CN207053387U - 车用控制器的电源模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车用控制器的电源模块，其包括输入保护电路、降压电路和稳压电路；所述输入保护电路的输入端连接车辆钥匙开关的ON档，所述输入保护电路的输出端连接所述降压电路的输入端，所述降压电路的输出端连接于所述稳压电路的输入端。本实用新型的车用控制器的电源模块能够动态地平衡降压电路和低压降线性稳压器U1的功耗，由此，平衡电路的功耗，提升电源模块工作的稳定性，从而保证汽车控制器电源模块在输入的车载直流电源电压较高时，电源模块的带负载能力不降低。

Description

车用控制器的电源模块

技术领域

本实用新型涉及车用控制器的电源电路，尤其涉及一种车用控制器的电源模块。

背景技术

在车用控制器中电源模块是必不可少的组成部分，它是控制器的能源供给，只有具备了稳定的电源模块，控制器才能具有稳定的逻辑，可靠地运行。在汽车电子领域，低压降线性稳压器以成本优势和良好的EMC(电磁兼容性) 特性广泛应用于汽车控制器中。但是，低压降线性稳压器却有功耗大、发热量高等不足，尤其是在输入电源电压较高时，会出现带负载能力降低的问题，限制了低压降线性稳压器在汽车控制器中的应用。这里以低压降线性稳压器 TLE4291为例，其几个主要参数如下：

周围环境的热阻R_thJA：约43K/W

最高结温度T_j：150℃

输出电流I_Q：当6V＜V_I＜28V时，1mA＜I_Q＜400mA

当6V＜V_I＜40V时，1mA＜I_Q＜200mA

从上面给出的参数可知，当输入电压大于28V后，低压降线性稳压器 TLE4291的输出电流能力将明显下降，即出现带负载能力降低的问题。如果低压降线性稳压器的散热能力不好，在输入电源电压较高时，将会使低压降线性稳压器的结温很快地超过低压降线性稳压器的热保护温度阈值，低压降线性稳压器内部会产生重启信号或者直接关闭输出，这对于车用控制器来说是灾难性的故障。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种车用控制器的电源模块，在控制器的输入电源电压范围内，尤其是当输入的车载直流电源电压较高时，保证控制器的电源模块的带负载能力不降低。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种车用控制器的电源模块，其包括输入保护电路、降压电路和稳压电路；

所述输入保护电路的输入端连接车辆钥匙开关的ON档，所述输入保护电路的输出端连接所述降压电路的输入端，所述降压电路的输出端连接于所述稳压电路的输入端。

可选的，所述输入保护电路包括场效应管Q1、陶瓷电容C1、稳压管DZ1、电阻R1、电解电容C2、陶瓷电容C3和瞬态电压抑制二极管TVS1；

所述场效应管Q1的漏极连接车辆钥匙开关的ON档，所述车辆钥匙开关的 ON档还通过陶瓷电容C1接地；所述稳压管DZ1的阳极连接场效应管Q1的栅极，所述稳压管DZ1的阴极连接场效应管Q1的源极；所述场效应管Q1的栅极还通过电阻R1接地；所述场效应管Q1的源极为输入保护电路的输出，所述场效应管Q1的源级分别通过电解电容C2和陶瓷电容C3接地，而且场效应管Q1的源级还连接于所述瞬态电压抑制二极管TVS1的阴极，所述瞬态电压抑制二极管 TVS1的阳极接地。

可选的，所述降压电路包括场效应管Q2、电阻R2、电阻R3和稳压管DZ2；

所述场效应管Q2的漏极连接于所述场效应管Q1的源级，所述场效应管Q2 的源极是降压电路的输出；所述电阻R2的两端分别连接所述场效应管Q2的栅极和漏极；所述电阻R3的两端连接场效应管Q2的栅极和稳压管DZ2的阴极，所述稳压管DZ2的阳极接地。

可选的，所述稳压电路包括线性稳压器U1、电容C6、钽电容C4、陶瓷电容C5和电阻Rup；

所述线性稳压器U1的IN管脚连接于所述场效应管Q2的源级，所述线性稳压器U1的D管脚通过电容C6接地，所述线性稳压器U1的GND管脚接地；所述线性稳压器U1的Q管脚分别通过钽电容C4和陶瓷电容C5接地，所述线性稳压器U1的管脚通过电阻Rup连接于+5V电源。

本实用新型具有如下有益效果：由于所述的降压电路中的场效应管Q2与所述的稳压电路中的低压降线性稳压器U1串联连接，所以二者的电流相等。所述的降压电路根据车载直流电源的输入电压控制其输出电压，所述的稳压电路的输出电压为固定值，所以通过设定匹配电阻R2、R3的阻值、选取稳压管DZ2 的标称值，并与场效应管Q2的开启电压V_GS(th)匹配，使得在控制器正常工作电压范围16～32V内，分别加载在所述场效应管Q2和低压降线性稳压器U1两端的电压相等，即可使得二者的功耗相等，即动态地平衡降压电路和低压降线性稳压器U1的功耗，由此，平衡电路的功耗，提升电源模块工作的稳定性，从而保证汽车控制器电源模块在输入的车载直流电源电压较高时，电源模块的带负载能力不降低。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图；

图2为本实用新型的输入保护电路的结构示意图；

图3为本实用新型的降压电路的结构示意图(N沟道增强型场效应管)；

图4为本实用新型的降压电路的结构示意图(NPN型功率三极管)；

图5为本实用新型的稳压电路的结构示意图；

图6为本实用新型的N沟道增强型场效应管的功耗曲线。

图7为本实用新型的NPN型功率三极管的功耗曲线。

图中标记示意为：1-输入保护电路；2-降压电路；3-稳压电路。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种车用控制器的电源模块，包括输入保护电路、降压电路和稳压电路。

所述输入保护电路的输入端连接车辆钥匙开关的ON档，车辆启动后，车载直流电源经过所述车用控制器的电源模块，即通过上述输入保护电路、降压电路和稳压电路降压调整后输出稳定的电压向负载供电。

所述输入保护电路的输出端连接所述降压电路的输入端，所述降压电路根据输入电压控制输出电压，平衡降压电路和稳压电路的功耗，保证在车载直流电源电压较高时，电源模块的带负载能力不降低。

所述降压电路的输出端连接于所述稳压电路的输入端。

本实施例中，所述输入保护电路包括场效应管Q1、陶瓷电容C1、稳压管 DZ1、电阻R1、电解电容C2、陶瓷电容C3和瞬态电压抑制二极管TVS1。

所述场效应管Q1(例如P沟道增强型场效应管Q1)的漏极连接车辆钥匙开关的ON档，所述车辆钥匙开关的ON档还通过陶瓷电容C1接地；所述稳压管 DZ1的阳极连接场效应管Q1的栅极，所述稳压管DZ1的阴极连接场效应管Q1 的源极；所述场效应管Q1的栅极还通过电阻R1接地；所述场效应管Q1的源极为输入保护电路的输出，此时，所述场效应管Q1的源级分别通过电解电容C2 和陶瓷电容C3接地，而且场效应管Q1的源级还连接于所述瞬态电压抑制二极管TVS1的阴极，所述瞬态电压抑制二极管TVS1的阳极接地。

所述的输入保护电路中陶瓷电容C1的作用是静电防护，保护后级电路免于静电放电的干扰。场效应管Q1、稳压管DZ1和电阻R1构成电源反接保护电路，由于场效应管Q1的导通阻抗小，所以由此构成的电源反接保护电路导通功耗小、通流能力强。瞬态电压抑制二极管TVS1的作用浪涌电压保护，当车载控制器连接的车载直流电源出现的浪涌电压超过TVS1的保护电压时，控制器电源输入端口两端的电压被限制在瞬态电压抑制二极管TVS1的钳位电压以内，瞬态电压抑制二极管TVS1提供一条快速泄放能量的低阻抗路径，浪涌电流被分流到 TVS1，实现对车载控制器后级元件的保护；当浪涌电压消失后，瞬态电压抑制二极管TVS1恢复高阻状态，其吸收的电流可以忽略不计。

所述降压电路包括场效应管Q2、电阻R2、电阻R3和稳压管DZ2。

所述场效应管Q2(例如N沟道增强型场效应管)的漏极连接于所述场效应管Q1的源级，所述场效应管Q2的源极是降压电路的输出，连接稳压电路的输入；所述电阻R2的两端分别连接所述场效应管Q2的栅极和漏极；所述电阻R3 的两端连接场效应管Q2的栅极和稳压管DZ2的阴极，所述稳压管DZ2的阳极接地。

设定所述降压电路的输入端电压为V_I(近似等于车载直流电源电压)，当输入电压V_I小于稳压管DZ2的稳压值时，稳压管DZ2截止，N沟道增强型场效应管Q2的栅极电压V_G等于输入电压V_I；场效应管Q2的开启电压为V_GS(th)，此时所述的降压电路(2)的输出电压V_{OUT_D}为：

V_{OUT_D}＝V_G-V_GS(th)＝V_I-V_GS(th)；

当输入电压V_I大于稳压管的稳压值时，稳压管DZ2导通，N沟道增强型场效应管Q2的栅极电压V_G是电阻R3两端的电压和稳压管两端的电压V_DZ之和，场效应管Q2的开启电压为V_GS(th)，此时降压电路(2)的输出电压V_{OUT_D}为：

所述降压电路的场效应管Q2为N沟道增强型场效应管时，一组电路参数设置如下：R2＝10KΩ，R3＝9.53KΩ，稳压管DZ2选取BZX84C8V2LT1，调整管Q2 型号为BUK9660-100A。

如图4所示，所述场效应管Q2也可以采用NPN型功率三极管Q2，其工作原理和场效应管Q2为N沟道增强型场效应管的电路结构相同，不同之处是所述的V_GS(th)变为V_BE(on)，这里不再赘述。所述降压电路包括NPN型功率三极管时，一组电路参数设置如下：R2＝10KΩ，R3＝9.53KΩ，稳压管DZ2选取BZX84C6V8LT1， NPN型功率三极管Q2型号NJVMJB41CT4G。

所述稳压电路包括线性稳压器U1、电容C6、钽电容C4、陶瓷电容C5和电阻Rup。

所述线性稳压器U1的IN管脚连接降压电路的输出端，即连接于所述场效应管Q2的源级，所述线性稳压器U1的D管脚通过电容C6接地，所述线性稳压器U1的GND管脚接地；所述线性稳压器U1的Q管脚分别通过钽电容C4和陶瓷电容C5接地，所述线性稳压器U1的RST管脚通过电阻连接于+5V电源(VDD5)。

陶瓷电容C5的作用的高频旁路，防止后级的高频噪声影响线性稳压器的稳定性；钽电容C4主要起到保证线性稳压器控制环路的稳定；线性稳压器U1的复位端通过上拉电阻Rup上拉到电源电压VDD5，并连接到控制器内部微处理器的复位输入端口，向微控制器提供复位信号。低压降线性稳压器U1型号为 TLE4270-2G。

对于车用24V系统控制器的正常工作电压范围一般为16～32V，所以，在控制器的正常工作电压范围内时，所述的稳压管DZ2处于导通状态。所述降压电路的功耗用P_step_down表示，稳压电路(低压降线性稳压器)的功耗用 P_regulator表示。

所述降压电路的场效应管Q2为N沟道增强型场效应管时，当控制器的电源模块输出电流为200mA时，降压电路功耗P_step_down和稳压电路(3)的功耗 P_regulator曲线如图6所示。

所述降压电路的功率三极管Q2为NPN型功率三极管Q2时，当控制器的电源模块输出电流为200mA时，降压电路的功耗P_step_down和稳压电路的功耗 P_regulator曲线如图7所示。

在实际应用中可以根据降压电路的功耗和调整管的热阻值调整降压电路中元件的相关参数，实现降压电路和稳压电路功耗的均衡，保证当控制器输入电源电压较高时，低压降线性稳压器的带负载能力不降低，即整个电源模块的带负载能力不降低。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种车用控制器的电源模块，其特征在于，包括输入保护电路、降压电路和稳压电路；

所述输入保护电路的输入端连接车辆钥匙开关的ON档，所述输入保护电路的输出端连接所述降压电路的输入端，所述降压电路的输出端连接于所述稳压电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的车用控制器的电源模块，其特征在于，所述输入保护电路包括场效应管Q1、陶瓷电容C1、稳压管DZ1、电阻R1、电解电容C2、陶瓷电容C3和瞬态电压抑制二极管TVS1；

所述场效应管Q1的漏极连接车辆钥匙开关的ON档，所述车辆钥匙开关的ON档还通过陶瓷电容C1接地；所述稳压管DZ1的阳极连接场效应管Q1的栅极，所述稳压管DZ1的阴极连接场效应管Q1的源极；所述场效应管Q1的栅极还通过电阻R1接地；所述场效应管Q1的源极为输入保护电路的输出，所述场效应管Q1的源级分别通过电解电容C2和陶瓷电容C3接地，而且场效应管Q1的源级还连接于所述瞬态电压抑制二极管TVS1的阴极，所述瞬态电压抑制二极管TVS1的阳极接地。

3.根据权利要求2所述的车用控制器的电源模块，其特征在于，所述降压电路包括场效应管Q2、电阻R2、电阻R3和稳压管DZ2；

所述场效应管Q2的漏极连接于所述场效应管Q1的源级，所述场效应管Q2的源极是降压电路的输出；所述电阻R2的两端分别连接所述场效应管Q2的栅极和漏极；所述电阻R3的两端连接场效应管Q2的栅极和稳压管DZ2的阴极，所述稳压管DZ2的阳极接地。

4.根据权利要求3所述的车用控制器的电源模块，其特征在于，所述稳压电路包括线性稳压器U1、电容C6、钽电容C4、陶瓷电容C5和电阻Rup；

所述线性稳压器U1的IN管脚连接于所述场效应管Q2的源级，所述线性稳压器U1的D管脚通过电容C6接地，所述线性稳压器U1的GND管脚接地；所述线性稳压器U1的Q管脚分别通过钽电容C4和陶瓷电容C5接地，所述线性稳压器U1的管脚通过电阻Rup连接于+5V电源。