CN111231866A - 基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路及方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路及方法，所述电路包括：输入电源保护电路；将输入电源电压变换输出总线电压的DC/DC模块；将总线电压变换成不同电源电压的后级电源变换模块，所述DC/DC模块为恒压恒流功能的DC/DC模块，所述DC/DC模块与所述后级电源变换模块之间的电源总线上连接有超级电容模块，所述超级电容模块包括多个串联连接的超级电容，每个所述超级电容并联有电阻。本公开利用车载电源常用功能，将超级电容作为常规的电源滤波电容使用，无需特别管理电路，结构简单易用，且运行稳定可靠，实现了车机掉电保护功能。

Description

基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路及方法
技术领域
本公开属于汽车电子技术领域，涉及基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路及方法。
背景技术
随着汽车的普及，汽车电子设备运用不断增加，电子设备需要一个正确的关电时序，而当设备突然掉电时，经常会导致设备系统出错，存储器损坏等情况。为避免重大交通事故，国家强制要求客运车辆及危险品货运车辆要安装汽车行驶记录仪，行驶记录仪要求设备在汽车由于交通事故产生时记录数据。但在发生交通事故时，汽车可能已无电源输出，为此，一般采用后备能量维持设备延时工作和正确关机。
采用后备能量维持设备工作主要采用备份电池，输入电源正常时，电池充电，设备从输入电源获取能量，输入电源掉电，电池反向给系统供电，直到电池电压下降到设定值，系统关闭电池供电。
采用备份电池作为掉电保护，有以下缺点：需要电池充放电管理电路，管理电路需根据电池的种类，容量设定充放电流值，充电时间等，电路复杂，成本高。电池不稳定，环境因素容易使电池出现异常和失效，增加了产品的不可靠性。环保对电池的处理有特别要求，对带有电池的产品需要回收机制。
发明内容
本公开提出了一种基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路及方法，用超级电容实现车载电子设备掉电保护。
根据本公开实施例的一方面，提供一种基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路，包括：输入电源保护电路；将输入电源电压变换输出总线电压的DC/DC模块；对总线电压进行滤波的滤波电容；将总线电压变换成不同电源电压的后级电源变换模块，所述DC/DC模块为恒压恒流功能的DC/DC模块，所述DC/DC模块与所述后级电源变换模块之间的电源总线上连接有超级电容模块，所述超级电容模块包括多个串联连接的超级电容，每个所述超级电容并联有电阻。
在上述的基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路，电源总线电压值高于所述后级电源变换模块的最高的输出电压。
在上述的基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路，所述超级电容模块耐压值大于总线电压。
根据本公开实施例的另一方面，提供一种基于超级电容实现掉电保护功能的方法，包括所述的车载电源电路，所述方法包括：
在开机时接入输入电源，所述DC/DC模块以恒定电流向所述超级电容模块充电，当充电电流小于所述DC/DC模块的恒流值时，所述DC/DC模块退出恒流模式进入恒压模式；
当电源总线电压上升到设定的门限值时，所述后级电源变换模块开始工作，车载系统进入正常工作状态；当电源总线电压达到设定的总线电压时，所述超级电容模块充电电流下降到零，输入电源的能量供给后级电路消耗；
当输入电源掉电时，所述超级电容模块通过电源总线放电，维持车载系统运行，当所述超级电容模块放电至电压低于所述后级电源变换模块设定的工作门限值后级电源会关闭。
本公开的有益效果如下：
1、本公开利用超级电容替代备份电池，实现了车机掉电保护功能，去除了电池复杂的管理电路，避免了电池带来的不稳定因素，提高了电路的稳定性及可靠性，同时降低了对输入电源的冲击。
2、本公开的电路及控制方法通用，电路结构同常用电路模式兼容，不用掉电保护去掉超级电容即可，无需修改电路。
3、本公开电路简单清晰、成本低、调测维修简单。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。
图1示出了现有技术车载电源电路结构。
图2示出了基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路结构。
具体实施方式
参考图1，示出了现有技术车载电源电路结构。车载电源电路包括输入电源保护电路1、DC/DC模块2、滤波电容Co3、后级DC/DC变换模块(后级电源变换模块)4、备份电池管理模块5。输入电源保护电路1实现输入电源浪涌抑制。DC/DC模块2实现电源电压变换，输出稳定的总线电压。滤波电容Co 3用于对总线电压进行滤波。后级DC/DC变换模块4将总线电源变换成各个模块的不同电源电压。备份电池管理模块5负责电源切换，备份电池的充放电管理。
参考图2，示出了改进的车载电源电路结构。在现有技术基础上，DC/DC模块2为恒压恒流功能的DC/DC模块，即DC/DC模块2包括总线恒流模块7。总线恒流模块7可以采用内置恒流功能的芯片，只需增加毫欧级的限流取样电阻Rcs，利用限流取样电阻Rcs采样输出电流，将现有技术DC/DC模块2的恒压DC/DC电路变换成恒压恒流功能的DC/DC电路。此外，DC/DC模块2与后级DC/DC变换模块(后级电源变换模块)4之间的电源总线上连接有超级电容模块8，超级电容模块8包括多个串联连接的超级电容，每个所述超级电容并联有电阻，并联的电阻使串联电容分摊电压均匀。
本公开的车载电源电路在开机、正常工作和掉电保护时的工作状态如下：
S1开机：在开机时输入电源接入，DC/DC模块2开始工作于恒流模式，以恒定电流向超级电容模块8充电，DC/DC模块2输出电压则从零开始线形上升。由于超级电容充电时间越长，存储能量越多，向超级电容充电电流会逐渐减小，当充电电流小于DC/DC模块2的恒流值时，DC/DC模块2退出恒流模式进入恒压模式，此时，输入电源能量基本上是超级电容充电储存的能量。
S2正常工作：当总线电压上升到一个设定的门限值，后级DC/DC模块4开始工作，车载系统进入正常工作状态。当总线电压进一步达到设定的总线电压时，超级电容充电电流下降到零，输入电源的能量供给后级电路消耗。
S3掉电保护：当输入电源掉电，即输入电压为零时或输入电源不足于维持DC/DC模块2工作时，DC/DC模块2停止工作，同时由于电路结构的作用总线反向关断，超级电容模块8通过电源总线放电，维持车载系统运行，同时总线电压会下降。另外输入电源掉电时，输入电源掉电传感电路6会感知到掉电，通知车载系统，车载系统执行掉电处理进程。当掉电处理进程处理完成后，车载系统等待后级电源关闭，即超级电容模块8放电至电压低于后级DC/DC模块4设定的工作门限值后级电源会关闭。车载系统关闭后，超级电容模块8仍有能量，剩余能量通过并联的电阻R1至R5放电，放电时间会很长。
此外，DC/DC模块2可采用恒流功能的BUCK，BOOST，BUCK-BOOST电路结构。内部电源总线电压值应高于后级DC/DC变换模块4的最高的输出电压，其中内部电源总线电压可以根据需求采用5V或12V等多种电压。后级DC/DC变换模块4可采用BUCK电路。后级DC/DC变换模块4也可采用LDO等电源变换。超级电容模块8耐压值大于总线电压即可，电容容量根据掉电保持时间确定。超级电容模块8的容量，内部电源总线电压值和后级DC/DC模块4最低工作电压值的差决定了可用的备份能量，容量越大，电压差值越大，提供的备份能量越多。
本公开用超级电容替代备份电池实现设备掉电保护功能，可以在设备掉电后提供能量，保障系统正常工作一段时间，完成关机前的系统数据保存，信息上传，正常关闭系统，避免系统异常状况出现。本公开利用车载电源常用功能，将超级电容作为常规的电源滤波电容使用，无需特别管理电路，结构简单易用，且运行稳定可靠，实现了车机掉电保护功能。

Claims (4)

1.一种基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路，包括：输入电源保护电路；将输入电源电压变换输出总线电压的DC/DC模块；将总线电压变换成不同电源电压的后级电源变换模块，其特征在于，所述DC/DC模块为恒压恒流功能的DC/DC模块，所述DC/DC模块与所述后级电源变换模块之间的电源总线上连接有超级电容模块，所述超级电容模块包括多个串联连接的超级电容，每个所述超级电容并联有电阻。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路，其特征在于，电源总线电压值高于所述后级电源变换模块的最高的输出电压。
3.根据权利要求1或2所述的基于超级电容实现掉电保护功能的车载电源电路，其特征在于，所述超级电容模块耐压值大于总线电压。
4.一种基于超级电容实现掉电保护功能的方法，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的车载电源电路，所述方法包括：
在开机时接入输入电源，所述DC/DC模块以恒定电流向所述超级电容模块充电，当充电电流小于所述DC/DC模块的恒流值时，所述DC/DC模块退出恒流模式进入恒压模式；
当电源总线电压上升到设定的门限值时，所述后级电源变换模块开始工作，车载系统进入正常工作状态；当电源总线电压达到设定的总线电压时，所述超级电容模块充电电流下降到零，输入电源的能量供给后级电路消耗；
当输入电源掉电时，所述超级电容模块通过电源总线放电，维持车载系统运行，当所述超级电容模块放电至电压低于所述后级电源变换模块设定的工作门限值后级电源会关闭。
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