CN112848891B - 一种车载设备加热控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种车载设备加热控制电路，包括温度检测单元、控制单元、第一开关单元、供电单元和加热单元，该温度检测单元用于检测设备内部温度信息并输出电压信息；该第一开关单元与供电单元和加热单元连接；该控制单元与温度检测单元和第一开关单元相连以将电压信息与预设的第一迟滞区间进行对比，根据对比结果控制第一开关单元状态；还包括温度迟滞控制单元和第二开关单元；第二开关单元与第一开关单元相连，该温度迟滞控制单元用于检测设备表面温度得到电压信息，其与第二开关单元相连以将电压信息与预设的第二迟滞区间进行对比，根据对比结果控制第二开关单元状态。本发明使得整个加热控制稳定且安全性能高。

Description

一种车载设备加热控制电路
技术领域
本发明涉及车载控制领域，特别是指一种车载设备加热控制电路。
背景技术
车载的仪表盘经过纯机械仪表、数字模拟混合仪表阶段，目前正向着全液晶数字仪表的阶段发展。越来越多的乘用车和商用车开始标配或者选配全液晶仪表。目前业内大尺寸的液晶屏如全液晶仪表常用的尺寸10.25寸、12.3寸屏的工作温度一般在-30℃-85℃，而一些特殊的地区或者一些特殊的车种如军用车等，往往需要在-40℃的环境中使用，而等到整车暖机温度上升比较缓慢，因此TFT_LCD屏的低温性能限制了全液晶仪表在此类情况下的应用。基于这个原因，需要对液晶屏进行加热，为了缩短加热时间，一般加热功率都会达到50W以上。因此，对于车载设备加热的控制和故障保护就显得尤为重要，如加热时间过长、高温状态还开启加热，容易产生安全隐患。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种车载设备加热控制电路,有效消除隐患，加强了车载设备低温加热的安全性能。
本发明采用如下技术方案：
一种车载设备加热控制电路，包括温度检测单元、控制单元、第一开关单元、供电单元和加热单元，该温度检测单元用于检测设备内部温度信息并输出电压信息；该第一开关单元与供电单元和加热单元连接；其特征在于：该控制单元与温度检测单元和第一开关单元相连以将电压信息与预设的第一迟滞区间进行对比，根据对比结果控制第一开关单元状态；还包括温度迟滞控制单元和第二开关单元；第二开关单元与第一开关单元相连，该温度迟滞控制单元用于检测设备表面温度得到电压信息，其与第二开关单元相连以将电压信息与预设的第二迟滞区间进行对比，根据对比结果控制第二开关单元状态。
优选的，所述温度检测单元包括第一热敏电阻、电阻R1和第一运算放大器，该第一热敏电阻与第一运算放大器的正端相连，电阻R1与第一热敏电阻串联以将温度变化转换为电压变化，该第一运算放大器负端与输出端相连。
优选的，所述第一开关单元包括三极管Q1、三极管Q2和电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，该三极管Q1的基极与电阻R2一端和电阻R3一端相连，电阻R2另一端连接所述控制单元，三极管Q1的集电极连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电阻R4一端和三极管Q2的栅极，电阻R4另一端与所述供电单元的输入端和三极管Q2的漏极相连，三极管Q2的源极连接所述第二开关单元。
优选的，所述温度迟滞控制单元包括第二热敏电阻、电阻R18、电阻R14、电阻R13、参考电压单元和第二运算放大器；该第二热敏电阻与第二运算放大器的负端相连，该电阻R18与第二热敏电阻串联以将温度变化转换为电压变化，该参考电压单元与电阻R13一端连接，电阻R13另一端连接所述第二运算放大器的正极和电阻R14一端，电阻R14另一端连接第二运算放大器的输出端和所述第二开关单元。
优选的，所述参考电压单元包括第三运算放大器，电阻R11和电阻R12，该电阻R11一端连接电阻R12一端和第三运算放大器的正极，第三运算放大器的负极与输出端和所述电阻R13一端相连。
优选的，所述第二开关单元包括三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电阻R6、电阻R7、电阻R16和电阻R17，该三极管Q3的栅极连接电阻R6和电阻R7一端，电阻R6另一端连接第一开关单元和三极管Q3的漏极，电阻R7另一端连接三极管Q4的集电极，三极管Q3的源极连接供电单元输出端，三极管Q4的基极连接三极管Q5的集电极和电阻R17一端，三极管Q5的基极连接电阻R15和R16一端，电阻R15另一端连接所述温度迟滞控制单元，电阻R16另一端、三极管Q5的发射极和三极管Q4的发射极接地。
优选的，还包括有开路保护控制单元，其包括第四运算放大器、电阻R19、电阻R20和三极管Q6；该第四运算放大器的正极与所述温度迟滞控制单元相连，负极与输出端相连；电阻R19一端连接第四运算放大器输出端，另一端连接电阻R20一端和三极管Q6的基极；三极管Q6的集电极连接所述第二开关单元，发射极和电阻R20另一端接地。
优选的，还包括负载检测单元，其包括第五运算放大器、电阻R8、电阻R9和电阻R10；该第五运算放大器的负极连接电阻R9和电阻R10的一端，电阻R9另一端连接第五运算放大器的输出端和所述控制单元，该第五运算放大器的正极连接所述供电单元的输出端和所述电阻R8一端，电阻R8另一端和电阻R10另一端接地。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的控制电路，通过温度检测单元、温度迟滞控制单元、控制单元、第一开关单元和第二开关单元等配合，使得加热单元在设定的温度范围内工作，设置温度迟滞区间实现迟滞控制功能，不会出现加热反复开启关闭现象，避免影响其他电路或者设备的正常工作，整个加热控制稳定且安全性能高。
2.本发明设置两个开关单元，分别采用不同控制方式，例如软件单独控制一个开关电路，纯硬件单独控制一个开关电路，这样隔离式的设计，当任何一个控制电路出现故障的时候，都不会导致加热单元长时间工作，进而引发的安全问题。
3.本发明设置还设计了热敏电阻开路和短路保护功能，可以避免因为热敏电阻故障而引发的误加热。
4.本发明还设置了负载电流检测电路，实时检测负载电流的大小并反馈至控制单元，使得整个加热控制形成一个闭环控制，并且可以检测负载的工作状态。
附图说明
图1为本发明模块图；
图2为本发明电路图。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参见图1和图2，一种车载设备加热控制电路，包括温度检测单元、控制单元、第一开关单元、供电单元、加热单元、温度迟滞控制单元和第二开关单元等。该温度检测单元设有温度传感器，用于检测设备内部温度信息，并输出对应的电压信息。本发明的设备可以是车载显示屏、电池组等车载设备。
具体的，温度检测单元包括第一热敏电阻、电阻R1和第一运算放大器U1，该第一热敏电阻与第一运算放大器U1的正端相连,第一热敏电阻为NTC，其电阻率随温度变化而发生变化，从而反映设备内部温度。电阻R1与第一热敏电阻串联，其一端连接5V电压，该第一热敏电阻与电阻R1对5V电压进行分压，从而实现将温度变化转换为电压变化，该第一运算放大器U1负端与输出端相连构成跟随电路，输出电压信息V1。
该第一开关单元与供电单元和加热单元连接，用于控制对加热单元的供电通断，其可采用三极管或其它电子开关元件实现，供电单元可以采用蓄电池，加热单元可采用加热器。具体的，该第一开关单元包括三极管Q1、三极管Q2和电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，该三极管Q1的基极与电阻R2一端和电阻R3一端相连，电阻R2另一端连接控制单元，三极管Q1的集电极连接电阻R5一端，R5另一端连接电阻R4一端和三极管Q2栅极，电阻R4另一端与供电单元的输入端和三极管Q2的漏极相连，三极管Q2的源极连接第二开关单元。该三极管Q2、三极管Q3可采用NPN管、PNP管或MOS管等。
该控制单元与温度检测单元和第一开关单元相连以将电压信息与预设的迟滞区间进行对比，根据对比结果控制第一开关单元中各三极管的开关状态，具体的该控制单元可采用MCU，其具有A/D口和GPIO脚，其一A/D输入端连接第一运算放大器U1的输出端，采集V1的电压值，监测设备温度；其GPIO脚与第一开关的电阻R2相连以输出控制信号。该第一运算放大器U1还可隔绝MCU的数模转换接口(A/D)阻抗对分压电路的影响。
控制单元的MCU在软件上设置控制的温度区间也即第一迟滞区间，当温度低于TA，即电压范围在VA<V1<VMAX1<5V时，控制单元的GPIO控制脚输出高电平至第一开关单元，使得三极管Q1导通，进一步使得三极管Q2导通。其中VA为TA温度时候的分压值，VMAX1为第一热敏电阻的最大分压值。
另外，由于电阻R1的存在，则VMAX1＜5V，因此，如果采集到的电压大于于VMAX1并且小于等于5V，则可以判断屏内部的热敏电阻断路故障或者热敏电阻和接口之间的连线故障，此时，控制单元的GPIO输出低电平，使得三极管Q1截止，三极管Q2截止。
当温度高于TB，即电压范围在0<VMIN1<V1<VB时，控制单元的GPIO控制脚输出低电平，使得三极管Q1截止，三极管Q2截止。其中VB为温度TB时候的分压值，VMIN1为第一热敏电阻的最小分压值。由于VMIN1根据不同规格的第一热敏电阻为不同的值，但都是大于0V，因此当检测到的电压小于VMIN1时，则判断第一热敏电阻短路到地即出现故障，则控制单元的GPIO脚输出低电平，使得三极管Q1截止，三极管Q2截止。
综上，第一部分的电路，通过MCU采集温度检测单元的电压变化，设置迟滞区间，温度下降要低于TA的时候才打开电源第一通道，温度升高要高于TB的时候才关闭电源第一通道，这样可以避免反复的触发开关。并且同时判断第一热敏电阻的连接状态，出现异常的时候控制第一开关单元关闭供电单元对加热单元的供电。
本发明还包括温度迟滞控制单元和第二开关单元等。该温度迟滞控制单元设有温度传感器元件，其可安装于设备的表面外壳上，用于检测设备表面温度信息，获取对应的电压信息用于实现对第二开关单元的迟滞控制。
具体的，温度迟滞控制单元包括第二热敏电阻、电阻R18、电阻R14、电阻R13、参考电压单元、第二运算放大器U2；该第二热敏电阻与第二运算放大器U2的负端相连，该电阻R18与第二热敏电阻串联，电阻R18一端连接5V电压，该第二热敏电阻与电阻R18对5V电压进行分压，分压值为V2，用于将温度变化转换为电压变化，该参考电压单元输出端与电阻R13一端相连，电阻R13另一端连接第二运算放大器U2的正端和电阻R14一端，电阻R14另一端连接第二运算放大器U2的输出端和第二开关单元。
参考电压单元用于提供参考电压Vf＝2.5V，包括第三运算放大器U3，电阻R11和电阻R12，该电阻R11一端连接电阻R12一端和第三运算放大器U3的正极，第三运算放大器U3的负极和输出端相连。
第二开关单元与第一开关单元相连，其也用于控制供电单元对加热单元的供电。第二开关单元包括三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电阻R6、电阻R7、电阻R13、电阻R14和电阻R15，电阻R16和电阻R17，该三极管Q3的栅极连接电阻R6和电阻R7一端，电阻R6另一端连接第一开关单元和三极管Q3的漏极，电阻R7另一端连接三极管Q4的集电极，三极管Q3的源极连接供电单元输出端，三极管Q4的基极连接三极管Q5的集电极和电阻R17一端。三极管Q5的基极连接电阻R15和R16一端，电阻R15另一端连接第二运算放大器U2的输出端，电阻R16另一端、三极管Q5的发射极和三极管Q4的发射极接地。
本发的温度迟滞控制单元预设第二迟滞区间，当温度下降并低于TC，V2电压上升并大于VC时候，第二运算放大器U2输出低电平，三极管Q5截止，三极管Q4导通，三极管Q3导通，开通电源第二通道。当温度上升并大于TD，V2电压下降并小于VD时候，第二运算放大器U2输出高电平，三极管Q5导通，三极管Q4截止，三极管Q5截止，关闭电源第二通道。温度迟滞控制单元的控制可以避免反复出现硬件触发开关。
VC＝(Vf*R14/(R14+R13))+(Voh*R13/(R14+R13))
VD＝(Vf*R14/(R14+R13))+(Vol*R13/(R14+R13))
其中：Voh为运算放大器输出的最高电压，Vol为运算放大器输出的最低电压，即运放的摆幅电压。
另外，当第二热敏电阻出现短路的时候，电路的状态可以使电源第二通道处于关闭状态。
进一步的，本发明还包括有开路保护控制单元，其包括第四运算放大器U4、电阻R19、电阻R20和三极管Q6；该第四运算放大器U4的正极与第二运算放大器U2的负极相连，第四运算放大器U4负极与输出端相连；电阻R19一端连接第四运算放大器U4输出端，另一端连接电阻R20一端和三极管Q6的基极；三极管Q6的集电极连接三极管Q5的集电极，发射极和电阻R20另一端接地。
当第二热敏电阻出现开路或者未连接的时候，V2等于5V，第四运算放大器U4输出接近5V的高电平，通过电阻R19和电阻R20分压后使得三极管Q6导通，使得三极管Q4截止，使得三极管Q3截止。R19和R20的选择应该使得即使第二热敏电阻正常连接时候最低温度对应的V2＝VMAX2不能使得三极管Q6导通，而热敏电阻开路或者未连接的时候使得三极管Q6导通。
进一步的，本发明还包括负载检测单元，其包括第五运算放大器U5、电阻R8、电阻R9和电阻R10；该第五运算放大器U5的负极连接电阻R9和电阻R10的一端，电阻R9另一端连接第五运算放大器U5的输出端和控制单元，该第五运算放大器U5的正极连接供电单元的输出端和电阻R8一端，电阻R8另一端和电阻R10另一端接地。
三极管Q2和三极管Q3都导通，即电源第一通道和第二通道均连通时，供电单元给负载即加热单元供电，三极管Q2或三极管Q3关闭时，停止供电。通过低阻值的电流感测电阻R8可以实时检测负载电流的大小，再经过第五运算放大器U5、电阻R9、电阻R10组成的放大电路，将小信号发大给控制单元的MCU检测。MCU通过检测A/D口的电压值，就可以实时检测其与温度迟滞控制单元的控制效果和负载电流大小。
当检测到电压值持续有效时间过长超过合理范围的时候就可以判断前端控制电路异常，这个时间长度可以根据实际情况设置。当检测到电压值大于正常范围的时候，就可以判断负载短路或者异常。当检测到电压值小于正常范围或者为0的时候根据第一热敏电阻的状态，就可以判断负载断路或者未连接。
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 (7)

1.一种车载设备加热控制电路，包括温度检测单元、控制单元、第一开关单元、供电单元和加热单元，该温度检测单元用于检测设备内部温度信息并输出电压信息；该第一开关单元与供电单元和加热单元连接；其特征在于：该控制单元与温度检测单元和第一开关单元相连以将电压信息与预设的第一迟滞区间进行对比，根据对比结果控制第一开关单元状态；还包括温度迟滞控制单元和第二开关单元；第二开关单元与第一开关单元相连，该温度迟滞控制单元用于检测设备表面温度得到电压信息，其与第二开关单元相连以将电压信息与预设的第二迟滞区间进行对比，根据对比结果控制第二开关单元状态；
所述第一开关单元包括三极管Q1、三极管Q2和电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，该三极管Q1的基极与电阻R2一端和电阻R3一端相连，电阻R2另一端连接所述控制单元，三极管Q1的集电极连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电阻R4一端和三极管Q2的栅极，电阻R4另一端与所述供电单元的输入端和三极管Q2的漏极相连，三极管Q2的源极连接所述第二开关单元。
2.如权利要求1所述的一种车载设备加热控制电路，其特征在于：所述温度检测单元包括第一热敏电阻、电阻R1和第一运算放大器，该第一热敏电阻与第一运算放大器的正端相连，电阻R1与第一热敏电阻串联以将温度变化转换为电压变化，该第一运算放大器负端与输出端相连。
3.如权利要求1所述的一种车载设备加热控制电路，其特征在于：所述温度迟滞控制单元包括第二热敏电阻、电阻R18、电阻R14、电阻R13、参考电压单元和第二运算放大器；该第二热敏电阻与第二运算放大器的负端相连，该电阻R18与第二热敏电阻串联以将温度变化转换为电压变化，该参考电压单元与电阻R13一端连接，电阻R13另一端连接所述第二运算放大器的正极和电阻R14一端，电阻R14另一端连接第二运算放大器的输出端和所述第二开关单元。
4.如权利要求3所述的一种车载设备加热控制电路，其特征在于：所述参考电压单元包括第三运算放大器U，电阻R11和电阻R12，该电阻R11一端连接电阻R12一端和第三运算放大器的正极，第三运算放大器的负极与输出端和所述电阻R13一端相连。
5.如权利要求1所述的一种车载设备加热控制电路，其特征在于：所述第二开关单元包括三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、电阻R6、电阻R7、电阻R16和电阻R17，该三极管Q3的栅极连接电阻R6和电阻R7一端，电阻R6另一端连接第一开关单元和三极管Q3的漏极，电阻R7另一端连接三极管Q4的集电极，三极管Q3的源极连接供电单元输出端，三极管Q4的基极连接三极管Q5的集电极和电阻R17一端，三极管Q5的基极连接电阻R15和R16一端，电阻R15另一端连接所述温度迟滞控制单元，电阻R16另一端、三极管Q5的发射极和三极管Q4的发射极接地。
6.如权利要求1所述的一种车载设备加热控制电路，其特征在于：还包括有开路保护控制单元，其包括第四运算放大器、电阻R19、电阻R20和三极管Q6；该第四运算放大器的正极与所述温度迟滞控制单元相连，负极与输出端相连；电阻R19一端连接第四运算放大器输出端，另一端连接电阻R20一端和三极管Q6的基极；三极管Q6的集电极连接所述第二开关单元，发射极和电阻R20另一端接地。
7.如权利要求1所述的一种车载设备加热控制电路，其特征在于：还包括负载检测单元，其包括第五运算放大器、电阻R8、电阻R9和电阻R10；该第五运算放大器的负极连接电阻R9和电阻R10的一端，电阻R9另一端连接第五运算放大器的输出端和所述控制单元，该第五运算放大器的正极连接所述供电单元的输出端和所述电阻R8一端，电阻R8另一端和电阻R10另一端接地。
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