CN209402416U

CN209402416U - 一种智能车载电源

Info

Publication number: CN209402416U
Application number: CN201920096342.6U
Authority: CN
Inventors: 吴清
Original assignee: Shenzhen Create New Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Create New Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2029-01-21

Abstract

本实用新型公开了一种智能车载电源，包括：电源模块；升降压直流模块，升降压直流模块输入端连接至电源模块，升降压直流模块用于对电源模块的电信号进行升压或者降压处理；输出转换模块，输出转换模块连接至升降压直流模块的输出端；第一反馈模块，第一反馈模块连接至输出转换模块输出端与升降压直流模块输入端之间，控制升降压直流模块工作或者停止，以实现输出端的短路保护；切换控制模块，切换控制模块一端连接至输出转换模块的输入端，另一端连接至升降压直流模块的输入端。本实用新型提供的车载电源在解决现有车辆电源输入输出电参数范围窄，无法自适应调节导致的适用性不足的技术问题。

Description

一种智能车载电源

技术领域

本实用新型涉及电子领域领域，具体地说，涉及一种智能车载电源。

背景技术

车辆自身携带的电源，根据不同的车辆型号具有不同的输出直流电压及电流。车载电源为车辆上的电器以及工作控制电路提供电能，车辆上的电器功率也存在较大的差异。

传统的车载电源使用硬开关技术，工作频率较低，开关损耗大，输出的纹波大，体积较重；一般采用反激式以及推挽式变换器，但是这种电路只能工作在降压或者升压状态下，即：根据车辆电瓶的输出电压的不同，仅仅能将电瓶输出的低压升压，或者将电瓶输出的高压降压为低压，因此适用性不强。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能车载电源，旨在解决现有车辆电源输入输出电参数范围窄，无法自适应调节导致的适用性不足的技术问题。

本实用新型提供一种智能车载电源，包括：

电源模块；

升降压直流模块，升降压直流模块输入端连接至电源模块，升降压直流模块用于对电源模块的电信号进行升压或者降压处理；

输出转换模块，输出转换模块连接至升降压直流模块的输出端，用于对升降压直流模块的输出电压进行滤波以及阻抗变换；

第一反馈模块，第一反馈模块连接至输出转换模块输出端与升降压直流模块输入端之间，用于将输出电压反馈至升降压直流模块，从而控制升降压直流模块工作或者停止，以实现输出端的短路保护；

切换控制模块，切换控制模块一端连接至输出转换模块的输入端，另一端连接至升降压直流模块的输入端，切换控制模块用于检测输出转换模块上的输入电流，并根据电流大小发送控制信号至升降压直流模块，从而控制升降压直流模块在升压和降压两种工作状态之间切换。

进一步地，电源模块包括

正输入端和负输入端；

并联在正输入端与负输入端之间的多个防反接二极管；

并联在正输入端与负输入端之间多个滤波电容；

负输入端接地，正输入端连接至升降压直流模块的电压输入端。

进一步地，升降压直流模块包括：驱动芯片U3以及连接在驱动芯片U3 外围的驱动外围电路；驱动芯片U3采用凌力尔特公司的LTC-3780型号芯片。

进一步地，驱动外围电路包括：

依次串联的4个N沟道MOS管，分别为第一MOS管、第二MOS管、第三 MOS管和第四MOS管，第一MOS管的漏极连接至正输入端，第一MOS管的源极与第二MOS管的漏极连接，第一MOS管的栅极通过第一电阻连接至驱动芯片U3 的第14引脚(TG2)，第一MOS管的源极与栅极之间连接第一偏置电阻；第二 MOS管的源极与第三MOS管的源极连接，第二MOS管的栅极通过第二电阻连接至驱动芯片U3的第16引脚(BG2)，第二MOS管的源极与栅极之间连接第二偏置电阻；第三MOS管的漏极与第四MOS管的源极连接，第三MOS管的栅极通过第三电阻连接至驱动芯片U3的第18引脚(BG1)，第三MOS管的源极与栅极之间连接第三偏置电阻；第四MOS管的漏极连接至输出转换模块的输入端，第四 MOS管的栅极通过第四电阻连接至驱动芯片U3的第23引脚(TG1)，第四MOS 管的源极与栅极之间连接第四偏置电阻；

驱动芯片U3的第13引脚(BOOST2)以及第24引脚(BOOST1)之间连接有由第一自举电容、充放电电感和第二自举电容组成的第一串联支路，充放电电感的正极与第一MOS管的源极连接，充放电电感的负极与第三MOS管的漏极连接；

驱动芯片U3的第15引脚(SW2)与第一MOS管的源极连接，驱动芯片 U3的第22引脚(SW1)与第三MOS管的漏极连接；

驱动芯片U3的第19引脚(INTVCC)通过隔断电容连接至第20引脚 (EXTVCC)，第20引脚接地；

驱动芯片U3的第19引脚(INTVCC)通过第一二极管连接至驱动芯片U3 的第13引脚(BOOST2)，驱动芯片U3的第19引脚(INTVCC)通过第二二极管连接至充放电电感的负极；

充放电电感的负极通过一隔断二极管连接至第四MOS管漏极，即输出转换模块的输入端。

进一步地，切换控制模块包括：

一端连接至驱动芯片U3第4引脚(SE-)，另一端连接至充放电电感正极的第二串联支路，第二串联支路包括依次串联的第五电阻、第六电阻以及第三二极管，第三二极管的正极与第二MOS管源极连接，第三二极管的负极与充放电电感的正极连接；第五电阻与第六电阻之间还连接至接地端；

一端连接至驱动芯片U3第3引脚(SE+)，另一端连接至第二MOS管源极的第七电阻；

连接在驱动芯片U3第4引脚(SE-)与驱动芯片U3第3引脚(SE+)之间的第一电容。

进一步的，输出转换模块包括：

连接至第四MOS管漏极的第一端以及接地的第二端；

第一端与第二端之间并联有多个极性电容组成的滤波单元；

包括第一线圈和第二线圈的电感耦合器，第一线圈串联在第一端，并形成正输出端，第二线圈串联在第二端，并形成负输出端；第一线圈和第二线圈的极性相反，形成负耦合。

进一步地，第一反馈模块包括：

串联在第一线圈输出端，即正输出端与驱动芯片U3第6引脚(FB)之间的第八电阻；

连接在驱动芯片U3第2引脚(SS)与接地端的第二电容；

并联在驱动芯片U3第6引脚(FB)与接地端的第九电阻和第十电阻；

连接在驱动芯片U3第5引脚(ITH)与接地端之间由电容和电阻组成的串并联支路。

进一步地，智能车载电源还包括第二反馈模块，第二反馈模块输入端连接至输出转换模块与升降压直流模块输入端之间；第二反馈模块包括控制芯片以及控制芯片外围的控制外围电路；控制芯片为计数控制芯片，计数控制芯片用于对输出转换模块输出端的断电次数进行计数，待断电次数达到预设计数后，发送控制信号至升降压直流模块，控制升降压直流模块停止工作，直至电源断电后重新上电为止。

本实用新型公开的智能车载电源的升降压直流模块接收电源模块的电能，并输出一个驱动电压至输出转换模块，同时该升降压直流模块通过切换控制模块对输出至输出转换模块的电流进行检测，根据检测的电流大大小，确定升降压直流模块输出的电压相较于电源模块是处于升压还是降压的状态，从而发送对切换升降压直流模块工作状态控制的控制信号，控制升降压直流模块在升压工作状态或降压工作状态之间智能调节。通过这种智能调节的升降压直流模块能够使输出的电压相较于电源模块处于电压升压、电压降压的较大区间，克服了现有车辆电源输入输出电参数范围窄，无法自适应调节导致的适用性不足的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型智能车载电源的模块示意图；

图2是本实用新型电源模块的示意图；

图3是本实用新型中驱动芯片U3LTC-3780的引脚封装示意图；

图4是本实用新型中LTC-3780在BUCK-BOOST状态下的简化示意图；

图5是本实用新型整体电路原理图；

图6是LTC-3780芯片内部连接图；

图7是本实用新型智能车载电源的另一模块示意图；

图8是图7的电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步阐述和说明:

请参考图1，本实用新型提供一种智能车载电源，包括：电源模块100、升降压直流模块200、输出转换模块300、第一反馈模块400和切换控制模块500。

其中，升降压直流模块200输入端连接至电源模块100，升降压直流模块200用于对电源模块100的电信号进行升压或者降压处理；输出转换模块300 连接至升降压直流模块200的输出端，用于对升降压直流模块200的输出电压进行滤波以及阻抗变换；第一反馈模块400连接至输出转换模块300输出端与升降压直流模块200输入端之间，用于将输出电压反馈至升降压直流模块200，从而控制升降压直流模块200工作或者停止，以实现输出端的短路保护；切换控制模块500一端连接至输出转换模块300的输入端，另一端连接至升降压直流模块200的输入端，切换控制模块500用于检测输出转换模块300上的输入电流，并根据电流大小发送控制信号至升降压直流模块200，从而控制升降压直流模块200在升压和降压两种工作状态之间切换。

在本实施方式中，升降压直流模块200接收电源模块100的电能，并输出一个驱动电压至输出转换模块300，同时该升降压直流模块200通过切换控制模块500对输出至输出转换模块300的电流进行检测，根据检测的电流大大小，确定升降压直流模块200输出的电压相较于电源模块100是处于升压还是降压的状态，从而发送对切换升降压直流模块200工作状态控制的控制信号，控制升降压直流模块200在升压工作状态或降压工作状态之间智能调节。通过这种智能调节的升降压直流模块200能够使输出的电压相较于电源模块100处于电压升压、电压降压的较大区间，克服了现有车辆电源输入输出电参数范围窄，无法自适应调节导致的适用性不足的技术问题。

在本实施方式中，采用第一反馈模块400反馈输出转换模块300的输出电压，当输出的电压大于预设的升降压直流模块200的最大电压阈值时，即此时，输出端连接的车载电器处于短路状态，则升降压直流模块200停止工作，从而完成短路保护。

如图2，进一步地，电源模块100包括：正输入端和负输入端；并联在正输入端与负输入端之间的多个防反接二极管(D1、D6)；并联在正输入端与负输入端之间多个滤波电容(C1、C2)；负输入端接地，正输入端连接至升降压直流模块200的电压输入端X。

在本实施方式中，通过设置防反接二极管(D1、D6)可以实现防止输入端正负反接的功能，当正负接反时，防反接二极管(D1、D6)导通，此时正输入端上的电压直接接地，升降压直流模块200电压输入端上的电压为0。其中，多个滤波电容实现了EMI滤波，防止电网波动毛刺引起的输出突变。

进一步地，升降压直流模块200包括：驱动芯片U3以及连接在驱动芯片 U3外围的驱动外围电路；驱动芯片U3采用凌力尔特公司的LTC-3780型号芯片。

其中，LTC-3780芯片是一款高性能的降压-升压型开关稳压器控制器，输入电压可以高于、低于或者等于输出电压的条件下运行；其中，恒流频率电流模块可以提供一个高大400KHZ的锁相频率，稳定性较高。

具体的，该LTC-3780型号芯片的一种引脚封装结构如图3，另外，图中各个引脚编号以及功能描述如下表：

表1：LTC-3780型号芯片引脚标号及功能说明

本实施方式中的LTC-3780型号芯片，通过在外围设置电感L，以及外围的TG1、BOOST1、SW1以及BG1之间设置两个N沟道MOS管，并同样的在外围的TG2、BOOST2、SW2以及BG2之间设置另外两个N沟道MOS管，该芯片通过按照一定时序导通和关闭连接的4个MOS管形成BUCK-BOOST的升降压电路，该电路简化后的BUCK-BOOST原理图如图4。在图4中，该电路分别工作在几种不同的模式下，具体的：

A、工作在BUCK的降压模式下：

MOS管D导通，而MOS管C截止；此时电路简化后就是A、B两个MOS管分别受到TG2以及BG2的控制，并将输入电压V_IN控制通过电感L，输出至导通的MOS管D的漏极作为输出。此时，A、B两个MOS管交替导通和截止。当A 导通时，B截止，此时，输入电压V_IN经MOS管A、电感L以及MOS管D输出至 V_OUT，形成降压输出；当A截止时，且检测到电感L上的电流小于基准电压相对应的电流以下后(电感充电完成)，B导通，此时，电感L开始放电，并经过 MOS管B以及电阻R_SENSE接地放电，另一端电感L经MOS管D输出至V_OUT，形成降压输出。

在该工作模式下，MOS管A与MOS管B交替导通和截止，且MOS管C一直截止，MOS管D一直导通。

B、工作在BOOST的升压模式下:

MOS管A导通，而MOS管B截止；此时电路简化后就是D、C两个MOS管分别受到TG2以及BG2的控制，并将输入电压V_IN通过电感L，输出至导通的 MOS管D的漏极作为输出V_OUT。此时，C、D两个MOS管交替导通和截止。当C 导通时，并对电感器L上的电流检测，当检测到的电流升至基准电压对应的电流之上时(电感处于放电状态)，C截止,之后D导通，此时，输入电压V_IN经 MOS管A、电感L以及MOS管D输出至V_OUT，同时电感L经MOS管D放电，此时 MOS管D输出的V_OUT电压为V_IN与电感L放电电压之和，形成升压输出；当C导通时，D截止，此时，电感L开始充电，并经过MOS管C以及电阻R_SENSE接地充电，输出为低电平。

在该工作模式下，MOS管C与MOS管D交替导通和截止，且MOS管A一直导通，MOS管B一直截止。

如图5，根据以上本芯片的外围连接4个MOS管的工作模式介绍，应用至本实施例中，进一步地，更加具体的连接方式是驱动外围电路为：

依次串联的4个N沟道MOS管，分别为第一MOS管Q2、第二MOS管Q1、第三MOS管Q5和第四MOS管Q6，第一MOS管Q2的漏极连接至正输入端，第一MOS管Q2的源极与第二MOS管Q1的漏极连接，第一MOS管Q2的栅极通过第一电阻R8连接至驱动芯片U3的第14引脚(TG2)，第一MOS管Q2的源极与栅极之间连接第一偏置电阻R7；第二MOS管Q1的源极与第三MOS管Q5的源极连接，第二MOS管Q1的栅极通过第二电阻R9连接至驱动芯片U3的第16 引脚(BG2)，第二MOS管Q1的源极与栅极之间连接第二偏置电阻R10；第三 MOS管Q5的漏极与第四MOS管Q6的源极连接，第三MOS管Q5的栅极通过第三电阻R30连接至驱动芯片U3的第18引脚(BG1)，第三MOS管Q5的源极与栅极之间连接第三偏置电阻R29；第四MOS管Q6的漏极连接至输出转换模块 300的输入端，第四MOS管Q6的栅极通过第四电阻R26连接至驱动芯片U3 的第23引脚(TG1)，第四MOS管Q6的源极与栅极之间连接第四偏置电阻R27；

驱动芯片U3的第13引脚(BOOST2)以及第24引脚(BOOST1)之间连接有由第一自举电容C17、充放电电感L2和第二自举电容C11组成的第一串联支路，充放电电感L2的正极与第一MOS管Q2的源极连接，充放电电感L2 的负极与第三MOS管Q5的漏极连接；

驱动芯片U3的第15引脚(SW2)与第一MOS管Q2的源极连接，驱动芯片U3的第22引脚(SW1)与第三MOS管Q5的漏极连接；

驱动芯片U3的第19引脚(INTV_CC)通过隔断电容C17连接至第20引脚 (EXTV_CC)，第20引脚接地；

驱动芯片U3的第19引脚(INTV_CC)通过第一二极管D4连接至驱动芯片 U3的第13引脚(BOOST2)，驱动芯片U3的第19引脚(INTV_CC)通过第二二极管D3连接至充放电电感L2的负极；

充放电电感L2的负极通过一隔断二极管D5连接至第四MOS管Q6漏极，即输出转换模块300的输入端。

在本实施方式中，第一MOS管Q2相当于上述的MOS管A，第二MOS管Q1 相当于上述的MOS管B，第三MOS管Q5相当于上述的MOS管C，第四MOS管Q6 相当于上述的MOS管D，充放电电感L2相当于上述的电感L。那么该电路到底是工作在升压模式还是降压模式下呢？此时切换控制模块500，对充放电电感 L2上的电流检测，并反馈至驱动芯片U3，从而驱动芯片U3调整对TG1、TG2、 BG1和BG2四个MOS管栅极电压的控制实现上述的升降压切换。

如图5，进一步地，切换控制模块500包括：

一端连接至驱动芯片U3第4引脚(SE-)，另一端连接至充放电电感L2 正极的第二串联支路，第二串联支路包括依次串联的第五电阻R65、第六电阻 R20以及第三二极管D2，第三二极管D2的正极与第二MOS管Q1源极连接，第三二极管D2的负极与充放电电感L2的正极连接；第五电阻R65与第六电阻R20之间还连接至接地端；

一端连接至驱动芯片U3第3引脚(SE+)，另一端连接至第二MOS管Q1 源极的第七电阻R23；

连接在驱动芯片U3第4引脚(SE-)与驱动芯片U3第3引脚(SE+)之间的第一电容C14。

在本实施方式中，第3引脚和第4引脚上的电流，加载在驱动芯片U3 内部的R_SENCE两端，同时通过连接至两个检测电流比较器的两输入端，在驱动芯片U3内部，两检测电流比较器的输出端分别连接至BUCK逻辑模块和BOOST 逻辑模块，这两个BUCK逻辑模块和BOOST逻辑模块又分别受到了I_TH引脚所控制的一个逻辑器的控制，如图6为驱动芯片U3内部连接结构。也就是说，I_TH引脚、SE-引脚、SE+引脚之间的内置偏移以及R_SENCE共同设定了TG1、TG2、BG1 和BG2四个MOS管栅极电压的跳变门限。

如图5，进一步地，输出转换模块300包括：

连接至第四MOS管Q6漏极的第一端以及接地的第二端；

第一端与第二端之间并联有多个极性电容组成的滤波单元(C20、C21)；

包括第一线圈L3和第二线圈L5的电感耦合器，第一线圈L3串联在第一端，并形成正输出端，第二线圈L5串联在第二端，并形成负输出端；第一线圈L3和第二线圈L5的极性相反，形成负耦合。

在本实施方式中，输出电压通过了输出转换模块300能够实现阻抗的匹配以及防后极干扰的目的。

如图5，进一步地，第一反馈模块400包括：

串联在第一线圈L3输出端，即正输出端与驱动芯片U3第6引脚(FB) 之间的第八电阻R33；

连接在驱动芯片U3第2引脚(SS)与接地端的第二电容C7；

并联在驱动芯片U3第6引脚(FB)与接地端的第九电阻R31和第十电阻R32；

参阅图6，该第6引脚(FB)通过一个放大器连接至第1引脚的(PGOOD)，控制漏极开路逻辑输出，当反馈的该电压值超过一定预设的幅度后(幅度为± 7.5％)，第1引脚的(PGOOD)被拉低，此时整个驱动芯片U3停止工作。通过该第一反馈模块400实现了后极的过压及欠压保护。

如图7及图8，进一步地，智能车载电源还包括第二反馈模块600，第二反馈模块600输入端连接至输出转换模块300与升降压直流模块200输入端之间；第二反馈模块600包括控制芯片U4以及控制芯片U4外围的控制外围电路；控制芯片U4为计数控制芯片，计数控制芯片用于对输出转换模块300输出端的断电次数进行计数，待断电次数达到预设计数后，发送控制信号至升降压直流模块200，控制升降压直流模块200停止工作，直至电源断电后重新上电为止。

在本实施方式中，电阻R15将反馈信号发送至计数控制芯片U4，该芯片 U4对反馈来的电压过压及欠压的电压次数进行统计，当过压及欠压的电压次数超过5次后，计数控制芯片U4通过第7引脚驱动三极管Q4导通，此时加载电阻R18上的电压经三极管Q4被拉低，同时该驱动芯片U3第8引脚(RUN)上的电压为低电平，小于预设的芯片该引脚门限1.5V，此时导致驱动芯片U3，内部的BUCK逻辑模块和BOOST逻辑模块停止工作，芯片处于锁状态。

在本实施方式中，当第8引脚(RUN)上的电压为低电平驱动芯片U3被锁后，只有通过使整个驱动芯片U3掉电，恢复设置的方式才能使驱动芯片U3再次工作，也就是说当驱动芯片U3被锁后，后端的异常恢复后，需要断掉电源模块100的对驱动芯片U3的供电，重新上电后，驱动芯片U3才能处于再次工作的状态。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种智能车载电源，其特征在于，智能车载电源包括：

电源模块；

2.如权利要求1所述的智能车载电源，其特征在于，电源模块包括

正输入端和负输入端；

并联在正输入端与负输入端之间的多个防反接二极管；

并联在正输入端与负输入端之间多个滤波电容；

3.如权利要求2所述的智能车载电源，其特征在于，升降压直流模块包括：驱动芯片U3以及连接在驱动芯片U3外围的驱动外围电路；驱动芯片U3采用凌力尔特公司的LTC-3780型号芯片。

4.如权利要求3所述的智能车载电源，其特征在于，驱动外围电路包括：

依次串联的4个N沟道MOS管，分别为第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，第一MOS管的漏极连接至正输入端，第一MOS管的源极与第二MOS管的漏极连接，第一MOS管的栅极通过第一电阻连接至驱动芯片U3的第14引脚(TG2)，第一MOS管的源极与栅极之间连接第一偏置电阻；第二MOS管的源极与第三MOS管的源极连接，第二MOS管的栅极通过第二电阻连接至驱动芯片U3的第16引脚(BG2)，第二MOS管的源极与栅极之间连接第二偏置电阻；第三MOS管的漏极与第四MOS管的源极连接，第三MOS管的栅极通过第三电阻连接至驱动芯片U3的第18引脚(BG1)，第三MOS管的源极与栅极之间连接第三偏置电阻；第四MOS管的漏极连接至输出转换模块的输入端，第四MOS管的栅极通过第四电阻连接至驱动芯片U3的第23引脚(TG1)，第四MOS管的源极与栅极之间连接第四偏置电阻；

驱动芯片U3的第15引脚(SW2)与第一MOS管的源极连接，驱动芯片U3的第22引脚(SW1)与第三MOS管的漏极连接；

驱动芯片U3的第19引脚(INTVCC)通过隔断电容连接至第20引脚(EXTVCC)，第20引脚接地；

驱动芯片U3的第19引脚(INTVCC)通过第一二极管连接至驱动芯片U3的第13引脚(BOOST2)，驱动芯片U3的第19引脚(INTVCC)通过第二二极管连接至充放电电感的负极；

5.如权利要求4所述的智能车载电源，其特征在于，切换控制模块包括：

6.如权利要求5所述的智能车载电源，其特征在于，输出转换模块包括：

连接至第四MOS管漏极的第一端以及接地的第二端；

第一端与第二端之间并联有多个极性电容组成的滤波单元；

7.如权利要求6所述的智能车载电源，其特征在于，第一反馈模块包括：

连接在驱动芯片U3第2引脚(SS)与接地端的第二电容；

8.如权利要求7所述的智能车载电源，其特征在于，智能车载电源还包括第二反馈模块，第二反馈模块输入端连接至输出转换模块与升降压直流模块输入端之间；第二反馈模块包括控制芯片以及控制芯片外围的控制外围电路；控制芯片为计数控制芯片，计数控制芯片用于对输出转换模块输出端的断电次数进行计数，待断电次数达到预设计数后，发送控制信号至升降压直流模块，控制升降压直流模块停止工作，直至电源断电后重新上电为止。