CN208094179U - 车辆、车辆的控制系统和低端输出恒流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车辆、车辆的控制系统和低端输出恒流保护电路，其中，低端输出恒流保护电路包括：第一开关模块，第一端接地，控制端接收控制信号；第二开关模块，第一端与第一开关模块的第二端相连，第二端与供电电源相连；电流限制模块，一端与所述第二开关模块的第三端相连；镜像电流源模块，包括基准电流端和镜像电流端，基准电流端与电流限制模块的另一端相连，镜像电流端与负载的一端相连，镜像电流源模块在第二开关模块开通时将流过电流限制模块的电流镜像到负载，以使输出至负载的电流保持恒定。该电路采用镜像电流源可以使输出至负载的电流保持恒定，以进行短路或者过流保护，且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

Description

车辆、车辆的控制系统和低端输出恒流保护电路

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，特别涉及一种低端输出恒流保护电路、一种车辆的控制系统和一种车辆。

背景技术

目前，汽车电器低端输出一般采用三极管或MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属—氧化物—半导体)管驱动，具体拓图一般如图1所示。

如图1所示，RL为负载，Q1为开关管，R1为电阻，VBAT为供电电源，当输入端为低电平时，Q1关闭，输出端无输出。当输入端为高电平时，Q1开启，输出端输出，负载RL开启。当输出短路或过流时，电路无保护，可能会导致Q1烧毁，从而使电路无法正常工作。

实用新型内容

本实用新型是发明人基于对以下问题的认识和研究做出的：

相关技术中，部分汽车采用如图2所示的低端输出电路，该电路虽然具有输出短路或过流保护，但是其输出压降较高。具体地，如图2所示，RL为负载，Q1、Q2为开关管，R1、R2、R3为电阻，VBAT为供电电源，Q2与R2构成限流保护电路，当输入端为低电平时，Q1关闭，Q2关闭，电路无输出。当输入端为高电平时，Q1开启，负载RL开启。当输出过流或短路时，电阻R2上的电压增大，当增大到超过Q2的开启电压时，Q2开启，Q1基极电压被拉低，使Q1关闭，此时R2上的电压变低，Q2关闭，Q1基极电压变高，Q1开启。如此反复，Q1的输出电流Iout稳定在Q2的基极开启电压Vebo除以电阻R2的阻值，即Iout＝Vebo/R2。此电路虽然具有短路及过流保护，但其输出电压降较高，一般Q1输出时饱和压降在0.3V，电阻R32上的压降为Q2的基极开启电压Vebo，一般为0.7V，所以总压降可能在1V以上，输出压降较大，对于一些要求输出压降低的场合不适用。

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种低端输出恒流保护电路，该电路采用镜像电流源可以使输出至负载的电流保持恒定，以进行短路或者过流保护，避免电路元器件烧毁，且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

本实用新型的第二个目的在于提出一种车辆的控制系统。

本实用新型的第三个目的在于提出一种车辆。

为达到上述目的，本实用新型第一方面提出了一种低端输出恒流保护电路，包括：第一开关模块，所述第一开关模块的第一端接地，所述第一开关模块的控制端接收控制信号；第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述第一开关模块的第二端相连，所述第二开关模块的第二端与供电电源相连，所述第一开关模块根据所述控制信号控制所述第二开关模块开通或者关断；电流限制模块，所述电流限制模块的一端与所述第二开关模块的第三端相连；镜像电流源模块，所述镜像电流源模块包括基准电流端和镜像电流端，所述基准电流端与所述电流限制模块的另一端相连，所述镜像电流端与负载的一端相连，所述负载的另一端与所述供电电源相连，所述镜像电流源模块在所述第二开关模块开通时将流过所述电流限制模块的电流镜像到所述负载，以使输出至所述负载的电流保持恒定。

根据本实用新型的低端输出恒流保护电路，第一开关模块根据控制信号控制第二开关模块开通或者关断，镜像电流源模块在第二开关模块开通时将流过电流限制模块的电流镜像到负载，以使输出至负载的电流保持恒定，不仅可以对负载进行短路或者过流保护，而且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

另外，根据本实用新型上述提出的低端输出恒流保护电路还可以具有如下附加的技术特征：

具体地，所述第一开关模块包括：第一电阻，所述第一电阻的一端作为所述第一开关模块的控制端；第一开关管，所述第一开关管的控制端与所述第一电阻的另一端相连，所述第一开关管的第一端接地，所述第一开关管的第二端与所述第二开关模块的第一端相连。

具体地，所述第二开关模块包括：第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一开关管的第二端相连；第二开关管，所述第二开关管的控制端与所述第二电阻的另一端相连，所述第二开关管的第一端与所述供电电源相连，所述第二开关管的第二端与所述电流限制模块的一端相连。

具体地，所述电流限制模块包括限流电阻，所述限流电阻的一端与所述第二开关管的第二端相连，所述限流电阻的另一端与所述基准电流端相连。

进一步地，所述第一开关管和所述第二开关管为三极管或MOS管。

具体地，所述镜像电流源模块包括：第一三极管和第二三极管，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极相连且具有第一节点，所述第一节点与所述第一三极管的集电极相连后作为所述基准电流端，所述第二三极管的集电极作为所述镜像电流端。

进一步地，所述第一三极管和所述第二三极管相同。

具体地，所述镜像电流源模块包括：第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极接地，所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极相连且具有第二节点，所述第二节点与所述第一MOS管的漏极相连后作为所述基准电流端，所述第二MOS管的漏极作为所述镜像电流端。

进一步地，所述第一MOS管和所述第二MOS管相同。

为达到上述目的，本实用新型第二方面提出了一种车辆的控制系统，其包括本实用新型第一方面所述的低端输出恒流保护电路。

根据本实用新型实施例的车辆的控制系统，通过上述的低端输出恒流保护电路，可以使输出至负载的电流保持恒定，以进行短路或者过流保护，避免电路元器件烧毁，且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

为达到上述目的，本实用新型第三方面提出了一种车辆，其包括本实用新型第二方面所述的车辆的控制系统。

本实用新型车辆，通过上述的车辆的控制系统，可以使输出至负载的电流保持恒定，以进行短路或者过流保护，避免电路元器件烧毁，且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是相关技术中一种低端输出电路的拓扑图；

图2是相关技术中另一种低端输出电路的拓扑图；

图3是根据本实用新型一个实施例的低端输出恒流保护电路的方框示意图；

图4a是根据本实用新型一个实施例的高低端输出恒流保护电路的拓扑图；

图4b是根据本实用新型另一个实施例的低端输出恒流保护电路的拓扑图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图来描述本实用新型实施例的低端输出恒流保护电路、车辆的控制系统和车辆。

图3是根据本实用新型一个实施例的低端输出恒流保护电路的方框示意图。如图3所示该电路包括：第一开关模块10、第二开关模块20、电流限制模块30和镜像电流源模块40。

其中，第一开关模块10的第一端接地，第一开关模块10的控制端G接收控制信号。第二开关模块20的第一端与第一开关模块10的第二端相连，第二开关模块20的第二端与供电电源VBAT相连，第一开关模块10根据控制信号控制第二开关模块20开通或者关断。电流限制模块30的一端与第二开关模块20的第三端相连。镜像电流源模块40包括基准电流端ref和镜像电流端c2和地端GND，基准电流端ref与电流限制模块30的另一端相连，镜像电流端c2与负载RL的一端相连，负载RL的另一端与供电电源VBAT相连，地端GND接地，镜像电流源模块40在第二开关模块20开通时将流过电流限制模块30的电流Iref镜像到负载RL，以使输出至负载RL的电流保持恒定。

具体地，如图3所示，输入的控制信号不同，第一开关模块10的状态不同，第一开关模块10根据控制信号控制第二开关模块20的开通或关断。当第一开关模块10在控制信号的控制下控制第二开关模块20开通时，供电电源VBAT提供的电流经第二开关模块20的第三端流至电流限制模块30，再经电流限制模块30的另一端流入至镜像电流源模块30的基准电流端ref，同时镜像电流源模块40可以将流入基准电流端ref的基准电流Iref镜像到镜像电流端c2，使流入镜像电流端c2的电流Ic2与Iref相等。由此，可以使流入负载RL的电流保持恒定，即使镜像电流端c2发生过流或者短路，流入负载RL的依然保持不变，从而可以进行短路或者过流保护，避免电路中的元器件烧毁，并且，镜像电流源模块40的压降极低，从而可以降低整个电路的输出压降。由此，该电路不仅可以进行短路或者过流保护，而且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

根据本实用新型的一个实施例，如图4a-4b所示，第一开关模块10可以包括：第一电阻R1和第一开关管A1。其中，第一电阻R1的一端作为第一开关模块10的控制端G；第一开关管A1的控制端与第一电阻R1的另一端相连，第一开关管A1的第一端接地，第一开关管A1的第二端与第二开关模块20的第一端相连。

进一步地，如图4a-4b，第一开关管A1可以为三极管或MOS管。

具体地，如图4a-4b所示，当控制信号为高电平信号时，第一开关管A1导通，当控制信号为低电平信号时，第一开关管A1关断。可以理解，如图4a所示，当第一开关管A1为三极管时，第一开关管A1可以为NPN型三极管，第一开关管A1的控制端即为基极，第一开关管A1的第一端即为发射极，第一开关管A1的第二端即为集电极；如图4b所示，当第一开关管A1为MOS管时，第一开关管A1可以为N型MOS管，第一开关管A1的控制端即为栅极，第一开关管A1的第一端即为源极，第一开关管A1的第二端即为漏极。

根据本实用新型的一个实施例，如图4a-4b所示，第二开关模块20可以包括：第二电阻R2和第二开关管A2。第二电阻R2的一端与第一开关管A1的第二端相连；第二开关管A2的控制端与第二电阻R2的另一端相连，第二开关管A2的第一端与供电电源VBAT相连，第二开关管A2的第二端与电流限制模块30的一端相连。

进一步地，如图4a-4b，第二开关管A2可以为三极管或MOS管。

具体地，如图4a-4b所示，当控制信号为高电平信号时，第一开关管A1导通、A2导通；当控制信号为低电平信号时，第一开关管A1关断、A2关断。可以理解，如图4a所示，当第二开关管A2为三极管时，第二开关管A2可以为PNP型三极管，第二开关管A2的控制端即为基极，第二开关管A2的第一端即为发射极，第二开关管A1的第二端即为集电极；如图4b所示，当第二开关管A2为MOS管时，第二开关管A2可以为P型MOS管，第二开关管A2的控制端即为栅极，第二开关管A2的第一端即为源极，第二开关管A2的第二端即为漏极。

根据本实用新型的一个实施例，如图4a-4b，电流限制模块30可以包括限流电阻R3，限流电阻R3的一端与第二开关管A2的第二端相连，限流电阻R3的另一端与基准电流端ref相连。

镜像电流源模块40可以由三极管构成，也可以由MOS管构成。下面结合具体的示例进行说明。

作为一种示例，如图4a所示，镜像电流源模块40可以包括：第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的发射极接地，第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的基极相连且具有第一节点1，第一节点1与第一三极管Q1的集电极相连后作为基准电流端ref，第二三极管Q2的集电极作为镜像电流端c2。

进一步地，在本实用新型的实施例中，第一三极管Q1和第二三极管Q2相同。

具体地，如图4a所示，Q1与Q2是相同的三极管，且Q1与Q2的基极连在一起，发射极都接地，所以Q1与Q2的射极-基极电压相同。Q1的基极与集电极相连，A2通过A1来控制，A1作为开关，当控制信号为高电平时A1导通，A1导通时A2导通，A2导通时，Q1、Q2导通，分别产生基极电流Ib1、Ib2，由于Q1与Q2完全相同，所以Ib1＝Ib2。Ic1为Q1的集电极电流，Ic2为Q2的集电极电流即流入镜像电流端c2的电流。A2的集电极电流等于经过限流电阻R3上的电流。

其中，R3上的电流IR3＝Iref＝Ib1+Ib2+Ic1＝2Ib1+Ic1，Ic1＝βIb1，IR3＝＝2Ib1+βIb1，由于β一般大于100，2Ib1与Ic1(βIb1)相比可以忽略不计，所以IR3＝βIb1。又由于Ic2＝βIb2，Ib1＝Ib2，所以Ic2＝βIb2＝βIb1＝IR3，即Ic2＝IR3，也就是说，流过负载的电流与流过限流电阻R3的电流IR3相同，通过设定R3的阻值，就可以设定镜像电流端的电流Ic2，即通过设定R3的阻值即可设定流过负载的电流。即使输出端发生短路，镜像电流端的最大输出电流仍为IR3，限制了输出电流，从而可以防止由于电流过大导致输出管(Q2)烧毁的现象发生。并且，该电路的输出压降为Q2输出时饱和压降，约为0.3V，输出压降极低。

作为另一种示例，如图4b所示，镜像电流源模块40可以包括：第一MOS管E1和第二MOS管E2。其中，第一MOS管E1的源极和第二MOS管E2的源极接地，第一MOS管E1的栅极与第二MOS管E2的栅极相连且具有第二节点2，第二节点2与第一MOS管E1的漏极相连后作为基准电流端ref，第二MOS管E2的漏极作为镜像电流端c2。

进一步地，在本实用新型的实施例中，第一MOS管E1和第二MOS管E2相同。

可以理解，镜像电流源模块由MOS管构成时，其工作原理可参照上述的镜像电流源模块由三极管构成的实施例，为避免冗余，此处不再赘述。

根据本实用新型的低端输出恒流保护电路，第一开关模块根据控制信号控制第二开关模块开通或者关断，镜像电流源模块在第二开关模块开通时将流过电流限制模块的电流镜像到负载，以使输出至负载的电流保持恒定，不仅可以对负载进行短路或者过流保护，而且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

此外，本实用新型的实施例还提出一种车辆的控制系统，其包括上述的低端输出恒流保护电路。

根据本实用新型实施例的车辆的控制系统，通过上述的低端输出恒流保护电路，可以使输出至负载的电流保持恒定，以进行短路或者过流保护，避免电路元器件烧毁，且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

本实用新型的实施例还提出一种车辆，其包括上述的车辆的控制系统。

本实用新型车辆，通过上述的车辆的控制系统，可以使输出至负载的电流保持恒定，以进行短路或者过流保护，避免电路元器件烧毁，且输出压降极低、成本低廉、易于实现、可靠性高。

在本实用新型的描述中，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”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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；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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种低端输出恒流保护电路，其特征在于，包括：

第一开关模块，所述第一开关模块的第一端接地，所述第一开关模块的控制端接收控制信号；

第二开关模块，所述第二开关模块的第一端与所述第一开关模块的第二端相连，所述第二开关模块的第二端与供电电源相连，所述第一开关模块根据所述控制信号控制所述第二开关模块开通或者关断；

电流限制模块，所述电流限制模块的一端与所述第二开关模块的第三端相连；

镜像电流源模块，所述镜像电流源模块包括基准电流端和镜像电流端，所述基准电流端与所述电流限制模块的另一端相连，所述镜像电流端与负载的一端相连，所述负载的另一端与所述供电电源相连，所述镜像电流源模块在所述第二开关模块开通时将流过所述电流限制模块的电流镜像到所述负载，以使输出至所述负载的电流保持恒定。

2.如权利要求1所述的低端输出恒流保护电路，其特征在于，所述第一开关模块包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端作为所述第一开关模块的控制端；

第一开关管，所述第一开关管的控制端与所述第一电阻的另一端相连，所述第一开关管的第一端接地，所述第一开关管的第二端与所述第二开关模块的第一端相连。

3.如权利要求2所述的低端输出恒流保护电路，其特征在于，所述第二开关模块包括：

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一开关管的第二端相连；

第二开关管，所述第二开关管的控制端与所述第二电阻的另一端相连，所述第二开关管的第一端与所述供电电源相连，所述第二开关管的第二端与所述电流限制模块的一端相连。

4.如权利要求3所述的低端输出恒流保护电路，其特征在于，所述电流限制模块包括限流电阻，所述限流电阻的一端与所述第二开关管的第二端相连，所述限流电阻的另一端与所述基准电流端相连。

5.如权利要求3所述的低端输出恒流保护电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管为三极管或MOS管。

6.如权利要求1-5中任一项所述的低端输出恒流保护电路，其特征在于，所述镜像电流源模块包括：

第一三极管和第二三极管，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极相连且具有第一节点，所述第一节点与所述第一三极管的集电极相连后作为所述基准电流端，所述第二三极管的集电极作为所述镜像电流端。

7.如权利要求6所述的低端输出恒流保护电路，其特征在于，所述第一三极管和所述第二三极管相同。

8.如权利要求1-5中任一项所述的低端输出恒流保护电路，其特征在于，所述镜像电流源模块包括：

第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极接地，所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极相连且具有第二节点，所述第二节点与所述第一MOS管的漏极相连后作为所述基准电流端，所述第二MOS管的漏极作为所述镜像电流端。

9.如权利要求8所述的低端输出恒流保护电路，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管相同。

10.一种车辆的控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的低端输出恒流保护电路。

11.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求10所述的车辆的控制系统。