CN207603599U - 具有保护功能的车载高边开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了具有保护功能的车载高边开关，包括开关管电路、稳压电路、升压电路、LDO电路、电池电压检测电路、电流检测电路、控制器、开关管驱动电路和开关管电路。稳压电路的输入端和输出端分别与车载蓄电池和升压电路连接。升压电路的输出端与开关管驱动电路的电源输入端连接。LDO电路的输入端和输出端分别与车载蓄电池和控制器连接。电池电压检测电路和电流检测电路的输出端分别与控制器的输入端连接，开关管电路的输入端与车载蓄电池的输出端连接，开关管电路的输出端与汽车发动机预热器的电热元件连接。控制器的输出端与开关管驱动电路的控制输入端连接。本实用新型能避免触点粘连，并能保障发动机预热器安全可靠地工作。

Description

具有保护功能的车载高边开关

技术领域

本实用新型涉及发动机预热器的控制开关。

背景技术

目前市场上的大多数发动机预热器都是由继电器控制的，利用继电器作为开关控制发动机预热器对气缸的气体进行加热，这样，在天气寒冷的情况下便于发动机启动，防止因天气寒冷而打不着火的问题。由于继电器在使用过程中会存在电池电压不稳定，有一定的电压波动，因此容易导致继电器会反复开关，造成触点粘连，甚至将发动机预热器烧坏。另外，继电器作为开关自身不具备保护功能，无法保障发动机预热器安全可靠地工作。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种具有保护功能的车载高边开关，其能够避免触点粘连，并能保障发动机预热器安全可靠地工作。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

具有保护功能的车载高边开关，包括开关管电路、稳压电路、升压电路、LDO电路、电池电压检测电路、电流检测电路、控制器、开关管驱动电路和开关管电路；稳压电路的输入端与车载蓄电池的输出端连接，稳压电路的输出端与升压电路的输入端连接，稳压电路用于将车载蓄电池的输出电压稳定在预定的第一电压，并输出给升压电路；升压电路的输出端与开关管驱动电路的电源输入端连接，用于将第一电压升高到开关管驱动电路的工作电压，以向开关管驱动电路供电；LDO电路的输入端与车载蓄电池的输出端连接，LDO电路的输出端与控制器的电源输入端连接，LDO电路用于将车载蓄电池的输出电压转换为控制器的工作电压；电池电压检测电路的输出端和电流检测电路的输出端分别与控制器的输入端连接，电池电压检测电路用于检测车载蓄电池的输出电压，电流检测电路用于检测开关管电路的输出电流；开关管电路的输入端与车载蓄电池的输出端连接，开关管电路的输出端与汽车发动机预热器的电热元件连接；控制器的输出端与开关管驱动电路的控制输入端连接，控制器用于判断电池电压检测电路检测到的车载蓄电池输出电压是否在预设的有效电压范围内以及电流检测电路检测到的开关管电路输出电流是否小于预设的电流阈值，如果车载蓄电池输出电压超出预设的有效电压范围或开关管电路输出电流大于等于预设的电流阈值，则控制器向开关管驱动电路输出PWM低电平信号，如果车载蓄电池输出电压在预设的有效电压范围内、开关管电路输出电流小于预设的电流阈值、且控制器接收到外部的发动机控制模块输出的发动机预热器加热信号，则控制器向开关管驱动电路输出PWM高电平信号，并从发出PWM高电平信号的时刻起开始计时，在PWM高电平信号的持续时间达到预设的时间阈值时将PWM高电平信号切换为PWM低电平信号；开关管驱动电路的输出端与开关管电路的控制端连接，开关管驱动电路未接收到升压电路输出的工作电压时不工作，在接收到升压电路输出的工作电压且接收到控制器输出的PWM低电平信号时，控制开关管电路断开，在接收到升压电路输出的工作电压且接收到控制器输出的PWM高电平信号时控制开关管电路导通。

采用上述技术方案后，本实用新型至少具有以下技术效果：

1、本实用新型的车载高边开关采用半导体开关管替代传统的继电器来控制发动机预热器的工作，由于开关管电路没有触点，因此不存在触点粘连和机械磨损的问题，从而避免了因触点粘连而造成发动机预热器烧坏的问题；

2、本实用新型的车载高边开关设置了过欠压保护、过流保护、延时保护等多种功能，在对车载高边开关起到保护的同时，还能防止发动机预热器在过流的情况下工作以及工作时间过长，从而保障发动机预热器安全可靠地工作。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一实施例的具有保护功能的车载高边开关的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

请参考图1。根据本实用新型一实施例的具有保护功能的车载高边开关包括稳压电路1、升压电路2、LDO电路3、电池电压检测电路41、电流检测电路42、控制器5、开关管驱动电路6和开关管电路7。

稳压电路1的输入端与车载蓄电池9的输出端连接，稳压电路1的输出端与升压电路2的输入端连接，稳压电路1用于将车载蓄电池9的输出电压稳定在预定的第一电压，并输出给升压电路2。

升压电路2的输出端与开关管驱动电路6的电源输入端连接，用于将所述第一电压升高到开关管驱动电路6的工作电压，以向开关管驱动电路6供电。

LDO电路3的输入端与车载蓄电池9的输出端连接，LDO电路3的输出端与控制器5的电源输入端连接，LDO电路3用于将车载蓄电池9的输出电压转换为控制器5的工作电压。

电池电压检测电路41的输出端和电流检测电路42的输出端分别与控制器5的输入端连接，电池电压检测电路41用于检测车载蓄电池9的输出电压，电流检测电路42用于检测开关管电路7的输出电流。在本实施例中，电池电压检测电路41由相互串联的电阻R1和电阻R2构成，电阻R1的一端与车载蓄电池9的输出端连接，电阻R1与电阻R2的共接点与控制器5的输入端连接。电流检测电路42包括电流采样电阻Rs和信号调理电路421，电流采样电阻Rs串接在开关管电路7的输出端与汽车发动机预热器8的输入端之间，信号调理电路421的输入端与电流采样电阻Rs的两端相连，信号调理电路421的输出端与控制器5的输入端连接。信号调理电路421用于将采集到的信号进行放大后传送给控制器5。

开关管电路7的输入端与车载蓄电池9的输出端连接，开关管电路7的输出端与汽车发动机预热器8的电热元件连接。汽车发动机预热器8的电热元件通常为电阻丝。

控制器5的输出端与开关管驱动电路6的控制输入端连接，控制器5用于判断电池电压检测电路41检测到的车载蓄电池输出电压是否在预设的有效电压范围内以及电流检测电路42检测到的开关管电路输出电流是否小于预设的电流阈值，如果车载蓄电池输出电压超出预设的有效电压范围或开关管电路输出电流大于等于预设的电流阈值，则控制器5向开关管驱动电路输出PWM低电平信号，如果车载蓄电池输出电压在预设的有效电压范围内、开关管电路输出电流小于预设的电流阈值、且控制器接收到外部的发动机控制模块（ECM）10输出的发动机预热器加热信号，则控制器5向开关管驱动电路6输出PWM高电平信号，并从发出PWM高电平信号的时刻起开始计时，在PWM高电平信号的持续时间达到预设的时间阈值时将PWM高电平信号切换为PWM低电平信号。

开关管驱动电路6的输出端与开关管电路7的控制端连接，开关管驱动电路6未接收到升压电路2输出的工作电压时不工作，在接收到升压电路2输出的工作电压且接收到控制器输出的PWM低电平信号时，控制开关管电路7断开，在接收到升压电路2输出的工作电压且接收到控制器输出的PWM高电平信号时控制开关管电路7导通。

根据本实用新型一实施例的具有保护功能的车载高边开关包括温度检测电路43，温度检测电路43的输出端与控制器5的输入端连接，温度检测电路43用于检测该车载高边开关的环境温度。在本实施例中，温度检测电路43包括供电电源VDD、上拉电阻R3和NTC热敏电阻Rt，上拉电阻R3的一端与供电电源VDD的输出端连接，上拉电阻R3的另一端与NTC热敏电阻Rt串联后接地；该上拉电阻R3与NTC热敏电阻Rt的共接点与控制器5的输入端连接。

控制器5用于判断温度检测电路43检测到的环境温度是否小于预设的温度阈值，如果温度检测电路43检测到的环境温度大于等于预设的温度阈值，则控制器向开关管驱动电路6输出PWM低电平信号，如果车载蓄电池输出电压在预设的有效电压范围内、温度检测电路检测到的环境温度小于预设的温度阈值、开关管电路输出电流小于预设的电流阈值、且控制器5接收到外部的发动机控制模块10输出的发动机预热器加热信号（即同时满足该四个条件），则控制器5向开关管驱动电路6输出PWM高电平信号。

在本实施例中，开关管电路7由NMOS管组成，NMOS管的源极与车载蓄电池9的输出端连接，NMOS管的漏极与汽车发动机预热器8的电热元件连接，NMOS管的栅极与开关管驱动电路6的输出端连接。开关管驱动电路6主要由图腾柱电路组成。

在本实施例中，车载蓄电池9为24V蓄电池。控制器5为MCU。稳压电路用于将车载蓄电池9的输出电压稳定在24V，并输出给升压电路2。升压电路用于将输入的24V电压升高到36V电压，作为开关管驱动电路6的电源。LDO电路3用于将车载蓄电池9的输出电压转换为控制器5的5V工作电压，以向控制器5供电。预设的有效电压范围为12V～32V，小于12V意味着欠压，大于32V意味着过压，在欠压或过压时，控制器5都输出PWM低电平信号，使开关管电路7断开。预设的温度阈值为130℃， 如果温度检测电路检测到的环境温度大于等于130℃，控制器5也输出PWM低电平信号。预设的时间阈值为210秒，MCU内部设有定时器，从发出PWM高电平信号的时刻起开始计时，当PWM高电平信号持续210秒时，MCU控将PWM高电平信号切换为PWM低电平信号，进入超时保护状态，使开关管电路7断开，既保护车载高边开关，也防止发动机预热器持续加热导致发动机预热器烧毁的问题。

在本实施例中，只有当MCU发出PWM高电平信号给开关管驱动电路6和升压电路2输出36V电压给开关管驱动电路6，这两个条件同时满足时，开关管电路7才能导通，从而给发动机预热器电阻丝加热，实现发动机预热器的正常工作。否则，开关管电路7关断。

本实用新型可以有效解决继电器由于触点粘连导致发动机预热器损坏的问题，因电池电压不稳定造成的欠压、过压造成产品反复开关的损坏问题，因长时间持续加热导致发动机预热器烧毁问题，以及在使用过程中产生的大电流所出现的安全问题。

Claims (5)

1.具有保护功能的车载高边开关，其特征在于，包括开关管电路、稳压电路、升压电路、LDO电路、电池电压检测电路、电流检测电路、控制器、开关管驱动电路和开关管电路；

所述稳压电路的输入端与车载蓄电池的输出端连接，所述稳压电路的输出端与所述升压电路的输入端连接，稳压电路用于将所述车载蓄电池的输出电压稳定在预定的第一电压，并输出给所述升压电路；

所述升压电路的输出端与所述开关管驱动电路的电源输入端连接，用于将所述第一电压升高到开关管驱动电路的工作电压，以向开关管驱动电路供电；

所述LDO电路的输入端与所述车载蓄电池的输出端连接，所述LDO电路的输出端与所述控制器的电源输入端连接，LDO电路用于将车载蓄电池的输出电压转换为控制器的工作电压；

所述电池电压检测电路的输出端和所述电流检测电路的输出端分别与所述控制器的输入端连接，电池电压检测电路用于检测所述车载蓄电池的输出电压，电流检测电路用于检测所述开关管电路的输出电流；

所述开关管电路的输入端与所述车载蓄电池的输出端连接，所述开关管电路的输出端与汽车发动机预热器的电热元件连接；

所述控制器的输出端与所述开关管驱动电路的控制输入端连接，控制器用于判断电池电压检测电路检测到的车载蓄电池输出电压是否在预设的有效电压范围内以及电流检测电路检测到的开关管电路输出电流是否小于预设的电流阈值，如果车载蓄电池输出电压超出预设的有效电压范围或开关管电路输出电流大于等于预设的电流阈值，则控制器向开关管驱动电路输出PWM低电平信号，如果车载蓄电池输出电压在预设的有效电压范围内、开关管电路输出电流小于预设的电流阈值、且控制器接收到外部的发动机控制模块输出的发动机预热器加热信号，则控制器向开关管驱动电路输出PWM高电平信号，并从发出PWM高电平信号的时刻起开始计时，在PWM高电平信号的持续时间达到预设的时间阈值时将PWM高电平信号切换为PWM低电平信号；

所述开关管驱动电路的输出端与所述开关管电路的控制端连接，所述开关管驱动电路未接收到所述升压电路输出的工作电压时不工作，在接收到升压电路输出的工作电压且接收到控制器输出的PWM低电平信号时，控制开关管电路断开，在接收到升压电路输出的工作电压且接收到控制器输出的PWM高电平信号时控制开关管电路导通。

2.根据权利要求1所述的具有保护功能的车载高边开关，其特征在于，所述开关管电路由NMOS管组成，所述NMOS管的源极与所述车载蓄电池的输出端连接，所述NMOS管的漏极与汽车发动机预热器的电热元件连接，所述NMOS管的栅极与所述开关管驱动电路的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的具有保护功能的车载高边开关，其特征在于，所述具有保护功能的车载高边开关包括温度检测电路，所述温度检测电路的输出端与所述控制器的输入端连接，温度检测电路用于检测所述车载高边开关的环境温度；

所述控制器用于判断温度检测电路检测到的环境温度是否小于预设的温度阈值，如果温度检测电路检测到的环境温度大于等于预设的温度阈值，则控制器向开关管驱动电路输出PWM低电平信号，如果车载蓄电池输出电压在预设的有效电压范围内、温度检测电路检测到的环境温度小于预设的温度阈值、开关管电路输出电流小于预设的电流阈值、且控制器接收到外部的发动机控制模块输出的发动机预热器加热信号，则控制器向开关管驱动电路输出PWM高电平信号。

4.根据权利要求3所述的具有保护功能的车载高边开关，其特征在于，所述的温度检测电路包括供电电源、上拉电阻和NTC热敏电阻，所述上拉电阻的一端与所述供电电源的输出端连接，所述上拉电阻的另一端与所述NTC热敏电阻串联后接地；该上拉电阻与NTC热敏电阻的共接点与所述控制器的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的具有保护功能的车载高边开关，其特征在于，所述控制器为MCU。