CN109239445B - 一种汽车电源系统的上电掉电检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车电源系统的上电掉电检测电路，包括输入电路和输出电路，输入电路和输出电路上设置输入端和输出端，输出电路上设有电源端，输入电路的输出端连接输出电路的输入端，输入电路的输入端连接电源系统的电源端，输出电路的输出端连接电源系统的检测端，输入电路包括第一二极管、第二二极管、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容，输出电路包括第二三极管、第四电阻、第五电阻、第三电容。本电路的设计成本低、功耗低且响应速度快，其响应速度能够通过调节第三电容和第四电阻的数值进行设定。

Description

一种汽车电源系统的上电掉电检测电路

技术领域

本发明涉及汽车电源系统技术领域，尤其涉及一种汽车电源系统的上电掉电检测电路。

背景技术

近年来汽车电子技术发展速度迅速，汽车不再只是一种单纯的交通工具，随着用户的要求也在不断提高，如用户要求汽车在启动掉电时仪表或音响系统不能出现任何异常，电源系统的上电掉电检测电路也随之应运而生，目前常用电源系统的上电掉电检测电路有以下几种：

（1）AD数模转化检测电路，系统上电或掉电时，AD采样到电压信号给MCU（微控制器），微控制器判断是否是上电或掉电，并做出相应的动作，这种电路思路简单易实现，然而由于采用了MCU（微控制器）而提高了产品成本，不适合对成本要求苛刻的产品。并且AD采样和MCU（微控制器）处理计算会造成检测延时，导致电路响应速度慢，只适合一些对相应速度要求低的应用场景。

（2）电源输入端串接一个二极管，并在二极管负极接一个大容量电解电容，信号从二极管正极采样，电容在掉电时起到持续供电的作用，给系统做下一步动作提供电源。这种电路系统功耗越大所需要的电解电容的容量就越大，成本非常高，只适合系统功耗小的电路应用。

（3）是在（2）的基础上，增加一颗电压比较器芯片，当电压下降值至电压比较器的阈值时电压比较器输出电平信号给后级电路，这种电路具有响应速度快，也可以实现上电检测，但是由于增加了一颗电压比较器芯片进一步提高了电路成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗、低成本且响应速度快的汽车电源系统的上电掉电检测电路。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种汽车电源系统的上电掉电检测电路，包括输入电路和输出电路，输入电路和输出电路上均设置输入端和输出端，输出电路上设有电源端，输入电路的输出端连接输出电路的输入端，输入电路的输入端和输出电路的电源端连接电源系统的电源端，输出电路的输出端连接电源系统的检测端，输入电路包括第一二极管、第二二极管、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容，输出电路包括第二三极管、第四电阻、第五电阻、第三电容，所述第一二极管的负极串接第二二极管的正极，在第一二极管的负极和第二二极管的正极之间引出支路作为输入电路的输入端，第二二极管的负极串接第一电阻的一端，第一电阻的另一端串接第一电容的一端，第一电容的另一端接地，第一三极管的发射极连接在第二二极管的负极与第一电阻之间，第一三极管的基极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一二极管的正极，第二电容的一端连接第一二极管的正极，第二电容的另一端接地，第一三极管的集电极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地，将第一三极管的集电极和第三电阻的连接端引出作为输入电路的输出端；第四电阻的一端引出作为输出电路的输入端，第四电阻的另一端连接第二三极管的基极，第三电容的一端连接第二三极管的基极，第三电容的另一端接地，第二三极管的发射极接地，第五电阻的一端连接第二三极管的集电极，第五电阻的另一端引出作为输出电路的电源端，第二三极管的集电极引出作为输出电路的输出端。

作为本发明的一种改进， 一个输入电路能够连接多个输出电路，所有输出电路之间并联连接。

作为本发明的一种改进， 所述第一三极管采用PNP型三极管，所述第二三极管采用NPN型三极管。

作为本发明的一种改进， 所述第一电容、第二电容、第三电容采用陶瓷电容。

作为本发明的一种改进， 所述的上电掉电检测电路的上电掉电检测响应时间能够通过调整第三电容和第四电阻的数值进行设定。

作为本发明的一种改进， 所述的上电掉电检测电路在电源系统掉电后的输出电平保持时间由第一电阻和第一电容决定，即能够通过调整第一电阻和第一电容的数值对上电掉电检测电路在电源系统掉电情况下的输出电平的保持时间进行设定。

相对于现有技术，本发明所提出的上电掉电检测电路的整体结构设计巧妙，由于电路是由三极管、电阻、电容及二极管之间的连接组合实现，因此易于实现且制作成本低，检测电路的响应速度（或响应时间）可通过调节电路中的第三电容和第四电阻的数值进行设定，并在电源系统掉电情况下需要对检测电路所输出的电平信号进行保持一段时间时，该保持时间也可通过调节第一电阻和第一电容的数值进行设定；另外，本检测电路的一个输入电路能够对应多个输出电路，所有输出电路之间并联连接，可供电源系统的多个检测端使用。

附图说明

图1为本发明提出的上电掉电检测电路原理图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

如图1所示，一种汽车电源系统的上电掉电检测电路，包括输入电路和输出电路，一个输入电路能够连接多个输出电路，所有输出电路之间并联连接（如图1中的虚线部分），可供电源系统的多个检测端使用。输入电路和输出电路上均设置输入端和输出端，输出电路上设有电源端，输出电路的电源端连接电源系统的电源端，输入电路的输出端连接输出电路的输入端，输入电路的输入端连接电源系统的电源端，输出电路的输出端连接电源系统的检测端。输入电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2，输出电路包括第二三极管Q2、第四电阻R4、第五电阻R5、第三电容C3，所述第一二极管D1的负极串接第二二极管D2的正极，在第一二极管D1的负极和第二二极管D2的正极之间引出支路作为输入电路的输入端，第二二极管D2的负极串接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端串接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地，第一三极管Q1的发射极连接在第二二极管D2的负极与第一电阻R1之间，第一三极管Q1的基极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第一二极管D1的正极，第二电容C2的一端连接第一二极管D1的正极，第二电容C2的另一端接地，第一三极管Q1的集电极连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地，将第一三极管Q1的集电极和第三电阻R3的连接端引出作为输入电路的输出端；第四电阻R4的一端引出作为输出电路的输入端，第四电阻R4的另一端连接第二三极管Q2的基极，第三电容C3的一端连接第二三极管Q2的基极，第三电容C3的另一端接地，第二三极管Q2的发射极接地，第五电阻R5的一端连接第二三极管Q2的集电极，第五电阻R5的另一端引出作为输出电路的电源端，第二三极管Q2的集电极引出作为输出电路的输出端。

在电源系统上电时，电流通过第二二极管D2、第一三极管Q1的CE极及第二电阻R2给第二电容C2充电，产生电流IB1，在第一三极管Q1满足导通条件时，产生电流IC1流过第三电阻R3和第四电阻R4驱动第二三极管Q2导通，第二三极管Q2的集电极输出低电平给后级电路。

而在电源系统掉电时，电源电压下降到低于第一三极管Q1和第一二极管D1的PN节导通电压之和时，第一三极管Q1导通，第二二极管D2截止，此时第一三极管Q1的发射极电源由第一电容C1放电提供，第二三极管Q2的集电极输出低电平给后级电路。

具体的，所述第一三极管Q1采用PNP型三极管，所述第二三极管Q2采用NPN型三极管。所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3采用陶瓷电容。

优选地，所述的上电掉电检测电路的上电掉电检测响应时间能够通过调整第三电容C3和第四电阻R4的数值进行设定。响应时间的计算公式具体如下：

电源系统掉电上电瞬间第三电阻R3两端电压为：VR3 = VA-VD2-VQ1EC，其中，VA为输入输入电路输入端及输出电路电源端的电源电压，VD2 为第二二极管D2导通时的正向压差， VQ1EC 为第一三极管Q1导通时EC极两端的电压；。

第三电容C3充放电方程为：VQ2BE =I*t*/C3，其中VQ2BE 三极管Q2导通时BE间的电压差；

第三电容C3充放电平均电流为：I=（（VR3- UQ2BE）/R4 + VR3/R4）/2 ；

第三电容C3的电压从0V充到UQ2BE的时间，即掉电上电时，电路的响应时间为：t =UQ2BE*C3/I；

因此，上电掉电的响应时间可进一步表示为：t= UQ2BE*C3/（（VR3- UQ2BE）/R4 +VR3/R4）/2 ，由此可见，由于VA、 VD2、 VQ1EC为定值，上电掉电的响应时间由第三电容C3和第四电阻R4的数值决定，通过调节第三电容C3和第四电阻R4的数值，可以调整电路的响应速度，可以满足与上电掉电产生的脉冲边沿同步的响应效果。

进一步优选地，所述的上电掉电检测电路在电源系统掉电后的输出电平保持时间由第一电阻R1和第一电容C1决定，即能够通过调整第一电阻R1和第一电容C1的数值对上电掉电检测电路在电源系统掉电情况下的输出电平的保持时间进行设定。

在一些特殊应用中要求掉电后电路能一直输出低电平一段时间t1（即保持时间），此时间是由第一电阻R1和第一电容C1来确定的，当第一电容C1电压跌落到使VR3等于VQ2BE时电路停止工作，此时第一电容C1的电压设为VC1L，第一电容C1从VA放电到VC1L的时间即为t1，具体计算公式如下：

当电路停止工作时，VC1L计算公式为：VC1L = VQ2BE+VD2+VQ1EC；

第一电容C1电压为VA时储存的能量：E1= 0.5*C1*VA^2（单位焦耳）；

第一电容C1电压为VC1L时储存的能量：E2= 0.5*C1* VC1L ^2（单位焦耳）；

第一电容C1放电时消耗的功率：P = (VA - VC1L) /R1（单位瓦）；

第一电容C1电压从VA释放到VC1L时，所需要的时间：t1 = (E1-E2)/P 。

例如，在音频功放系统中，电源上电与掉电会使功放输出直流脉冲信号，导致喇叭发出噪声，所以需要在音频系统上电掉电时音频功放处于静音状态。因此，在将本电路应用于音响电源系统的上电掉电静音电路中时，可通过调整第一电阻R1和第一电容C1的值来设定掉电后第一三极管Q1导通时间，以满足电路的掉电静音要求。具体将本电路的所有输入Vin连接功放的电源，所有输出Vout连接功放电路的静音输入（功放静音低电平有效），当电源上电掉电时，本检测电路输出低电平使音频功放处于静音状态，屏蔽了因系统上电掉电产生的噪声。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种汽车电源系统的上电掉电检测电路，其特征在于：包括输入电路和输出电路，输入电路和输出电路上均设置输入端和输出端，输出电路上设有电源端，输入电路的输出端连接输出电路的输入端，输入电路的输入端连接电源系统的电源端，输出电路的输出端连接电源系统的检测端，输入电路包括第一二极管、第二二极管、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容，输出电路包括第二三极管、第四电阻、第五电阻、第三电容，所述第一二极管的负极串接第二二极管的正极，在第一二极管的负极和第二二极管的正极之间引出支路作为输入电路的输入端，第二二极管的负极串接第一电阻的一端，第一电阻的另一端串接第一电容的一端，第一电容的另一端接地，第一三极管的发射极连接在第二二极管的负极与第一电阻之间，第一三极管的基极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一二极管的正极，第二电容的一端连接第一二极管的正极，第二电容的另一端接地，第一三极管的集电极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地，将第一三极管的集电极和第三电阻的连接端引出作为输入电路的输出端；第四电阻的一端引出作为输出电路的输入端，第四电阻的另一端连接第二三极管的基极，第三电容的一端连接第二三极管的基极，第三电容的另一端接地，第二三极管的发射极接地，第五电阻的一端连接第二三极管的集电极，第五电阻的另一端引出作为输出电路的电源端，第二三极管的集电极引出作为输出电路的输出端；

其中，上电掉电检测电路的上电掉电检测响应时间能够通过调整第三电容和第四电阻的数值进行设定，上电掉电检测电路在电源系统掉电情况下的输出电平的保持时间能够通过调整第一电阻和第一电容的数值进行设定。

2.如权利要求1所述的一种汽车电源系统的上电掉电检测电路，其特征在于，一个输入电路能够连接多个输出电路，所有输出电路之间并联连接。

3.如权利要求2所述的一种汽车电源系统的上电掉电检测电路，其特征在于，所述第一三极管采用PNP型三极管，所述第二三极管采用NPN型三极管。