CN220087153U - 宽输入电压唤醒电路、车载单元和车载系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了宽输入电压唤醒电路、车载单元和车载系统，其电路包括用于对唤醒电压进行滤波的第一滤波单元、用于防止所述唤醒电压反向导致电路损坏的防反单元、用于在所述唤醒电压处于宽输入唤醒电压范围内时生成开启信号的开启信号生成单元、用于在接收到所述开启信号时输出唤醒信号的唤醒信号生成单元以及用于对所述唤醒信号进行滤波的第二滤波单元。实施本实用新型，只要唤醒电压处于宽输入唤醒电压范围内，便能正常输出唤醒信号，从而确保待唤醒装置在唤醒电压波动期间也能正常运行。

Description

宽输入电压唤醒电路、车载单元和车载系统

技术领域

本实用新型涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种宽输入电压唤醒电路、车载单元和车载系统。

背景技术

不停车收费系统(ETC)，通常包含OBU(On Board Unit车载单元)与RSU(Road SideUnit路侧单元)。其中，车载单元安装于汽车上并由汽车电池供电，而汽车电池是整车所有设备的供电源头，连接了众多设备，其电源环境相对比较恶劣，存在相互干扰、启动瞬间拉低电池电压、电池欠压等可能引致电池输出电压变动的情况发生。通常车载单元的标准工作电压为9V-16V，若脱离这一电压范围，便不能保证车载单元能正常工作。当电池供电电压出现电压变动、启动瞬间拉低、电池欠压时，车载单元得不到正常的9V-16V供电，可能会出现工作异常，因而影响ETC正常交易与用户体验。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种宽输入电压唤醒电路、车载单元和车载系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种宽输入电压唤醒电路，包括：

用于对唤醒电压进行滤波的第一滤波单元，其第一端可接入所述唤醒电压，其第二端接地；

与所述滤波单元的第一端连接，用于防止所述唤醒电压反向导致电路损坏的防反单元；

与所述防反单元连接，用于在所述唤醒电压处于宽输入唤醒电压范围内时生成开启信号的开启信号生成单元；

与所述开启信号生成单元连接，用于在接收到所述开启信号时输出唤醒信号的唤醒信号生成单元；以及

与所述唤醒信号生成单元连接，用于对所述唤醒信号进行滤波的第二滤波单元。

优选地，所述开启信号生成单元包括第一电阻R109和稳压二极管DZ100；

所述第一电阻R109的第一端连接所述防反单元，所述第一电阻R109的第二端连接所述稳压二极管DZ100的阴极，所述稳压二极管DZ100的阳极作为开启信号输出端连接所述唤醒信号生成单元。

优选地，所述唤醒信号生成单元包括开关管N100和第二电阻R111；所述第二滤波单元包括第三电阻R112和第一电容C113；

所述开关管N100的控制端连接所述开启信号生成单元以接收所述开启信号，所述第二电阻R111的第一端连接第一直流电压，所述第二电阻R111的第二端连接所述开关管N100的第一端，所述开关管N100的第二端接地；

所述开关管N100的第一端还经所述第三电阻R112连接至所述第一电容C113的第一端，所述第一电容C113的第二端接地，所述第一电容C113的第一端用于输出所述唤醒信号。

优选地，所述宽输入唤醒电压范围为大于或等于4.5V。

优选地，所述宽输入电压唤醒电路还包括：可连接供能设备的接口单元；

与所述接口单元连接，用于将输入电压转换为第二直流电压的开关电源单元；以及

与所述开关电源单元连接，用于将所述第二直流电压转换为第一直流电压的线性稳压单元。

优选地，所述开关电源单元包括：

用于在输入电压处于宽输入电压范围内时生成使能信号的使能单元，其输入端可接入所述输入电压；

与所述使能单元和线性稳压单元连接，用于在接收到所述使能信号时将所述输入电压转换为所述第二直流电压的电源管理单元。

优选地，所述电源管理单元包括：

电源芯片U100，其供电端连接所述使能单元的输入端，其使能端连接所述使能单元的使能信号输出端；

与所述电源芯片U100的供电端连接，用于对所述输入电压进行滤波的第三滤波单元；

与所述电源芯片U100的频率设置端连接，用于设置所述电源芯片U100的开关频率的频率设置单元；

与所述电源芯片U100的电压反馈端连接，用于设置所述第二直流电压大小的电压设置单元；

电感L102，其第一端与所述电源芯片U100的开关控制端连接，其第二端与所述电压设置单元连接且用于输出所述第二直流电压；以及

与所述电感L102的第二端连接，用于对所述第二直流电压进行滤波的第四滤波单元。

优选地，所述使能单元包括第四电阻R100；

所述第四电阻R100的第一端作为所述使能单元的输入端可连接所述输入电压，所述第四电阻R100的第二端作为使能单元的使能信号输出端连接所述开关电源单元。

本实用新型还构造了一种车载单元，包括以上所述的宽输入电压唤醒电路。

本实用新型还构造了一种车载系统，包括：

用于提供输入电压的电池；

用于输出唤醒电压的车载控制模块；以及

以上所述的宽输入电压唤醒电路。

实施本实用新型的技术方案，通过第一滤波单元对唤醒电压进行滤波，以保证唤醒电压质量，有助于提高后续处理的准确性；通过防反单元避免输入唤醒电压的端口反接而导致反向的唤醒电压致使整个电路损坏；在唤醒电压波动期间，只要唤醒电压处于宽输入唤醒电压范围内，开启信号生成单元便会正常生成开启信号，进而使唤醒信号生成单元正常输出唤醒信号，从而确保待唤醒装置在唤醒电压波动期间也能正常运行；还通过第二滤波单元对唤醒信号进行滤波，以确保唤醒信号的质量和准确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一些实施例中宽输入电压唤醒电路的电路图；

图2是本实用新型一些实施例中电源管理单元的电路原理框图；

图3是本实用新型一些实施例中电源管理单元的电路结构图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

图1是本实用新型一些实施例中宽输入电压唤醒电路的电路图。该宽输入电压唤醒电路适用于车载系统中的车载单元，可在车辆系统输出的唤醒电压在很大范围的波动期间，也能使唤醒车载单元，使其正常工作，从而确保ETC交易正常进行。如图1所示，该电路包括：

用于对唤醒电压进行滤波的第一滤波单元11，其第一端可接入唤醒电压，其第二端接地；

与滤波单元的第一端连接，用于防止唤醒电压反向导致电路损坏的防反单元12；

与防反单元12连接，用于在唤醒电压处于宽输入唤醒电压范围内时生成开启信号的开启信号生成单元13；

与开启信号生成单元13连接，用于在接收到开启信号时输出唤醒信号的唤醒信号生成单元14；以及

与唤醒信号生成单元14连接，用于对唤醒信号进行滤波的第二滤波单元15。

由于车辆系统的唤醒电压波动范围会受其硬件参数、环境等因素影响，因此宽输入唤醒电压范围需根据实际需要进行设置，但波动范围一般在4.5V～26V之间，为了提高本实用新型的适普性，宽输入唤醒电压范围可以为大于或等于4.5V。

在本实施例中，通过第一滤波单元11对唤醒电压进行滤波，以保证唤醒电压质量，有助于提高后续处理的准确性；通过防反单元12避免输入唤醒电压的端口反接而导致反向的唤醒电压致使整个电路损坏；在唤醒电压波动期间，只要唤醒电压处于宽输入唤醒电压范围内，开启信号生成单元13便会正常生成开启信号，进而使唤醒信号生成单元14正常输出唤醒信号，从而确保待唤醒装置(如车载单元)在唤醒电压波动期间也能正常运行；还通过第二滤波单元15对唤醒信号进行滤波，以确保唤醒信号的质量和准确性。

需说明的是，唤醒信号可传输至待唤醒装置，以车载单元为例，车载单元在接收到唤醒信号后，便会从静态工作状态切换为正常工作状态，从而确保ETC交易正常进行。另外，在车载系统中，通常唤醒信号由车载控制模块(为车辆系统的主控器，用于控制车辆中相关电子设备的工作状态)控制输出，且唤醒信号的电压值一般会随车辆电池的输出电压变化而变化。

在一些实施例中，如图1所示，开启信号生成单元13包括第一电阻R109和稳压二极管DZ100。第一电阻R109的第一端连接防反单元12，第一电阻R109的第二端连接稳压二极管DZ100的阴极，稳压二极管DZ100的阳极作为开启信号输出端连接唤醒信号生成单元14。

在本实施例中，第一电阻R109的阻值及稳压二极管DZ100的稳压值越大，需输入的唤醒电压大小就越大，因此第一电阻R109和稳压二极管DZ100的参数决定了宽输入唤醒电压范围，所以开发人员可以通过调节第一电阻R109和稳压二极管DZ100的参数来设置宽输入唤醒电压范围。

在一些实施例中，如图1所示，唤醒信号生成单元14包括开关管N100和第二电阻R111，第二滤波单元15包括第三电阻R112和第一电容C113。开关管N100的控制端连接开启信号生成单元13以接收开启信号，第二电阻R111的第一端连接第一直流电压，第二电阻R111的第二端连接开关管N100的第一端，开关管N100的第二端接地；开关管N100的第一端还经第三电阻R112连接至第一电容C113的第一端，第一电容C113的第二端接地，第一电容C113的第一端用于输出唤醒信号。

可选地，开关管N100为NPN三极管或NMOS管。在如图1所示的实施例中，开关管N100为NPN三极管，开关管N100的控制端对应为NPN三极管的基极，开关管N100的第一端对应为NPN三极管的集电极，开关管N100的第二端对应为NPN三极管的发射极。

在本实施例中，当唤醒电压不在宽输入唤醒电压范围内时(如低电平)，稳压二极管DZ100的阳极被置为低电平，使开关管N100断开，在第二电阻R111的作用下，第一电容C113的第一端输出高电平的唤醒信号，会令车载单元进行静态工作状态，无法正常进行ETC交易；当唤醒电压在宽输入唤醒电压范围内时，稳压二极管DZ100的阳极电压足够大，足以使开关管N100导通，使开关管N100的第一端置为低电平，从而使唤醒信号也置为低电平，以唤醒车载单元，进而使ETC交易正常进行。另外，第三电阻R112和第一电容C113组成了低通滤波器，用于对唤醒信号进行滤波及限流。

在一些实施例中，如图1所示，第一滤波单元11包括第三电容C117，防反单元12包括二极管D102。二极管D102的阳极连接第三电容C117的第一端，并可接入唤醒电压；二极管D102的阴极连接开启信号生成单元13，第三电容C117的第二端接地。

在一些实施例中，如图1所示，宽输入电压唤醒电路还包括磁珠FB101和下拉电阻R110。磁珠FB101串联在二极管D102的阴极和第一电阻R109的第一端之间，以进一步滤除唤醒电压中的噪声，以及隔离一定频段的输入干扰信号。开关管N100的控制端经下拉电阻R110连接至地，起到下拉作用。

为了给待唤醒装置提供稳定的工作电源，在一些实施例中，如图2所示，该宽输入电压唤醒电路还包括接口单元23、用于将输入电压转换为第二直流电压的开关电源单元21和用于将第二直流电压转换为第一直流电压的线性稳压单元22。接口单元23可连接供能设备以获取输入电压，开关电源单元21与接口单元23连接从而获得输入电压，开关电源单元21还连接线性稳压单元22。其中，供能设备包括但不限于车载系统的电池、不间断电源(UPS)等供能设备。

在本实施例中，线性稳压单元22可以为现有技术中常用的LDO稳压器搭建而成的电路，其作用是为待唤醒装置(如车载单元)中的功能模块(如蓝牙通讯模块、ETC天线模块等)提供噪声低且稳定的第一直流电压，这样有助于提高待唤醒装置的工作稳定性，尤其是在车载领域，功能模块工作稳定尤其重要。开关电源单元21的作用是，利用开关电源效率高的特点，先对输入电压进行一次电压转换，得到第二直流电压，然后线性稳压单元22再将第二直流电压转换为第一直流电压，这样，可以缩小输入电压与第一直流电压之间的电压差，有助于降低线性稳压单元22的发热量，可降低散热成本，也无需封装较大的LDO稳压器，以及可减小PCB板的面积，还有利于提高用电效率。另外，待唤醒装置无论处于静态工作状态还是正常工作状态均可使用第一直流电压作为供电源，即接口单元23在接入供能设备后，线性稳压单元22便会输出第一直流电压，以使待唤醒装置得电工作，而待唤醒装置的工作状态则根据是否接收到唤醒电压来决定。

在一些实施例中，如图2所示，开关电源单元21包括用于在输入电压处于宽输入电压范围内时生成使能信号的使能单元211和用于在接收到使能信号时将输入电压转换为第二直流电压的电源管理单元212。使能单元211的输入端可接入输入电压，电源管理单元212连接使能单元211和线性稳压单元22。

由于车辆系统中的电池的输出电压(对应为本实用新型实施例中的输入电压)会因负载电流的变化随变化，可能降低或者升高，而使能单元211的设置是为了在输入电压出现波动时，也能确保电源管理单元212可以正常运行，为后级电路提供第二直流电压，进而使线性稳压单元22正常输出第一直流电压。

在一些实施例中，如图3所示，电源管理单元212包括电源芯片U100、第三滤波单元2121、频率设置单元2122、电压设置单元2123、电感L102和第四滤波单元2124。

其中，电源芯片U100的供电端VIN1/VIN2连接使能单元211的输入端，电源芯片U100的使能端EN连接使能单元211的使能信号输出端以接收使能信号。可选地，电源芯片U100的型号为MPQ4321。

第三滤波单元2121用于对输入电压进行滤波的第三滤波单元2121，第三滤波单元2121与电源芯片U100的供电端VIN1/VIN2连接。在一些实例中，如图3所示，第三滤波单元2121包括第四电容C127、第五电容C104、第六电容C105和第七电容C128。第四电容C127、第五电容C104、第六电容C105和第七电容C128的第一端连接后连接电源芯片U100的供电端VIN1/VIN2，第四电容C127、第五电容C104、第六电容C105和第七电容C128的第二端分别接地。

频率设置单元2122用于设置电源芯片U100的开关频率，频率设置单元2122与电源芯片U100的频率设置端FREQ连接。在一些实施例中，如图3所示，频率设置单元2122包括第六电阻R101。电源芯片U100的频率设置端FREQ经第六电阻R101连接至地，可通过设置第六电阻R101的阻值来设置电源芯片U100的开关频率。

电压设置单元2123用于设置第二直流电压大小，电压设置单元2123与电源芯片U100的电压反馈端FB连接。在一些实施例中，如图3所示，电压设置单元2123包括第七电阻R106、第八电阻R107和第八电容C110。电感L102的第二端经第七电阻R106连接至电源芯片U100的电压反馈端FB，电源芯片U100的电压反馈端FB还经第八电阻R107连接至地，第八电容C110与第七电阻R106并联连接，可通过设置第七电阻R106和第八电阻R107的阻值比例来设置第一直流电压大小，而第八电容C110起抑制噪声及滤波的作用。

电感L102起降压、储能作用，电感L102的第一端与电源芯片U100的开关控制端SW连接，电感L102的第二端与电压设置单元2123连接且用于输出第二直流电压。

第四滤波单元2124用于对第二直流电压进行滤波，第四滤波单元2124与电感L102的第二端连接。在一些实施例中，如图3所示，第四滤波单元2124包括第九电容C100、第十电容C109和第十一电容C106。第九电容C100、第十电容C109和第十一电容C106的第一端连接电感L102的第二端，第九电容C100、第十电容C109和第十一电容C106的第二端接地。

在一些实施例中，如图3所示，电源管理单元212还包括第十二电容C123。电源芯片U100的电容补偿端BST经第十二电容C123连接至开关控制端SW，第十二电容C123用于为电源芯片U100的芯片内部的开关管提供导通电压。另外，电源管理单元212还包括其它外围元件，如电阻R113、R103等，具体连接关系可参照图3。

在一些实施例中，如图3所示，使能单元211包括第四电阻R100。第四电阻R100的第一端作为使能单元211的输入端可连接输入电压，第四电阻R100的第二端作为使能单元211的使能信号输出端连接开关电源单元21，以开关电源单元21中的电源芯片U100的使能端EN输入使能信号。在本实施例中，第四电阻R100起限流作用，电源芯片U100的使能端EN检测到的电压等于使能信号的电压值，这样可以最大限度地扩大宽输入电压范围。

作为选择，在一些实施例中，使能单元211还包括第五电阻R121。第四电阻R100的第二端还经和第五电阻R121连接至地。在本实施例中，第四电阻R100和第五电阻R121组成分压电路，可通过调整第四电阻R100与第五电阻R121的阻值比例，以设置宽输入电压范围，使宽输入电压范围的设置更具灵活性。

本实用新型还提供了一种车载单元，包括本实用新型实施例提供的宽输入电压唤醒电路。

本实用新型还提供了一种车载系统，包括用于提供输入电压的电池、用于输出唤醒电压的车载控制模块和本实用新型实施例提供的宽输入电压唤醒电路。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，可以对上述技术特点进行自由组合，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，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种宽输入电压唤醒电路，其特征在于，包括：

用于对唤醒电压进行滤波的第一滤波单元(11)，其第一端可接入所述唤醒电压，其第二端接地；

与所述滤波单元的第一端连接，用于防止所述唤醒电压反向导致电路损坏的防反单元(12)；

与所述防反单元(12)连接，用于在所述唤醒电压处于宽输入唤醒电压范围内时生成开启信号的开启信号生成单元(13)；

与所述开启信号生成单元(13)连接，用于在接收到所述开启信号时输出唤醒信号的唤醒信号生成单元(14)；以及

与所述唤醒信号生成单元(14)连接，用于对所述唤醒信号进行滤波的第二滤波单元(15)。

2.根据权利要求1所述的宽输入电压唤醒电路，其特征在于，所述开启信号生成单元(13)包括第一电阻R109和稳压二极管DZ100；

所述第一电阻R109的第一端连接所述防反单元(12)，所述第一电阻R109的第二端连接所述稳压二极管DZ100的阴极，所述稳压二极管DZ100的阳极作为开启信号输出端连接所述唤醒信号生成单元(14)。

3.根据权利要求1所述的宽输入电压唤醒电路，其特征在于，所述唤醒信号生成单元(14)包括开关管N100和第二电阻R111；所述第二滤波单元(15)包括第三电阻R112和第一电容C113；

所述开关管N100的控制端连接所述开启信号生成单元(13)以接收所述开启信号，所述第二电阻R111的第一端连接第一直流电压，所述第二电阻R111的第二端连接所述开关管N100的第一端，所述开关管N100的第二端接地；

所述开关管N100的第一端还经所述第三电阻R112连接至所述第一电容C113的第一端，所述第一电容C113的第二端接地，所述第一电容C113的第一端用于输出所述唤醒信号。

4.根据权利要求1所述的宽输入电压唤醒电路，其特征在于，所述宽输入唤醒电压范围为大于或等于4.5V。

5.根据权利要求1至4任一项所述的宽输入电压唤醒电路，其特征在于，还包括：

可连接供能设备的接口单元(23)；

与所述接口单元(23)连接，用于将输入电压转换为第二直流电压的开关电源单元(21)；以及

与所述开关电源单元(21)连接，用于将所述第二直流电压转换为第一直流电压的线性稳压单元(22)。

6.根据权利要求5所述的宽输入电压唤醒电路，其特征在于，所述开关电源单元(21)包括：

用于在输入电压处于宽输入电压范围内时生成使能信号的使能单元(211)，其输入端可接入所述输入电压；

与所述使能单元(211)和线性稳压单元连接，用于在接收到所述使能信号时将所述输入电压转换为所述第二直流电压的电源管理单元(212)。

7.根据权利要求6所述的宽输入电压唤醒电路，其特征在于，所述电源管理单元(212)包括：

电源芯片U100，其供电端连接所述使能单元(211)的输入端，其使能端连接所述使能单元(211)的使能信号输出端；

与所述电源芯片U100的供电端连接，用于对所述输入电压进行滤波的第三滤波单元(2121)；

与所述电源芯片U100的频率设置端连接，用于设置所述电源芯片U100的开关频率的频率设置单元(2122)；

与所述电源芯片U100的电压反馈端连接，用于设置所述第二直流电压大小的电压设置单元(2123)；

电感L102，其第一端与所述电源芯片U100的开关控制端连接，其第二端与所述电压设置单元(2123)连接且用于输出所述第二直流电压；以及

与所述电感L102的第二端连接，用于对所述第二直流电压进行滤波的第四滤波单元(2124)。

8.根据权利要求6所述的宽输入电压唤醒电路，其特征在于，所述使能单元(211)包括第四电阻R100；

所述第四电阻R100的第一端作为所述使能单元(211)的输入端可连接所述输入电压，所述第四电阻R100的第二端作为使能单元(211)的使能信号输出端连接所述开关电源单元(21)。

9.一种车载单元，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的宽输入电压唤醒电路。

10.一种车载系统，其特征在于，包括：

用于提供输入电压的电池；

用于输出唤醒电压的车载控制模块；以及

如权利要求1至8任一项所述的宽输入电压唤醒电路。