CN2824429Y - 带短路保护的汽车电子开关 - Google Patents
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Abstract
带短路保护的汽车电子开关，涉及一种电子开关，尤其是涉及一种主要用于汽车的带短路保护的汽车电子开关。提供一种结构更简单灵活，具有自动保护功能，安全可靠性较高的带短路保护的汽车电子开关。设有升压、控制、电感防止电流突变、驱动、电流检测控制和自锁等电路。升压电路输入端外接汽车电源；控制电路控制输入端接电平触发信号，控制电路接升压电路输出端；电感防止电流突变电路输入端外接汽车电源，输出端接驱动电路电源端；驱动电路输入端接升压电路输出端，功率输出端外接负载；电流检测控制电路输入端接驱动电路输出端，输出端接控制电路控制信号输入端；自锁电路输入端接电流检测控制电路输出端，输出端接控制电路输入端。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电子开关，尤其是涉及一种主要用于汽车的带短路保护的汽车电子开关。
背景技术
汽车在运行过程中，由于摩擦、抖动等各种原因，极其容易导致灯泡正负导线短路。在这种情况下，过流保护电路将起不到作用。当灯泡正负导线短路时，流过采样电阻的电流瞬间变化很大，很容易把采样电阻烧断。传统的汽车电子开关由继电器、开关、保险丝三者结合，在短路保护上采用保险丝熔化保护，当短路解除后不能自动恢复，给汽车行驶带来不安全的隐患，特别是在夜间汽车行驶时不能自动恢复极其容易造成交通问题。
传统带短路的汽车电子开关结构如图1所示，开关A控制继电器B工作，从而间接控制功率的输出(Power out)。当输出端与地发生短路时，保险丝C温度升高，达到一定程度，保险丝C熔化，起到保护作用。但是下次使用时，需要更换保险丝才可正常工作，这样对夜间行驶极为不利。
采用这种带短路保护的汽车电子开关，当人为解除短路时，整个输出控制可以自动恢复，大大减少了交通事故。由于考虑到短路时电流瞬间突变，整个电子开关通过电感防止电流突变电路有效地保证了电流检测控制电路及自锁电路的正常运作。
发明内容
本实用新型的目的在于为了克服已有的汽车电子开关短路保护措施中当短路解除后不能自动恢复，安全隐患大，电路结构复杂等问题，提供一种可代替传统的需继电器、开关、保险丝三者结合的结构设计，结构更简单灵活，具有自动保护功能，安全可靠性较高的带短路保护的汽车电子开关。
本实用新型设有
升压电路，用于将外接的汽车电源电压升压并输出汽车电子开关所需的开关电压，升压电路的输入端外接汽车电源；
控制电路，用于直接控制升压电路的输出，控制电路的控制输入端接电平触发信号，控制电路通过光电耦合器接升压电路的输出端；
电感防止电流突变电路，用于对输出的功率负载(远光灯)过流时进行过流保护，电感防止电流突变电路的输入端外接汽车电源，电感防止电流突变电路的输出端接大功率MOS管驱动电路电源端；
驱动电路，用于开关的功率输出，驱动电路的输入端接升压电路的输出端，功率输出端外接功率负载；
电流检测控制电路，用于判断分析流过功率负载电流的大小，其输入端接驱动电路的输出端，其输出端接控制电路的控制信号输入端；
自锁电路，用于当输出端与地短路又未解除时强行将电路处在保护状态下，其输入端接电流检测控制电路的输出端，其输出端接控制电路的输入端。
所说的升压电路由直流变换器MC34063及外接元器件组成，其输入端接汽车电源，输出端接驱动电路控制端。升压电路的直流—直流变换器控制电路可采用单片双极型线性集成电路MC34063。升压电路的输出通过控制电路间接与驱动电路连接。
由于本实用新型的整个开关内部搭建了电感防止电流突变电路，因此与已有的汽车电子开关相比，本实用新型代替了传统的继电器、开关、保险丝三者结合的结构设计，使得汽车电子开关的结构变得更为简单、灵活。当输出端与地短路时，由于电感的存在，使得流过驱动电路的电流缓慢增大；当电流超过一定数值时，过流保护电路即切断驱动电路，有效地防止烧断采样电阻，真正起到短路保护的作用。
附图说明
图1为传统带短路的汽车电子开关结构图。
图2为本实用新型的电路组成框图。
图3为本实用新型的电路组成原理图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图2所示，整个电子开关由升压电路1、控制电路2、电感防止电流突变电路3、驱动电路4、电流检测控制电路5和自锁电路6等部分组成。升压电路1用于将外接的汽车电源电压升压并输出汽车电子开关所需的开关电压，升压电路1的输入端外接汽车电源。控制电路2用于直接控制升压电路1的输出，控制电路2的控制输入端接电平触发信号，控制电路2通过光电耦合器接升压电路1的输出端，控制电路2可通过低压光电隔离间接控制大功率MOS管驱动电路4，考虑安装车用电器的方便性，以车身作为共地的特点，内部需要组建升压电路。控制电路2直接控制升压电路1的输出，间接控制大功率MOS管驱动电路4的输出。在短路保护设计上，电流检测控制电路5对Power Output输出引脚的电流进行采集，经过内部电路的判断分析，当电流超过一定数值的时候，驱动控制电路2的Control引脚，将其强制拉低，从而实现保护的作用。这个时候，为了避免“短路→保护→短路→……”的死循环而导致的烧坏MOS管，自锁电路6将短路瞬间导致的Control引脚低电平长期保持，而不受外部影响，直至系统重新上电启动。同时考虑到短路时电流瞬间突变，整个电子开关通过电感防止电流突变电路3有效地保证了电流检测控制电路5及自锁电路6的正常运作。
电感防止电流突变电路3用于对输出的功率负载(远光灯)过流时进行过流保护，电感防止电流突变电路的输入端外接汽车电源(Automoble Power Supply)，电感防止电流突变电路3的输出端接大功率MOS管驱动电路4的电源端。
驱动电路4用于开关的功率输出，驱动电路4的输入端接升压电路1的输出端，功率输出端外接功率负载。
电流检测控制电路5用于判断分析流过功率负载电流的大小，其输入端接驱动电路4的输出端，其输出端接控制电路的控制信号输入端；
自锁电路，用于开关功率输出端与地短路未解除下强行将电路处在保护状态下，其输入端接电流检测控制电路的输出端，其输出端接控制电路的输入端。
所说的升压电路由直流变换器MC34063及外接元器件组成，其输入端接汽车电源，输出端接驱动电路控制端。升压电路的直流—直流变换器控制电路可采用单片双极型线性集成电路MC34063。升压电路的输出通过控制电路间接与驱动电路连接。
本实用新型的电路原理图如图3所示，升压电路的核心器件为集成电路(MC34063型)，它是一种单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分，片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。输出电压值Vout可以通过改变电阻R4、R2来进行调整，其输出电压符合以下公式：Vout＝(1+R4/R2)×1.25V。当采用24V作为输入电压Vin，同时取R4＝220K、R2＝9.9K时，可以得到所需的29V输出电压。
当单片机I/O口置为高电平时，将使光电耦合器的29V电压几乎无损耗地加于功率管G极，此时功率管将处于导通状态，且因其导通电阻仅为44mΩ，大大低于负载(远光灯)的电阻，所以负载两端压差约为24V，能够达到正常工作状态；当单片机I/O口置为低电平时，光电耦合器关闭，此时功率管G、S极间压差为零，不满足开启条件，功率管处于截止状态，负载无法工作。
当输出的功率负载由于接触不好或者灯丝老化等原因造成的过流时，三极管Q5发射极与基极两端的电压Ueb迅速增大，导致三极管Q5饱和导通，使得Q5的集电极电压接近24V；Q5集电极电压通过一个限流电阻R8接到三极管Q2的基极，使得三极管Q2饱和导通，导致Q2的集电极被强拉至地，迫使光电耦合器发光二极管截止，IRF540N功率管G极电压为0V，关断S极电压的输出，达到了过流保护的作用。这个时候系统需要解决一个“自锁”问题，否则将导致IRF540N功率管断断续续开关，并将使得IRF540N功率管处于放大区的时间变长。由于IRF540N功率管处于放大区的时候，消耗的功率极大，很容易烧坏整个功率管，因此“自锁”电路显得极为关键。Q2的集电极被强拉至地，Q3三极管的基极变为低电平，导致Q3三极管截止，Q3集电极长期保持高电平。由于Q3集电极长期保持高电平，将Q2三极管的长期饱和导通，从而使得光电耦合器的发光二极管长期处理截止状态，达到自锁的作用。待单片机I/O口控制引脚由低电平变为高电平，才解除“自锁”，恢复驱动电路的正常工作。
灯丝的阻值与温度之间存在一定的关系，当灯泡突然点亮瞬间，灯丝阻值极小，这样流过灯丝的瞬间电流将显得极大。这个时候允许过流保护起作用，但不允许自锁，否则将导致电路失去控制。为了解决找个问题，系统在Q3三极管的集电极接一个33μF电容到地，保证电容的充电时间比起灯泡突然点亮瞬间的大电流时间来得长。这样灯泡突然点亮瞬间，尽管流过大电流，虽然整个电路检测到过流，但自锁电路的还来不及起作用，避免灯泡一打开，瞬间就给关断。
在图3中，各器件的参考型号和各元件的参考参数如下表所示：
| R1 | 3K | C1 | 470P |
| R2 | 10K | C2 | 470μ |
| R3 | 100 | C3 | 33μ |
| R4 | 220K | L1 | 100H |
| R5 | 0.3 | L2 | 1000H |
| R6 | 1K | D1 | IN5819型 |
| R7 | 5K | Q1 | 9013型 |
| R8 | 1K | Q2 | 9013型 |
| R9 | 1K | Q3 | 9013型 |
| R10 | 0.05 | Q4 | IRF540型 |
| R11 | 1.1M | Q5 | 9015型 |
| R12 | 50K | U1 | MC34063型 |
| R13 | 1K | U2 | P521型 |
Claims (1)
1、带短路保护的汽车电子开关，其特征在于设有：
升压电路，用于将外接的汽车电源电压升压并输出汽车电子开关所需的开关电压，升压电路的输入端外接汽车电源；
控制电路，用于直接控制升压电路的输出，控制电路的控制输入端接电平触发信号，控制电路通过光电耦合器接升压电路的输出端；
电感防止电流突变电路，用于对输出的功率负载过流时进行过流保护，电感防止电流突变电路的输入端外接汽车电源，电感防止电流突变电路的输出端接大功率MOS管驱动电路电源端；
驱动电路，用于开关的功率输出，驱动电路的输入端接升压电路的输出端，功率输出端外接功率负载；
电流检测控制电路，用于判断分析流过功率负载电流的大小，电流检测控制电路输入端接驱动电路的输出端，电流检测控制电路输出端接控制电路的控制信号输入端；
自锁电路，用于当输出端与地短路未解除下强行将电路处在保护状态下，自锁电路输入端接电流检测控制电路的输出端，自锁电路输出端接控制电路的输入端。
2、如权利要求1所述的带短路保护的汽车电子开关，其特征在于所说的升压电路由直流变换器MC34063及外接元器件组成，其输入端外接汽车电源，输出端接驱动电路控制端。
Priority Applications (1)
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| CN 200520122853 CN2824429Y (zh) | 2005-09-30 | 2005-09-30 | 带短路保护的汽车电子开关 |
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| CN 200520122853 CN2824429Y (zh) | 2005-09-30 | 2005-09-30 | 带短路保护的汽车电子开关 |
Publications (1)
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| CN2824429Y true CN2824429Y (zh) | 2006-10-04 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101820162A (zh) * | 2010-05-18 | 2010-09-01 | 北京星网锐捷网络技术有限公司 | 过电流保护装置 |
| CN104300957A (zh) * | 2014-08-20 | 2015-01-21 | 上海索迪龙自动化有限公司 | 一种耐高压电感式接近开关 |
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- 2005-09-30 CN CN 200520122853 patent/CN2824429Y/zh not_active Expired - Fee Related
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