CN110957771B - 一种钥匙开关预充电失效保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制器预充电失效保护电路。该电路在现有的车载预充电电路中增加可控N‑MOS开关管以及相应的驱动电路。当MCU检测到预充电电路中的充电电容器充电完成后，关断所述N‑MOS开关、使预充电电路中的防反接二极管与电容器分开，作为控制器开启与关闭的输入信号钥匙开关(KSI)的状态检测点检测不受电容器的影响，避免防反接二极管短路导致KSI被电容器的电压钳位，MCU不能检测到关机信号而引起的安全事故。

Description

一种钥匙开关预充电失效保护电路
技术领域
本发明提供一种钥匙开关(KSI)预充电失效保护电路。具体涉及充电电路的失效防护领域。通过本发明提供的技术方案可以在现有的车载预充电电路防反接二极管短路失效时，将其与充电电容器分开、使KSI状态检测点不会被充电电容影响，避免防反接二极管短路导致KSI失效进而引起的安全事故。
背景技术
电动叉车系统为保护接触器触点，需要对电控母线电容器充电电流进行限制，随着市场变化，将充电电路集成到控制器上成为趋势，钥匙开关(KSI)作为控制器和电容器的电源输入端口。输入防反接是产品安全功能的基本要求，通常采用二极管，利用其单向导电性，避免了充电电路电流反向，电容器给控制器电源供电。现有的KSI预充电电路如图1所示,充电电源通过钥匙开关(KSI)、防反向二极管D1，限流电阻R1、R2连接充电电容的一个极板CAP+,电阻R7、R8串联在二极管D1的正极与地之间，KSI信号检测点(KSI Det)从电阻R7、R8之间引出；当叉车启动、需要为所述充电电容充电时，即KSI开关进行闭合、对所述充电电容进行充电，而充电功能是不可控的；需要停止叉车时，断开钥匙开关，利用二极管的单向导电性，KSI det上的信号变为为低电平并被MCU检测到，MCU进行一系列关机动作。但是工作环境的变化和产品寿命等因素影响，会导致二极管D1发生功能失效，短路就是其中一种。当防反向二极管D1短路时，KSI det将被充电电容的钳位在高电平，此时由于检测不到低电平，将使叉车无法停止、造成安全隐患。
发明内容
针对现有KSI预充电电路中防反向二极管短路容易导致安全隐患的问题，本发明提供一种钥匙开关(KSI)预充电失效保护电路，该电路在现有的车载预充电电路中增加可控N-MOS开关管以及相应的驱动电路。实现即使预充电电路中的防反接二极管短路，也能及时将防反向二极管与充电电容器分开，避免钥匙开关的KSI检测信号被钳位在高电平而使MCU不能识别到关机信号，进而引起的安全事故。
本发明提供一种本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种钥匙开关(KSI)预充电失效保护电路，该电路包KSI开关，防反向二极管D1，充电电容，电阻R1、R2、R7、R8；所述KSI开关的一端接充电电池包，另一端接所述二级管D1的正极，所述二级管D1的负极通过并联的电阻R1、R2连接到所述充电电容的一个极板CAP+，电阻R7、R8串联在所述二级管D1的正极和接地端GND之间，并且KSI信号检测点从电阻R7、R8之间引出；所述预充电失效保护电路的特征是：在防反向二极管D1与充电电容器之间串联一个MOS开关管Q1，并增设用于驱动所述MOS开关管Q1的驱动电路；当需要为所述充电电容充电时，MCU开通所述开关管Q1、对所述充电电容CAP进行充电；当所述MCU检测到所述充电电容CAP充电完成后，关断所述开关管Q1、使预充电电路中的防反接二极管与电容器分开，避免钥匙开关的KSI检测信号被充电电容钳位在高电平而不能识别关机事件。
附图说明
图1为现有的KSI预充电电路；
图2为本发明提供钥匙开关(KSI)预充电失效保护电路的电路图。
具体实施方式
以下将通过特定的具体实例说明本发明的实施方式。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明公开的技术方案所有的实施方式。相反、它们仅用于帮助本领域技术人员了解本发明的实质。
本发明提供的钥匙开关(KSI)预充电失效保护电路如图2所示，该电路包KSI开关，防反向二极管D1，充电电容，电阻R1、R2、R7、R8；所述KSI开关的一端接充电电池包，另一端接所述二级管D1的正极，所述二级管D1的负极通过并联的电阻R1、R2连接到所述充电电容的一个极板CAP+，电阻R7、R8串联在所述二级管D1的正极和接地端GND之间，并且KSI信号检测点设置于电阻R7、R8之间；所述预充电失效保护电路的特征是：在防反向二极管D1与充电电容器之间串联一个MOS开关管Q1，并增设用于驱动所述MOS开关管Q1的驱动电路；当需要为所述充电电容充电时，MCU开通所述开关管Q1、对所述充电电容CAP进行充电；当所述MCU检测到所述充电电容CAP充电完成后，关断所述开关管Q1、使预充电电路中的防反接二极管与电容器分开，避免钥匙开关的KSI检测信号被充电电容钳位在高电平而不能识别关机事件。
进一步地、所述驱动电路包括：使能电路，自举电路以及控制信号接入电路。如图2所示，所述自举电路包括迟滞反相器U1B、U1A，电阻R5，电容C2、C3，以及二极管D2、D3。其中、电阻R5接在迟滞反相器U1B的输入端和输出端之间、电容C3接在迟滞反相器U1B的输入端和地之间，迟滞反相器U1A的输入端接迟滞反相器U1B的输出端、其输出端接电容C2的一端，电容C2的另一端二极管D3的负极，二极管D3的正极接所述充电电容的一个极板CAP+。所述使能电路包括三极管Q2、偏置电阻R6。其中、电阻R6接在三极管Q2的栅极和偏置电源之间，三极管Q2的栅极接MCU的使能控制信号ENABLE、射极接地、集电极接所述迟滞反相器U1B的输入端。所述控制信号接入电路包括二极管D2，电阻R3、R4以及电容C1。其中、二极管D2的正极接在电容C2和二极管D3的负极之间，二极管D2的负极通过电阻R3接开关管Q1的栅极，电阻R4和电容C1并联接在二极管D2的负极和所述充电电容的一个极板CAP+之间。
结合图2，以下将介绍本发明提供钥匙开关(KSI)预充电失效保护电路工作过程。首先，钥匙开关闭合，控制器电源工作，检测CAP Det处的电压确定电容器状态，判断是否充电。当检测到CAP Det处的电平低于预设值时、则为需要充电，此时MCU输出“ENABLE”低电平，使三极管Q2关闭，迟滞反相器U1A的输出端2输出方波，在高电平期间，MOS开关管Q1的GS电压建立，MOS管Q1被开通。MOS管Q1导通后，充电电容电容器进行充电，电压升高，在迟滞反相器U1A输出方波低电平期间，电荷从充电电容极板CAP+流向C2进行充电，使得自举电容C2接近二极管D2正极一端呈现高电平，进而自举电容C2通过二极管D2进行放电，提供维持MOS管Q1导通所需电荷。当MCU检测到CAP Det处的电平高于预设第二阈值时，充电完成，“ENABLE”变高电平，迟滞反相器U1A的输出端2脚输出低电平，由于驱动电路的静态电流损耗，GS电压降低，直至关闭Q1，将二极管D1与电容器分开。设置UP、UN分别是U1A输出高到低和低到高的翻转电平，电阻R5的阻值记为R5，电容C3的电容值仍然为C3,则迟滞反相器U1A的输出端4输出方波的周期为T,则：
Figure BDA0002159359250000041
C2参数选择主要考虑MOS管Q1的栅极电荷，驱动电路的静态电流、栅源的漏电流、自举电容漏电流，MOS管Q1开通以后主要是后三种。
通过本发明提供的技术方案可以实现车载预充电电路防反接二极管短路失效时，将其与充电电容器分开、使KSI状态检测点不会被充电电容的钳位在高电平，避免防反接二极管短路导致KSI失效进而引起的安全事故。
虽然已结合上述实施方案和实施方式描述了本发明，但是本发明不限于此，而是涵盖落入所附权利要求的范围内的各种明显的修改和等同布置。尽管本发明的特征在权利要求书中以某些组合来表达，但是预期这些特征以任何组合和顺序来布置。

Claims (1)

1.一种钥匙开关预充电失效保护电路，该电路包KSI开关、防反向二极管D1、充电电容CAP、电阻R1、电阻R2、电阻R7、电阻R8；所述KSI开关的一端接充电电池包，另一端接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的负极通过并联的电阻R1、电阻R2连接到所述充电电容的一个极板CAP+,电阻R7、R8串联在所述二极管D1的正极和接地端GND之间，并且钥匙开关KSI信号检测点从电阻R7、R8之间引出；
在防反向二极管D1与充电电容器之间串联一个MOS开关管Q1，并增设用于驱动所述MOS开关管Q1的驱动电路；当需要为所述充电电容充电时，MCU开通所述开关管Q1、对所述充电电容CAP进行充电；当所述MCU检测到所述充电电容CAP充电完成后，关断所述开关管Q1、使预充电电路中的防反接二极管D1与电容器分开，使KSI信号检测点(KSIDet)的电平只取决于钥匙开关KSI的状态；
所述的驱动电路包括使能电路，自举电路以及控制信号接入电路；所述自举电路包括迟滞反相器U1B、迟滞反相器U1A、电阻R5、电容C2、电容C3，以及二极管D3；其中电阻R5接在迟滞反相器U1B的输入端和输出端之间、电容C3接在迟滞反相器U1B的输入端和地之间，迟滞反相器U1A的输入端接迟滞反相器U1B的输出端、其输出端接电容C2的一端，电容C2的另一端接二极管D3的负极，二极管D3的正极接所述充电电容的一个极板CAP+；所述使能电路包括三极管Q2、偏置电阻R6，其中偏置电阻R6接在三极管Q2的栅极和偏置电源之间，三极管Q2的栅极接MCU的使能控制信号“ENABLE”、发射极接地、集电极接所述迟滞反相器U1B的输入端；所述控制信号接入电路包括二极管D2，电阻R3、R4以及电容C1；其中、二极管D2的正极接在电容C2和二极管D3的负极之间，二极管D2的负极通过电阻R3接开关管Q1的栅极，电阻R4和电容C1并联接在二极管D2的负极和所述充电电容的一个极板CAP+之间；
钥匙开关(KSI)预充电失效保护电路工作过程如下：首先，钥匙开关闭合，控制器电源工作，检测CAP Det处的电压确定电容器状态，判断是否充电；当检测到CAP Det处的电平低于预设值时、则为需要充电，此时MCU输出“ENABLE”低电平，使三极管Q2关闭，迟滞反相器U1A的输出端2输出方波，在高电平期间，MOS开关管Q1的栅源GS电压建立，MOS管Q1被开通，MOS管Q1导通后，充电电容电容器进行充电，电压升高，在迟滞反相器U1A输出方波低电平期间，电荷从充电电容极板CAP+流向C2进行充电，使得自举电容C2接近二极管D2正极一端呈现高电平，进而自举电容C2通过二极管D2进行放电，提供维持MOS管Q1导通所需电荷；当MCU检测到CAP Det处的电平高于预设第二阈值时，充电完成，MCU输出“ENABLE”变高电平，迟滞反相器U1A的输出端2脚输出低电平，由于驱动电路的静态电流损耗，栅源GS电压降低，直至关闭Q1，将二极管D1与电容器分开。
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