CN210041360U - 一种车载usb充电器的输入端保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载USB充电器的输入端保护电路。它包括电源处理电路、DC/DC转换器、USB充电管理电路、欠压保护电路和过压保护电路，所述电源处理电路的输入端连接整车电源，所述电源处理电路的输出端连接DC/DC转换器的输入端，所述DC/DC转换器的输出端连接USB充电管理电路的输入端，USB充电管理电路的输出端连接USB接口，所述欠压保护电路和过压保护电路的输入端均连接整车电源、基准端均连接基准电压源、输出端均连接DC/DC转换器的使能端。本实用新型通过在USB充电器输入端加入欠压、过压识别处理电路，极大提升了产品的用电安全，保证转换效率及输出纹波率，具有控制精度高、成本低廉、控制过程简单等优点。

Description

一种车载USB充电器的输入端保护电路

技术领域

本实用新型属于汽车技术领域，具体涉及一种车载USB充电器的输入端保护电路。

背景技术

车载USB充电器在整车上的应用越来越广泛，可以满足手机、行驶记录仪等电器的充电需求。目前的车载USB充电器都是通过DC-DC 转换电路将整车电压转换为5V输出电压，在整车电压波动时，DC-DC 专用芯片通过调整PWM波形的占空比来保证输出电压的恒定，这种电路在应用在车况良好的整车上尚可，但一旦应用到车辆发电机或蓄电池状况不好的车上，如电压偏低或过高，这时车载USB充电器照常运行的话就会导致一系列问题，如效率下降导致器件发热甚至失效，纹波电流增大导致手机电池损伤或损坏。目前市面上的USB充电器产品工作范围都在9V～16V范围，有的产品过压下DC-DC芯片能耐受住高电压，但没有考虑过压情况对输出电压的影响。有的产品在电压高于16V时，有限压保护，但对于电压低于9V时，DC-DC电路照常工作，没有相应的欠压保护措施，此时，因电压下降，在输出同样的功率下，工作电流急剧上升，同时，DC-DC电路在欠压下工作，输出电压波动较大，可能会损坏手机等充电设备。因此，有必要提供一种能够对整车电压欠压、过压状态进行识别处理的车载USB充电器。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种车载USB充电器的输入端保护电路。

本实用新型采用的技术方案是：一种车载USB充电器的输入端保护电路，包括电源处理电路、DC/DC转换器、USB充电管理电路、欠压保护电路和过压保护电路，所述电源处理电路的输入端连接整车电源，所述电源处理电路的输出端连接DC/DC转换器的输入端，所述DC/DC转换器的输出端连接USB充电管理电路的输入端，USB充电管理电路的输出端连接USB接口，所述欠压保护电路和过压保护电路的输入端均连接整车电源，欠压保护电路和过压保护电路的基准端均连接基准电压源，欠压保护电路和过压保护电路的输出端均连接 DC/DC转换器的使能端。

进一步地，所述电源处理电路包括TVS管T1、防反接MOS管 Q1、功率电感L1、电容C1、电容C2和电容C3，所述TVS管T1与电容C1并联，TVS管T1一端连接整车电源，TVS管T1另一端接地；所述功率电感L1一端连接整车电源，功率电感L1另一端连接DC/DC 转换器的输入端；所述电容C2与电容C3并联，电容C2一端连接 DC/DC转换器的输入端，电容C2另一端连接防反接MOS管Q1的源极，所述防反接MOS管Q1的漏极接地，防反接MOS管Q1的栅极通过电阻R1连接整车电源，防反接MOS管Q1的栅极与源极之间连接电阻R2。

进一步地，所述欠压保护电路包括第一整车电源采样电路、基准电压处理电路、第一比较器和开关管，所述第一整车电源采样电路的输入端连接整车电源，第一整车电源采样电路的输出端连接第一比较器的负输入端，所述基准电压处理电路的输入端连接基准电压源，基准电压处理电路的输出端连接第一比较器的正输入端，所第一述比较器的输出端连接开关管的驱动端，所述开关管的输入端连接DC/DC 转换器的使能端，开关管的输出端接地。

进一步地，所述第一整车电源采样电路包括电阻R3、电阻R4和电容C4，所述电阻R3一端连接整车电源，电阻R3另一端连接第一比较器的负输入端；所述电阻R4与电容C4并联，电阻R4一端连接第一比较器的负输入端，电阻R4另一端接地。

进一步地，所述过压保护电路包括第二整车电源采样电路、基准电压处理电路、第二比较器和开关管，所述第二整车电源采样电路的输入端连接整车电源，整车电源采样电路的输出端连接第二比较器的正输入端，所述基准电压处理电路的输入端连接基准电压源，基准电压处理电路的输出端连接第二比较器的负输入端，所述第二比较器的输出端连接开关管的驱动端，所述开关管的输入端连接DC/DC转换器的使能端，开关管的输出端接地。

进一步地，所述第二整车电源采样电路包括电阻R8、电阻R9和电容C5，所述电阻R8一端连接整车电源，电阻R8另一端连接第二比较器的负输入端；所述电阻R9和电容C5并联，电阻R9一端连接第二比较器的负输入端，电阻R9另一端接地。

进一步地，所述基准电压处理电路包括电阻R5和基准电压芯片 D1，所述电阻R5一端连接基准电压源，电阻R5另一端连接基准电压芯片D1的阴极和参考极，基准电压芯片D1阳极接地，所述基准电压芯片D1的阴极和参考极还用于连接第一比较器的正输入端和第二比较器的负输入端。

更进一步地，还包括电阻R10和电阻R11，所述电阻R10一端用于连接第一比较器和第二比较器的输出端，电阻R10另一端连接开关管的驱动端，所述电阻R11一端连接在电阻R10与开关管的驱动端之间，电阻R11另一端接地。

本实用新型通过在USB充电器输入端加入欠压、过压识别处理电路，能够在整车电压异常时进行自我保护，而且保护电压阈值可以通过调整分压电阻精确控制，当整车电压正常时，USB充电器正常输出充电电压，当整车电压偏低或偏高时，USB充电器输出关断，从而起到保护自身和手机等用电设备的安全，保证转换效率及输出纹波率，具有控制精度高、成本低廉、控制过程简单等优点。

本实用新型欠压保护电路、过压保护电路通过监测整车电源电压，在电压异常时对DC/DC转换器使能脚拉低到地，使之关断从而起到保护作用，欠压保护电路、过压保护电路采用单一参考源及双比较器巧妙实现欠压、过压保护，电路结构简单，易实现，成本低。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型电源处理电路的原理图。

图3为本实用新型欠压保护电路、过压保护电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

如图1-3所示，本实用新型提供一种车载USB充电器的输入端保护电路，包括电源处理电路1、DC/DC转换器2、USB充电管理电路 3、欠压保护电路4和过压保护电路5，所述电源处理电路1的输入端连接整车电源6，VIN为整车电源电压，VCC为经过电源处理电路处理后的电压，所述电源处理电路1的输出端连接DC/DC转换器2的输入端，所述DC/DC转换器2的输出端连接USB充电管理电路3的输入端，USB充电管理电路3的输出端连接USB接口7，所述欠压保护电路4和过压保护电路5的输入端均连接整车电源，欠压保护电路 4和过压保护电路5的基准端均连接基准电压源，欠压保护电路4和过压保护电路5的输出端均连接DC/DC转换器2的使能端。USB充电管理电路3输出端通过USB接口实现充电能量输出，DC/DC转换器2及充电管理电路IC可选用MPQ4492M或者采用LMS6355加 TPS2549的组合。欠压保护电路4、过压保护电路5通过监测整车电源电压，在电压异常时对DC/DC转换器2使能脚拉低到地，使之关断从而起到保护作用。

上述方案中，电源处理电路包括TVS管T1、防反接MOS管Q1、功率电感L1、电容C1、电容C2和电容C3，TVS管T1主要起到吸收瞬态脉冲电压的作用，采用的型号为SMCJ28CA，电容C1、电容 C2、电容C3用来高频、低频滤波，功率电感L1用来抑制浪涌电流，并与电容C2、电容C3形成LC低频滤波电路，有效滤除电路中的低频干扰。具体地，TVS管T1与电容C1并联，TVS管T1一端连接整车电源，TVS管T1另一端接地；所述功率电感L1一端连接整车电源，功率电感L1另一端连接DC/DC转换器的输入端；所述电容C2与电容C3并联，电容C2一端连接DC/DC转换器的输入端，电容C2另一端连接防反接MOS管Q1的源极，所述防反接MOS管Q1的漏极接地，防反接MOS管Q1的栅极通过电阻R1连接整车电源，防反接 MOS管Q1的栅极与源极之间连接电阻R2，防反接MOS管Q1采用的型号为IPZ40N04S5-8R4。

上述方案中，欠压保护电路包括第一整车电源采样电路、基准电压处理电路、第一比较器U1和开关管Q1，开关管Q1为NPN型三极管，所述第一整车电源采样电路的输入端连接整车电源，第一整车电源采样电路的输出端连接第一比较器的负输入端，所述基准电压处理电路的输入端连接基准电压源，基准电压处理电路的输出端连接第一比较器的正输入端，所第一述比较器的输出端连接开关管的驱动端(即基极)，所述开关管的输入端(即集电极)连接DC/DC转换器的使能端，开关管的输出端(即发射极)接地。第一整车电源采样电路包括电阻R3、电阻R4和电容C4，所述电阻R3一端连接整车电源，电阻 R3另一端连接第一比较器的负输入端；所述电阻R4与电容C4并联，电阻R4一端连接第一比较器的负输入端，电阻R4另一端接地。

上述方案中，过压保护电路包括第二整车电源采样电路、基准电压处理电路、第二比较器U2和开关管Q1，所述第二整车电源采样电路的输入端连接整车电源，整车电源采样电路的输出端连接第二比较器的正输入端，所述基准电压处理电路的输入端连接基准电压源，基准电压处理电路的输出端连接第二比较器的负输入端，所述第二比较器的输出端连接开关管的驱动端(即基极)，所述开关管的输入端(即集电极)连接DC/DC转换器的使能端，开关管的输出端(即发射极) 接地。第二整车电源采样电路包括电阻R8、电阻R9和电容C5，所述电阻R8一端连接整车电源，电阻R8另一端连接第二比较器的负输入端；所述电阻R9和电容C5并联，电阻R9一端连接第二比较器的负输入端，电阻R9另一端接地，开关管Q1采用NPN型MOS管。上述第一比较器U1和第二比较器U2可以采用相同的型号，如LM2904。

上述方案中，欠压保护电路和过压保护电路共用基准电压处理电路和开关管，具体地，基准电压处理电路包括电阻R5和基准电压芯片D1，基准电压芯片D1采用的型号为TL431，所述电阻R5一端连接基准电压源(可以是标准的基准电压，也可以是整车电源经电源处理电路处理后的电压)，电阻R5另一端连接基准电压芯片D1的阴极和参考极，基准电压芯片D1阳极接地，所述基准电压芯片D1的阴极和参考极还分别通过电阻R6和电阻R7连接第一比较器的正输入端和第二比较器的负输入端。

上述方案中，还包括电阻R10和电阻R11，第一比较器的输出端通过二极管D2连接电阻电阻R10一端，第二比较器的输出端通过二极管D3连接电阻电阻R10一端，电阻R10另一端连接开关管的驱动端，所述电阻R11一端连接在电阻R10与开关管的驱动端之间，电阻R11另一端接地。

本实用新型的欠压保护电路和过压保护电路共用一基准电压源，该基准电压源通过电阻R3、基准电压芯片D1实现标称电压2.5V输出，作为欠压、过压电路比较器的参考电压。第一比较器和第二比较器均采用双运放芯片，如LM2904。

在图3所示的欠压保护电路中，电阻R3、电阻R4、电容C4组成第一整车电源采样电路，采样电路输出接第一比较器U1负输入端，基准电压源经过电阻R5接第一比较器U1正输入端，通过适当配置电阻R3、电阻R4的阻值，可以设定欠压保护阈值，当负输入端采样电压低于基准电压时，比较器U1输出高电平，开关管Q2导通，DC/DC 转换器使能脚EN拉低到地，关断DC/DC转换输出，电阻R3、电阻 R4如选择精度为0.5％的精密电阻，可以实现1.5％的控制精度。

同样在图3所示的过压保护电路中，电阻R8、电阻R9、电容C2 组成第二整车电源采样电路，采样电路输出接第二比较器U2正输入端，基准电压源经过电阻R5接第二比较器U2负输入端，通过适当配置电阻R8、电阻R9的阻值，可以设定过压保护阈值，当第二比较器U2正输入端采样电压高于基准电压时，第二比较器U2输出高电平，开关管Q2导通，DC/DC转换器使能脚EN拉低到地，关断DC/DC转换器输出。

本实用新型通过在USB充电器输入端加入欠压、过压识别处理电路，能够在整车电压异常时进行自我保护，而且保护电压阈值可以通过调整分压电阻精确控制，当整车电压正常时，USB充电器正常输出充电电压，当整车电压偏低或偏高时，USB充电器输出关断，从而起到保护自身和手机等用电设备的安全，保证转换效率及输出纹波率，具有控制精度高、成本低廉、控制过程简单等优点。

本实用新型欠压保护电路、过压保护电路通过监测整车电源电压，在电压异常时对DC/DC转换器使能脚拉低到地，使之关断从而起到保护作用，欠压保护电路、过压保护电路采用单一参考源及双比较器巧妙实现欠压、过压保护，电路结构简单，易实现，成本低。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种车载USB充电器的输入端保护电路，其特征在于：包括电源处理电路(1)、DC/DC转换器(2)、USB充电管理电路(3)、欠压保护电路(4)和过压保护电路(5)，所述电源处理电路(1)的输入端连接整车电源(6)，所述电源处理电路(1)的输出端连接DC/DC转换器(2)的输入端，所述DC/DC转换器(2)的输出端连接USB充电管理电路(3)的输入端，USB充电管理电路(3)的输出端连接USB接口(7)，所述欠压保护电路(4)和过压保护电路(5)的输入端均连接整车电源，欠压保护电路(4)和过压保护电路(5)的基准端均连接基准电压源，欠压保护电路(4)和过压保护电路(5)的输出端均连接DC/DC转换器(2)的使能端；

所述电源处理电路(1)包括TVS管T1、防反接MOS管Q1、功率电感L1、电容C1、电容C2和电容C3，所述TVS管T1与电容C1并联，TVS管T1一端连接整车电源，TVS管T1另一端接地；所述功率电感L1一端连接整车电源，功率电感L1另一端连接DC/DC转换器的输入端；所述电容C2与电容C3并联，电容C2一端连接DC/DC转换器的输入端，电容C2另一端连接防反接MOS管Q1的源极，所述防反接MOS管Q1的漏极接地，防反接MOS管Q1的栅极通过电阻R1连接整车电源，防反接MOS管Q1的栅极与源极之间连接电阻R2。

2.根据权利要求1所述的车载USB充电器的输入端保护电路，其特征在于：所述欠压保护电路(4)包括第一整车电源采样电路、基准电压处理电路、第一比较器和开关管，所述第一整车电源采样电路的输入端连接整车电源，第一整车电源采样电路的输出端连接第一比较器的负输入端，所述基准电压处理电路的输入端连接基准电压源，基准电压处理电路的输出端连接第一比较器的正输入端，所第一述比较器的输出端连接开关管的驱动端，所述开关管的输入端连接DC/DC转换器的使能端，开关管的输出端接地。

3.根据权利要求2所述的车载USB充电器的输入端保护电路，其特征在于：所述第一整车电源采样电路包括电阻R3、电阻R4和电容C4，所述电阻R3一端连接整车电源，电阻R3另一端连接第一比较器的负输入端；所述电阻R4与电容C4并联，电阻R4一端连接第一比较器的负输入端，电阻R4另一端接地。

4.根据权利要求1所述的车载USB充电器的输入端保护电路，其特征在于：所述过压保护电路(5)包括第二整车电源采样电路、基准电压处理电路、第二比较器和开关管，所述第二整车电源采样电路的输入端连接整车电源，整车电源采样电路的输出端连接第二比较器的正输入端，所述基准电压处理电路的输入端连接基准电压源，基准电压处理电路的输出端连接第二比较器的负输入端，所述第二比较器的输出端连接开关管的驱动端，所述开关管的输入端连接DC/DC转换器的使能端，开关管的输出端接地。

5.根据权利要求4所述的车载USB充电器的输入端保护电路，其特征在于：所述第二整车电源采样电路包括电阻R8、电阻R9和电容C5，所述电阻R8一端连接整车电源，电阻R8另一端连接第二比较器的负输入端；所述电阻R9和电容C5并联，电阻R9一端连接第二比较器的负输入端，电阻R9另一端接地。

6.根据权利要求2或4所述的车载USB充电器的输入端保护电路，其特征在于：所述基准电压处理电路包括电阻R5和基准电压芯片D1，所述电阻R5一端连接基准电压源，电阻R5另一端连接基准电压芯片D1的阴极和参考极，基准电压芯片D1阳极接地，所述基准电压芯片D1的阴极和参考极还用于连接第一比较器的正输入端和第二比较器的负输入端。

7.根据权利要求2或4所述的车载USB充电器的输入端保护电路，其特征在于：还包括电阻R10和电阻R11，所述电阻R10一端用于连接第一比较器和第二比较器的输出端，电阻R10另一端连接开关管的驱动端，所述电阻R11一端连接在电阻R10与开关管的驱动端之间，电阻R11另一端接地。

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