CN109564457A - 一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统，通过单片机控制单元(108)在检测到车辆电源(201)断电时输出控制指令，充放电单元(103)用于在车辆电源(201)断电时，放电输出第一预设电压信号以维持对单片机控制单元(108)、系统控制单元(109)以及硬盘单元(110)供电，以使系统控制单元(109)根据控制指令在预设时间内控制硬盘单元(110)对实时记录的数据进行存储。由此实现了在车辆电源(201)断电时，硬盘单元(110)有足够的时间对实时记录的数据进行存储，避免了数据丢失的问题，解决了现有的用于车载设备的断电保护技术存在着3.5寸硬盘的行车记录仪因在外部电源破坏的情况下，无法对数据进行实时记录及存储的问题。

Description

一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统。

背景技术

国标GB/T 19056-2012文件的硬性规定，道路行驶的营运车辆安装汽车行驶记录仪在断电的情况下，针对硬盘存储提出了详细的要求，其明确规定了汽车行驶记录仪必须能够完整地记录和分析车辆录像数据。但受汽车内外部复杂的环境影响，特别是在车辆碰撞、人为破坏等因素导致汽车行驶记录仪突发断电的情况下，此刻汽车行驶记录仪内部的硬盘因为突发掉电不能工作而无法录制到实时、完整的录像画面，这也对后期证据收集无法提供有效的依据。如何准确解决类似问题，是所有汽车行驶记录仪设计厂家需要重点考虑的问题。

为了解决上述问题，目前的通用做法主要为以下两种：

第一种做法：在汽车行驶记录仪设备的前端增加UPS(Uninterruptible PowerSystem/Uninterruptible Power Supply，不间断电源)，利用UPS来给汽车行驶记录仪供电，该方案能保证外部电源关闭的情况下继续能给汽车行驶记录仪供电，但有一定的局限性，缺点表现在以下两个方面：

1)成本贵，需要额外增加UPS的成本；

2)参考图一，车辆电源到UPS前端电源被破坏的情况下(线缆A)，汽车行驶记录仪能够继续完整的进行录像。但是如果UPS后端电源到汽车行驶记录仪这一区域被破坏(线缆B)，汽车行驶记录仪内部的硬盘瞬间掉电不工作，同样还是无法录制到实时完整的录像画面，故具有一定的局限性。

第二种做法：为了解决第一种问题，部分设计厂家开始在汽车行驶记录仪内部增加法拉电容，即外部电源被破坏的情况下，利用法拉电容的储电特性来给汽车行驶记录仪供电。相比第一种做法即能保证成本上的优势，又能保证汽车行驶记录仪不受外部掉电影响。但法拉电容耐压低容量小，只适用于2.5寸硬盘等低功耗汽车行驶记录仪，3.5寸硬盘由于功耗大的特性，使法拉电容无法按现有架构对其供电。现有架构中，如果直接使用法拉电容的12V电源给硬盘供电是不可取的。由于外部电源关机后，法拉电容开始放电12V电压逐步下降，而硬盘的12V电源要求不得低于工作电源的10％，这就导致了外电关闭的同时，电压下降导致硬盘的12V也立刻停止了工作，系统控制单元无法完成硬盘数据的保存和卸载，存在硬盘数据丢失的风险。在监控环境高清化对硬盘容量要求越来越大的影响下，使用3.5寸大容量硬盘的汽车行驶记录仪已迫在眉睫。

因此，现有的用于车载设备的断电保护技术存在着3.5寸硬盘的行车记录仪因在外部电源破坏的情况下，无法对数据进行实时记录及存储的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统，旨在解决现有的用于车载设备的断电保护技术存在着3.5寸硬盘的行车记录仪因在外部电源破坏的情况下，无法对数据进行实时记录及存储的问题。

本发明第一方面提供了一种用于车载设备的断电保护电路，所述断电保护电路包括：

变压单元、第一降压单元、第二降压单元、第三降压单元、限流单元、充放电单元以及升压单元；

所述变压单元的输入端接车辆电源，所述变压单元的输出端通过所述限流单元接所述充放电单元，所述第一降压单元的输入端、所述第二降压单元的输入端以及所述升压单元的输入端分别接所述限流单元，所述第一降压单元的输出端接单片机控制单元，所述第二降压单元的输出端接系统控制单元，所述升压单元的输出端一方面接硬盘单元，另一方面通过所述第三降压单元接所述硬盘单元；

所述车辆电源输出的电压信号经过所述变压单元进行电压变换后输出第一预设电压信号，所述第一预设电压信号一方面通过所述限流单元对所述充放电单元进行充电；另一方面分别通过所述第一降压单元和所述第二降压单元进行降压处理后，输出第二预设电压信号分别对所述单片机控制单元和所述系统控制单元进行供电；再一方面通过所述升压单元进行升压处理后，输出第三预设电压信号对所述硬盘单元进行供电，并且所述第三预设电压信号经过所述第三降压单元进行降压处理后输出第四预设电压信号对所述硬盘单元进行供电；

所述单片机控制单元在检测到所述车辆电源断电时输出控制指令，所述充放电单元用于在所述车辆电源断电时，放电输出所述第一预设电压信号以维持对所述单片机控制单元、所述系统控制单元以及所述硬盘单元供电，以使所述系统控制单元根据所述控制指令在预设时间内控制所述硬盘单元对实时记录的数据进行存储。

本发明第二方面提供了一种用于车载设备的断电保护装置，包括单片机控制单元、系统控制单元以及硬盘单元，所述断电保护装置还包括如上述所述的断电保护电路。

本发明第三方面提供了一种用于车载设备的断电保护系统，包括车辆电源，所述断电保护系统还包括如上述所述的断电保护装置。

本发明提供的一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统，通过单片机控制单元在检测到车辆电源断电时输出控制指令，充放电单元用于在车辆电源断电时，放电输出第一预设电压信号以维持对单片机控制单元、系统控制单元以及硬盘单元供电，以使系统控制单元根据控制指令在预设时间内控制硬盘单元对实时记录的数据进行存储。由此实现了在车辆电源断电时，硬盘单元有足够的时间对实时记录的数据进行存储，避免了数据丢失的问题，解决了现有的用于车载设备的断电保护技术存在着3.5寸硬盘的行车记录仪因在外部电源破坏的情况下，无法对数据进行实时记录及存储的问题。

附图说明

图1是现有技术涉及的对汽车行驶记录仪进行供电的连接结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种用于车载设备的断电保护电路的单元结构示例图。

图3是本发明实施例提供的一种用于车载设备的断电保护电路的电路示例图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

上述的一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统，通过单片机控制单元在检测到车辆电源断电时输出控制指令，充放电单元用于在车辆电源断电时，放电输出第一预设电压信号以维持对单片机控制单元、系统控制单元以及硬盘单元供电，以使系统控制单元根据控制指令在预设时间内控制硬盘单元对实时记录的数据进行存储。由此实现了在车辆电源断电时，硬盘单元有足够的时间对实时记录的数据进行存储，避免了数据丢失的问题。上述用于车载设备的断电保护电路、装置及系统可应用于车载数字录像机、车载汽车行驶记录仪等车载安防相关设备。

图2示出了本发明实施例提供的一种用于车载设备的断电保护电路的单元结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种用于车载设备的断电保护电路，包括变压单元101、第一降压单元104、第二降压单元105、第三降压单元107、限流单元102、充放电单元103以及升压单元106。

变压单元101的输入端接车辆电源201，变压单元101的输出端通过限流单元102接充放电单元103，第一降压单元104的输入端、第二降压单元105的输入端以及升压单元106的输入端分别接限流单元102，第一降压单元104的输出端接单片机控制单元108，第二降压单元105的输出端接系统控制单元109，升压单元106的输出端一方面接硬盘单元110，另一方面通过第三降压单元107接所述硬盘单元110。

车辆电源201输出的电压信号经过变压单元101进行电压变换后输出第一预设电压信号，第一预设电压信号一方面通过限流单元102对充放电单元103进行充电；另一方面分别通过第一降压单元104和第二降压单元105进行降压处理后，输出第二预设电压信号分别对单片机控制单元108和系统控制单元109进行供电；再一方面通过升压单元106进行升压处理后，输出第三预设电压信号对硬盘单元110进行供电，并且第三预设电压信号经过第三降压单元107进行降压处理后输出第四预设电压信号对硬盘单元110进行供电；

单片机控制单元108在检测到车辆电源201断电时输出控制指令，充放电单元103用于在车辆电源201断电时，放电输出第一预设电压信号以维持对单片机控制单元108、系统控制单元109以及硬盘单元110供电，以使系统控制单元109根据控制指令在预设时间内控制硬盘单元110对实时记录的数据进行存储。

作为本发明一实施例，上述第一预设电压信号的电压值为12V，第二预设电压信号的电压值为3.3V，第三预设电压信号的电压值为12.4V，第四预设电压信号的电压值为5V。

作为本发明一实施例，由于车辆电源201断电时，为了保证数据不被丢失，因此需要足够的时间让硬盘单元110不断电，才能对实时记录的数据进行存储。在单片机控制单元108在检测到车辆电源201断电时输出控制指令，则系统控制单元109根据控制指令在预设时间内控制硬盘单元110对实时记录的数据进行存储。即是在车辆电源210断电后，充放电单元103可放电保证单片机控制单元108、系统控制单元109以及硬盘单元110可再持续工作一段时间。该段时间足够让硬盘单元110对实时记录的数据进行存储。

图3示出了本发明实施例提供的一种用于车载设备的断电保护电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述限流单元102包括限流电阻。

作为本发明一实施例，上述变压单元101采用变压芯片U1实现。由于车辆电源201输出的电压信号的范围为8V～36V，通过变压芯片U1进行电压转换后输出12V的电压信号。

作为本发明一实施例，上述第一降压单元104、第二降压单元105以及第三降压单元107均采用降压芯片实现。具体地，第一降压单元104采用的第一降压芯片U2和第二降压单元105采用的第二降压芯片U3可为同一型号的降压芯片，都是将12V的电压信号降压为3.3V的电压信号后进行输出，分别对单片机控制单元108和系统控制单元109进行供电；第三降压单元107采用的第三降压芯片U4则是将12.4V的电压信号降压为5V的电压信号，并对硬盘单元110进行供电。

作为本发明一实施例，上述升压单元106采用升压芯片U5实现，升压芯片U5用于将12V的电压信号升压为12.4V，并对硬盘单元110进行供电。

作为本发明一实施例，上述充放电单元103包括法拉电容。

作为本发明一实施例，上述硬盘单元110包括3.5寸硬盘或者2.5寸硬盘，图3采用3.5寸硬盘表示。

本发明还提供了一种用于车载设备的断电保护装置，包括单片机控制单元、系统控制单元以及硬盘单元，该断电保护装置还包括如上述所述的断电保护电路。

本发明还提供了一种用于车载设备的断电保护系统，包括车辆电源，该断电保护系统还包括如上述所述的断电保护装置。

以下结合图2-图3对上述的一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统的工作原理进行说明：

车辆电源201上电供电流程：

1)变压芯片U1负责对车辆电源201输入电压进行升降压处理：输入低于12V时，处于升压模式；输出高于12V时，处于降压模式。输出设置为固定的12V，基于设置输出为12V的原因主要为行业通用标准以及外设接口为12V供电；

2)变压芯片U1输出12V给后端系统供电的同时，经过限流电阻对法拉电容进行充电，冲满后处于恒定状态；

3)变压芯片U1输出12V，分别经过第一降压芯片U2和第二降压芯片U3降压为3.3V处理后，分别给单片机控制单元108和系统控制单元109供电；

4)针对变压芯片U5，电路工作条件输入电压范围(3V-60V)，输出电压设置在12.4V，用于后端硬盘12V电源供电和第三降压芯片U4供电；

5)针对第三降压芯片U4，输入由变压芯片U5提供12.4V，输出电压设置在5V，用于后端硬盘5V电源供电；

6)变压芯片U5的升压输出值设置12.4V，满足3.5寸硬盘电源工作范围12V±10％，同时能让变压芯片U5工作不受外电打开和关闭影响，一直保持稳定的升压模式。即正常上电运行的情况下U1输出12V，变压芯片U5升压输出12.4V。

车辆电源201掉电流程：

单片机控制单元108通过ADC管脚实时监测车辆电源201的情况，如果连续600ms监测到电压低于7V则判断为异常掉电，并通知系统控制单元109关机和保存数据。系统控制单元109收到单片机控制单元108发出的外电过低指令(即控制指令)后，开始进入关机模式，保存数据并卸载休眠硬盘。一般完成数据保存需要4s左右，即整个系统需要在外电关闭的情况下，只要电源稳定维持4s以上就能保证硬盘数据不会丢失。

如何维持系统电源稳定，表现如下：

1)变压芯片U1处于不工作状态；

2)整个系统中单片机控制单元108、系统控制单元109、硬盘单元110电源全部由法拉电容103从12V开始放电来支撑；

3)第一降压芯片U1、第二降压芯片U2在输入由12V下降的过程中，输出电压始终保持稳定继续输出3.3V，直到法拉电容103的电压放电低于3.3V；

4)升压芯片U5在输入由12V下降的过程中，始终处于升压模式，下降过程从12V-3V的范围内，升压芯片U5不受外电影响始终保持升压状态输出稳定的12.4V给3.5寸硬盘工作，直到法拉电容103的电压放电低于升压芯片U5的输入门限3V；

5)第三降压芯片U4的工作状态不变，输入和输出电压和正常上电运行时一样；

6)由以上可知，法拉电容103的电压高于3.3V的电压就能保持稳定，故法拉电容103电压从12V开始缓慢跌落，从12V开始下降到3.3V为有效电压。将法拉电容103设置参数为3F，负载3A根据计算公式12V下降到3.3V的理论时间为(12V-3.3V)*3F/3A＝8.7S，即有效电压时间为8.7S。有效的8.7S电压能保证系统控制单元109控制3.5寸硬盘完成数据的保存。

因此，上述的断电保护电路提高了数据保存成功的同时，解决了目前车载市场上无法支撑3.5寸大硬盘断电数据保护的问题。该断电保护电路支撑2.5寸硬盘或3.5寸硬盘；利用电路的升压特性，提高了法拉电容的掉电范围，为系统赢得了更多的时间来处理关机流程，从而极大的提高了硬盘数据保存的可靠性；其电路简单、可靠、稳定，成本低。

综上，本发明实施例提供的一种用于车载设备的断电保护电路、装置及系统，通过单片机控制单元在检测到车辆电源断电时输出控制指令，充放电单元用于在车辆电源断电时，放电输出第一预设电压信号以维持对单片机控制单元、系统控制单元以及硬盘单元供电，以使系统控制单元根据控制指令在预设时间内控制硬盘单元对实时记录的数据进行存储。由此实现了在车辆电源断电时，硬盘单元有足够的时间对实时记录的数据进行存储，避免了数据丢失的问题，解决了现有的用于车载设备的断电保护技术存在着3.5寸硬盘的行车记录仪因在外部电源破坏的情况下，无法对数据进行实时记录及存储的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于车载设备的断电保护电路，其特征在于，所述断电保护电路包括：

变压单元、第一降压单元、第二降压单元、第三降压单元、限流单元、充放电单元以及升压单元；

所述变压单元的输入端接车辆电源，所述变压单元的输出端通过所述限流单元接所述充放电单元，所述第一降压单元的输入端、所述第二降压单元的输入端以及所述升压单元的输入端分别接所述限流单元，所述第一降压单元的输出端接单片机控制单元，所述第二降压单元的输出端接系统控制单元，所述升压单元的输出端一方面接硬盘单元，另一方面通过所述第三降压单元接所述硬盘单元；

所述车辆电源输出的电压信号经过所述变压单元进行电压变换后输出第一预设电压信号，所述第一预设电压信号一方面通过所述限流单元对所述充放电单元进行充电；另一方面分别通过所述第一降压单元和所述第二降压单元进行降压处理后，输出第二预设电压信号分别对所述单片机控制单元和所述系统控制单元进行供电；再一方面通过所述升压单元进行升压处理后，输出第三预设电压信号对所述硬盘单元进行供电，并且所述第三预设电压信号经过所述第三降压单元进行降压处理后输出第四预设电压信号对所述硬盘单元进行供电；

所述单片机控制单元在检测到所述车辆电源断电时输出控制指令，所述充放电单元用于在所述车辆电源断电时，放电输出所述第一预设电压信号以维持对所述单片机控制单元、所述系统控制单元以及所述硬盘单元供电，以使所述系统控制单元根据所述控制指令在预设时间内控制所述硬盘单元对实时记录的数据进行存储。

2.如权利要求1所述的断电保护电路，其特征在于，所述限流单元包括限流电阻。

3.如权利要求1所述的断电保护电路，其特征在于，所述第一预设电压信号的电压值为12V，所述第二预设电压信号的电压值为3.3V，所述第三预设电压信号的电压值为12.4V，所述第四预设电压信号的电压值为5V。

4.如权利要求1所述的断电保护电路，其特征在于，所述变压单元采用变压芯片实现。

5.如权利要求1所述的断电保护电路，其特征在于，所述第一降压单元、所述第二降压单元以及所述第三降压单元均采用降压芯片实现。

6.如权利要求1所述的断电保护电路，其特征在于，所述升压单元采用升压芯片实现。

7.如权利要求1所述的断电保护电路，其特征在于，所述充放电单元包括法拉电容。

8.如权利要求1所述的断电保护电路，其特征在于，所述硬盘单元包括3.5寸硬盘或者2.5寸硬盘。

9.一种用于车载设备的断电保护装置，包括单片机控制单元、系统控制单元以及硬盘单元，其特征在于，所述断电保护装置还包括如权利要求1至8任一项所述的断电保护电路。

10.一种用于车载设备的断电保护系统，包括车辆电源，其特征在于，所述断电保护系统还包括如权利要求9所述的断电保护装置。