CN110379676B - 一种带电压保护的车载继电器节能控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电压保护的车载继电器节能控制电路，包含电压保护电路、节能控制电路和车载继电器驱动电路。满足在外部宽电压范围输入电源条件下，稳定继电器线圈电压，根据继电器特性，分别在吸合阶段和保持阶段提供最小吸合电压和最小保持电压，稳定线圈消耗功率，并通过反馈闭环控制，在外部电压变化情况下，保证线圈消耗最小功率。同时设有电压保护电路，保证线圈工作在正常工作电压范围内，在高电压和低电压情况下，有效保护继电器线圈不致影响或者损坏。

Description

一种带电压保护的车载继电器节能控制电路

技术领域

本发明属于电动汽车电源和开关技术领域，特别涉及了一种车载继电器节能控制电路。

背景技术

随着能源危机和环境污染与日俱增，发展高效、节能、零排放的清洁型电动汽车成为国内外汽车工业发展的必然趋势。随着国家标准GB/T 18384.3-2015中对于人员触电防护的要求，电动汽车内部开关器件的稳定性与可靠性，以及节能减耗的性能，已经成为影响电动汽车整车性能的重要影响环节。

电动汽车由于其内部工作环境的复杂性，大功率高功耗负载器件较多，从而对于内部低压供电系统的可承载负荷能力是一种考验。电动汽车电池组除提供整车动力之外，也为整车电控提供功率输出，因此电控负载的能耗浪费，直接导致电池电能的损耗，影响其续航能力。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种带电压保护的车载继电器节能控制电路。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种带电压保护的车载继电器节能控制电路，其特征在于：

包含电压保护电路、节能控制电路和车载继电器驱动电路；

所述电压保护电路包含欠压保护电路和过压保护电路；所述欠压保护电路包含第一稳压二极管、第一三极管、第二三极管以及第一～第五电阻，第一三极管为NPN三极管，第二三极管为PNP三极管，第一稳压二极管的阴极接入外部宽范围电压Vin，第一稳压二极管的阳极经第一电阻与第一三极管的基极相连，第一三极管的基极经第二电阻与第一三极管的发射极相连，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极经第三电阻与第二三极管的基极相连，第二三极管的基极经第四电阻与第二三极管的发射极相连，第二三极管的发射极接入驱动电平，第二三极管的集电极经第五电阻与整个电压保护电路的输出端相连；所述过压保护电路包含第二稳压二极管、第三三极管以及第六～第八电阻，第三三极管为NPN三极管，第二稳压二极管的阴极接入外部宽范围电压Vin，第二稳压二极管的阳极经第六电阻与第三三极管的基极相连，第三三极管的基极经第七电阻与第三三极管的发射极相连，第三三极管的集电极与整个电压保护电路的输出端相连，第三三极管的发射极经第八电阻与整个电压保护电路的输出端相连，第三三极管的发射极接地；当外部宽范围电压Vin低于设定的欠压阈值时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管截止，同时第二稳压二极管和第三三极管截止，此时电压保护电路的输出信号因第八电阻下拉而呈低电平；当外部宽范围电压Vin高于设定的过压阈值时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管导通，同时第二稳压二极管和第三三极管导通，此时电压保护电路的输出信号呈低电平；当外部宽范围电压Vin处于正常范围时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管导通，同时第二稳压二极管和第三三极管截止，此时电压保护电路的输出信号因第五电阻上拉而呈高电平；

所述车载继电器驱动电路包含车载继电器线圈、NMOS管和第九电阻，车载继电器线圈的一端接入外部宽范围电压Vin，车载继电器线圈的另一端连接NMOS管的漏极，NMOS管的源极经第九电阻接地；

所述节能控制电路包括IC控制芯片，IC控制芯片采用PWM斩波输出方式，IC控制芯片接收电压保护电路的输出信号，并向前述NMOS管的栅极传输驱动信号，当电压保护电路的输出信号为低电平时，IC控制芯片封锁PWM斩波输出驱动信号，当电压保护电路的输出信号为高电平时，IC控制芯片触发PWM斩波输出驱动信号；节能控制电路接收前述第九电阻采样的负载电流，构成反馈回路，形成闭环控制。

进一步地，车载继电器的工作阶段包含吸合阶段和保持阶段，为IC控制芯片建立外围电路以配置吸合时间、最小吸合电流、最小保持电流以及驱动信号的开关频率。

进一步地，所述IC控制芯片的型号为DRV110APWR；该IC控制芯片的EN引脚与电压保护电路的输出端相连；该IC控制芯片的SENCE引脚与第九电阻相连，用于采集实际的负载电流；该IC控制芯片的KEEP引脚经第一电容接地，该引脚内部集成有恒流源，持续为第一电容充电，通过配置第一电容的充电时间来确定吸合时间；该IC控制芯片的PEAK引脚经第十电阻接地，该引脚的内部为恒流源输出，用于配置最小吸合电流，并与SENCE引脚采集的信号进行比较，确定吸合阶段的PWM输出的占空比；该IC控制芯片的HOLD引脚经第十一电阻接地，该引脚的内部为恒流源输出，用于配置最小保持电流，并与SENCE引脚采集的信号进行比较，确定保持阶段的PWM输出的占空比；该IC控制芯片的OSC引脚经第十二电阻接地，该引脚的内部为振荡器电路，用于配置驱动信号的开关频率；该IC控制芯片的OUT引脚与NMOS管的栅极相连，用于输出驱动信号。

进一步地，还包含电源转换电路，所述电源转换电路包括稳压芯片、第四三极管、第三电容、第四电容以及第十三～第十五电阻，第四电容为电解电容；第十三电阻的两端分别连接第四三极管的集电极和基极，第三电容的两端分别连接第四三极管的基极和系统地，第十四电容的一端连接第四三极管的发射极，第十四电容的另一端经第十五电容与系统地相连，第四电容的正极连接第四三极管的发射极，第四电容的负极接系统地，稳压芯片的阴极引脚连接第四三极管的基极，稳压芯片的阳极引脚连接系统地，稳压芯片的输出引脚连接第十四电容与第十五电容的公共端，第四三极管的集电极连接整个电源转换电路的输入端，用于接入外部宽范围电压Vin，第四三极管的发射极连接整个电源转换电路的输出端，用于输出稳定低电压Vcc，该稳定低电压Vcc用于为节能控制电路提供工作电压以及为电压保护电路提供驱动电平。

进一步地，所述车载继电器驱动电路还包括第三稳压二极管、第五电容、第十六电阻和第十七电阻，第五电容为电解电容；第三稳压二极管的阳极连接NMOS管的漏极，第三稳压二极管的阴极接入外部宽范围电压Vin，第五电容的正极接入外部宽范围电压Vin，第五电容的负极接地，第十七电阻的两端分别连接NMOS管的栅极和源极，NMOS管的栅极经第十六电阻与IC控制芯片的驱动信号输出端相连。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明能够实现高压继电器在宽电压输入范围内以稳定恒功率工作，吸合瞬间低功率，保持器件低功耗，达到高压继电器节能工作、减轻电池组负荷的压力的目的；同时，本发明带有电压保护功能，提高了车载电控系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明的整体电路图；

图2是本发明中节能控制电路图；

图3是本发明中电源转换电路图；

图4是本发明中车载继电器驱动电路图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明设计了一种带电压保护的车载继电器节能控制电路，包含电压保护电路、节能控制电路和车载继电器驱动电路。

电压保护电路包含欠压保护电路和过压保护电路。所述欠压保护电路包含第一稳压二极管D1、第一三极管Q1、第二三极管Q2以及第一～第五电阻R1～R5，第一三极管为NPN三极管，第二三极管为PNP三极管，第一稳压二极管的阴极接入外部宽范围电压Vin，第一稳压二极管的阳极经第一电阻与第一三极管的基极相连，第一三极管的基极经第二电阻与第一三极管的发射极相连，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极经第三电阻与第二三极管的基极相连，第二三极管的基极经第四电阻与第二三极管的发射极相连，第二三极管的发射极接入驱动电平，第二三极管的集电极经第五电阻与整个电压保护电路的输出端相连。所述过压保护电路包含第二稳压二极管D2、第三三极管Q3以及第六～第八电阻R6～R8，第三三极管为NPN三极管，第二稳压二极管的阴极接入外部宽范围电压Vin，第二稳压二极管的阳极经第六电阻与第三三极管的基极相连，第三三极管的基极经第七电阻与第三三极管的发射极相连，第三三极管的集电极与整个电压保护电路的输出端相连，第三三极管的发射极经第八电阻与整个电压保护电路的输出端相连，第三三极管的发射极接地。

当外部宽范围电压Vin低于设定的欠压阈值时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管截止，同时第二稳压二极管和第三三极管截止，此时电压保护电路的输出信号因第八电阻下拉而呈低电平；当外部宽范围电压Vin高于设定的过压阈值时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管导通，同时第二稳压二极管和第三三极管导通，此时电压保护电路的输出信号呈低电平；当外部宽范围电压Vin处于正常范围时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管导通，同时第二稳压二极管和第三三极管截止，此时电压保护电路的输出信号因第五电阻上拉而呈高电平。

车载继电器驱动电路包含车载继电器线圈、NMOS管Q4和第九电阻R9，车载继电器线圈的一端接入外部宽范围电压Vin，车载继电器线圈的另一端连接NMOS管Q4的漏极，NMOS管Q4的源极经第九电阻R9接地。

节能控制电路包括IC控制芯片，IC控制芯片采用PWM斩波输出方式，IC控制芯片接收电压保护电路的输出信号，并向前述NMOS管的栅极传输驱动信号，当电压保护电路的输出信号为低电平时，IC控制芯片封锁PWM斩波输出驱动信号，当电压保护电路的输出信号为高电平时，IC控制芯片触发PWM斩波输出驱动信号；节能控制电路接收前述第九电阻采样的负载电流，构成反馈回路，形成闭环控制。

本发明采用脉宽调制(PWM)斩波输出方式，其优势在于，将输入继电器线圈的宽范围电压经过闭环控制方式，输出恒定电压，从而达到稳定功率的目的。其中输出恒定电压分为恒定吸合电压和恒定保持电压，由于继电器线圈在吸合瞬间功率激增，同时需要较高吸合电压触发，瞬态过程完成后，只需较低电压保持线圈吸合即可。即保持电压小于吸合电压。即依据此理，需要配置节能控制电路相关参数，以满足控制要求。通过采集流过电阻R9的电压值确定负载电流，构成反馈回路，形成闭环控制，使实际输出电流与配置吸合电流与保持电流相一致。

通过配置IC控制芯片的外围电路以配置节能控制电路的相关参数。在本实施例中，IC控制芯片选用DRV110APWR芯片，其外围电路如图2所示。该IC控制芯片U2的EN引脚与电压保护电路的输出端相连。该IC控制芯片U2的SENCE引脚与第九电阻相连，用于采集实际的负载电流。该IC控制芯片U2的KEEP引脚经第一电容C1接地，该引脚内部集成有恒流源，持续为第一电容充电，通过配置第一电容的充电时间来确定吸合时间。该IC控制芯片U2的PEAK引脚经第十电阻R10接地，该引脚的内部为恒流源输出，用于配置最小吸合电流，并与SENCE引脚采集的信号进行比较，确定吸合阶段的PWM输出的占空比，保证吸合状态下最小功率。该IC控制芯片U2的HOLD引脚经第十一电阻R11接地，该引脚的内部为恒流源输出，用于配置最小保持电流，并与SENCE引脚采集的信号进行比较，确定保持阶段的PWM输出的占空比，保证保持状态下最小功率。该IC控制芯片U2的OSC引脚经第十二电阻R12接地，该引脚的内部为振荡器电路，用于配置驱动信号的开关频率。该IC控制芯片U2的OUT引脚与NMOS管的栅极相连，用于输出驱动信号。

如图3所示，本发明还包括电源转换电路，电源转换电路包括稳压芯片U1、第四三极管Q5、第三电容C3、第四电容C4以及第十三～第十五电阻R13～R15，第四电容为电解电容。第十三电阻的两端分别连接第四三极管的集电极和基极，第三电容的两端分别连接第四三极管的基极和系统地，第十四电容的一端连接第四三极管的发射极，第十四电容的另一端经第十五电容与系统地相连，第四电容的正极连接第四三极管的发射极，第四电容的负极接系统地，稳压芯片的阴极引脚连接第四三极管的基极，稳压芯片的阳极引脚连接系统地，稳压芯片的输出引脚连接第十四电容与第十五电容的公共端，第四三极管的集电极连接整个电源转换电路的输入端，用于接入外部宽范围电压Vin，第四三极管的发射极连接整个电源转换电路的输出端，用于输出稳定低电压Vcc，该稳定低电压Vcc用于为节能控制电路提供工作电压以及为电压保护电路提供驱动电平。

如图4所示，车载继电器驱动电路还包括第三稳压二极管D3、第五电容C5、第十六电阻R16和第十七电阻R17，第五电容C5为电解电容。第三稳压二极管D3的阳极连接NMOS管Q4的漏极，第三稳压二极管D3的阴极接入外部宽范围电压Vin，第五电容C5的正极接入外部宽范围电压Vin，第五电容C5的负极接地，第十七电阻R17的两端分别连接NMOS管Q4的栅极和源极，NMOS管Q4的栅极经第十六电阻R16与IC控制芯片的驱动信号输出端相连。图4中的W1为继电器线圈。

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种带电压保护的车载继电器节能控制电路，其特征在于：

包含电源转换电路、电压保护电路、节能控制电路和车载继电器驱动电路；

所述电压保护电路包含欠压保护电路和过压保护电路；所述欠压保护电路包含第一稳压二极管、第一三极管、第二三极管以及第一～第五电阻，第一三极管为NPN三极管，第二三极管为PNP三极管，第一稳压二极管的阴极接入外部宽范围电压Vin，第一稳压二极管的阳极经第一电阻与第一三极管的基极相连，第一三极管的基极经第二电阻与第一三极管的发射极相连，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极经第三电阻与第二三极管的基极相连，第二三极管的基极经第四电阻与第二三极管的发射极相连，第二三极管的发射极接入驱动电平，第二三极管的集电极经第五电阻与整个电压保护电路的输出端相连；所述过压保护电路包含第二稳压二极管、第三三极管以及第六～第八电阻，第三三极管为NPN三极管，第二稳压二极管的阴极接入外部宽范围电压Vin，第二稳压二极管的阳极经第六电阻与第三三极管的基极相连，第三三极管的基极经第七电阻与第三三极管的发射极相连，第三三极管的集电极与整个电压保护电路的输出端相连，第三三极管的发射极经第八电阻与整个电压保护电路的输出端相连，第三三极管的发射极接地；当外部宽范围电压Vin低于设定的欠压阈值时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管截止，同时第二稳压二极管和第三三极管截止，此时电压保护电路的输出信号因第八电阻下拉而呈低电平；当外部宽范围电压Vin高于设定的过压阈值时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管导通，同时第二稳压二极管和第三三极管导通，此时电压保护电路的输出信号呈低电平；当外部宽范围电压Vin处于正常范围时，第一稳压二极管、第一三极管和第二三极管导通，同时第二稳压二极管和第三三极管截止，此时电压保护电路的输出信号因第五电阻上拉而呈高电平；

所述车载继电器驱动电路包含车载继电器线圈、NMOS管和第九电阻，车载继电器线圈的一端接入外部宽范围电压Vin，车载继电器线圈的另一端连接NMOS管的漏极，NMOS管的源极经第九电阻接地；

所述节能控制电路包括IC控制芯片，IC控制芯片采用PWM斩波输出方式，

IC控制芯片接收电压保护电路的输出信号，并向前述NMOS管的栅极传输驱动信号，当电压保护电路的输出信号为低电平时，IC控制芯片封锁PWM斩波输出驱动信号，当电压保护电路的输出信号为高电平时，IC控制芯片触发PWM斩波输出驱动信号；节能控制电路接收前述第九电阻采样的负载电流，构成反馈回路，形成闭环控制；

车载继电器的工作阶段包含吸合阶段和保持阶段，为IC控制芯片建立外围电路以配置吸合时间、最小吸合电流、最小保持电流以及驱动信号的开关频率；

所述IC控制芯片的型号为DRV110APWR；该IC控制芯片的EN引脚与电压保护电路的输出端相连；该IC控制芯片的SENCE引脚与第九电阻相连，用于采集实际的负载电流；该IC控制芯片的KEEP引脚经第一电容接地，该KEEP引脚内部集成有恒流源，持续为第一电容充电，通过配置第一电容的充电时间来确定吸合时间；该IC控制芯片的PEAK引脚经第十电阻接地，该PEAK引脚的内部为恒流源输出，用于配置最小吸合电流，并与SENCE引脚采集的信号进行比较，确定吸合阶段的PWM输出的占空比；该IC控制芯片的HOLD引脚经第十一电阻接地，该HOLD引脚的内部为恒流源输出，用于配置最小保持电流，并与SENCE引脚采集的信号进行比较，确定保持阶段的PWM输出的占空比；该IC控制芯片的OSC引脚经第十二电阻接地，该OSC引脚的内部为振荡器电路，用于配置驱动信号的开关频率；该IC控制芯片的OUT引脚与NMOS管的栅极相连，用于输出驱动信号；

所述电源转换电路包括稳压芯片、第四三极管、第三电容、第四电容以及第十三～第十五电阻，第四电容为电解电容；第十三电阻的两端分别连接第四三极管的集电极和基极，第三电容的两端分别连接第四三极管的基极和系统地，第十四电容的一端连接第四三极管的发射极，第十四电容的另一端经第十五电容与系统地相连，第四电容的正极连接第四三极管的发射极，第四电容的负极接系统地，稳压芯片的阴极引脚连接第四三极管的基极，稳压芯片的阳极引脚连接系统地，稳压芯片的输出引脚连接第十四电容与第十五电容的公共端，第四三极管的集电极连接整个电源转换电路的输入端，用于接入外部宽范围电压Vin，第四三极管的发射极连接整个电源转换电路的输出端，用于输出稳定低电压Vcc，该稳定低电压Vcc用于为节能控制电路提供工作电压以及为电压保护电路提供驱动电平。

2.根据权利要求1所述带电压保护的车载继电器节能控制电路，其特征在于：所述车载继电器驱动电路还包括第三稳压二极管、第五电容、第十六电阻和第十七电阻，第五电容为电解电容；第三稳压二极管的阳极连接NMOS管的漏极，第三稳压二极管的阴极接入外部宽范围电压Vin，第五电容的正极接入外部宽范围电压Vin，第五电容的负极接地，第十七电阻的两端分别连接NMOS管的栅极和源极，NMOS 管的栅极经第十六电阻与IC控制芯片的驱动信号输出端相连。