包括运算放大器U1、电阻R5、电阻R6、以及电阻R7，运算放大器U1的正相输入端连接于电阻R4和电容C1的公共端，电阻R5的一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R5的另一端接地，电阻R6的一端连接运算放大器U1的输出端，电阻R6的另一端连接运算放大器U1和电阻R5的公共端，电阻R7的一端连接电阻R6，电阻R7的另一端接地。

进一步地，本发明的所述车用电压调节电路进一步包括短路保护单元，所述短路保护单元分别连接于所述放大单元和所述微处理器，当所述放大单元短路时，所述短路保护单元输出报警信号至所述微处理器，所述微处理器接收到报警信号后关闭PWM信号输出。

根据本发明的优选实施例，所述短路保护单元包括电阻R8、电阻R9、以及NPN型三极管Q3，NPN型三极管Q3的基极经电阻R8连接于电阻R7，NPN型三极管Q3的发射极接地，NPN型三极管Q3的集电极经电阻R9连接于电源VCC，NPN型三极管Q3的集电极与电阻R9的公共端连接于所述微处理器。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一种车用电压调节电路的运作方法，所述车用电压调节电路包括档位电压调节单元、微处理器、滤波整形单元、以及放大单元，该运作方法包括以下步骤：

(S1)调节所述档位电压调节单元输出至所述微处理器的档位电压大小；

(S2)通过所述微处理器对接收到的档位电压进行AD采样，并根据预设的转换策略将接收到的档位电压转化为相应占空比的PWM信号输出至所述滤波整形单元；

(S3)通过所述滤波整形单元将PWM信号滤波整形为相应的直流电压信号并输出至所述放大单元；

(S4)通过所述放大单元对直流电压信号进行放大处理后输出至车载用电器。

根据本发明的优选实施例，所述车用电压调节电路的运作方法进一步包括步骤(S5)对所述放大单元进行短路检测：若检测到所述放大单元出现短路，则控制所述微处理器停止PWM信号的输出。

优选地，所述转换策略具体为：预设不同的档位电压与不同占空比的PWM信号一一对应，由此实现输出电压的无级调节。

优选地，所述转换策略具体为：预设有限数量的n个档位电压区间，相应地预设n个不同占空比的PWM信号，不同的档位电压区间与不同占空比的PWM信号一一对应，由此实现输出电压的有级调节。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)通过调节可调电阻RJ的电阻值和PWM信号的占空比即可实现对输出电压的调节，提高了调节电压的输出精度，以一种经济有效的解决方案实现了对输出电压进行稳定、快速地调节。

(2)通过不同的转化策略可以实现电压调节模式的灵活配置，实现无极调节或有限级数的调节。

(3)提供了电压输出的短路保护功能，有效避免了短路对电路造成的损害。

本发明的上述以及其它目的、特征、优点将通过下面的详细说明、附图、以及所附的权利要求进一步明确。

附图说明

图1是根据本发明的优选实施例的车用电压调节电路的方框示意图；

图2是根据本发明的优选实施例的车用电压调节电路的电路原理图；

图3是根据本发明的优选实施例的车用电压调节电路运作方法的流程示意图；

图中：档位电压调节单元10；微处理器20；滤波整形单元30；放大单元40；短路保护单元50。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参看附图之图1至图2，根据本发明的优选实施例的车用电压调节电路将在接下来的描述中被阐明，其提高了调节电压的输出精度，改善了调节电路的负载能力，以一种经济有效的解决方案实现了对输出电压进行稳定、快速地调节。

如附图1所示，所述车用电压调节电路包括档位电压调节单元10、微处理器20、滤波整形单元30、以及放大单元40，其中所述微处理器20分别连接所述档位电压调节单元10、所述滤波整形单元30，所述放大单元40的一端连接于所述滤波整形单元30，所述放大单元40的另一端适于连接车载用电器，从而输出调节电压至车载用电器。电源VCC分别为所述微处理器20、所述滤波整形单元30、所述档位电压调节单元10供电，电源VC为所述放大单元40供电。

本领域技术人员容易理解的是，所述电源VC为12V或24V电压，所述电源VCC为3.3V或5V电压。

所述档位电压调节单元10用于产生不同的档位电压输出至所述微处理器20，所述微处理器20对接收到的档位电压进行AD采样，并根据预设的转换策略将接收到的档位电压转化为相应占空比的PWM信号输出至所述滤波整形单元30。所述滤波整形单元30将接收到的PWM信号滤波整形为相应的直流电压信号输出至所述放大单元40，所述放大单元40对接收到的直流电压信号进行放大处理后输出至车载用电器。

示例性地，所述车载用电器可以但不限于为汽车灯组、灯组高度调节电机等用电设备，从而通过输出电压的调节实现灯光亮暗程度的调节或灯组高度的调节。

参看附图之图2，更具体地来说，所述档位电压调节单元10包括可调电阻RJ、电阻R10、以及电容C2，其中可调电阻RJ的一端适于连接电源VCC，可调电阻RJ的另一端接地。电阻R10的一端连接可调电阻RJ，电阻R10的另一端连接于所述微处理器20，电容C2的一端同时连接电阻R10和所述微处理器20，电容C2的另一端接地。

优选地，所述可调电阻RJ为电位器，便于用户进行操作。

进一步地，所述滤波整形单元30包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、以及电容C1。NPN型三极管Q1的基极连接于所述微处理器20，NPN型三极管Q1的发射极接地，NPN型三极管Q1的集电极经电阻R1连接于PNP型三极管Q2的基极。电阻R2的一端连接于电阻R1，电阻R2的另一端同时连接于PNP型三极管Q2的发射极和电源VCC。电阻R3、电阻R4、电容C1三者互相串联，电阻R3和电容C1的公共端接地，电阻R3和电阻R4的公共端连接于PNP型三极管Q2的集电极。

进一步地，所述放大单元40包括运算放大器U1、电阻R5、电阻R6、以及电阻R7。运算放大器U1的正相输入端连接于电阻R4和电容C1的公共端，电阻R5的一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R5的另一端接地。电阻R6的一端连接运算放大器U1的输出端，电阻R6的另一端连接运算放大器U1和电阻R5的公共端。电阻R7的一端连接电阻R6，电阻R7的另一端接地。

本发明所提供的车用电压调节电路的工作原理如下：

通过改变可调电阻RJ接入电路的有效电阻的大小，输出不同大小的档位电压Vadj至所述微处理器20。所述微处理器20对接收到的档位电压Vadj进行AD采样，并根据预设的转换策略将接收到的档位电压Vadj转化为相应占空比的PWM信号输出至所述滤波整形单元30。

具体地来说，所述微处理器20输出的PWM信号流入NPN型三极管Q1的基极，使得NPN型三极管Q1导通。当NPN型三极管Q1导通时，PNP型三极管Q2基极上的电压低于PNP型三极管Q2发射极上的电压，因此PNP型三极管Q2导通。当NPN型三极管Q1关断时，PNP型三极管Q2基极上的电压等于PNP型三极管Q2发射极上的电压，因此PNP型三极管Q2关闭。也就是说，PNP型三极管Q2的开关状态与NPN型三极管Q1的开关状态保持同步。因此，传输至PNP型三极管Q2处的PWM信号的占空比保持不变。电阻R4和电容C1将PWM信号滤波整形为相应的直流电压信号TV1输出至所述放大单元40。

所述放大单元40对接收到的直流电压信号TV1进行放大处理后输出至车载用电器，其放大后的直流电压信号Vout＝(1+R6/R5)*TV1。

优选地，所述微处理器20的型号为R5F21236或R5F10BGD，所述运算放大器U1的型号为LM258。

因此，在本发明所提供的车用电压调节电路中，通过调节可调电阻RJ的电阻值和PWM信号的占空比即可实现对输出电压的调节，提高了调节电压的输出精度，以一种经济有效的解决方案实现了对输出电压进行稳定、快速地调节。

值得一提的是，本发明的所述车用电压调节电路进一步包括短路保护单元50，所述短路保护单元50分别连接于所述放大单元40和所述微处理器20。当所述放大单元40短路时，所述短路保护单元50输出报警信号至所述微处理器20，所述微处理器20接收到报警信号后关闭PWM信号输出，以起到保护电路的作用。

具体地来说，所述短路保护单元50包括电阻R8、电阻R9、以及NPN型三极管Q3。NPN型三极管Q3的基极经电阻R8连接于电阻R7，NPN型三极管Q3的发射极接地，NPN型三极管Q3的集电极经电阻R9连接于电源VCC，NPN型三极管Q3的集电极与电阻R9的公共端连接于所述微处理器20。

在本实施例中，在没有发生短路的状态下，所述短路保护单元50输出至所述微处理器20的INst信号为高电平；当所述放大单元40出现短路时，所述INst信号由高电平信号变为低电平信号。当所述微处理器20检测到所述INst信号为低电平时，则关闭PWM信号的输出。通过这样的设计，本发明提供了电压输出的短路保护功能，有效避免了短路对电路造成的损害。

如附图3所示，本发明进一步提供一种车用电压调节电路的运作方法，所述车用电压调节电路包括档位电压调节单元、微处理器、滤波整形单元、以及放大单元，该运作方法包括以下步骤：

(S1)调节所述档位电压调节单元输出至所述微处理器的档位电压大小；

(S2)通过所述微处理器对接收到的档位电压进行AD采样，并根据预设的转换策略将接收到的档位电压转化为相应占空比的PWM信号输出至所述滤波整形单元；

(S3)通过所述滤波整形单元将PWM信号滤波整形为相应的直流电压信号并输出至所述放大单元；

(S4)通过所述放大单元对直流电压信号进行放大处理后输出至车载用电器。

值得一提的是，所述车用电压调节电路的运作方法进一步包括步骤(S5)对所述放大单元进行短路检测：若检测到所述放大单元出现短路，则控制所述微处理器停止PWM信号的输出，以避免短路对电路造成的损害。

优选地，所述转换策略具体为：预设不同的档位电压与不同占空比的PWM信号一一对应，由此实现输出电压的无级调节。也就是说，每一个档位电压值都一一对应不同的PWM信号占空比。

在其他可能的优选实施方式中，所述转换策略也可以为：预设有限数量的n个档位电压区间，相应地预设n个不同占空比的PWM信号，不同的档位电压区间与不同占空比的PWM信号一一对应，由此实现输出电压的有级调节。也就是说，同一区间内的所有档位电压值对应同一个PWM信号占空比。

用户可以通过对所述微处理器内的程序进行调整以完成所述转换策略的设定。由此本发明提供了输出电压的多种调节模式，便于用户根据应用场景进行灵活配置。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (9)

1.一种车用电压调节电路，适于连接供电电源，所述供电电源包括电源VCC和电源VC，其特征在于，所述车用电压调节电路包括：

档位电压调节单元、微处理器、滤波整形单元、以及放大单元，其中所述微处理器分别连接所述档位电压调节单元、所述滤波整形单元，所述放大单元的一端连接于所述滤波整形单元，所述放大单元的另一端适于连接车载用电器，从而输出调节电压至车载用电器；

电源VCC分别为所述微处理器、所述滤波整形单元、所述档位电压调节单元供电，电源VC为所述放大单元供电，所述档位电压调节单元用于产生不同的档位电压输出至所述微处理器，所述微处理器对接收到的档位电压进行AD采样，并根据预设的转换策略将接收到的档位电压转化为相应占空比的PWM信号输出至所述滤波整形单元，所述滤波整形单元将接收到的PWM信号滤波整形为相应的直流电压信号输出至所述放大单元，所述放大单元对接收到的直流电压信号进行放大处理后输出至车载用电器。

2.如权利要求1所述的车用电压调节电路，其特征在于，所述档位电压调节单元包括可调电阻RJ、电阻R10、以及电容C2，其中可调电阻RJ的一端适于连接电源VCC，可调电阻RJ的另一端接地，电阻R10的一端连接可调电阻RJ，电阻R10的另一端连接于所述微处理器，电容C2的一端同时连接电阻R10和所述微处理器，电容C2的另一端接地；

所述滤波整形单元包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、以及电容C1，其中NPN型三极管Q1的基极连接于所述微处理器，NPN型三极管Q1的发射极接地，NPN型三极管Q1的集电极经电阻R1连接于PNP型三极管Q2的基极，电阻R2的一端连接于电阻R1，电阻R2的另一端同时连接于PNP型三极管Q2的发射极和电源VCC，电阻R3、电阻R4、电容C1三者互相串联，电阻R3和电容C1的公共端接地，电阻R3和电阻R4的公共端连接于PNP型三极管Q2的集电极；

所述放大单元包括运算放大器U1、电阻R5、电阻R6、以及电阻R7，运算放大器U1的正相输入端连接于电阻R4和电容C1的公共端，电阻R5的一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R5的另一端接地，电阻R6的一端连接运算放大器U1的输出端，电阻R6的另一端连接运算放大器U1和电阻R5的公共端，电阻R7的一端连接电阻R6，电阻R7的另一端接地。

3.如权利要求2所述的车用电压调节电路，其特征在于，所述可调电阻RJ为电位器。

4.如权利要求1-3中任一项所述的车用电压调节电路，其特征在于，进一步包括短路保护单元，所述短路保护单元分别连接于所述放大单元和所述微处理器，所述短路保护单元检测到所述放大单元出现短路后输出报警信号至所述微处理器，所述微处理器接收到报警信号后关闭PWM信号输出。

5.如权利要求4所述的车用电压调节电路，其特征在于，所述短路保护单元包括电阻R8、电阻R9、以及NPN型三极管Q3，NPN型三极管Q3的基极经电阻R8连接于所述放大单元，NPN型三极管Q3的发射极接地，NPN型三极管Q3的集电极经电阻R9连接于电源VCC，NPN型三极管Q3的集电极与电阻R9的公共端连接于所述微处理器。

6.一种车用电压调节电路的运作方法，所述车用电压调节电路包括档位电压调节单元、微处理器、滤波整形单元、以及放大单元，其特征在于，该运作方法包括以下步骤：

(S1)调节所述档位电压调节单元输出至所述微处理器的档位电压大小；

(S2)通过所述微处理器对接收到的档位电压进行AD采样，并根据预设的转换策略将接收到的档位电压转化为相应占空比的PWM信号输出至所述滤波整形单元；

(S3)通过所述滤波整形单元将PWM信号滤波整形为相应的直流电压信号并输出至所述放大单元；

(S4)通过所述放大单元对直流电压信号进行放大处理后输出至车载用电器。

7.如权利要求6所述的车用电压调节电路的运作方法，其特征在于，进一步包括步骤(S5)对所述放大单元进行短路检测：若检测到所述放大单元出现短路，则控制所述微处理器停止PWM信号的输出。

8.如权利要求6或7所述的车用电压调节电路的运作方法，其特征在于，所述转换策略具体为：预设不同的档位电压与不同占空比的PWM信号一一对应，由此实现输出电压的无级调节。

9.如权利要求6或7所述的车用电压调节电路的运作方法，其特征在于，所述转换策略具体为：预设有限数量的n个档位电压区间，相应地预设n个不同占空比的PWM信号，不同的档位电压区间与不同占空比的PWM信号一一对应，由此实现输出电压的有级调节。