CN110539641B - 一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，利用三端可控精密稳压源的特性以及三极管和MOS管的开关特性，采用三端可控精密稳压源和三极管以及MOS管的组合控制方式，同时结合车上ACC信号控制的方式，来实现车载电瓶的低压预警及自动断电保护。本发明的电路可以应用到带有娱乐播放功能的车载多媒体显示屏中，用来提醒司机汽车电瓶已经损耗到汽车可正常启动的临界电压状态，同时将多媒体显示屏总电源进行自动断电，从而达到保护汽车电瓶的作用；同时，本发明具有低压预警，从而达到及时提醒司机电瓶已处于异常状态的目的，需及时充电或维修更换，以及具有低压自动断电保护；此外，本发明具有成本低、应用方便、硬件直接完成，无需软件控制的优点。

Description

一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路
技术领域
本发明涉及多媒体系统终端控制技术领域，特别是一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路。
背景技术
随着汽车电子的发展，车载多媒体显示屏在汽车领域的运用也越来越广泛，其中多媒体显示屏都带有娱乐播放功能，如MP3、MP4等播放功能。在日常生活中，为了驾驶安全，一般多媒体显示屏都会限制行车状态的视频播放功能，司机需要使用MP4视频播放功能时，往往只能在停车状态下进行。司机有时需要长时间停在一个地方等待，如客车司机长时间等待客人，卡车司机长时间等待装货、卸货等，司机为了省油经常把车子熄火，只打开ACC，来观看多媒体显示屏上的MP4视频来消磨时间，而此时因车子在熄火状态，发动机本身没办法实时给车内电瓶进行充电，多媒体显示屏又一直处于播放状态，长时间会导致车内电瓶损耗过大，从而导致汽车要重新启动时却无法正常启动，从而造成了巨大的麻烦。针对这个问题就需要一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路来提醒司机汽车电瓶已经损耗到汽车可正常启动的临界电压状态，同时设备也将自动断开自身电源，从而保护车内电瓶不至于造成更大的损耗。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，以实现车内和车外的组合唤醒控制和管理；用来提醒司机汽车电瓶已经损耗到汽车可正常启动的临界电压状态，同时将多媒体显示终端总电源进行自动断电，从而达到保护汽车电瓶的作用。
本发明采用如下技术方案：
一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，包括一三端可控精密稳压源、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、MOS管、发光二极管、DC-DC转换电路及倍压整流电路；所述第一电阻和第二电阻串接于车载电瓶电压和地之间；所述三端可控精密稳压源的参考极连接至第一电阻和第二电阻之间，所述三端可控精密稳压源的阴极连接至第一三极管的基极，并连接至车载电瓶电压；所述第一三极管的发射极连接至所述车载电瓶电压，其集电极连接至所述第二三极管的基极；所述第二三极管的集电极与所述第三三极管的基极、所述第四三极管的基极及所述车载电瓶电压分别相连；所述第四三极管的集电极连接至所述发光二极管的阴极，所述发光二极管的阳极连接至ACC信号；所述第三三极管的集电极连接至所述MOS管的栅极；所述MOS管的漏极连接至所述车载电瓶电压；所述倍压整流电路的输入端与所述DC-DC转换电路的开关输出端相连；所述倍压整流电路的输出端与所述MOS管的栅极相连；所述MOS管的源极与所述DC-DC转换电路的电源输入端相连。
优选的，所述DC-DC转换电路的电源输出端与车载多媒体终端相连以供电。
优选的，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：其他供电模块；所述其他供电模块的电源输入端与所述MOS管的源极相连；所述其他供电模块的电源输出端与车载多媒体终端相连以供电。
优选的，所述倍压整流电路包括：第三二极管、第四二极管、第六电容和第十二电阻；所述DC-DC转换电路的开关输出端依次通过串接的第六电容、第三二极管和第十二电阻连接至所述MOS管的栅极；所述第四二极管的阴极连接至所述第三二极管的阳极，所述第四二极管的阳极连接至所述MOS管的源极。
优选的，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第二稳压管；所述第二稳压管的阴极与所述三端可控精密稳压源的参考极相连，其阳极连接至所述三端可控精密稳压源的阳极。
优选的，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第十电阻和第一电容；所述第十电阻的一端与所述第一电容的一端相连；所述第十电阻的另一端与所述第二稳压管的阴极相连，所述第一电容的另一端与所述第二稳压管的阳极相连。
优选的，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：依次串联的第五二极管、第十三电阻、第六稳压管；所述第五二极管的阳极与所述车载电瓶电压相连；所述第六稳压管的阳极接地。
优选的，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第十四电阻和第五电容；所述第十四电阻的一端与所述第五电容的一端相连；所述第十四电阻的另一端与所述第六稳压管的阴极相连，所述第五电容的另一端与所述第六稳压管的阳极相连。
优选的，所述第一三极管为PNP三极管；所述第二三极管、第三三极管和第四三极管均为NPN三极管。
优选的，所述MOS为NMOS管。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明利用三端可控精密稳压源的特性以及三极管和MOS管的开关特性，采用三端可控精密稳压源和三极管以及MOS管的组合控制方式，同时结合车上ACC信号控制的方式，实现了车载电瓶的低压预警及自动断电保护；
(2)本发明的电路可以应用到带有娱乐播放功能的车载多媒体显示屏中，用来提醒司机汽车电瓶已经损耗到汽车可正常启动的临界电压状态，同时将多媒体显示屏总电源进行自动断电，限制其运行，减少娱乐多媒体显示屏给电瓶带来的能量损耗，从而达到保护汽车电瓶的作用；并通过状态指示灯，提醒司机需要及时充电或维修；
(3)本发明的倍压整流电路能够保证车载电瓶电压处于正常电压时，MOS管持续导通，正常供电给DC-DC转换电路或其他供电模块的电源输入端，从而为多媒体终端提供电源。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本发明的具体实施方式。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
图1为本发明实施例的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，包括一三端可控精密稳压源D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、MOS管Q5、发光二极管D7、DC-DC转换电路U2及倍压整流电路。所述第一电阻R1和第二电阻R2串接于车载电瓶电压VCC和地GND之间；所述三端可控精密稳压源D1的参考极连接至第一电阻R1和第二电阻R2之间，所述三端可控精密稳压源D1的阴极通过第五电阻R5连接至第一三极管Q1的基极，并通过第三电阻R3连接至车载电瓶电压VCC，其阳极接地GND。所述第一三极管Q1的发射极连接至所述车载电瓶电压VCC，其集电极通过第七电阻R7连接至所述第二三极管Q2的基极，其基极还通过第四电阻R4连接至所述车载电瓶电压VCC，所述第一三极管Q1的基极还通过第二电容C2接地GND。所述第二三极管Q2的发射极接地GND，其集电极通过第十七电阻R17连接至所述第三三极管Q3的基极，并通过第十一电阻R11连接至所述第四三极管Q4的基极，并通过第八电阻R8连接至所述车载电瓶电压VCC，所述第二三极管Q2的基极还通过第三电容C3接地GND。所述第四三极管Q4的发射极接地GND，其集电极连接至所述发光二极管D7的阴极，所述发光二极管D7的阳极通过第十五电阻R15连接至ACC信号。所述第三三极管Q3的发射极接地GND，其集电极连接至所述MOS管Q5的栅极G。所述MOS管Q5的漏极D连接至所述车载电瓶电压VCC；所述倍压整流电路的输入端与所述DC-DC转换电路U2的开关输出端SW(如DC-DC转换电路U2的MOS管Q5的输出端)相连；所述倍压整流电路的输出端与所述MOS管Q5的栅极S相连；所述MOS管Q5的源极D与所述DC-DC转换电路U2的电源输入端VIN相连。
所述DC-DC转换电路U2的电源输出端与车载多媒体终端相连以供电。或者，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：其他供电模块U3；所述其他供电模块U3的电源输入端VIN与所述MOS管Q5的源极S相连；所述其他供电模块U3的电源输出端与车载多媒体终端相连以供电。当然，所述DC-DC转换电路U2和所述其他供电模块U3可以同时存在。需要说明的是，实际运用中DC-DC转换电路U2不受点火开关信号ACC状态控制，为常电输出状态，使得设备处于低功耗时也能提供电流；其他供电模块U3的电源输出受ACC控制电路进行使能控制，只有ACC ON时其他供电模块U3才有电压的输出，具体电路图中未画出，不做具体说明。所述其他电源模块U3是指多媒体内部所有受控制的前端电源模块，可包括提供给多媒体显示屏的DC-DC背光电路；提供给多媒体倒车摄像头或收音机使用的DC-DC电路等。实际运用中ACCOFF时，这些电源模块将被关闭。
具体的，所述第一电阻R1和第二电阻R2为限流可调电阻，通过调整第一电阻R1和第二电阻R2的阻值来调整车载电瓶的低压保护门限值。所述三端可控精密稳压源D1可以是TL431，其基准电压为VREF。所述发光二极管D7，用作车载电瓶电压VCC低压异常指示，低压时指示灯亮；电压正常时，指示灯不亮。VCC为车上BATT通过前端滤波电路U1输出的电压，实际运用中电压值由12V和24V的车型决定。所述前端滤波电路U1包含LC滤波或共模滤波、防反接二极管、大功率TVS管等器件，具体可通过现有技术实现。
图中的BATT表示车上常电，VCC为BATT通过滤波电路后的电压，V0表示汽车能正常启动的临界电压值，VMIN表示汽车低压临界电压，VMIN通过第一电阻R1和第二电阻R2调整获得，VMIN＝(1+R1/R2)*VREF，实际运用中12V车型和24车型低压临界电压设置不一样，正常启动临界电压也不一样。实际运用中当VCC小于V0时，汽车将无法正常启动，因此设定VMIN大于V0，保证低压保护后多媒体终端被关闭，但此时汽车还可以继续启动。
图中ACC表示车上的点火开关信号。当设备处于低压时，ACC为ON时，多媒体终端无法启动，发光二极管D7为亮，提醒司机电瓶已处于异常状态，需要充电或则维修更换，ACCOFF时，为了省电发光二极管D7不亮；当设备为正常供电时，不管是ACC ON还是ACC OFF，发光二极管D7都是不亮。
所述倍压整流电路包括：第三二极管D3、第四二极管D4、第六电容C6和第十二电阻R12；所述DC-DC转换电路U2的开关输出端依次通过串接的第六电容C6、第三二极管D3和第十二电阻R12连接至所述MOS管Q5的栅极G；所述第四二极管D4的阴极连接至所述第三二极管D3的阳极，所述第四二极管D4的阳极连接至所述MOS管Q5的源极S。
所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第二稳压管D2；所述第二稳压管D2的阴极与所述三端可控精密稳压源D1的参考极相连，其阳极连接至所述三端可控精密稳压源D1的阳极。所述第二稳压管D2用来保护所述三端可控精密稳压源D1的基准电压管脚。
所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第十电阻R10和第一电容C1；所述第十电阻R10的一端与所述第一电容C1的一端相连；所述第十电阻R10的另一端与所述第二稳压管D2的阴极相连，所述第一电容C1的另一端与所述第二稳压管D2的阳极相连。所述第十电阻R10和第一电容C1组成滤波电路，用来保护所述第二稳压管D2和所述三端可控精密稳压源D1，吸收尖波信号防止所述第二稳压管D2和所述三端可控精密稳压源D1的异常损坏。
所述低压预警及自动断电保护电路还包括：依次串联的第五二极管D5、第十三电阻R13、第六稳压管D6；所述第五二极管D5的阳极与所述车载电瓶电压VCC相连；所述第六稳压管D6的阳极接地GND。所述第五二极管D5、第十三电阻R13、第六稳压管D6组成稳压电路。
所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第十四电阻R14和第五电容C5；所述第十四电阻R14的一端与所述第五电容C5的一端相连；所述第十四电阻R14的另一端与所述第六稳压管D6的阴极相连，所述第五电容C5的另一端与所述第六稳压管D6的阳极相连。所述第十四电阻R14和第五电容C5组成RC滤波电路，滤除第六稳压管D6两端的尖波信号
所述第一三极管Q1为PNP三极管；所述第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4均为NPN三极管。实际运用中，所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4均为NPN三极管工作在开关状态。
所述MOS为大功率NMOS管Q5。运用NMOS管Q5，在大功率的前提下，价格上相对于PMOS管Q5优惠，而且导通电阻相对比较小，本身损耗的能量也就小，因在车载娱乐多媒体显示屏的运用中，设备在正常工作时，电流相对比较大，实际运用中多媒体显示屏在24V供电的情况下，有时都能达到5A左右。
进一步的，图1中其他电路元器件的在本发明中的作用如下：
第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十一电阻R11、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17为限流电阻；第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10为滤波电容。
本发明根据三端可控精密稳压源D1的特性以及三极管和MOS管Q5的开关特性，当汽车电瓶电压处于正常电压时，即VCC大于VMIN时，D1、Q1、Q2导通，Q3和Q4截止，发光二极管D7不亮，后端的倍压整流电路网络正常工作，使得Q5导通，从而车上的常电VCC将给后端的DC-DC转换电路U2和其他供电模块U3的输入端正常供电；此时后端各供电模块的电源输入端属于正常供电状态。当汽车电瓶电压处于低压状态时，即VCC小于或等于VMIN时，D1、Q1、Q2截止，Q3、Q4导通，后端的倍压整流电路网络无法将Q5导通，使得Q5截止，车上的常电VCC将不会继续给后端的DC-DC转换电路U2和其他供电模块U3的输入端供电，即各供电模块的电源输入端电源被自动关断，从而达到了低压自动断电保护的目的。当设备处于低压时，如果司机将ACC打到ON时，多媒体设备将被限制使用，无法开机，但是车子可以正常启动，此时发光二极管D7为亮，提醒司机电瓶已处于异常状态，需要充电或则维修更换，从而达到低压预警的作用；如果ACC为OFF时，发光二极管D7不亮，减少不必要的损耗，达到省电目的；另外如果设备为正常供电时，不管是ACC ON还是ACC OFF,发光二极管D7都是不亮，从而节约能量的损耗。
本发明的具体实现步骤如下：
当汽车电瓶电压处于正常电压时，即VCC大于VMIN时，三端可控精密稳压源D1的基准电压端A的电压将大于D1的基准电压VREF，此时D1将导通，从而使得Q1和Q2也导通，导致B点电压拉低，Q3和Q4截止，发光二极管D7不亮，此时通过D3、D4、C6、DC-DC转换电路U2的SW(开关输出)端以及第十二电阻R12组成的倍压电路网络，使得Q5的G端电压大于S端电压，从而Q5导通，使得车上的常电VCC正常供给后端的DC-DC转换电路U2以及其他供电模块U3的输入端。此时车上的ACC不管是ON还是OFF，发光二极管D7都为不亮，以达到省电的目的。
当汽车电瓶电压处于低压状态时，即VCC小于或等于VMIN时，三端可控精密稳压源D1的基准电压端A的电压将小于或等于D1的基准电压VREF，D1将截止，使得Q1、Q2截止，此时B点电压将拉高使得Q3、Q4导通，G点电压被拉低，后端的倍压电路网络无法将Q5导通，Q5将截止，车上的常电VCC将不会继续给后端的DC-DC转换电路U2以及其他供电模块U3的输入端供电，即各供电模块的电源输入端电源被自动关断，从而达到了低压自动断电保护的目的。此时如果司机将ACC打到ON时，多媒体终端将被限制使用，无法开机，但是车子可以正常启动，同时发光二极管D7为亮，提醒司机电瓶已处于异常状态，需要充电或则维修更换，从而达到低压预警的作用；如果ACC为OFF时，发光二极管D7不亮，减少不必要的能量消耗，以达到省电的目的。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，包括一三端可控精密稳压源、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、MOS管、发光二极管、DC-DC转换电路及倍压整流电路；所述第一电阻和第二电阻串接于车载电瓶电压和地之间；所述三端可控精密稳压源的参考极连接至第一电阻和第二电阻之间，所述三端可控精密稳压源的阴极连接至第一三极管的基极，并连接至车载电瓶电压；所述第一三极管的发射极连接至所述车载电瓶电压，其集电极连接至所述第二三极管的基极；所述第二三极管的集电极与所述第三三极管的基极、所述第四三极管的基极及所述车载电瓶电压分别相连；所述第四三极管的集电极连接至所述发光二极管的阴极，所述发光二极管的阳极连接至ACC信号；所述第三三极管的集电极连接至所述MOS管的栅极；所述MOS管的漏极连接至所述车载电瓶电压；所述倍压整流电路的输入端与所述DC-DC转换电路的开关输出端相连；所述倍压整流电路的输出端与所述MOS管的栅极相连；所述MOS管的源极与所述DC-DC转换电路的电源输入端相连；
所述倍压整流电路包括：第三二极管、第四二极管、第六电容和第十二电阻；所述DC-DC转换电路的开关输出端依次通过串接的第六电容、第三二极管和第十二电阻连接至所述MOS管的栅极；所述第四二极管的阴极连接至所述第三二极管的阳极，所述第四二极管的阳极连接至所述MOS管的源极。
2.根据权利要求1所述的车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，所述DC-DC转换电路的电源输出端与车载多媒体终端相连以供电。
3.根据权利要求1所述的车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：其他供电模块；所述其他供电模块的电源输入端与所述MOS管的源极相连；所述其他供电模块的电源输出端与车载多媒体终端相连以供电。
4.根据权利要求1所述的车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第二稳压管；所述第二稳压管的阴极与所述三端可控精密稳压源的参考极相连，其阳极连接至所述三端可控精密稳压源的阳极。
5.根据权利要求4所述的车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第十电阻和第一电容；所述第十电阻的一端与所述第一电容的一端相连；所述第十电阻的另一端与所述第二稳压管的阴极相连，所述第一电容的另一端与所述第二稳压管的阳极相连。
6.根据权利要求1所述的车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：依次串联的第五二极管、第十三电阻、第六稳压管；所述第五二极管的阳极与所述车载电瓶电压相连；所述第六稳压管的阳极接地。
7.根据权利要求6所述的车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，所述低压预警及自动断电保护电路还包括：第十四电阻和第五电容；所述第十四电阻的一端与所述第五电容的一端相连；所述第十四电阻的另一端与所述第六稳压管的阴极相连，所述第五电容的另一端与所述第六稳压管的阳极相连。
8.根据权利要求1所述的车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，所述第一三极管为PNP三极管；所述第二三极管、第三三极管和第四三极管均为NPN三极管。
9.根据权利要求1所述的车载电瓶的低压预警及自动断电保护电路，其特征在于，所述MOS为NMOS管。
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