CN208158104U - 车载充电电源端口保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车载充电电源端口保护电路，包括源极连接电源芯片，栅极通过第一分压电阻连接汽车电池，漏极连接车载充电电源端口的MOS管；还包括稳压管、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻和三极管；稳压管的负极连接在MOS管的漏极与车载充电电源端口之间，正极通过第三分压电阻连接第四分压电阻的一端；三极管的集电极通过第二分压电阻连接MOS管的栅极，基极连接在第三分压电阻和第四分压电阻之间，发射极接地；第四分压电阻的另一端接地。本实用新型可实现对车载充电电源端口对汽车电源的短路保护功能，且电路简单，元器件可选择范围很广，成本低廉，适合大批量生产。

Description

车载充电电源端口保护电路

技术领域

本实用新型涉及汽车电子技术领域，特别是涉及一种车载充电电源端口保护电路。

背景技术

随着车载电器产品越来越多，车上电器的线束和对外接口也越来越多，车上电器的对外接口很容易会被误短接到其他线束(例如线束破损，或者误插拔连接器等)，如果没有对这些电器对外接口做一定的保护，这样就有可能会损坏车载电器。而目前车载充电产品大多数都不具备电源短路保护功能，这存在很大的风险。

在实现过程中，发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术仅能针对车载充电电源端口短路到GND(接地端)的情况(即过流保护)，或者采用集成的带有电压输出的USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)充电芯片来应对车载充电电源端短路到汽车电池以及GND的情况，但是这种芯片种类少，可选择性低，且价格昂贵。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统技术无法应对车载充电电源端口短路的问题，提供一种车载充电电源端口保护电路。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种车载充电电源端口保护电路，包括源极连接电源芯片，栅极通过第一分压电阻连接汽车电池，漏极连接车载充电电源端口的MOS管；

还包括稳压管、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻和三极管；

稳压管的负极连接在MOS管的漏极与车载充电电源端口之间，正极通过第三分压电阻连接第四分压电阻的一端；三极管的集电极通过第二分压电阻连接 MOS管的栅极，基极连接在第三分压电阻和第四分压电阻之间，发射极接地；第四分压电阻的另一端接地。

在其中一个实施例中，汽车电池为14V汽车电池。

在其中一个实施例中，电源芯片为5V电源芯片。

在其中一个实施例中，第一分压电阻为阻值47K电阻；第二分压电阻为阻值4.7K电阻；第三分压电阻为阻值1.8K电阻；第四分压电阻为阻值8.2K电阻。

在其中一个实施例中，MOS管为N沟道MOS管。

在其中一个实施例中，N沟道MOS管为Si2318DS型MOS管。

在其中一个实施例中，三极管为NPN三极管。

在其中一个实施例中，NPN三极管为BC846型三极管。

在其中一个实施例中，稳压管为UDZS 5.6V稳压管。

在其中一个实施例中，车载充电电源端口为车载USB充电电源端口。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

采用常见的分离器件，分压电阻、稳压管、MOS管及三极管等构成车载充电电源端口保护电路；当车载充电电源端短路到汽车电池时，稳压管、第三分压电阻、第四分压电阻以及三极管构成的电路，使三极管导通打开，再经由MOS 管、第一分压电阻、第二分压电阻以及三极管构成的电路，使MOS管关断。此时，车载充电电源输出端短接的汽车电池电压不会导通到电源芯片，从而保护了电源芯片，使其不被汽车电池的电压损坏；进一步的，当短路现象消失后，上述电路又可自动恢复为电源芯片的电压输出，从而实现自恢复功能。本实用新型可避免车载充电电源端短路到汽车电池时的电器损坏，实现对车载充电电源端口对汽车电源的短路保护功能，且电路简单，元器件可选择范围很广，成本低廉，适合大批量生产。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为一个实施例中车载充电电源端口保护电路的第一示意性结构图；

图2为一个实施例中车载充电电源端口保护电路的第二示意性结构图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

随着车载电器产品越来越多，车上电器的线束和对外接口也越来越多，车上电器的对外接口很容易会被误短接到其他线束(例如线束破损，或者人为误插拔线束等行为)，如果没有对这些电器对外接口做一定的保护，这样就有可能会损坏车载电器。故汽车应用中的电器对外接口基本都要求对汽车的电池电压 +14V有短路保护功能，即电器对外端口外接车上电池供电+14V时，电器不能损坏，且当外界条件移除后，电器功能应该恢复正常。

而目前传统技术基本都是只针对USB充电电源端口短路到GND的情况(即过流保护)，并没有考虑到USB充电电源端短路到汽车电池14V的情况，且没有考虑到外界干扰移除后USB充电器能不能自动恢复正常工作的情况。或者采用集成的带有电压输出带有对14V和对GND保护的USB充电芯片，但是这种芯片在实际应用中(例如，市面上)很少见，可选择性低，价格昂贵。

在一个实施例中，如图1所示，本实用新型实施例提供了一种车载充电电源端口保护电路，包括源极连接电源芯片，栅极通过第一分压电阻连接汽车电池，漏极连接车载充电电源端口的MOS管；

还包括稳压管、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻和三极管；

稳压管的负极连接在MOS管的漏极与车载充电电源端口之间，正极通过第三分压电阻连接第四分压电阻的一端；三极管的集电极通过第二分压电阻连接 MOS管的栅极，基极连接在第三分压电阻和第四分压电阻之间，发射极接地；第四分压电阻的另一端接地。

其中，电源芯片可以为普通电源芯片，且该电源芯片可以根据车载充电电源充电电流的大小选择不同型号的芯片，如产生5V(伏)电压的电源芯片；汽车电池可以指车上电池，例如电池电压为14V的汽车电池；车载充电电源端口可以指车载充电器的接口，例如车载USB充电电源端口。

具体的，电源芯片输出电压，汽车电池联合MOS管和第一分压电阻构成开关电路，使MOS管导通打开，这样图1中车载充电电源端口的输出电压就等于电源芯片输出的电压。而此时车载充电电源端口的输出电压小于稳压管的导通电压，故稳压管关断不导通。

当车载充电电源端短路到汽车电池时，即图1中车载充电电源端输出电压处短接到汽车电池(误短接，例如线束破损，或者人为误插拔线束等行为导致的)，稳压管、第三分压电阻、第四分压电阻以及三极管构成的电路，使三极管导通打开，再经由MOS管、第一分压电阻、第二分压电阻以及三极管构成的电路，使MOS管关断。此时，车载充电电源输出端短接的汽车电池电压不会导通到电源芯片，从而保护了电源芯片，使其不被汽车电池的电压损坏；进一步的当短接的汽车电池的电压移除后，上述电路又可自动恢复为电源芯片的电压输出，从而实现自恢复功能。

上述车载充电电源端口保护电路，可应用在车载USB充电电源端口短路保护中。采用MOS管、三极管以及稳压管等分立元器件搭建一个自恢复的USB 充电电源端口短路保护电路，防止车载USB充电器损坏，且在外界干扰移除后 USB充电器能够自恢复正常工作。本实用新型所用器件都很常见，可选择性高，价格便宜，可大范围推广。

在一个实施例中，如图2所示，本实用新型实施例提供了一种车载充电电源端口保护电路，包括源极连接电源芯片，栅极通过第一分压电阻R1连接汽车电池，漏极连接车载充电电源端口的MOS管Q1；

还包括稳压管D1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4 和三极管Q2；

稳压管D1的负极连接在MOS管Q1的漏极与车载充电电源端口之间，正极通过第三分压电阻R3连接第四分压电阻R4的一端；三极管Q2的集电极通过第二分压电阻R2连接MOS管Q1的栅极，基极连接在第三分压电阻R3和第四分压电阻R4之间，发射极接地；第四分压电阻R4的另一端接地。

其中，汽车电池可以为14V汽车电池；

需要说明的是，本实用新型实施例可应用在对汽车电池电压+14V的短路保护功能，即当USB充电电源端短路到汽车电池14V时，基于本实用新型实施例，能够保护电源芯片不被损坏，且在短接的汽车电池的电压移除后，上述电路又可自动恢复为电源芯片的电压输出。

进一步的，电源芯片可以为5V电源芯片。

其中，电源芯片可以为普通电源芯片，且该电源芯片可以根据车载充电电源充电电流的大小选择不同型号的芯片，优选的，在汽车电池为14V汽车电池时，可选取产生5V电压的电源芯片；

具体地，第一分压电阻R1为阻值47K电阻；第二分压电阻R2为阻值4.7K 电阻；第三分压电阻R3为阻值1.8K电阻；第四分压电阻R4为阻值8.2K电阻。

优选的，MOS管Q1为N沟道MOS管；即本实用新型可采用N沟道MOS 管实现相关的功能。

进一步的，N沟道MOS管为Si2318DS型MOS管。需要说明的是，本实用新型可采用Si2318DS型MOS管，结合其它元器件构成保护电源芯片的电路。

具体地，三极管Q2为NPN三极管。即本实用新型可采用NPN三极管实现相关的功能。

进一步的，NPN三极管为BC846型三极管。需要说明的是，本实用新型可采用BC846型三极管，结合其它元器件构成保护电源芯片的电路。

优选的，稳压管D1为UDZS 5.6V稳压管。即本实用新型可采用稳压为5.6V 的稳压管，具体的使用UDZS 5.6V稳压管，结合其它元器件构成保护电源芯片的电路。

进一步的，车载充电电源端口为车载USB充电电源端口。

具体而言，本实用新型实施例可运用在车载USB充电器中，当USB充电电源外短路到汽车电池电压时，基于本实用新型能够自动保护电源芯片且不至于损坏充电器，且在外界条件去掉后USB充电器能够自动恢复正常工作。优选的，当USB充电电源外短路到汽车电池电压14V时，避免损坏USB充电器。

以上可知，本实用新型实施例采用MOS管、三极管以及稳压管等分立元器件搭建一个自恢复的USB充电电源端口短路保护方案；采用少量的分立器件就可以实现车载USB充电电源端口对汽车电池14V的保护功能，防止车载充电电源端短路到汽车电池时的电器损坏(例如，车载USB充电器损坏、电源芯片的损坏)，且在外界干扰移除后USB充电器、电源芯片等能够自恢复正常工作。本实用新型所用器件都很常见，可选择性高，价格便宜，可大范围推广。

为了更进一步阐述本实用新型车载充电电源端口保护电路的结构，以图2 为例，说明本实用新型的具体结构以及完整工作过程。

如图2所示，本实用新型可以包括电源芯片，N沟道MOS管Q1，NPN三极管Q2，稳压管D1，第一分压电阻R1、第二分压电阻R2以及第三分压电阻 R3、第四分压电阻R4；

优选的，普通的5V输出的电源芯片(型号可根据USB充电电流选择不同的芯片)，N沟道MOS管Q1(型号为Si2318DS)，NPN三极管Q2(型号为BC846)，稳压为5.6V的稳压管D1(型号为UDZS5.6V)，分压电阻R3(阻值为1.8K)、 R4(阻值为8.2K)，及其他电阻R1(阻值为47K)和R2(阻值为4.7K)。其中， K表示千欧姆。

结合图2，应用本实用新型车载充电电源端口保护电路的具体工作流程可以如下：

首先由普通电源芯片产生5V的电压(该电源芯片可以根据USB充电电流的大小选择不同的芯片)，再由汽车电池电压14V联合N沟道MOS管Q1和电阻R1组成的开关电路，使N沟道MOS管Q1导通打开，这样图中右边的USB 充电电源输出电压就等于左边电源芯片输出5V电压。而此时USB充电电源输出电压为5V，这小于稳压管D1的导通电压5.6V，故稳压管关断不导通。当USB 充电电源端短路到汽车电池14V时，即是图中右边的USB充电电源输出电压处短接到14V，此时由稳压管D1、分压电阻R3、R4，以及开关NPN三极管组成的电路会使三极管Q2导通打开。再经由MOS管Q1、分压电阻R1/R2以及开关三极管Q2组成的电路，使MOS管Q1关断。

其中，具体的计算原理如下，当USB充电电源端短路到14V，由于稳压管电压为5.6V，此时稳压管会导通，三极管Q2的BE级电压：

V_BE＝(14-5.6)*R4/(R3+R4)＝(14-5.6)*8.2/(1.8+8.2)＝6.8V

此电压V_BE大于三极管的导通电压0.6V，故三极管会导通，所以三极管Q2 的C级电压为0V。

N沟道MOS管Q1的G级电压为R1和R2分压得到，即14*4.7/(R1+ R2)＝14*4.7/(47+4.7)＝1.27；此电压小于N沟道MOS管Q1的S级电压(5V)，故MOS管Q1会关断，也就是，此时USB充电电源输出端短接的14V不会导通到左边的5V的电源芯片，从而保护了5V的电源芯片，使其不被14V电压损坏。而且当短接的14V电压移除后，该电路又会自动恢复为5V输出，从而实现自恢复功能。

本实用新型车载充电电源端口保护电路，采用常见的分离器件，分压电阻、稳压管、MOS管及三极管构成保护电路，防止车载USB充电器损坏，且在外界干扰移除后USB充电器能够自恢复正常工作。本实用新型可避免车载充电电源端短路到汽车电池时的电器损坏，实现对车载充电电源端口对汽车电源的短路保护功能，且电路简单，元器件可选择范围很广，成本低廉，适合大批量生产。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种车载充电电源端口保护电路，其特征在于，包括源极连接电源芯片，栅极通过第一分压电阻连接汽车电池，漏极连接车载充电电源端口的MOS管；

还包括稳压管、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻和三极管；

所述稳压管的负极连接在所述MOS管的漏极与所述车载充电电源端口之间，正极通过所述第三分压电阻连接所述第四分压电阻的一端；所述三极管的集电极通过所述第二分压电阻连接所述MOS管的栅极，基极连接在所述第三分压电阻和所述第四分压电阻之间，发射极接地；所述第四分压电阻的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述汽车电池为14V汽车电池。

3.根据权利要求2所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述电源芯片为5V电源芯片。

4.根据权利要求3所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述第一分压电阻为阻值47K电阻；所述第二分压电阻为阻值4.7K电阻；所述第三分压电阻为阻值1.8K电阻；所述第四分压电阻为阻值8.2K电阻。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述MOS管为N沟道MOS管。

6.根据权利要求5所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述N沟道MOS管为Si2318DS型MOS管。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述三极管为NPN三极管。

8.根据权利要求7所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述NPN三极管为BC846型三极管。

9.根据权利要求1至4任意一项所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述稳压管为UDZS 5.6V稳压管。

10.根据权利要求1所述的车载充电电源端口保护电路，其特征在于，所述车载充电电源端口为车载USB充电电源端口。