CN111049218B - 一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，包括DC‑DC变换器U1、线性稳压器U2、单片机U3、防电流倒灌二极管D1和开关控制模块，所述DC‑DC变换器U1、防电流倒灌二极管D1、线性稳压器U2和单片机U3的核心电源供电端Vcore依次连接，所述DC‑DC变换器U1的输出端还连接单片机U3的接口电源端Vcc相连；所述DC‑DC变换器U1和开关控制模块的输入端均连接蓄电池电压。本发明通过在传统电源供电技术的基础上，增加一个开关控制模块实现工作电源范围的扩展，元件少，成本低、几乎不增加元器件布置空间，可实施性、可推广性强。

Description

一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块
技术领域
本发明属于柴油机控制技术领域，尤其是涉及一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块。
背景技术
柴油机在工业领域应用非常广泛，如工程机械、船舶、车辆等方面都不缺少柴油机的身影。电子技术进一步推动了柴油机技术的发展，柴油机的电控化已经成为趋势。转速控制是柴油机电控的最基本要求之一，柴油机的工作转速必须限制在一定的安全范围内，超速轻则零部件损坏、重则机毁人亡。柴油机电控系统的大脑是单片机，单片机正常工作的首要条件是正常的工作电压、彻底充分的复位、控制参数的唯一。
柴油机电控系统的工作电源范围窄、低电压适应性差，均会引发内部电源振荡、单片机复位不充分、控制状态混乱等致命的可靠性问题。只有进一步拓展柴油机电控系统的正常工作电源范围，才能彻底提高柴油机电控系统的可靠性，保障驾驶、工作人员的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，以解决柴油机电控系统因工作电源范围窄，引起单片机复位不充分而导致的电控系统工作失控、柴油机飞车等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，包括DC-DC变换器U1、线性稳压器U2、单片机U3、防电流倒灌二极管D1和开关控制模块，所述DC-DC变换器U1、防电流倒灌二极管D1、线性稳压器U2和单片机U3的核心电源供电端Vcore依次连接，所述DC-DC变换器U1的输出端还连接单片机U3的接口电源端Vcc相连；所述DC-DC变换器U1和开关控制模块的输入端均连接蓄电池电压。
进一步的，当蓄电池电压较低时，开关控制模块闭合，DC-DC变换器U1被短路；当蓄电池电压较高时，开关控制模块断开，DC-DC变换器U1正常工作。
进一步的，所述开关控制模块包括限流电阻R1、稳压管Z1、光耦合器O1、开关管Q1和下拉电阻R2，所述蓄电池电压还通过限流电阻R1与光耦合器O1的阳极A相连,光耦合器O1的阴极K通过稳压管Z1与地GND相连,稳压管Z1的正极接地GND；所述光耦合器O1的集电极C一路与蓄电池电压相连,另一路与开关管Q1的源极S相连；光耦合器O1的发射极E通过下拉电阻R2与地GND相连，所述光耦合器O1的发射E与开关管Q1的栅极G相连；所述开关管Q1的漏极D与线形稳压器U2的输入相连。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明通过在传统电源供电技术的基础上，增加一个开关控制模块实现工作电源范围的扩展，元件少，成本低、几乎不增加元器件布置空间，可实施性、可推广性强。
(2)本发明能够很大程度上拓展柴油机电控系统的工作电源范围，传统最低工作电压往往不小于9V，采用本发明后最低工作电压可拓展到不小于5V。
(3)本发明能够保证柴油机电控系统单片机供电电源不振荡、系统不复位、控制状态稳定。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块的原理图；
图2为本发明实施例所述开关控制模块的电路原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，如图1所示，包括DC-DC变换器U1、线性稳压器U2、单片机U3、防电流倒灌二极管D1和开关控制模块，
所述DC-DC变换器U1、防电流倒灌二极管D1、线性稳压器U2和单片机U3的核心电源供电端Vcore依次连接，所述DC-DC变换器U1的输出端还连接单片机U3的接口电源端Vcc相连；所述DC-DC变换器U1和开关控制模块的输入端均连接蓄电池电压。
所述DC-DC变换器U1用于将蓄电池电压转换为单片机接口电源的5V电压，DC-DC变换器U1的输出5V：一路与单片机U3的接口电源Vcc相连，另一路通过防电流倒灌二极管D1与线性稳压器U2的输入相连；所述线性稳压器U2将DC-DC变换器U1输出的5V电压转换为单片机U3的核芯电源3.3V电压；线形稳压器U2的输入与防电流倒灌二极管D1的负极相连，线形稳压器U2的输出3.3V与单片机U3的核芯电源Vcore相连。
当蓄电池电压较低时，开关控制模块闭合，DC-DC变换器U1被短接，线形稳压器U2直接将蓄电池电压转换为单片机的核芯电源电压。DC-DC变换器U1不工作时，为防止电流倒灌，使用防电流倒灌二极管D1对开关控制模块与DC-DC变换器U1进行隔离；当蓄电池电压较高时，开关控制模块断开，DC-DC变换器U1正常工作，蓄电池电压通过DC-DC变换器U1转换为单片机的接口电源电压。
如图2所示，本发明实施例的所述开关控制模块包括限流电阻R1、稳压管Z1、光耦合器O1、开关管Q1和下拉电阻R2，所述蓄电池电压还通过限流电阻R1与光耦合器O1的阳极A相连,光耦合器O1的阴极K通过稳压管Z1与地GND相连,稳压管Z1的正极接地GND；所述光耦合器O1的集电极C一路与蓄电池电压相连,另一路与开关管Q1的源极S相连；光耦合器O1的发射极E通过下拉电阻R2与地GND相连，所述光耦合器O1的发射E与开关管Q1的栅极G相连；所述开关管Q1的漏极D与线形稳压器U2的输入相连。
所述线形稳压器U2选用低压差线形稳压器。
所述稳压管Z1选用稳压值为4V的稳压管。
本发明的工作原理如下：
当蓄电池电压低于稳压管Z1的稳压值时，光耦合器O1的输入二极管截止，其输出极C、E间截止，开关管Q1的S极电压为蓄电池电压，G极电压为0V，开关管Q1的S、G极间电压VSG>导通门限VGS(TH)，开关管Q1处于导通状态，其D、S极间短路，DC-DC变换器U1不工作，蓄电池电压直接输入到线形稳压器U2的输入端。当DC-DC变换器U1不工作时，其输出为0V,二极管D1的正极电压为0V,负极电压为蓄电池电压，D1处于反偏状态，可以防止开关控制模块的电流倒灌到DC-DC变换器U1的输出端。
当蓄电池电压高于稳压管Z1的稳压值时，光耦合器O1的输入二极管导通，其输出极C、E间导通，开关管Q1的S、G极间电压VSG接近于0V,VSG<导通门限VGS(TH)，开关管Q1处于关断状态，开关管Q1的D、S极间开路，蓄电池电压通过DC-DC变换器U1转换为单片机U3的接口电压Vcc。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，其特征在于：包括DC-DC变换器U1、线性稳压器U2、单片机U3、防电流倒灌二极管D1和开关控制模块，
所述DC-DC变换器U1、防电流倒灌二极管D1、线性稳压器U2和单片机U3的核心电源供电端Vcore依次连接，所述DC-DC变换器U1的输出端还连接单片机U3的接口电源端Vcc相连；所述DC-DC变换器U1和开关控制模块的输入端均连接蓄电池电压；
所述开关控制模块包括限流电阻R1、稳压管Z1、光耦合器O1、开关管Q1和下拉电阻R2，所述蓄电池电压还通过限流电阻R1与光耦合器O1的阳极A相连,光耦合器O1的阴极K通过稳压管Z1与地GND相连,稳压管Z1的正极接地GND；所述光耦合器O1的集电极C一路与蓄电池电压相连,另一路与开关管Q1的源极S相连；光耦合器O1的发射极E通过下拉电阻R2与地GND相连，所述光耦合器O1的发射E与开关管Q1的栅极G相连；所述开关管Q1的漏极D与线形稳压器U2的输入相连。
2.根据权利要求1所述的一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，其特征在于：当蓄电池电压较低时，开关控制模块闭合，DC-DC变换器U1被短路；当蓄电池电压较高时，开关控制模块断开，DC-DC变换器U1正常工作。
3.根据权利要求1所述的一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，其特征在于：所述线性稳压器U2选用低压差线性稳压器。
4.根据权利要求1所述的一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，其特征在于：所述稳压管Z1选用稳压值为4V的稳压管。
5.根据权利要求1所述的一种拓展柴油机电控系统工作电源范围的电源供电模块，其特征在于：DC-DC变换器U1将蓄电池电压转换为单片机接口电源的5V电压，线形稳压器U2将DC-DC变换器U1输出的5V电压转换为单片机核芯电源的3.3V电压。
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