CN205489605U - 一种延时启动电路和车载设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种延时启动电路和车载设备，所述延时启动电路包括：控制单元、延时单元和开关单元；所述控制单元根据输入的供电电压的上电状态输出开启信号、及根据掉电状态输出关闭信号；延时单元根据开启信号进行充电、并在充电完成后控制开关单元导通输出供电电压，以及根据关闭信号进行放电、并在放电完成后控制开关单元截止关闭供电电压的输出；通过充电即可使供电电压延时输出，从而解决了现有车载设备在发动机打火时同步启动而瞬间拉低蓄电池电压、出现较大的浪涌电流的问题；还能在掉电后快速放电，以防止下次连续启动时因还存余压而导致上电延迟功能失效。

Description

一种延时启动电路和车载设备

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，特别涉及一种延时启动电路和车载设备。

背景技术

随着汽车的普及应用，汽车电子行业也蓬勃发展，新的车载设备也不断涌现，如车载音响、车载冰箱，车载电脑、车载导航、车载摄像机等。车载设备是以随车蓄电池来提供电能的，且不同类型的车载设备的电压要求不同。通常汽车的蓄电池需要给所有车载设备供电，车载设备的电源模块与蓄电池直接连接，蓄电池的供电电压输入不同车载设备的电源模块中，电源模块对供电电压进行对应的升压或降压处理以满足该车载设备的电压要求。车载设备越多，则对蓄电池的供能要求也越高。特别的，在汽车打火过程中，几乎所有的车载设备都会从蓄电池抽取能量来进行启动，此时会导致蓄电池电压瞬间下降，且出现较大的浪涌电流，甚至导致汽车打火失败。

为了防止汽车打火过程中车载设备同时启动而出现的问题，车载设备需加入延时启动线路。目前常见的延时启动方案是在正极或负极的供电线路上增加继电器，当上电等待一段时间后再通过继电器接通电路，使车载设备启动工作。但是，由于继电器的体积比较大，其机械触点可靠度不高；并且现有的车载设备要求其体积越来越小，使用时的通、断电频率越来越高。继电器已无法满足现有车载设备的延时启动要求。

因此，有必要对现有技术进行改进。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种延时启动电路和车载设备，以解决现有车载设备在汽车打火过程中同步启动而瞬间拉低蓄电池电压、且出现较大的浪涌电流的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种延时启动电路，其包括：控制单元、延时单元和开关单元；

所述控制单元根据输入的供电电压的上电状态输出开启信号、及根据掉电状态输出关闭信号；延时单元根据开启信号进行充电、并在充电完成后控制开关单元导通输出供电电压，以及根据关闭信号进行放电、并在放电完成后控制开关单元截止关闭供电电压的输出。

所述的延时启动电路中，所述开关单元包括PMOS管；

所述PMOS管的源极连接延时单元的输出端，PMOS管的栅极连接延时单元的控制端，PMOS管的漏极连接延时启动电路的输出正极。

所述的延时启动电路中，所述控制单元包括稳压二极管、第一电阻、第一三极管和第二三极管；

所述稳压二极管的正极连接第一三极管的基极，稳压二极管负极连接延时启动电路的输入正极、第一电阻的一端和延时单元，第一三极管的集电极连接第一电阻的另一端和第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接延时单元，第一三极管和第二三极管的发射极均连接延时启动电路的输入负极。

所述的延时启动电路中，所述控制单元还包括第一电容、第二电容、第二电阻和第三电阻；

所述第一电容的一端连接第一三极管的基极，第一电容的另一端连接所述输入负极，第二电阻与第一电容并联，所述第三电阻的一端连接第一三极管的集电极和第一电阻的另一端；第三电阻的另一端连接第二三极管的基极、还通过第二电容连接输入负极。

所述的延时启动电路中，所述延时单元包括第三电容、第四电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻和基准源；

所述基准源的参考极连接第三电容的一端、第二三极管的集电极和第四电阻的一端，基准源的阴极连接第六电阻的一端，基准源的阳极连接第三电容的另一端和延时启动电路的输出负极，所述第四电阻的另一端连接第一电阻的一端和第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第四电容的一端、PMOS管的栅极和第六电阻的另一端，第四电容的另一端连接第五电阻的一端和PMOS管的源极。

所述的延时启动电路中，所述控制单元还包括限流电阻，所述限流电阻的一端连接稳压二极管的正极，限流电阻的另一端连接第一三极管的基极。

所述的延时启动电路中，所述第一三极管、第二三极管为NPN三极管。

所述的延时启动电路中，所述基准源的型号为TL431。

一种车载设备，其包括所述的延时启动电路，所述延时启动电路连接在蓄电池与车载设备的电源模块之间。

相较于现有技术，本实用新型提供的延时启动电路和车载设备，通过控制单元根据输入的供电电压的上电状态输出开启信号、及根据掉电状态输出关闭信号；延时单元根据开启信号进行充电、并在充电完成后控制开关单元导通输出供电电压，以及根据关闭信号进行放电、并在放电完成后控制开关单元截止关闭供电电压的输出；通过充电即可使供电电压延时输出，从而解决了现有车载设备在发动机打火时同步启动而瞬间拉低蓄电池电压、出现较大的浪涌电流的问题；还能在掉电后快速放电，以防止下次连续启动时因还存余压而导致上电延迟功能失效。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的车载设备的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的延时启动电路的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的延时启动电路上电时的电流示意图；

图4为本实用新型实施例提供的延时启动电路掉电时的电流示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种延时启动电路和车载设备，以体积较小的PMOS管作为无触点电子开关来替代继电器以进行延时开关。应用于监视器、显示器主板、电脑主板，车载设备等领域的电源延迟启动。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的车载设备中设置有延时启动电路；通过该延时启动电路可使车载设备在发动机打火时延迟预设时间后再启动；从而解决了现有车载设备在发动机打火时同步启动而瞬间拉低蓄电池电压、出现较大的浪涌电流的问题。蓄电池输出的供电电压输入延时启动电路的输入正负极V1±，经过延时启动电路延时后从其输出正负极V2±输出给对应的车载设备的电源模块进行升压或降压处理后、再对该车载设备中的其他模块供电。即延时启动电路连接在蓄电池与车载设备的电源模块之间。需要理解的是，在忽略延时启动电路中PMOS管导通电阻Rds_on的情况下所述输入正极V1+与输出正极V2+上的电压的波形和幅值均相等，两者之间仅存在延时输出关系。所述输入负极V1-即是输出负极V2-，两者实际上相同，基于正负极需对应标号，此处以1和2进行区分。

所述延时启动电路包括控制单元10、延时单元20和开关单元30。所述控制单元10根据输入的供电电压的上电状态输出开启信号、及根据掉电状态输出关闭信号；延时单元20根据开启信号进行充电、并在充电完成后控制开关单元30导通输出供电电压，以及根据关闭信号进行放电、并在放电完成后控制开关单元30截止关闭供电电压的输出。

本实施例采用MOS管（较佳以PMOS管）作为电子开关来代替现有的继电器。这样即能节省成本和占用空间，又能进行灵敏的通断切换。则所述开关单元30包括PMOS管Q0，所述PMOS管Q0的源极连接延时单元20的输出端，PMOS管Q0的栅极连接延时单元20的控制端，PMOS管Q0的漏极连接延时启动电路的输出正极V2+。PMOS管Q0的通断由延时单元20的充放电状态控制，充电时间即为延时启动电路的延时时间。延时单元20是进行充电还是放电由控制单元10控制。

如图2所示，所述控制单元10包括稳压二极管ZD1、第一电阻R1、第一三极管Q1和第二三极管Q2；所述稳压二极管ZD1的正极连接第一三极管Q1的基极，稳压二极管ZD1负极连接延时启动电路的输入正极V1+、第一电阻R1的一端和延时单元20，第一三极管Q1的集电极连接第一电阻R1的另一端和第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的集电极连接延时单元20，第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极均连接延时启动电路的输入负极V1-。

其中，所述第一三极管Q1、第二三极管Q2为NPN三极管。当输入正极V1+输入的电压不足以使稳压二极管ZD1反向击穿时，第一三极管Q1截止，第二三极管Q2由第一电阻R1上的电压驱动其导通。当输入正极V1+上的电压上升至稳压二极管ZD1的反向击穿电压时，稳压二极管ZD1导通，则第一三极管Q1导通，从而将第二三极管Q2的基极电压拉低使其截止。第二三极管Q2的通断控制延时单元20的充放电状态。

在具体实施时，所述控制单元10还包括第一电容C1、第二电容C2、第二电阻R2和第三电阻R3；所述第一电容C1的一端连接第一三极管Q1的基极，第一电容C1的另一端连接所述输入负极V1-，第二电阻R2与第一电容C1并联，所述第三电阻R3的一端连接第一三极管Q1的集电极和第一电阻R1的另一端；第三电阻R3的另一端连接第二三极管Q2的基极、还通过第二电容C2连接输入负极V1-。所述第一电容C1（滤波抗干扰）和第二电阻R2为第一三极管Q1提供稳定的导通电压、还能保护第一三极管Q1。第三电阻R3为限流电阻，能避免第二三极管Q2的基极出现大电流。第二电容C2的滤波抗干扰能为第二三极管Q2提供稳定的导通电压。

请继续参阅图2，所述延时单元20包括第三电容C3、第四电容C4、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和基准源U1；所述基准源U1的参考极R连接第三电容C3的一端、第二三极管Q2的集电极和第四电阻R4的一端，基准源U1的阴极K连接第六电阻R6的一端，基准源U1的阳极连接第三电容C3的另一端和延时启动电路的输出负极V2-，所述第四电阻R4的另一端连接第一电阻R1的一端和第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端（即延时单元的控制端）连接第四电容C4的一端、PMOS管Q0的栅极和第六电阻R6的另一端，第四电容C4的另一端（即延时单元的输出端）连接第五电阻R5的一端和PMOS管Q0的源极。其中，基准源U1的型号为TL431。

在具体实施时，为了滤波抗干扰，通常在输入正负极V1±之间、输出正负极V2±之间会分别设置一电容进行滤波。为了保护稳压二极管ZD1，避免第一三极管Q1受大电流冲击，所述控制单元10还包括限流电阻R7，所述限流电阻R7的一端连接稳压二极管ZD1的正极，限流电阻R7的另一端连接第一三极管Q1的基极。

请一并参阅图2至图4。充电过程为：当接通蓄电池后，输入正极V1+上的电压会上升，当还未上升至稳压二极管ZD1的反向击穿电压时，i1=0A，第一三极管Q1截止，i6=0A。第二三极管Q2通过第一电阻R1、第三电阻R3驱动其饱和导通。流经第一电阻R1、第三电阻R3的电流i2为第二三极管Q2的基极驱动电流。此时流经第四电阻R4、第二三极管Q2的电流为i5。由于第二三极管Q2饱和导通，则第三电容C3两端的电压VCE_Q2（即VC3）非常低，近似为0V，则i3≈0A。由于基准源 U1的参考极R的电压为VC3，此时远小于其内部参考电压（Vref）2.5V，因此基准源U1的K-A截止，i4=0A，第四电容C4无法被充电，则PMOS管Q0不满足导通条件。

当输入正极V1+上的电压上升至稳压二极管ZD1的反向击穿电压时，稳压二极管ZD1齐纳导通，从而提供给第一三极管Q1基极的驱动电流i1会使得第一三极管Q1饱和导通。由于第一三极管Q1饱和导通，则第一三极管Q1的集电极和发射极之间的电压VCE_Q1（即第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压VBE_Q2）≈0V，使得第二三极管Q2截止，即i2=0，i5=0。此时第三电容C3通过第四电阻R4充电，VC3缓慢上升，充电电流i3在充电过程中是变化的。当VC3上升至Vref后，基准源U1的K-A导通，流过基准源U1的K-A的电流i4建立、并对第四电容C4进行充电（由于第五电阻R5的阻值比较大，因此充电过程中电流i4近似等于对第四电容C4的充电电流）。当PMOS管Q0的栅源电压|VGS|（即VC4）大于其门槛电压Vth后，PMOS管Q0逐渐开始导通。随着对第四电容C4的充电，VC4（|VGS|）的电压逐渐升高，直至PMOS管Q0完全导通，此时才会输出蓄电池的供电电压给车载设备。一般地，为了减小PMOS管Q0的导通损耗，需要选择耐流能力比较大且导通电阻Rds_on比较小的PMOS器件。

放电过程为：当输入正极V1+掉电至小于稳压二极管ZD1的反向击穿电压时，稳压二极管ZD1截止，进而使第一三极管Q1截止。由于输入正负极V1±之间的电容上还存有电量，则输入正极V1+上的剩余电量会通过第一电阻R1、第三电阻R3来驱动第二三极管Q2，如图4所示，驱动电流为i9。此时，第二三极管Q2饱和导通，第三电容C3被迅速放电，放电电流为i8。当放电至VC3小于Vref后，基准源U1的K-A截止，第四电容C4被第五电阻R5放电，放电电流为i7。当VC4（PMOS管Q0的栅源电压|VGS|）被放电至小于Vth后，PMOS管Q0开始关断，无供电电压输出。

本实施例可通过调节第四电阻R4、第三电容C3的值来调节延迟时间，这样不同的车载设备（如车载音响、车载冰箱，车载电脑、车载导航、车载摄像机等）可根据实际需求设置不同的启动时间，以避免所有车载设备同时启动出现较大的浪涌电流。td=R4*C3*ln(V1/(V1-Vref))，其中td为上电延迟时间，V1为输入正极V1+上的电压值，Vref为基准源U1的内部参考电压。当V1掉电后，第四电容C4、第三电容C3能通过各自的放电回路迅速放电，使PMOS管Q0快速关断及为下次延时启动做准备，防止下次连续启动时因电容还存余压而导致上电延迟功能失效。

综上所述，本实用新型提供的一种延时启动电路和车载设备，上电时通过充电来延迟打开PMOS管从而延迟输出供电电压，实现了上电延时启动功能，解决了现有车载设备在发动机打火时同步启动而瞬间拉低蓄电池电压、出现较大的浪涌电流的问题；并且以基准源的基准电压（即内部参考电压）2.5V作为PMOS管导通的开启点，比一般延时电路中用NPN三极管（型号为3904）的Vbe（≈0.7V）作为开启点的电压要高，可调节的延迟时间更长；而且基准源的基准电压在宽温度范围内变化量很小，因此延迟的时长误差小。掉电时通过设置的泄放路径快速放电，针对关键电容（C3、C4）增加放电回路，防止快速连续启动（开、关机）时造成的延时功能失效；其电路结构简单，成本很低，可靠性较高。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种延时启动电路，其特征在于，包括：控制单元、延时单元和开关单元；

所述控制单元根据输入的供电电压的上电状态输出开启信号、及根据掉电状态输出关闭信号；延时单元根据开启信号进行充电、并在充电完成后控制开关单元导通输出供电电压，以及根据关闭信号进行放电、并在放电完成后控制开关单元截止关闭供电电压的输出。

2.根据权利要求1所述的延时启动电路，其特征在于，所述开关单元包括PMOS管；

所述PMOS管的源极连接延时单元的输出端，PMOS管的栅极连接延时单元的控制端，PMOS管的漏极连接延时启动电路的输出正极。

3.根据权利要求2所述的延时启动电路，其特征在于，所述控制单元包括稳压二极管、第一电阻、第一三极管和第二三极管；

所述稳压二极管的正极连接第一三极管的基极，稳压二极管负极连接延时启动电路的输入正极、第一电阻的一端和延时单元，第一三极管的集电极连接第一电阻的另一端和第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接延时单元，第一三极管和第二三极管的发射极均连接延时启动电路的输入负极。

4.根据权利要求3所述的延时启动电路，其特征在于，所述控制单元还包括第一电容、第二电容、第二电阻和第三电阻；

所述第一电容的一端连接第一三极管的基极，第一电容的另一端连接所述输入负极，第二电阻与第一电容并联，所述第三电阻的一端连接第一三极管的集电极和第一电阻的另一端；第三电阻的另一端连接第二三极管的基极、还通过第二电容连接输入负极。

5.根据权利要求4所述的延时启动电路，其特征在于，所述延时单元包括第三电容、第四电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻和基准源；

所述基准源的参考极连接第三电容的一端、第二三极管的集电极和第四电阻的一端，基准源的阴极连接第六电阻的一端，基准源的阳极连接第三电容的另一端和延时启动电路的输出负极，所述第四电阻的另一端连接第一电阻的一端和第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第四电容的一端、PMOS管的栅极和第六电阻的另一端，第四电容的另一端连接第五电阻的一端和PMOS管的源极。

6.根据权利要求3所述的延时启动电路，其特征在于，所述控制单元还包括限流电阻，所述限流电阻的一端连接稳压二极管的正极，限流电阻的另一端连接第一三极管的基极。

7.根据权利要求3所述的延时启动电路，其特征在于，所述第一三极管、第二三极管为NPN三极管。

8.根据权利要求5所述的延时启动电路，其特征在于，所述基准源的型号为TL431。

9.一种车载设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的延时启动电路，所述延时启动电路连接在蓄电池与车载设备的电源模块之间。