專利名稱：一種車載傳感器三路隔離輸出電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新的車載電源硬件設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種車載傳感器三路 隔離輸出電源。
背景技術(shù)：
目前，車載傳感器主要包括氣體傳感器、化學(xué)傳感器、壓敏、溫敏、流體傳感器等， 它是傳感器在汽車安全中的一個特殊應(yīng)用，以獲取在途車輛的安全狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時預(yù)警，防 止事故發(fā)生。由于車內(nèi)的電氣設(shè)備在運(yùn)行時，會產(chǎn)生大量電磁干擾，這些干擾頻帶很寬，通 過傳導(dǎo)、耦合或者輻射的方式，傳播到電源系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)而影響到傳感器的正常工作。所以，車 載傳感器的安全和穩(wěn)定供電成為一個關(guān)鍵問題。因此，電源裝置不僅具有提供有效電壓驅(qū) 動的能力，并且還應(yīng)具有在復(fù)雜的車載環(huán)境中穩(wěn)定工作的能力。現(xiàn)有的車載傳感器供電方式一般有兩種一是使用車內(nèi)的直流電源適配器供電， 二是利用普通電池供電。車內(nèi)直流電源適配器可基本滿足供電功能，但是，由于車輛點(diǎn)火啟動時會使輸出 電流增大，蓄電池可能在短時間內(nèi)電壓急劇下降到最低6-9V左右，或者升至33-34V左右， 造成電源輸出不穩(wěn)定。從而對車載傳感器中的氣體傳感器、液體傳感器等特殊傳感器造成 隱患。所以，汽車直流適配器不能在電源波動情況下保證傳感器采集和存儲數(shù)據(jù)的連續(xù)性。普通電池雖然可以完全脫離車載電源的依賴，但由于其壽命短、利用率不高、帶負(fù) 載能力差等缺點(diǎn)，對于工程車輛在途狀態(tài)的不間斷監(jiān)測不具備良好的可靠性。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種車載 傳感器三路隔離輸出電源，該電源采用IS07637電源設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和A類測試標(biāo)準(zhǔn)，利用5V/8A 和12V/1A車載傳感器的電源轉(zhuǎn)換電路，具有高穩(wěn)定性和高抗干擾性。為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)解決方案一種車載傳感器三路隔離輸出電源，其特征在于，由以下模塊組成5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為5V/8A的電源；12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為12V/1A的電源；0. 5A非隔離恒流輸出模塊用于將車載電源的電流轉(zhuǎn)換為0. 5A的電流；車載電源，用于向5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊、12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊和0. 5A非隔離恒流輸 出模塊提供電源；其中，車載電源的三個輸出端分別連接5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊、12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊 和0. 5A非隔離恒流輸出模塊的輸入端。所述5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊，12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊，0. 5A非隔離恒流輸出模塊均采用 電流控制型單端反激拓?fù)潆娐贰Ｋ鲕囕d電源為24V的蓄電池。[0016]采用本實(shí)用新型，使正常供電電壓范圍為22疒30V的車載電源通過5V/8A電壓轉(zhuǎn) 換模塊和12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊為負(fù)載電路供電，同時輸出0. 5A恒流。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比提高了抗干擾性，并保證在工程車輛電源波動的情況 下傳感器及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作效果。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、提供了兩路12V、5V的隔離電壓輸出和一路0.5A非隔離恒流輸出，具有抗干擾 能力強(qiáng)和過壓、過流和短路保護(hù)。2、變壓器采用純手工繞制，線圈匝數(shù)由理論推導(dǎo)和試驗(yàn)得到的，從而有效的降低 了漏磁。3、采用電流控制型單端反激拓?fù)潆娐返姆€(wěn)壓、恒流變換器，具有輸入電壓范圍適 應(yīng)寬、電壓調(diào)整率高、控制環(huán)路頻帶寬，負(fù)載動態(tài)調(diào)整率高、輸出濾波電感小，電源體積小， 成本低；雙環(huán)路控制，易調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。4、對車載電源裝置的功率開關(guān)器件電參數(shù)進(jìn)行了一級降額或二級降額設(shè)計(jì)，提高 了本實(shí)用新型在惡劣環(huán)境下工作的可靠性。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊電路。圖3是5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊的變換器示意圖。圖4是12V/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊電路。圖5是12V/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊的變壓器示意圖。圖6是0. 5A非隔離恒流變換輸出電路。圖7是0. 5A非隔離恒流變換輸出電路的變壓器示意圖。
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的解釋說明。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型車載傳感器三路隔離輸出電源，其結(jié)構(gòu)是根據(jù)GB/T 21437.2-2008/ ISO 7637-2 2004《道路車輛由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾》第2部分《沿電源線的電瞬態(tài)傳 導(dǎo)》標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合考慮而設(shè)計(jì)的。該車載電源由車載24V蓄電池，通過5V/8A和12V/5A的電壓轉(zhuǎn)換模塊為負(fù)載電路 供電，輸出0. 5A非隔離恒流。滿足MV電氣系統(tǒng)車輛的各類5V、12V車載傳感器需求，能夠 進(jìn)行安全、穩(wěn)定和高效供電。如圖1所示，本電源由以下模塊組成5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為5V/8A的電源；12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為12V/1A的電源；0. 5A非隔離恒流輸出模塊用于將車載電源的電流轉(zhuǎn)換為0. 5A的電流；車載電源，用于向5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊、12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊和0. 5A非隔離恒流輸 出模塊提供電源；其中，車載電源的三個輸出端分別連接5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊、12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊和0. 5A非隔離恒流輸出模塊的輸入端。所述5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊，12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊，0. 5A非隔離恒流輸出模塊均采用 電流控制型單端反激拓?fù)潆娐贰?V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊的電路圖如圖2所示，對于MV (額定)低壓輸入變換器，從電 路復(fù)雜程度、成本、調(diào)試便利性等考慮，選用電流控制型單端反激拓?fù)潆娐?。圖中，Vi為蓄電 池輸入或鋰電池輸入電壓，電容C8，C9，C9a，C9b，C9c和C8a組成儲能單元，電阻R44，電容 C37 組成設(shè)置 PWM 頻率單元。電阻 R48, R52, R53, R54, R55, R57,電容 C41, C41a, C42, C45 組成RC濾波電路。電容C48和電阻R58組成放電回路。U7為PWM控制器，通過脈寬調(diào)制 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。Vaux為U7輔助供電。電阻1 50，1 51，1 56，電容(43，044和？]\ )5管匪2和 二極管D17組成U7的控制電路，通過U7的6腳控制PMOS管匪2通斷，輸出穩(wěn)壓芯片U7的 調(diào)整電壓脈沖。T2為變壓器。二極管D18為單向?qū)āｋ姼蠰3，電容C46，C49，C50，C51， C52, C54, C56, C56a, C56b 組成 LC 儲能濾波電路。電阻 R63, R64, R62, R61, R60,電容 C55, C47組成三端穩(wěn)壓器U8的控制電路。電阻R59為光耦U6A的限流電阻。電阻R42 (作用是 當(dāng)光耦導(dǎo)通時使U7的八腳下拉到地)為TOB的匹配電阻。U6A和U6B為光耦。電容C38和 電阻R47為RC濾波電路。三極管Q4，電阻R49，電容C40，二極管D15，極性電容C40a通過 U7的1腳的控制為8腳提供基準(zhǔn)電壓。其中，電阻R49，電容C40組成RC濾波電路。二極 管D15，極性電容C40a組成儲能限流電路。電阻R45，R44，R43，R47，電容C37組成濾波電 路。5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊的變壓器如3所示，綜合考慮體積、效率和常用元器件的工作 特性，取開關(guān)頻率為200kHz。根據(jù)開關(guān)頻率和變換功率選變壓器磁芯為PC44 EPC25。通過 理論和計(jì)算，變壓器原邊需要用漆包線Φ0. 33X16根并繞，變壓器副邊用Φ0. 33\沈根 并繞。實(shí)際繞制中可根據(jù)磁芯窗口大小對漆包線根數(shù)做一定的調(diào)整。其中，EPC25 (插裝 骨架 IlPins) ；Pl/2——P3/4 為繞組 W1，4 匝，180°C漆包線 Φ0. 33mmX16 根；P6/7/8—— P9/10/11為繞組W2，2匝，180°C漆包線Φ0. 33mmX26 ；中間屏蔽層接P5。如圖4所示，12V/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊采用電流控制型單端反激拓?fù)潆娐?，鑒于 12V/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊與5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊兩路輸出各自重載/輕載(甚至空載)組合范 圍大，且兩路輸出電壓精度都比較高，舍棄以5V/8A為主反饋控制而對12V/1A采用三端穩(wěn) 壓器穩(wěn)壓控制的可選方案，采用了兩個電流控制型單端反激拓?fù)浞謩e輸出12V/1A與5V/8A 的方案。采用此方案，不僅能較好保證12V/1A與5V/8A兩路輸出各自負(fù)在大范圍變化時的 輸出電壓精度要求，而且較好的保證了電源效率。Vi為蓄電池輸入，UlO為PWM控制芯片，通過脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。T3為變壓 器。電容 C10，Cll，Clla，Cllb 組成儲能單元。電阻 R74，R75，R81，電容 C65，C67，PMOS 管 匪3，二極管D21組成電壓調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，從PWM芯片UlO的6腳引出，接入變壓器T3的1端。 電阻R83，電容C71為放電回路。D22為限流二極管。電容C69，C72，C73，C74，C75，C77， C79，C78和電感L4組成LC儲能濾波電路。電阻R84，R85，R86，R87，R88，電容C70, C77和 三端穩(wěn)壓器Ull組成電壓比較電路。電阻R82，R65，R66，光耦U9A，U9B組成控制電路。電 阻R71，電容C71組成濾波電路。二極管D19，電阻R72，電容C6h，C62組成電壓比較控制 電路。電阻 R68, R70, R76, R79, R80,電容 C61, C58, C57, C64, C63, C63a, C64, C68 組成濾波 電路。12V/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊和5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊的電路工作原理是一樣的，唯一不同的是變壓器匝數(shù)比不同。12V/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊的變壓器如圖5所示，開關(guān)頻率也取為200kHz。根據(jù)開關(guān) 頻率和變換功率選變壓器磁芯為PC44 EPC19 (插裝骨架IlPins)；采用三個繞組，Pl—— P2為繞組Wl，7匝，180°C漆包線Φ0. 33mmX5根；P3——P4為繞組W2，10匝，180°C漆包線 Φ0. 33mmX2根；P7——PlO為繞組W3，8匝，180°C漆包線Φ0. 33mmX4根；中間屏蔽層接 P5。0.5A非隔離恒流輸出模塊的電路如圖6所示，也采用電流控制型單端反激拓?fù)潆?路。輸入Vi與蓄電池正極相接，輸出端輸出0. 5A的電流。Tl為變壓器，U4為PWM控制芯 片，通過脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)恒流輸出。電容C5，C6，C7，C7a組成電壓儲能電路。電阻R29，R31， R33，R34，R30，電容C22，C23，PMOS管NMl，二極管D13組成電壓調(diào)整控制電路。電阻R35， 電容C27組成濾波電路。D14為導(dǎo)通單元。電容C26，C28，C29，C30，C32，C33，C34，C35和 電感L2組成濾波電路。光耦U3B，PM0S管PM3組成輸出控制電路。雙運(yùn)放U5 (U5A，U5B)， 電阻 R9, R41, R39, R40, R38, R37, R36,電容 C31, C25, C24 和二極管 D12, Dll 組成電壓比較 網(wǎng)絡(luò)，為U4提供調(diào)整電壓標(biāo)準(zhǔn)。電容C20，C20a, C21為濾波網(wǎng)絡(luò)。電阻R26，R25，R28，電 容C18，C19組成濾波網(wǎng)絡(luò)。二極管D10，電容C16組成儲能導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)。電阻R24，R23，電容 C17組成濾波網(wǎng)絡(luò)。0. 5A非隔離恒流輸出模塊的變壓器如圖7所示，開關(guān)頻率也取為200kHz。根據(jù)開 關(guān)頻率和變換功率選變壓器磁芯為PC44 EPC19. EPC19 (插裝骨架IlPins)；兩個繞組，同 名端關(guān)系Pl——P4為繞組Wl，7匝，180°C漆包線Φ0. 33_X 5根；P7/8——P10/11為繞 組W2，14匝，180°C漆包線Φ0. 33mmX2根；中間屏蔽層接P2。
權(quán)利要求1.一種車載傳感器三路隔離輸出電源，其特征在于，由以下模塊組成 5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為5V/8A的電源； 12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為12V/1A的電源；0. 5A非隔離恒流輸出模塊用于將車載電源的電流轉(zhuǎn)換為0. 5A的電流； 車載電源，用于向5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊、12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊和0. 5A非隔離恒流輸出模 塊提供電源；其中，車載電源的三個輸出端分別連接5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊、12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊和 0. 5A非隔離恒流輸出模塊的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的車載傳感器三路隔離輸出電源，其特征在于所述5V/8A電壓 轉(zhuǎn)換模塊，12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊和0. 5A非隔離恒流輸出模塊均采用電流控制型單端反激拓 撲電路。
3.如權(quán)利要求1所述的車載傳感器三路隔離輸出電源，其特征在于所述車載電源為 24V的蓄電池。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種車載傳感器三路隔離輸出電源，由以下模塊組成5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊，用來將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為5V/8A的電源；12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊，用來將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為12V/1A的電源；0.5A非隔離恒流輸出模塊用來將車載電源的電壓轉(zhuǎn)換為0.5A的恒流電源；車載電源的三個輸出端分別連接5V/8A電壓轉(zhuǎn)換模塊、12/1A電壓轉(zhuǎn)換模塊和0.5A非隔離恒流輸出模塊的輸入端。本實(shí)用新型提高了車載傳感器的可靠性，保證在工程車輛電源波動的情況下傳感器及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
文檔編號H02M3/338GK201839210SQ20102059268
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者史昕, 惠飛, 楊瀾, 王鑫東, 趙祥模, 雷濤 申請人:長安大學(xué)