CN117134294A - 一种供电保护装置及v2x基站一体机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种供电保护装置及V2X基站一体机，包括：供电输入单元，连接供电设备，并将所述供电设备输出的供电信号进行雷击浪涌防护处理；过欠压保护电路，设置在供电输入单元后端，对所述供电输入单元输出的供电信号进行过欠压保护处理；限流保护电路，设置在受电设备前端，对所述过欠压保护电路输出的供电信号进行限流保护处理；过欠压限流保护电路，集成于受电设备内部，对所述受电设备内部的供电信号进行过欠压保护和限流保护处理。本申请通过对受电设备进行双端保护电路措施，既能够在受电设备前端起到过欠压保护和限流保护，也能够对受电设备本身进行保护，以避免受电设备过压过流损坏。

Description

一种供电保护装置及V2X基站一体机

技术领域

本申请涉及供电保护领域，尤其涉及一种供电保护装置及V2X基站一体机。

背景技术

当前V2X路侧端布局是通过RSU、摄像头、雷达、MEC等分布式挂载安装在道路杆上，其中以MEC为核心通过网线与其他设备供电通信。这些V2X设备一般通过POE供电、外加交流转直流适配器供电、以及抱杆箱集中式直流电源供电这几种方式。

对于车路协同自动驾驶来说，更高分辨率及更低传输时延的高清摄像头需求越来越迫切，也能够更好的配合车端自动驾驶，而现有技术采用分布式网络通信传输的路侧网络摄像头存在分辨率不高、网线传输时延高、独立设备供电需多配置适配器供电保护从而增加成本等问题。而且分布式的V2X路侧基站各个设备相对独立，单在供电保护这一方面，无法保证各个设备都可以做到低成本防护，户外防护除了EMC相关防护，对于摄像头、毫米波雷达本身没有做到过欠压、限流防短路保护，容易导致摄像头、雷达等设备损坏。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种供电保护装置及V2X基站一体机。

本申请实施例第一方面提供了一种供电保护装置，所述装置包括：

供电输入单元，连接供电设备，并将所述供电设备输出的供电信号进行雷击浪涌防护处理；

过欠压保护电路，设置在供电输入单元后端，对所述供电输入单元输出的供电信号进行过欠压保护处理；

限流保护电路，设置在受电设备前端，对所述过欠压保护电路输出的供电信号进行限流保护处理；

过欠压限流保护电路，集成于受电设备内部，对所述受电设备内部的供电信号进行过欠压保护和限流保护处理。

本申请实施例第二方面提供了一种V2X基站一体机，所述V2X基站一体机包括本申请实施例第一方面所述的供电保护装置，所述V2X基站一体机内集成有多种受电设备，所述多种受电设备均与所述供电保护装置连接。

采用本申请实施例中提供的供电保护装置，在受电设备的前端和内部均设置有限流保护电路，并在受电设备内部设置有过欠压保护，通过对受电设备进行双端保护电路措施，既能够在受电设备前端起到过欠压保护和限流保护，也能够对受电设备本身进行保护，以避免受电设备过压过流损坏。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例1提供的一种供电保护装置的原理示意图；

图2为本申请实施例1提供的脉冲群滤波电路的电路图；

图3为本申请实施例1提供的过欠压保护电路的电路图；

图4为本申请实施例1提供的过欠压限流保护电路的电路图；

图5为本申请实施例2提供的一种V2X基站一体机的原理示意图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提出一种供电保护装置，所述装置包括：

供电输入单元，连接供电设备，并将所述供电设备输出的供电信号进行雷击浪涌防护处理；

过欠压保护电路，设置在供电输入单元后端，对所述供电输入单元输出的供电信号进行过欠压保护处理；

限流保护电路，设置在受电设备前端，对所述过欠压保护电路输出的供电信号进行限流保护处理；

过欠压限流保护电路，集成于受电设备内部，对所述受电设备内部的供电信号进行过欠压保护和限流保护处理。

具体的，本实施例中所提出的供电保护装置可分为高压区域和低压区域两部分。左侧与外壳大地相关的部分为高压区域，其余为低压区域。本实施例中，外壳大地指电子设备外壳的金属部分连接到地球上的物理大地，以提供设备的防雷保护和电磁干扰屏蔽。在本实施例实际应用中，外壳大地可与本实施例中的电路器件连接作为一个接地点。供电输入单元位于该高压区域中，主要对供电设备输出端额供电信号进行雷击浪涌防护。大地和GND两个参考地之间可通过防雷电阻电容连接，以保证地平面的完整性和电荷泄放。

进一步的，供电输入单元包括防雷击浪涌电路。该防雷击浪涌电路连接供电设备接收供电信号，并对供电信号进行防雷滤波处理。防雷击浪涌电路包括GDT气体放电管、MOV压敏电阻、ESD静电保护元件和Y电容。GDT气体放电管连接供电设备并串联MOV压敏电阻后，与ESD静电保护元件和Y电容串联。供电设备的正负线经过GDT气体放电管串联MOV压敏电阻处理后，再通过ESD静电保护元件和Y电容进一步处理残余过压过流。

供电输入单元还包括大电流共模滤波电路，大电流共模滤波电路对防雷击浪涌电路输出的供电信号进行共模干扰滤除处理。防雷击浪涌电路对供电信号进行处理后串联大电流共模滤波电路进一步滤除共模干扰，从而增强供电信号的稳定性。

在该大电流共模滤波电路的后端连接有防反接保护电路，以避免调测安装V2X设备时，供电设备正负极接返导致V2X设备损坏的情况发生。本实施例的防反接保护电路可使用基于MOS管搭建经典防反接电路，以增加过流和散热能力，本实施例不再具体叙述。

在防反接保护电路后端，本实施例还设置一脉冲群滤波电路。如图2所示，该脉冲群滤波电路包括陶瓷电容、电解电容和电感。陶瓷电容、电感和电解电容依次串联组成Π型滤波电路，具体参数可根据实际需求进行调节。对于8A内过流、18V至36V供电电压的V2X设备，在经过防雷击浪涌电路、大电流共模滤波电路的处理后，可能残留的瞬态高压已控制在60V以内。脉冲群滤波电路可有效滤除残留脉冲群瞬态干扰，从而避免误触发后续过欠压保护电路，并可在外围设置陶瓷电容以进一步稳定优化直流供电电磁兼容性能。

本实施例中，过欠压保护电路适用于8A以内过流、24V直流供电电压范围的V2X设备，过欠压供电保护范围为18V至36V。该过欠压保护电路的目的在于为避免前级电路的供电超出18V至36V，造成后级电路损坏的情况。本实施例的过欠压保护电路采用无需软件实时采样的纯分立器件电路实现。

具体的，如图3所示，该过欠压保护电路包括稳压二极管D1、稳压二极管D2、电容C1、电容C2、MOS管Q1、三极管Q2、三极管Q3和电阻R1-R7，稳压二极管D2的负极连接供电输入单元、电阻R2的一端、稳压二极管D1的负极、电容C1的一端、电阻R1的一端和MOS管Q1的源极，稳压二极管D2的正极连接电阻R4的一端和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电阻R4的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极连接电阻R2的另一端、电阻R7的一端和三极管Q3的基极，电阻R7的另一端接地，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极连接电阻R6的一端和电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，电阻R3的另一端连接稳压二极管D1的正极、电容C1的另一端、电阻R1的另一端和MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的漏极输出供电信号。

在该过欠压保护电路中，三极管Q2和Q3的基极导通压降为0.58V至0.7V，三极管Q2和Q3的导通压降误差小，控制精度相对MOS管Q1较高。下面对过欠压保护电路中的具体电路及器件功能做详细介绍。

当供电电压为18V时，经过分压电阻R2和R7分压后给到三极管Q3的电压刚好为基极导通压降Vbe，从而当供电低于18V时，三极管Q3关断。MOS管Q1因Vgs=0（电阻R6为DNP空贴）关断。当供电电压为36V时，经过稳压二极管D2、电阻R4和电阻R5分压后给到三极管Q2的电压刚好为基极导通压降Vbe，从而当供电大于36V时，三极管Q2导通，进而三极管Q3关断。最终MOS管Q1因Vgs=0（电阻R6为DNP空贴）关断（电阻R6若贴片，则系统无欠压过压保护及电压范围可调的功能）。

在该过欠压保护电路中，各个电阻的功耗最大不超过0.05mW。稳压二极管D1用于保护MOS管Q1栅源Vgs极限电压。电容C1用于滤波抗干扰，避免MOS管Q1误导通。电容C2用于钳位延时稳定导通三极管Q2，避免供电输入在高压断电的情况下再次短时供电输出，出现输出毛刺。

更进一步的，本实施例中，供电设备采用DC25V，18V至36V供电。该供电电压相较于12V供电更易于长距离供电，降低供电电流，减小线束承受电应力。一般V2X设备的供电范围为9至16V，典型值为12V。因此，本实施例在过欠压保护电路的后端设置有降压开关电源，以通过降压处理输出12V供电。

本实施例在受电设备的前端和内部分别设置有限流保护电路和过欠压限流保护电路。其中，由于降压开关电源在对电压进行降压处理过程中一般具有保护功能且能够稳定输出12V供电。因此，在受电设备的前端仅需设置限流保护即可，无需再多加过欠压保护。

具体的，如图4所示，过欠压限流保护电路包括稳压二极管D3、稳压二极管D4、电容C3、电容C4、MOS管Q4、三极管Q5-Q7和电阻R8-R17，稳压二极管D4的负极连接过欠压保护电路、电阻R11的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端和三极管Q5的发射极，稳压二极管D4的正极连接电阻R14的一端和电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电阻R14的另一端连接电阻R16的一端和三极管Q6的基极，电阻R16的另一端接地，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的集电极连接电阻R11的另一端、电阻R17的一端和三极管Q7的基极，电阻R17的另一端接地，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接三极管Q5的集电极、电阻R12的一端、电阻R15的一端、稳压二极管D3的正极、电容C3的一端和MOS管Q4的栅极，电阻R15的另一端接地，三极管Q5的基极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接电阻R8的另一端、电阻R9的另一端、稳压二极管D3的负极、电容C3的另一端、电阻R12的另一端和MOS管Q4的源极，MOS管Q4的漏极输出供电信号。

更具体的，图4中，虚线框中的部分为9V至16V过欠压保护部分。当供电通路超过9V至16V范围时，可自动关断供电通路，且此功能无需软件干预，适用于路侧V2X设备使用。虚线框以外的部分为限流保护部分。当供电通路电流超出所设置的限流阈值时，也可自动关断供电通路。过欠压保护部分和限流保护部分相辅相成，相互之间无干扰，能够起到保护受电设备本身的目的。

当供电信号到达受电设备时，电阻R11和R17分压来判断电压是否欠压，主要利用三极管精准的0.7V电压特性。供电大于9V时，分压后的三极管Q7基极电压大于0.7V，三极管Q7导通，则MOS管Q4的VS电压大于VG电压，MOS管Q4导通，从而供电通路导通。稳压二极管D4、电容C4、电阻R14、电阻R16和三极管Q6组成过压关断触发电路。当供电电压大于16V时，稳压二极管D4两端稳压10V，剩余6V经电阻R14和电阻R16分压后，大于0.7V从而三极管Q6导通，三极管Q7关断，从而MOS管Q4的VS和VG电压近似相等，导致MOS管Q4的关断。电容C4的作用用于钳位延时稳定导通三极管Q6，避免供电输入在高压断电的情况下再次短时供电输出，出现输出毛刺。

供电电压正常为9V至16V供电时，电阻R8和电阻R9用于设置所需最大电流，也是利用三极管精准的0.7V电压特性，电阻R8和电阻R9并联以提高功耗承受能力，增强电路可靠性，当通路电流小于设定电流值时，电阻R8和电阻R9两端的压降小于三极管Q5的导通电压，三极管Q5关断，MOS管Q4的VG电压经过电阻R12和电阻R13分压后，MOS管Q4的VGS电压差足够MOS管Q4导通，从而实现正常供电。当通路电流大于设定电流值时，电阻R8和电阻R9两端的压降大于三极管Q5的导通电压，三极管Q5导通，则VS和VG电压近似相等，从而MOS管Q4关断，实现过流关断功能。稳压二极管D3和电容C3用于保护MOS管Q4免受过压损坏。

相应的，由于降压开关电源在对电压进行降压处理过程中具有保护功能且能够稳定输出12V供电，受电设备前端的限流保护电路仅需保留图4中限流保护部分（虚线框以外部分）即可，本实施例不再进行赘述。

此外，本实施例的受电设备采用POC供电技术，受电设备的前端和内部均设置有POC滤波电路，用于滤除干扰信号。

本实施例中提供的供电保护装置，在受电设备的前端和内部均设置有限流保护电路，并在受电设备内部设置有过欠压保护，通过对受电设备进行双端保护电路措施，既能够在受电设备前端起到过欠压保护和限流保护，也能够对受电设备本身进行保护，以避免受电设备过压过流损坏。

实施例2

如图5所示，本实施例提出一种V2X基站一体机，该V2X基站一体机包括供电保护装置。该V2X基站一体机内集成有多种受电设备，且多种受电设备均与所述供电保护装置连接。

具体的，本实施例以受电设备为摄像头和雷达V2X设备为例进行说明。本实施例中，摄像头和雷达均集成在该V2X基站一体机中，以实现小型化集成。当然，根据实际应用情况，也可增加其他路侧杆上的V2X设备，本实施例不做特殊限定。V2X基站一体机整体采用DC24V，18V至36V供电，相比12V供电更易于长距离供电，降低供电电流，减小线束承受电应力。摄像头POC供电范围一般为9V至16V，典型值12V，和毫米波雷达供电电压一致，供电电流需求也都是百毫安级别，因此采用降压开关电源转换器芯片设计输出12V供电。

如图5所示，本实施例示出一种摄像头雷达布局形式。其中，4路八百万4K高清摄像头分别负责道路正前上方远端区域、正前下方近端区域、正后上方远端区域和正后下方近端区域。1路五百万高清摄像头负责V2X基站一体机正下方区域，另外包含前后区域2个毫米波雷达配合摄像头感知。

摄像头和雷达供电SOURCE端和SINK端通过对应接口连接器连接。接口左侧限流保护电路在V2X基站一体机的主板端，接口右侧过欠压限流保护电路在摄像头和雷达PCB端，其中摄像头通过同轴线缆POC供电传输。本实施例中采用双端保护电路措施，以避免仅保护到SOURCE主板端，导致SINK端摄像头和雷达过压过流损坏。

本实施例提出一种SOURCE端和SINK端双端限流保护设计。其中SINK端采用过欠压保护和限流保护机制。当供电通路超出9V~16V范围时，可自动关断供电通路，且此功能无需软件干预，适合路侧V2X设备使用。当供电通路电流超出所需设置的限流阈值时，也可自动关断供电通路。两部分功能可相辅相成，相互之间无干扰，主要保护摄像头和雷达本身。

本实施例SOURCE端供电电源为系统BUCK稳压后的12V输出，BUCK芯片一般具有保护功能，所以可以省略过欠压保护部分，仅保留限流保护部分即可，即SOURCE端的限流保护采用SINK端“过欠压限流保护电路”中仅作用于“限流保护”作用的部分电路，如图4所示的虚线框以外的部分。

本实施例中提供的供电保护装置，在受电设备的前端和内部均设置有限流保护电路，并在受电设备内部设置有过欠压保护，通过对受电设备进行双端保护电路措施，既能够在受电设备前端起到过欠压保护和限流保护，也能够对受电设备本身进行保护，以避免受电设备过压过流损坏。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种供电保护装置，其特征在于，所述装置包括：

供电输入单元，连接供电设备，并将所述供电设备输出的供电信号进行雷击浪涌防护处理；

过欠压保护电路，设置在供电输入单元后端，对所述供电输入单元输出的供电信号进行过欠压保护处理；

限流保护电路，设置在受电设备前端，对所述过欠压保护电路输出的供电信号进行限流保护处理；

过欠压限流保护电路，集成于受电设备内部，对所述受电设备内部的供电信号进行过欠压保护和限流保护处理。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电输入单元包括防雷击浪涌电路，所述防雷击浪涌电路包括GDT气体放电管、MOV压敏电阻、ESD静电保护元件和Y电容，所述GDT气体放电管连接供电设备并串联MOV压敏电阻后，与ESD静电保护元件和Y电容串联。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述供电输入单元还包括大电流共模滤波电路，所述大电流共模滤波电路对所述防雷击浪涌电路输出的供电信号进行共模干扰滤除处理。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述供电输入单元还包括防反接保护电路，所述防反接保护电路对所述大电流共模滤波电路输出的供电信号进行防反接保护处理。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述供电输入单元还包括脉冲群滤波电路，所述脉冲群滤波电路接收防反接保护电路输出的供电信号并进行瞬态干扰滤除处理。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过欠压保护电路包括稳压二极管D1、稳压二极管D2、电容C1、电容C2、MOS管Q1、三极管Q2、三极管Q3和电阻R1-R7，稳压二极管D2的负极连接供电输入单元、电阻R2的一端、稳压二极管D1的负极、电容C1的一端、电阻R1的一端和MOS管Q1的源极，稳压二极管D2的正极连接电阻R4的一端和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电阻R4的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极连接电阻R2的另一端、电阻R7的一端和三极管Q3的基极，电阻R7的另一端接地，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极连接电阻R6的一端和电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，电阻R3的另一端连接稳压二极管D1的正极、电容C1的另一端、电阻R1的另一端和MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的漏极输出供电信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过欠压限流保护电路包括稳压二极管D3、稳压二极管D4、电容C3、电容C4、MOS管Q4、三极管Q5-Q7和电阻R8-R17，稳压二极管D4的负极连接过欠压保护电路、电阻R11的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端和三极管Q5的发射极，稳压二极管D4的正极连接电阻R14的一端和电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电阻R14的另一端连接电阻R16的一端和三极管Q6的基极，电阻R16的另一端接地，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的集电极连接电阻R11的另一端、电阻R17的一端和三极管Q7的基极，电阻R17的另一端接地，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接三极管Q5的集电极、电阻R12的一端、电阻R15的一端、稳压二极管D3的正极、电容C3的一端和MOS管Q4的栅极，电阻R15的另一端接地，三极管Q5的基极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接电阻R8的另一端、电阻R9的另一端、稳压二极管D3的负极、电容C3的另一端、电阻R12的另一端和MOS管Q4的源极，MOS管Q4的漏极输出供电信号。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括降压开关电源，所述降压开关电源连接于过欠压保护电路和限流保护电路之间，用于将所述过欠压保护电路输出的供电信号进行降压处理后通过限流保护电路输出至受电设备。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述受电设备为POC供电，所述受电设备的前端和内部均设置有POC滤波电路，用于滤除干扰信号。

10.一种V2X基站一体机，其特征在于，所述V2X基站一体机包括权利要求1至9任一项所述的供电保护装置，所述V2X基站一体机内集成有多种受电设备，所述多种受电设备均与所述供电保护装置连接。