CN112838569A - 车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，包括车载蓄电池、高边防反电路、可编程预充控制电路和控制电路，车载蓄电池通过高边防反电路向车载控制器的功率电路供电，控制电路通过可编程预充控制电路对高边防反电路进行开关控制。本发明有益效果在于：高边防反电路中的开关管Q1和Q2在控制电路的控制下实现打开和关闭，使得具有高边功率开关功能；在车载蓄电池极性反接时，开关管Q1和Q2自动关闭，从而实现功率电路的防反功能；高边防反电路的开关受控于控制电路的控制信号RL，控制信号RL的占空比可根据不同充电速度需求可以在1～100％之间调整，以满足实际充电需求，更好地保护电气元件及车载用电设备。
Description
技术领域
本发明涉及车载供电技术领域，具体涉及一种车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路。
背景技术
汽车的控制器由车载蓄电池供电，在汽车点火后，车载蓄电池将对车载控制器中功率电路输入侧的大容量储能电容进行充电。如不采用预充电路，瞬间充电电流可能在几百毫秒内维持额定电流的数倍，巨大的充电电流可能造成蓄电池和保险丝故障。为了防止错接，业内采用了防反接保护电路，通常高压低电流电路时做直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电特性来实现防反接保护，而在低压大电流电路中，一般采用具有MOS管的高边防反电路来实现。
车载蓄电池为有极性的电源，它所输出的电源一端为正极，另一端为负极，在使用过程中可能由于电源正负极接反而导致车载电子设备烧毁，所以在接入直流电源时一定要正确接入。
现有技术中，用于汽车的控制器的供电电路，通常只强调预充电路或高边防反中的一种功能，考虑不全面。
由此可见，设计一种性价比更好，同时具备防极性反接以及具备对大容量储能电容进行预充电功能的车载供电方式是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
基于此，本发明提供了一种车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，以解决现有控制器的供电电路，只具有预充电路或高边防反，不满足车载安全供电需求的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，包括车载蓄电池、高边防反电路、可编程预充控制电路和控制电路，其中：
高边防反电路包括功率电感L1、开关管Q1和Q2，功率电感L1的一端与车载蓄电池的正极连接，车载蓄电池的负极接地，功率电感L1的另一端与开关管Q2的漏极连接，开关管Q2的源极和开关管Q1的源极连接，功率电路的输入侧设有储能电容，开关管Q1的漏极与储能电容连接，当开关管Q1和Q2同时开启时，高边防反电路所连接的供电回路导通，由车载蓄电池提供的BUS+经功率电感L1输入到高边防反电路，并由开关管Q1的漏极输出BUSi到储能电容，以使车载蓄电池通过高边防反电路向车载控制器的功率电路供电；
可编程预充控制电路包括PNP型的三极管D20和NPN型三极管D21，三极管D20的发射极连接至控制电路的电荷泵控制端，以将控制电路产生的电荷泵信号VCPH由电荷泵控制端输送至三极管D20的发射极，三极管D20的集电极分三路分别与开关管Q1的栅极、开关管Q2的栅极，以及开关管Q1和Q2的源极连接，三极管D20的基极连接至三极管D21的集电极，三极管D21的发射极接地，三极管D21的基极连接至控制电路的驱动控制端，以将控制电路产生的脉冲宽度可调的控制信号RL由驱动控制端输送至三极管D21的基极，当可编程预充控制电路接收到控制信号RL为高电平时，三极管D20和D21开启，并将电荷泵信号VCPH输送到高边防反电路驱动开关管Q1和Q2开启，以使控制电路通过可编程预充控制电路对高边防反电路进行开关控制；
控制电路还连接有电压检测模块，电压检测模块用于对储能电容两端的实际电压进行检测，控制电路输出的控制信号RL的脉冲宽度受控于电压检测模块的检测结果。
作为本发明的进一步优选技术方案，高边防反电路还包括电容C1、C2、C3和C4，其中：电容C1和C2并联设置，电容C1和C2并联后的一端与开关管Q1的漏极连接，电容C1和C2并联后的另一端接地；电容C3和C4并联设置，电容C3和C4并联后的一端与功率电感L1的输入端连接，电容C3和C4并联后的另一端接地，所述功率电感L1的输入端为与车载蓄电池的正极相连的一端。
作为本发明的进一步优选技术方案，三极管D20的集电极与开关管Q1的栅极相连的分路上串联有电阻R96，三极管D20的集电极与开关管Q2的栅极相连的分路上串联有电阻R97，三极管D20的集电极与开关管Q1和Q2的源极相连的分路上串联有电阻R1，且电阻R1并联有二极管D19。
作为本发明的进一步优选技术方案，三极管D20的集电极与其三条分路相连的主路中串联有电阻R100。
作为本发明的进一步优选技术方案，可编程预充控制电路还包括电阻R98、R99、R101和R102，电阻R98的两端分别与三极管D20的发射极和基极连接，电阻R99的两端分别与三极管D20的基极与三极管D21的集电极连接，电阻R102的两端分别与三极管D21的基极和发射极连接，三极管D21的基极通过电阻R101连接至所述控制电路的驱动控制端。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述供电电路还包括给控制电路供电的防反保护电路，防反保护电路包括二极管D1，二极管D1的阳极与车载蓄电池的正极连接，二极管D1的阴极连接至控制电路，二极管D1的阳极与接地端之间连接有双向二极管D2，二极管D1的阴极与接地端之间连接有并联的电容C5和C6。
本发明的车载控制器用的供电电路，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
1)具有高边功率开关功能，高边防反电路中的开关管Q1和Q2由控制电路进行控制，以使实现打开和关闭，当车载控制器系统处于非工作状态或紧急故障状态时，可及时控制断电；
2)具备高边防反接功能，使得在车载蓄电池的极性反接时，开关管Q1和Q2自动关闭，实现了防反保护；
3)预充电过程中，控制信号RL的占空比大小，预设的额定电压百分比均可通过控制电路中的程序设定完成，可方便根据实际需求进行调整，使得可更好的保护电气元件和车载用电设备，为车载用电安全提供了保障。
本发明是将三个功能集成到一组电路上，优势非常明显；A以前设计技术达不到，B成本优势明显，元器件少了，故障率大大降低，C节省设备空间、体积。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明较佳实施例提供的一实例的系统框图；
图2为本发明较佳实施例提供的一实例的电路图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1和图2所示，车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，包括车载蓄电池、高边防反电路、可编程预充控制电路和控制电路。
高边防反电路包括功率电感L1、开关管Q1和Q2，功率电感L1的一端与车载蓄电池的正极连接，车载蓄电池的负极接地，功率电感L1的另一端与开关管Q2的漏极连接，开关管Q2的源极和开关管Q1的源极连接，功率电路的输入侧设有储能电容，开关管Q1的漏极与储能电容连接，当开关管Q1和Q2同时开启时，高边防反电路所连接的供电回路导通，由车载蓄电池提供的BUS+经功率电感L1输入到高边防反电路，并由开关管Q1的漏极输出BUSi到储能电容，以使车载蓄电池通过高边防反电路向车载控制器的功率电路供电，高边防反电路与车载蓄电池极性反接时，开关管Q1和Q2自动关闭，进而实现功率电路防反的防反功能。
可编程预充控制电路包括PNP型的三极管D20和NPN型三极管D21，三极管D20的发射极连接至控制电路的电荷泵控制端，以将控制电路产生的电荷泵信号VCPH由电荷泵控制端输送至三极管D20的发射极，三极管D20的集电极分三路分别与开关管Q1的栅极、开关管Q2的栅极，以及开关管Q1和Q2的源极连接，三极管D20的基极连接至三极管D21的集电极，三极管D21的发射极接地，三极管D21的基极连接至控制电路的驱动控制端，以将控制电路产生的脉冲宽度可调的控制信号RL由驱动控制端输送至三极管D21的基极，当可编程预充控制电路接收到控制信号RL为高电平时，三极管D20和D21开启，并将电荷泵信号VCPH输送到高边防反电路驱动开关管Q1和Q2开启，以使控制电路通过可编程预充控制电路对高边防反电路进行开关控制。通常设计电荷泵信号VCPH电压比BUS+高12V，在车载蓄电池正常接入时，控制电路通过控制信号RL实现开启开关管Q1和Q2，以使高边防反电路的供电通路接通，从而给高边防反电路后端的功率电路的供电；若在遇到非工作状态或紧急故障状态时，控制电路可以通过控制信号RL关闭，从而关断开关管Q1和Q2，进而给功率电路的供电断开，从而节省能耗和降低事故蔓延。
控制电路还连接有电压检测模块，电压检测模块用于对储能电容两端的实际电压进行检测，控制电路输出的控制信号RL的脉冲宽度受控于电压检测模块的检测结果。例如，在汽车点火后，控制器默认通过控制信号RL开启开关管Q1和Q1，由于控制信号RL为脉冲信号，其占空比根据不同充电速度需求可以在1～100％之间调整，开关管Q1和Q2可以根据占空比的变化快速开关，从而做到充电电流和充电速度可控；在电压检测模块检测到储能电容两端的实际电压高于预设的68％额定电压后，控制信号RL的占空比设置为100％(保持为高电平)，此时，开关管Q1和Q2正常开启，从而完成预充电过程。预充电过程中，控制信号RL的占空比大小，预设的额定电压百分比均可通过控制电路中的程序设定完成，可方便根据实际需求进行调整，使得可更好的保护电气元件和车载用电设备，为车载用电安全提供了保障。
具体实施中，高边防反电路还包括电容C1、C2、C3和C4，其中：电容C1和C2并联设置，电容C1和C2并联后的一端与开关管Q1的漏极连接，电容C1和C2并联后的另一端接地；电容C3和C4并联设置，电容C3和C4并联后的一端与功率电感L1的输入端连接，电容C3和C4并联后的另一端接地，所述功率电感L1的输入端为与车载蓄电池的正极相连的一端。
在一具体实施中，三极管D20的集电极与开关管Q1的栅极相连的分路上串联有电阻R96，三极管D20的集电极与开关管Q2的栅极相连的分路上串联有电阻R97，三极管D20的集电极与开关管Q1和Q2的源极相连的分路上串联有电阻R1，且电阻R1并联有二极管D19。三极管D20的集电极与其三条分路相连的主路中串联有电阻R100。
在另一具体实施中，可编程预充控制电路还包括电阻R98、R99、R101和R102，电阻R98的两端分别与三极管D20的发射极和基极连接，电阻R99的两端分别与三极管D20的基极与三极管D21的集电极连接，电阻R102的两端分别与三极管D21的基极和发射极连接，三极管D21的基极通过电阻R101连接至所述控制电路的驱动控制端。
优选地，所述供电电路还包括给控制电路供电的防反保护电路，防反保护电路包括二极管D1，二极管D1的阳极定义为防反保护电路的电源输入端以用于输入12Vi+，二极管D1的阴极定义为防反保护电路的电源输出端以用于输出12V1N，二极管D1的阳极与所述车载蓄电池的正极连接，以使车载蓄电池提供的BUS+直接与12Vi+连接，二极管D1的阴极连接至控制电路进行供电，以由12VIN提供给控制电路，二极管D1的阳极与接地端之间连接有双向二极管D2，二极管D1的阴极与接地端之间连接有并联的电容C5和C6。车载蓄电池正常接入是，则12VIN可正常提供给控制电路，从而使高边防反电路和可编程预充控制电路正常工作；若车载蓄电池极性反接，12Vi+无法通过二极管D1，则控制电路得不到工作电压12VIN而无法工作，从而使得控制电路无法输出电荷泵信号VCPH和控制先后RL，进而使得开关管Q1和Q2无法开启，这时整个系统将处于不导电关闭状态，实现了防反接功能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (6)
1.一种车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，其特征在于，包括车载蓄电池、高边防反电路、可编程预充控制电路和控制电路，其中：
高边防反电路包括功率电感L1、开关管Q1和Q2，功率电感L1的一端与车载蓄电池的正极连接，车载蓄电池的负极接地，功率电感L1的另一端与开关管Q2的漏极连接，开关管Q2的源极和开关管Q1的源极连接，功率电路的输入侧设有储能电容，开关管Q1的漏极与储能电容连接，当开关管Q1和Q2同时开启时，高边防反电路所连接的供电回路导通，由车载蓄电池提供的BUS+经功率电感L1输入到高边防反电路，并由开关管Q1的漏极输出BUSi到储能电容，以使车载蓄电池通过高边防反电路向车载控制器的功率电路供电；
可编程预充控制电路包括PNP型的三极管D20和NPN型三极管D21，三极管D20的发射极连接至控制电路的电荷泵控制端，以将控制电路产生的电荷泵信号VCPH由电荷泵控制端输送至三极管D20的发射极，三极管D20的集电极分三路分别与开关管Q1的栅极、开关管Q2的栅极，以及开关管Q1和Q2的源极连接，三极管D20的基极连接至三极管D21的集电极，三极管D21的发射极接地，三极管D21的基极连接至控制电路的驱动控制端，以将控制电路产生的脉冲宽度可调的控制信号RL由驱动控制端输送至三极管D21的基极，当可编程预充控制电路接收到控制信号RL为高电平时，三极管D20和D21开启，并将电荷泵信号VCPH输送到高边防反电路驱动开关管Q1和Q2开启，以使控制电路通过可编程预充控制电路对高边防反电路进行开关控制；
控制电路还连接有电压检测模块，电压检测模块用于对储能电容两端的实际电压进行检测，控制电路输出的控制信号RL的脉冲宽度受控于电压检测模块的检测结果。
2.根据权利要求1所述的车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，其特征在于，高边防反电路还包括电容C1、C2、C3和C4，其中：电容C1和C2并联设置，电容C1和C2并联后的一端与开关管Q1的漏极连接，电容C1和C2并联后的另一端接地；电容C3和C4并联设置，电容C3和C4并联后的一端与功率电感L1的输入端连接，电容C3和C4并联后的另一端接地，所述功率电感L1的输入端为与车载蓄电池的正极相连的一端。
3.根据权利要求1所述的车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，其特征在于，三极管D20的集电极与开关管Q1的栅极相连的分路上串联有电阻R96，三极管D20的集电极与开关管Q2的栅极相连的分路上串联有电阻R97，三极管D20的集电极与开关管Q1和Q2的源极相连的分路上串联有电阻R1，且电阻R1并联有二极管D19。
4.根据权利要求3所述的车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，其特征在于，三极管D20的集电极与其三条分路相连的主路中串联有电阻R100。
5.根据权利要求4所述的车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，其特征在于，可编程预充控制电路还包括电阻R98、R99、R101和R102，电阻R98的两端分别与三极管D20的发射极和基极连接，电阻R99的两端分别与三极管D20的基极与三极管D21的集电极连接，电阻R102的两端分别与三极管D21的基极和发射极连接，三极管D21的基极通过电阻R101连接至所述控制电路的驱动控制端。
6.根据权利要求1至5任一项所述的车载控制器用的高边开关、防反及可编程预充三合一控制电路，其特征在于，所述供电电路还包括给控制电路供电的防反保护电路，防反保护电路包括二极管D1，二极管D1的阳极与车载蓄电池的正极连接，二极管D1的阴极连接至控制电路，二极管D1的阳极与接地端之间连接有双向二极管D2，二极管D1的阴极与接地端之间连接有并联的电容C5和C6。
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