CN217642686U - 一种地线短路保护电路、汽车电机控制器及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种地线短路保护电路，其中地线连接在传感器和控制器之间，保护电路包括执行模块和控制模块，执行模块串接在地线中，控制模块与地线连接用于探测地线的电压值是否异常，控制模块与执行模块的控制端连接用于控制执行模块的通断，如果地线的电压值异常，则控制模块断开执行模块以断开地线，以及如果地线的电压值正常，则控制模块接通执行模块以接通地线。本实用新型解决了热敏电阻随温度变化，电阻变化较大，容易引起错误的触发保护的问题。本实用新型还提出一种汽车电机控制器及电动汽车。

Description

一种地线短路保护电路、汽车电机控制器及电动汽车

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种地线短路保护电路、汽车电机控制器及电动汽车。

背景技术

在传统的信号采集系统当中，控制器一般都会给外界的传感器提供电源，并从传感器采集反馈信号，以达到测量的目的。而采集反馈信号，需要传感器和控制器之间有公共的参考地线，一般公共的参考地线就是电源的地线。传感器的供电地线和控制器的参考地线是等电位连接。在传感器电路发生短路等情况下，流过传感器供电地线的电流可能过大。通过探测供电地线端的电压值可以探测到电路的故障状态，进而采取措施减少或者断开流过供电电线的电流以保护控制器等电路。

相关技术中，一般保护措施是在供电地线上串联一个保护装置，一般为PTC或者采样电阻加保护开关。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)热敏电阻本身受温度影响，内阻变化较大，对采样系统的影响具有不可预测性，导致系统稳定性差，并且高温环境下容易误触发。采样电阻加保护开关的方案，在施加短路期间，保护开关会因为采样电阻上的电流大小变化而不断的开关动作，这样导致开关器件发热严重，实际电路并没有完全关闭。同时在电源地线上串联采样电阻，势必造成参考地线电压的偏移，导致采样的不准确。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种能够减小参考地线的电压偏移，可靠性高的地线短路保护电路、汽车电机控制器及电动汽车。

为达到上述目的，本实用新型提出的一种地线短路保护电路，其中所述地线连接在传感器和控制器之间，所述保护电路包括执行模块和控制模块，所述执行模块串接在所述地线中，所述控制模块与所述地线连接用于探测所述地线的电压值是否异常，所述控制模块与执行模块的控制端连接用于控制所述执行模块的通断，如果所述地线的电压值异常，则控制模块断开所述执行模块以断开所述地线，以及如果所述地线的电压值正常，则控制模块接通所述执行模块以接通所述地线。

本实用新型提供的地线短路保护电路，使用控制模块探测地线的电压值是否异常，若异常，则执行模块断开传感器和控制器之间的地线，控制器内部与外部短路部分完全断开，对控制器和传感器进行保护；而地线的电压值正常时，执行模块接通传感器和控制器之间的地线，恢复正常接地。相比采用热敏电阻的现有技术，避免热敏电阻随温度变化，电阻变化较大，容易引起错误的触发保护，本实用新型电路具有可靠性高的优点。

根据本实用新型的一个实施例，所述控制模块包括分压电路、高电位输入端和有源开关器件，所述分压电路用于探测所述地线的电压值，并给所述有源开关器件提供开关电压；所述高电位输入端与有源开关器件的一端连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述地线在靠近所述控制器的位置是等电位接地端，所述执行模块包括NMOS管，所述NMOS管的D极连接至所述传感器的地线端，所述NMOS管的S极连接至所述等电位接地端，所述NMOS管的G极连接至所述控制模块。

根据本实用新型的一个实施例，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻，所述有源开关器件的一端连接到等电位接地端，所述第一电阻和第二电阻串联连接在所述NMOS管的D极和所述等电位接地端之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述高电位包括直流电源输入端和第三电阻，所述第三电阻的一端与所述直流电源输入端连接，另一端与所述NMOS管的G极连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述有源开关器件包括三端子晶体管，所述三端子晶体管的第一端连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述三端子晶体管的第二端连接至所述第三电阻，所述三端子晶体管的第三端连接至所述等电位接地端。

根据本实用新型的一个实施例，所述三端子晶体管为双极性晶体管，所述三端子晶体管的第一端为双极性晶体管的B极，所述三端子晶体管的第二端为双极性晶体管的C极，所述三端子晶体管的第三端为双极性晶体管的E极。

根据本实用新型的一个实施例，所述三端子晶体管为场效应晶体管，所述三端子晶体管的第一端为双极性晶体管的G极，所述三端子晶体管的第二端为双极性晶体管的D极，所述三端子晶体管的第三端为双极性晶体管的S极。

一种汽车电机控制器，包括上述任意一项所述的一种地线短路保护电路。

一种汽车，包括上述任意一项所述的地线短路保护电路。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

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是本实用新型一实施例提出的一种地线短路保护电路的结构示意图。

图2是本实用新型又一实施例提出的一种地线短路保护电路的结构示意图。

图3是本实用新型一优选实施例提出的一种地线短路保护电路的结构示意图。

附图标记说明：

1-传感器，2-控制器，3-执行模块，4-控制模块，5-等电位接地端，41-分压电路，42-高电位输入端，43-有源开关器件。

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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

参照图1，本实施例提供的一种地线短路保护电路，其中，地线连接在传感器1和控制器2之间，该保护电路包括执行模块3和控制模块4，执行模块3串接在地线中，控制模块4与地线连接用于探测地线的电压值是否异常，控制模块4与执行模块3的控制端连接用于控制执行模块3的通断，如果地线的电压值异常，则控制模块4断开执行模块3以断开地线，以及如果地线的电压值正常，则控制模块4接通执行模块3以接通地线。执行模块3有个正常的电流工作区，在这个期间，其两端的电压很小而且基本不随电流的大小而变化。如果电流过大，超过某个阈值，执行模块3将脱离正常工作区而进入放大区，此时执行模块3两端会产生较大的压降，如果这个增加的电压导致传感器1的接地端电压大于某一阈值，意味着传感器1的地线发生电源短路，如果不加以限制，可能会造成控制器2不可逆的损坏，严重者会有导线引燃的风险。该超过阈值的电压被控制模块接收后，控制模块反过来可以给执行模块3的控制端发送一个断开执行模块3的信号以断开流过地线的电流，从而可以保护控制器和/或传感器。所采用的执行模块3两端的电压主要与流过的电流有关，受环境温度的影响很小。

本实用新型提供的地线短路保护电路，当地线的电压值恢复正常范围时，执行模块3两端的电压会降低，该降低的电压被控制模块4接收后，控制模块4反过来可以给执行模块3的控制端发送一个接通执行模块3的信号以恢复电路正常工作。由于执行模块3主要受所流过的电流的影响，相比采用热敏电阻的现有技术，本实用新型实施例电路具有可靠性高的优点。

在一些实施例中，阈值小于等于传感器1的供电电压。阈值的设定可以根据实际的情况来设定，本实用新型并不限定阈值的大小。假设传感器1通常的供电电压是5V，如果传感器1的地线端上的电压超过5V时，或者说执行模块3两端之间的压差超过5V时，可以确定为发生短路。

在一些实施例中，参照图2，地线短路保护电路中，控制模块4包括分压电路41、高电位输入端42和有源开关器件43，分压电路41连接在传感器1的地线端和等电位端之间，用于探测地线的电压值，给有源开关器件43提供开关电压。当分压电路41的输出大于等于有源开关器件的开启电压时，有源开关器件43会接通。反之，有源开关器件43会断开。

在一些实施例中，参照图3，地线在靠近控制器2的位置是等电位接地端5，执行模块3包括NMOS管Q1，NMOS管Q1的D极连接至传感器的地线端，NMOS管Q1的S极连接至等电位接地端5，NMOS管Q1的G极连接至控制模块4。

在一些实施例中，分压电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，有源开关器件43的一端连接到等电位接地端5，第一电阻R1和第二电阻R2串联连接在NMOS管Q1的D极和等电位接地端5之间。高电位输入端42包括直流电源输入端和第三电阻R3，第三电阻R3的一端与直流电源输入端连接，另一端与NMOS管Q1的G极连接。第三电阻R3用于限流。有源开关器件43包括三端子晶体管Q2，三端子晶体管Q2的第一端连接至第一电阻R1和第二电阻R2之间，三端子晶体管Q2的第二端连接至第三电阻R3，三端子晶体管Q2的第三端连接至等电位接地端5。

作为一种可能实现的方式，三端子晶体管Q2为双极性晶体管，三端子晶体管Q2的第一端为双极性晶体管的B极(基极)，三端子晶体管Q2的第二端为双极性晶体管的C极(集电极)，三端子晶体管Q2的第三端为双极性晶体管的E极(发射极)。R1和R2的比值确保在传感器1的地线端上的电压超过阈值时，三端子晶体管Q2的基极电压可以导通三端子晶体管Q2。

作为又一种可能实现的方式，三端子晶体管Q2还可以为场效应晶体管，三端子晶体管Q2的第一端为双极性晶体管的G极，三端子晶体管Q2的第二端为双极性晶体管的D极，三端子晶体管Q2的第三端为双极性晶体管的S极。作为一种可能实现的方式，直流电源输入端的电压等于控制器的电源电压,直流电源的输入电压也可以不等于控制器的电源电压，其大小只要足够导通有源开关器件43。在三端子晶体管Q2接通的情况下，NMOS管Q1的G极和等电位接地端5会接通，进而断开NMOS管Q1。在传感器1和控制器2两者地线之间的电流值正常的情况下，第一电阻R1和第二电阻R2分压产生的电压会低于三端子晶体管Q2的开启电压，此时三端子晶体管Q2保持断开状态。

下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及到的内容进行说明。

如图3所示，图中，一共有Q1,Q2,R1,R2,R3共5个器件，Q1为MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)，Q2为NPN型三极管。Q1的D极外接至传感器1的地线端，S极内接至控制器2的等电位接地端。Q1的G极通过限流电阻R3上拉至开启电压，例如15V，同时连接到Q2的C极。Q2的E极连接到Q2的等电位接地端上，B极连接到电阻R1和R2的串接点上。R2的另外一端连接到Q2的等电位接地端，R1的另外一端外接至传感器1的地线端。R1和R2的比值确保在传感器1的地线端上的电压超过阈值时，三端子晶体管Q2的基极电压可以导通三端子晶体管Q2。

本优选实施例的工作原理如下：正常工作时，Q1导通，Q2不导通，传感器的地线端(GND)连接到控制器2的等电位地线端上。此时，Q2基极为0V，Q2不导通，传感器1正常工作。当传感器1的电路发生短路等故障时，有可能造成大电流流经Q1和控制器2，返回到电源侧，此时如果不加以限制，可能会造成控制器2不可逆的损坏，严重者会有导线引燃的风险。

较大的电流流过Q1时，会大幅度超过Q1的额定电流，使得MOSFET退出饱和区，进入放大区，此时在Q1上会有较大的压降。Q1上的电压降会导致传感器1的地线端的电压升高，并通过R1和R2分压电路导致Q2的B极电压的升高，致使Q2导通。Q2导通后，Q1的G极就通过Q2与等电位接地端导通，进而关闭Q1。Q1关闭后，传感器1的地线端和控制器的等电位地线端断开，相当于传感器电路中的短路点和控制器2内部地线被断开，保护了控制器的安全。当短路故障消失后，地线的电压值降低到阈值电压以下，例如降低到传感器1供电的电压5V以下,此时Q2的B极电压由于R1和R2的分压，会低于开启电压，导致Q2关闭。Q2关闭以后，Q1的G极通过电阻R3与直流电源输入端连接并被上拉到例如15V电源电压，此时电路恢复到正常工作状态。

综上，相对于三极管，执行模块采用MOSFET，具有较低的导通电阻，传感器地线端上电压偏移很小，避免现有技术采用热敏电阻导致的采样不准确。此外，本保护电路只有5个器件，成本低。在MOSFET的D极和G极断开后，保护期间处于开路，对传感器或者控制器等电路具有可靠的保护，当短路消除后，可以自动恢复正常工作状态。本实施例保护电路相比采用热敏电阻的保护方案，具有温漂小，可靠性高的优点。

本实用新型实施例还提供一种汽车电机控制器，包括上述任意一项提到的一种地线短路保护电路。该汽车电机控制器的其他各部分参考现有技术，本文不再赘述。

此外，本实用新型实施例还提供一种电动汽车，包括上述任意一项提到的一种汽车电机控制器。该电动汽车的其他各部分参考现有技术，本文不再赘述。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (10)

1.一种地线短路保护电路，其中所述地线连接在传感器(1)和控制器(2)之间，其特征在于，所述保护电路包括有执行模块(3)和控制模块(4)，所述执行模块(3)串接在所述地线中，所述控制模块(4)与所述地线连接用于探测所述地线的电压值是否异常，所述控制模块(4)与执行模块(3)的控制端连接用于控制所述有执行模块(3)的通断，如果所述地线的电压值异常，则控制模块(4)断开所述有执行模块(3)以断开所述地线，以及如果所述地线的电压值正常，则控制模块(4)接通所述执行模块(3)以接通所述地线。

2.根据权利要求1所述的一种地线短路保护电路，其特征在于，所述控制模块(4)包括分压电路(41)、高电位输入端(42)和有源开关器件(43)，所述分压电路(41)用于探测所述地线的电压值，并给所述有源开关器件(43)提供开关电压；所述高电位输入端(42)与有源开关器件(43)的一端连接。

3.根据权利要求2所述的一种地线短路保护电路，其特征在于，所述地线在靠近所述控制器(2)的位置是等电位接地端(5)，所述执行模块(3)包括NMOS管(Q1)，所述NMOS管(Q1)的D极连接至所述传感器的地线端，所述NMOS管(Q1)的S极连接至所述等电位接地端(5)，所述NMOS管(Q1)的G极连接至所述控制模块(4)。

4.根据权利要求3所述的一种地线短路保护电路，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述有源开关器件(43)的一端连接到等电位接地端(5)，所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联连接在所述NMOS管(Q1)的D极和所述等电位接地端(5)之间。

5.根据权利要求4所述的一种地线短路保护电路，其特征在于，所述高电位输入端(42)包括直流电源输入端和第三电阻(R3)，所述第三电阻(R3)的一端与所述直流电源输入端连接，另一端与所述NMOS管(Q1)的G极连接。

6.根据权利要求5所述的一种地线短路保护电路，其特征在于，所述有源开关器件(43)包括三端子晶体管(Q2)，所述三端子晶体管(Q2)的第一端连接至所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)之间，所述三端子晶体管(Q2)的第二端连接至所述第三电阻(R3)，所述三端子晶体管(Q2)的第三端连接至所述等电位接地端(5)。

7.根据权利要求6所述的一种地线短路保护电路，其特征在于，所述三端子晶体管(Q2)为双极性晶体管，所述三端子晶体管(Q2)的第一端为双极性晶体管的B极，所述三端子晶体管(Q2)的第二端为双极性晶体管的C极，所述三端子晶体管(Q2)的第三端为双极性晶体管的E极。

8.根据权利要求6所述的一种地线短路保护电路，其特征在于，所述三端子晶体管(Q2)为场效应晶体管，所述三端子晶体管(Q2)的第一端为双极性晶体管的G极，所述三端子晶体管(Q2)的第二端为双极性晶体管的D极，所述三端子晶体管(Q2)的第三端为双极性晶体管的S极。

9.一种汽车电机控制器，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的一种地线短路保护电路。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的汽车电机控制器。

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