CN211107280U - 一种汽车安全电源及汽车系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种汽车安全电源及汽车系统。安全电源包括第一调节单元，第一调节单元包括第一信号输入端、第一信号输出端和第一MOS管；控制单元，控制单元包括控制端，信号检测端、第二信号输入端和第二信号输出端；预启动单元。第一MOS管的栅极与控制端电连接，第一MOS管的第一端通过第一电阻与参考电平端电连接，第一MOS管的第一端与信号检测端电连接，第一信号输出端与第二信号输入端电连接，第一调节单元配置为，根据第一MOS管的通断周期将第二信号输入端接收的信号调节至预设信号。预启动单元配置为向第二信号输入端输入第一电平信号，第一电平信号的电平值小于预设信号的电平值。

Description

一种汽车安全电源及汽车系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电源技术技术，尤其涉及一种汽车安全电源及汽车系统。

背景技术

在汽车行驶过程中，若电池突然断开，则电控系统中会出现非常高的瞬态电压，如果不对电控系统中的电路做针对性的防护措施，则会影响车载电子设备的性能，甚至导致车载电子设备的不可逆转的损坏。

现有技术中电控系统的应用环境主要为12V电源环境，在12V电源环境下，若电池突然断开，则瞬态电平最高可达101V，由于电控系统中电源芯片电压输入引脚的耐压大约为40V，因此通常需要通过钳压或者使用稳压电路稳定输入电平后，再提供给电源芯片。若电控系统的应用环境为24V电源环境，若电池突然断开，则瞬态电平最高可达202V，通过瞬态抑制二极管钳压后，输入电平仍高于40V，因此需要再加一级降压电路，例如加上前级DC/DC模块。

现有技术中的保护方案成本很高，在电源芯片的功耗效率、散热、电磁兼容等问题上还存在一定的缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供一种汽车安全电源及汽车系统，目的在于在不使用瞬态抑制二极管、稳压电路和DC/DC模块的前提下，拓宽电源芯片的输入电平范围，提高电控系统的安全性。

本实用新型实施例一方面提出一种汽车安全电源，包括第一调节单元，所述第一调节单元包括第一信号输入端、第一信号输出端和第一MOS管；控制单元，所述控制单元包括控制端，信号检测端、第二信号输入端和第二信号输出端；预启动单元，所述第一MOS管的栅极与所述控制端电连接，所述第一MOS 管的第一端通过第一电阻与参考电平端电连接，所述第一MOS管的第一端与所述信号检测端电连接，所述第一信号输出端与所述第二信号输入端电连接，所述第一调节单元配置为，根据所述第一MOS管的通断周期将所述第二信号输入端接收的信号调节至预设信号，所述预启动单元通过第一二极管与所述第二信号输入端电连接，所述第一二极管的阴极与所述第二信号输入端电连接，所述预启动单元配置为向所述第二信号输入端输入第一电平信号，所述第一电平信号的电平值小于所述预设信号的电平值。

可选的，所述预启动单元为辅助电源。

可选的，所述预启动单元包括开关管、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管和第二三极管。所述第一三极管的基极通过所述第二电阻、所述第一肖特基二极管与所述开关管的第一端电连接，所述第一三极管的第一端通过所述第三电阻与所述开关管的第一端电连接，所述第一三极管的第二端接参考电平端，所述第一三极管的第一端与所述第二三极管的基极电连接。所述第二三极管的基极与所述第一三极管的第一端电连接，所述第二三极管的第一端通过所述第四电阻与所述开关管的第二端电连接，所述第二三极管的第二端接参考电平端。所述开关管的第三端通过所述第一二极管与所述第二信号输入端电连接，所述开关管的第二端与所述开关管的第三端之间电连接第二肖特基二极管。

可选的，所述第一调节单元还包括第一电感、第二电感、第二二极管和第一电容，所述第一信号输入端通过所述第一电感与所述第一MOS管的第二端电连接，所述第二电感的一端与所述第二二极管的阳极电连接，所述第二电感的另一端接地，所述第二二极管的阴极为所述第一信号输出端，所述第一电容一端与所述第二二极管的阴极电连接，所述第一电容的另一端接地。

可选的，所述第一电感为变压器的原边，所述第二电感为所述变压器的副边。

可选的，所述第一调节单元还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述第一MOS管的第二端电连接，所述第二电容的另一端与所述第二二极管的阳极电连接。

可选的，还包括第三电感和第三二极管，所述第三电感的一端与所述第一信号输入端电连接，所述第三电感的另一端与所述第三二极管的阴极电连接，所述第三二极管的阳极接地。

可选的，还包括第二调节单元，所述第二调节单元包括第三信号输入端和第三信号输出端，所述第三信号输入端与所述第二信号输出端电连接。

可选的，还包括第三调节单元，所述第三调节单元包括第四信号输入端和第四信号输出端，所述第四信号输入端接收的信号为3V～250V电压信号，所述第四信号输出端与所述第一信号输入端电连接。

本实用新型另一方面提出一种汽车系统，包括本实用新型实施例记载的任一汽车安全电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实施例中，设置一第一调节单元，控制单元接收经过第一调节单元调节后的信号，可以实现原始输入信号与控制单元的隔离，这样即使原始输入信号端的电压发生突变，产生极高的瞬态电压，也不会对控制单元造成不可逆的损伤。通过设置一预启动单元，通过预启动单元在起始时刻向控制单元的输入端输出一个电平信号，避免了初始时刻控制单元接收不到电压信号，控制单元的控制回路无法导通的问题。

附图说明

图1是实施例中安全电源结构示意图；

图2是实施例中连通电路结构示意图；

图3是实施例中一种第一调节单元结构示意图；

图4是实施例中另一种第一调节单元结构示意图；

图5是实施例中另一种第一调节单元结构示意图；

图6是实施例中利用TLF35584的安全电源结构示意图；

图7是实施例中另一种安全电源结构示意图；

图8是实施例中另一种安全电源结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例中安全电源结构示意图，参考图1，本实施例提出一种汽车安全电源，包括第一调节单元1，第一调节单元1包括第一信号输入端a、第一信号输出端b和第一MOS管T1。控制单元2，控制单元2包括控制端c，信号检测端d、第二信号输入端e和第二信号输出端f。预启动单元3。

第一MOS管T1的栅极与控制端c电连接，第一MOS管T1的第一端通过第一电阻R1与参考电平端电连接，第一MOS管T1的第一端与信号检测端d 电连接，第一信号输出端b与第二信号输入端e电连接，第一调节单元1配置为，根据第一MOS管T1的通断周期将第二信号输入端e接收的信号调节至预设信号。

预启动单元3通过第一二极管D1与第二信号输入端e电连接，第一二极管 D1的阴极与第二信号输入端e电连接，预启动单元3配置为向第二信号输入端 e输入第一电平信号，第一电平信号的电平值小于预设信号的电平值。

本实施例中，第二信号输入端e并不直接接收原始的输入信号，而是接收经过第一调节单元1调节后的信号，使用第一调节单元1实现了原始输入信号与控制单元2的隔离，这样即使原始输入信号端的电压发生突变，产生极高的瞬态电压，也不会对第二信号输入端e造成不可逆的损伤。由于第一MOS管 T1的一端连接原始输入信号，因此第一MOS管T1有承受高电平风险，为检测第一MOS管T1及电路的状态，设置一个作为检测电阻的第一电阻R1，将第一电阻R1的高电平位信号接入信号检测端d，以检测第一MOS管T1承受电平的高低。为保证第一调节单元1的正常工作，应根据原始输入信号的电平值确定第一MOS管T1的耐压值。

控制单元2主要用于产生控制第一MOS管T1的通断的信号。参考图1，控制单元2还包括A/D转换单元201、PID控制单元202、PWM信号产生单元 203和MOS管驱动器件204。由第二信号输入端e接收的信号经过A/D转换单元201转换为数字信号，PWM信号产生单元203接收PID控制单元202发送的PID控制指令进而生成指定周期的PWM波，PWM波经过MOS管驱动器件 204后，控制第一MOS管T1按指定周期通断。可选的，MOS管驱动器件204 选用DRV8704。本实施例中，第二信号输入端e即作为一个信号输入端也作为一个信号反馈端，基于PID控制方式，控制单元2根据第二信号输入端e接收的信号产生相应的PWM信号，以使第一调节单元1向第二信号输入端e输出稳定的电平信号。当控制单元2检测到第二信号输入端e的电压信号达到预设幅值时，控制单元2通过第二信号输出端f输出该电压信号，向用电负载供电。

参考图1，由于使用第一调节单元1隔离了原始输入信号与控制单元2，因此，初始时刻第一信号输出端b并无信号输出，为了第一信号输出端b、第二信号输入端e、A/D转换单元201、PID控制单元202、PWM信号产生单元203、 MOS管驱动器件204、第一MOS管T1之间的控制回路导通，因此设置一预启动单元3，通过预启动单元3在起始时刻向第二信号输入端e输出一个电平信号，保证控制单元2正常工作。预启动单元3通过一个第一二极管D1向第二信号输入端e输出电平信号，且此电平信号的电平值小于稳定后第一信号输出端b 输出电平的电平值，因此当第一调节单元1和控制单元2稳定工作后，第二信号输入端e不再接收预启动单元3的输出信号。

预启动单元3向第二信号输入端提供的信号为3V～6V电压信号。稳定后第一信号输出端b的输出信号为7.5V电压信号。

可选的，预启动单元3为辅助电源，辅助电源向第二信号输入端e输出一个固定的电平信号。此时第一信号输入端接收的信号为3V～250V电压信号，优选的，第一MOS管T1采用的信号为IPD40N25。

图2是实施例中连通电路结构示意图，参考图2，可选的，预启动单元包括连通电路301，连通电路301包括开关管T3、第一肖特基二极管D5、第二肖特基二极管D6、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管T4和第二三极管T5。第一三极管T4的基极通过第二电阻R2、第一肖特基二极管 D5与开关管T3的第一端电连接，第一三极管T4的第一端通过第三电阻R3与开关管T3的第一端电连接，第一三极管T4的第二端接参考电平端，第一三极管T4的第一端与第二三极管T5的基极电连接。第二三极管T5的基极与第一三极管T4的第一端电连接，第二三极管T5的第一端通过第四电阻R4与开关管T3的第二端电连接，第二三极管T5的第二端接参考电平端。开关管T3的第三端通过第一二极管D1与第二信号输入端e电连接，开关管T3的第二端与开关管T3的第三端之间电连接第二肖特基二极管D6。其中第一三极管T4、第二三极管T5选用NPN三级管，开关管T3选用PMOS管。原始输入信号经过信号输入端a’发送到开关管T3的第一端。连通电路301中利用第一肖特基二极管D5导通压降低，反向恢复快的特点，当第二信号输入端e的电压值超过预设电压值时，在第一肖特基二极管D5和第一二极管D1的作用下，连通电路301 停止工作。

图3是实施例中一种第一调节单元结构示意图，参考图3，示例性的，第一调节单1还包括第一电感L1、第二电感L2、第二二极管D2和第一电容C1，第一信号输入端a通过第一电感L1与第一MOS管T1的第二端电连接，第二电感L2的一端与第二二极管D2的阳极电连接，第二电感L2的另一端接地，第二二极管D2的阴极为第一信号输出端b，第一电容C1一端与第二二极管D2 的阴极电连接，第一电容C1的另一端接地。图2中的第一调节单元1当第一信号输入端a的信号电平过低时起升压作用，当第一信号输入端a的信号电平过高时起降压作用。其中第一电感L1为变压器的原边，第二电感L2为变压器的副边。图2中所示的电路结构转换效率高，当输入电压出现较大的波动时仍可输出稳定的电压信号。其中第一MOS管T1选用NMOS管。

图4是实施例中另一种第一调节单元结构示意图，参考图4，可选的，第一调节单元1还包括第二电容C2，第二电容C2的一端与第一MOS管T1的第二端电连接，第二电容C2的另一端与第二二极管D2的阳极电连接。当使用第二电容C2时，第一电感L1和第二电感L2可选用普通电感器件，此时第二电容C2、第一电感L1和第二电感L2构成第一调节单元1的核心部分，通过该部分实现对原始输入信号的升降。

图5是实施例中另一种第一调节单元结构示意图，参考图5，可选的，第一调节单元还包括第三电感L3和第三二极管D3，第三电感L3的一端与第一信号输入端a电连接，第三电感L3的另一端与第三二极管D3的阴极电连接，第三二极管D3的阳极接地。此时通过第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3 构成正激变换电路，其中，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3分别为原边电感、副边电感和复位电感，具有该结构的第一调节单元1更加适合宽电压输入应用场景。

基于本实施例中提出的安全电源的结构，可以对现有的电源芯片进行拓扑设计。图6是实施例中利用TLF35584的安全电源结构示意图，参考图6，使用第一调节单元1和预启动单元3对TLF35584进行拓扑，此时控制端c为TLF35584的驱动输出引脚DRG，信号检测端d为TLF35584的高位信号检测引脚RSH，第二信号输入端e为TLF35584的信号输入引脚Vs1。此外第一电阻 R1的第二端还与TLF35584的低位信号检测引脚RSG电连接。预启动单元3 还与TLF35584的供电电源引脚VST电连接。原始输入信号Vbat通过一稳压电路100连接VST引脚。通过第一调节单元1拓宽了TLF35584的电压输入范围，通过预启动单元3保证第一调节单元1可以正常工作。

实施例二

本实施例中，安全电源包括实施例一所记载的第一调节单元1，控制单元2，预启动单元3，还包括第二调节单元4，第二调节单元4包括第三信号输入端g 和第三信号输出端h，第三信号输入端g与第二信号输出端f电连接，第三信号输出端h输出的电压信号用于向用电负载供电。

图7是实施例中另一种安全电源结构示意图，参考图7，示例性的，第二调节单元4包括第二MOS管T2，第四二极管D4第四电感L4和第三电容C3。第二MOS管T2的第一端与三信号输入端g电连接，第二MOS管T2的第二端与第四电感L4的第一端电连接，第四电感L4的第二端与第三信号输出端h电连接，第二MOS管T2的第二端与第四二极管管D4的阴极电连接后接地，第三信号输出端h通过第三电容C3后接地。其中第二MOS管T2选用PMOS管。第二调节单元3为降压单元，第二调节单元3根据一控制单元4的信号调节第三信号输入端g接收的信号，具体的，第二调节单元3接收控制单元5发送的控制信号，第二MOS管T2根据控制信号周期的导通关断，进而对三信号输入端g接收的信号进行降压。控制单元5包括依次电连接的A/D转换单元501、 PID控制单元502、PWM信号产生单元503和MOS管驱动器件504，控制单元5包括反馈信号输入端i和控制信号输出端j，第三信号输出端h输出的信号通过反馈信号输入端i输入到A/D转换单元501中，控制单元5的控制信号输出端j与第二MOS管T2的栅极电连接。控制单元5的工作原理与控制单元2相同，在此不再赘述。通过增加第二调节单元4，可以使安全电源的使用方式更加灵活，例如，增加若干第二调节单元4，使不同的第二调节单元4输出不同的电压信号，为其他的用电设备供电。

实施例三

图8是实施例中另一种安全电源结构示意图，参考图8，本实施例中，安全电源包括实施例一所记载的第一调节单元1，控制单元2，预启动单元3，还包括第三调节单元6，第三调节单元6包括第四信号输入端k和第四信号输出端l，第四信号输入端k接收的信号为3V～250V电压信号，第四信号输出端l 与第一信号输入端a电连接。本实施例中，第三调节单元6为一稳压模块，例如DC/DC变换器，使用第三调节单元6首先将原始输入信号进行一次稳压，减小了第一调节单元1中第一MOS管T1承担过高电压的风险，可以提高安全电源的安全性能。

实施例四

本实用新型还提出一种汽车系统，包括实施例一至实施例三记载的任一汽车安全电源。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种汽车安全电源，其特征在于，包括第一调节单元，所述第一调节单元包括第一信号输入端、第一信号输出端和第一MOS管；控制单元，所述控制单元包括控制端，信号检测端、第二信号输入端和第二信号输出端；预启动单元，

所述第一MOS管的栅极与所述控制端电连接，所述第一MOS管的第一端通过第一电阻与参考电平端电连接，所述第一MOS管的第一端与所述信号检测端电连接，所述第一信号输出端与所述第二信号输入端电连接，所述第一调节单元配置为，根据所述第一MOS管的通断周期将所述第二信号输入端接收的信号调节至预设信号，

所述预启动单元通过第一二极管与所述第二信号输入端电连接，所述第一二极管的阴极与所述第二信号输入端电连接，所述预启动单元配置为向所述第二信号输入端输入第一电平信号，所述第一电平信号的电平值小于所述预设信号的电平值。

2.如权利要求1所述的汽车安全电源，其特征在于，所述预启动单元为辅助电源。

3.如权利要求1所述的汽车安全电源，其特征在于，所述预启动单元包括开关管、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管和第二三极管，

所述第一三极管的基极通过所述第二电阻、所述第一肖特基二极管与所述开关管的第一端电连接，所述第一三极管的第一端通过所述第三电阻与所述开关管的第一端电连接，所述第一三极管的第二端接参考电平端，所述第一三极管的第一端与所述第二三极管的基极电连接，

所述第二三极管的基极与所述第一三极管的第一端电连接，所述第二三极管的第一端通过所述第四电阻与所述开关管的第二端电连接，所述第二三极管的第二端接参考电平端，

所述开关管的第三端通过所述第一二极管与所述第二信号输入端电连接，所述开关管的第二端与所述开关管的第三端之间电连接第二肖特基二极管。

4.如权利要求1所述的汽车安全电源，其特征在于，所述第一调节单元还包括第一电感、第二电感、第二二极管和第一电容，所述第一信号输入端通过所述第一电感与所述第一MOS管的第二端电连接，所述第二电感的一端与所述第二二极管的阳极电连接，所述第二电感的另一端接地，所述第二二极管的阴极为所述第一信号输出端，所述第一电容一端与所述第二二极管的阴极电连接，所述第一电容的另一端接地。

5.如权利要求4所述的汽车安全电源，其特征在于，所述第一电感为变压器的原边，所述第二电感为所述变压器的副边。

6.如权利要求5所述的汽车安全电源，其特征在于，所述第一调节单元还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述第一MOS管的第二端电连接，所述第二电容的另一端与所述第二二极管的阳极电连接。

7.如权利要求5所述的汽车安全电源，其特征在于，还包括第三电感和第三二极管，所述第三电感的一端与所述第一信号输入端电连接，所述第三电感的另一端与所述第三二极管的阴极电连接，所述第三二极管的阳极接地。

8.如权利要求1所述的汽车安全电源，其特征在于，还包括第二调节单元，所述第二调节单元包括第三信号输入端和第三信号输出端，所述第三信号输入端与所述第二信号输出端电连接。

9.如权利要求1所述的汽车安全电源，其特征在于，还包括第三调节单元，所述第三调节单元包括第四信号输入端和第四信号输出端，所述第四信号输入端接收的信号为3V～250V电压信号，所述第四信号输出端与所述第一信号输入端电连接。

10.一种汽车系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的汽车安全电源。

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