本發(fā)明涉及車載零部件技術(shù)領(lǐng)域,更具體地說,涉及車載電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
車載電子器件由車載的電池進(jìn)行供電,車載電池的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓是12V。但在車輛啟動(dòng)時(shí),由于存在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)等情況,車載電池的輸出電壓并不是穩(wěn)定地恒定在12V上,而是存在先出現(xiàn)短暫的電壓驟降,然后再恢復(fù)到12V的過程。為了使得車載電子器件不受到電壓驟變?cè)斐傻膿p傷,在車載電子線路中會(huì)配備啟停穩(wěn)壓器。啟停穩(wěn)壓器中的升壓電路(Boost電路)主要采用肖特基二極管整流方式,當(dāng)電池電壓下降到6V時(shí),如果負(fù)載功率過大(超過200W),電池端的沖擊電流將達(dá)到38A以上,此時(shí)肖特基元件整流的最大承受電流30A可以勉強(qiáng)支撐5S的穩(wěn)壓輸出,之后輸出模式切換到旁路管(Bypass-Mosfet)模式供電。但在一些情況下旁路管(Bypass-Mosfet)模式可能會(huì)失效,即旁路管(Bypass-Mosfet)會(huì)處于開路狀態(tài)。如果Bypass-Mosfet處于失效狀態(tài),則供電回路繼續(xù)升壓電路供電,負(fù)載電流會(huì)繼續(xù)流經(jīng)肖特基元件再供負(fù)載端使用。當(dāng)長時(shí)間大功率電流經(jīng)過肖特基元件后,由于肖特基元件的壓降大,功率損耗大,發(fā)熱量大,故易導(dǎo)致肖特基元件擊穿開路,此時(shí)負(fù)載端無電壓供電,車輛負(fù)載設(shè)備將不能工作。如果啟停穩(wěn)壓器在車輛上供電于ECU等車輛控制模塊,出現(xiàn)上述狀況后,ECU無法供電會(huì)導(dǎo)致車輛不能行駛,影響用戶的使用,還可能導(dǎo)致車輛出現(xiàn)安全隱患,嚴(yán)重時(shí)在高速行駛會(huì)影響人身安全。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例,提出一種車載啟停穩(wěn)壓器電路,包括:主旁路電路和冗余旁路電路,主旁路電路和冗余旁路電路并聯(lián)在輸入端和輸出端之間,所述冗余旁路電路包括:MCU控制單元、PWM芯片、升壓穩(wěn)壓電路和抗噪聲回路。MCU控制單元連接到檢測管腳,MCU控制單元根據(jù)檢測管腳的電平發(fā)出升壓信號(hào)至PWM芯片啟動(dòng)升壓過程,升壓穩(wěn)壓電路進(jìn)行升壓;升壓過程結(jié)束PWM芯片切換升壓穩(wěn)壓電路為旁路模式,抗噪聲回路連接到PWM芯片。
在一個(gè)實(shí)施例中,升壓穩(wěn)壓電路包括:采樣電路、升壓電路和旁路電路。采樣電路包括采樣電阻。升壓電路包括升壓電感和第四開關(guān)管。旁路電路包括第三開關(guān)管。采樣電阻、升壓電感和第三開關(guān)管串接在輸入端和輸出端之間。
在一個(gè)實(shí)施例中,PWM芯片發(fā)出信號(hào)將第三開關(guān)管導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)冗余旁路。
在一個(gè)實(shí)施例中,采樣電路還包括由電阻和電容組成的濾波隔離元件。
在一個(gè)實(shí)施例中,升壓電路還包括電阻,升壓電路還進(jìn)行斬波。
在一個(gè)實(shí)施例中,旁路電路還包括電阻,旁路電路還進(jìn)行整流。
在一個(gè)實(shí)施例中,PWM芯片是電流型PWM芯片,型號(hào)為LM5122。
在一個(gè)實(shí)施例中,抗噪聲回路連接在PWM芯片的不同管腳之間。
在一個(gè)實(shí)施例中,抗噪聲回路包括:抗噪聲二極管、抗噪聲電容和軟起動(dòng)電容。
在一個(gè)實(shí)施例中,主旁路電路包括主開關(guān)管,主開關(guān)管是40V/120A的低內(nèi)阻P-MOSFET管。
本發(fā)明的車載啟停穩(wěn)壓器電路提供冗余旁路電路,能在主旁路電路出現(xiàn)開路狀態(tài)時(shí)提供冗余旁路,即能滿足針對(duì)汽車啟動(dòng)時(shí)電池電壓波動(dòng)的穩(wěn)壓需求,也能滿足由給負(fù)載電路長期供電的功能,不會(huì)導(dǎo)致電子元器件損壞而影響車輛行駛,該車載啟停穩(wěn)壓器電路易于實(shí)現(xiàn),可靠性高且成本低。
附圖說明
本發(fā)明上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變的更加明顯,在附圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征,其中:
圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的車載啟停穩(wěn)壓器電路的電路框圖。
圖2揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的車載啟停穩(wěn)壓器電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的車載啟停穩(wěn)壓器電路中抗噪聲電路的等效電路圖。
圖4揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的車載啟停穩(wěn)壓器電路的仿真波形圖。
具體實(shí)施方式
參考圖1所示,圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的車載啟停穩(wěn)壓器電路的電路框圖。該車載啟停穩(wěn)壓器電路,包括:主旁路電路100和冗余旁路電路200,主旁路電路100和冗余旁路電路200并聯(lián)在輸入端IN和輸出端OUT之間。冗余旁路電路包括:MCU控制單元202、PWM芯片204、升壓穩(wěn)壓電路206和抗噪聲回路208。MCU控制單元202連接到檢測管腳,MCU控制單元202根據(jù)檢測管腳的電平發(fā)出升壓信號(hào)至PWM芯片204啟動(dòng)升壓過程,升壓穩(wěn)壓電路206進(jìn)行升壓。升壓過程結(jié)束PWM芯片204切換升壓穩(wěn)壓電路206為旁路模式,抗噪聲回路208連接到PWM芯片204。
在一個(gè)實(shí)施例中,升壓穩(wěn)壓電路包括:采樣電路、升壓電路和旁路電路。采樣電路包括采樣電阻,還包括由電阻和電容組成的濾波隔離元件。升壓電路包括升壓電感和第四開關(guān)管,還包括電阻。升壓電路中的升壓電感實(shí)現(xiàn)升壓的功能,升壓電路整體還實(shí)現(xiàn)斬波功能。旁路電路包括第三開關(guān)管,旁路電路還包括電阻。PWM芯片發(fā)出信號(hào)將第三開關(guān)管導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)冗余旁路。旁路電路還實(shí)現(xiàn)整流功能。采樣電阻、升壓電感和第三開關(guān)管串接在輸入端和輸出端之間,當(dāng)?shù)谌_關(guān)管導(dǎo)通時(shí),輸入端和輸出端連通實(shí)現(xiàn)旁路功能??乖肼暬芈愤B接在PWM芯片的不同管腳之間??乖肼暬芈钒ǎ嚎乖肼暥O管、抗噪聲電容和軟起動(dòng)電容。
參考圖2所示,圖2揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的車載啟停穩(wěn)壓器電路的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2所示的電路圖是圖1所示的電路框圖的一種具體實(shí)現(xiàn)。
在圖2所示的實(shí)施例中,該車載啟停穩(wěn)壓器電路的輸入端為輸入管腳KL30,輸出端為輸出管腳KL30_S。主旁路電路包括主開關(guān)管Q2,主開關(guān)管Q2連接在輸入端和輸出端之間。在一個(gè)實(shí)施例中,主開關(guān)管Q2是一個(gè)40V/120A的低內(nèi)阻P-MOSFET管,由輸入端直接導(dǎo)通到輸出端,由于MOSFET管的內(nèi)阻較低所以經(jīng)過主旁路電路的損耗可忽略。
繼續(xù)參考圖2所示,在輸入端和輸出端之間還連接有冗余旁路電路,冗余旁路電路與主旁路電路并聯(lián)。冗余旁路電路包括:MCU控制單元MCU、PWM芯片IC1、升壓穩(wěn)壓電路和抗噪聲回路。
MCU控制單元MCU連接到兩個(gè)檢測管腳:第一檢測管腳KL15和第二檢測管腳KL50。MCU控制單元MCU根據(jù)第一檢測管腳KL15和第二檢測管腳KL50的電平發(fā)出升壓信號(hào)。升壓信號(hào)會(huì)啟動(dòng)升壓(Boost)過程。PWM芯片IC1是電流型PWM芯片,型號(hào)為LM5122。升壓穩(wěn)壓電路包括采樣電路、升壓電路和旁路電路。采樣電路由采樣電阻R2實(shí)現(xiàn)。升壓電路包括升壓電感L1和第四開關(guān)管Q4。旁路電路包括第三開關(guān)管Q3。抗噪聲回路包括抗噪聲二極管D2、抗噪聲電容C7和軟啟動(dòng)電容C6。
MCU控制單元MCU連接到主開關(guān)管Q2,在主開關(guān)管Q2的電路中還包括輔助電阻R1。MCU控制單元MCU還連接到PWM芯片IC1。具體而言,MCU控制單元連接到PWM芯片IC1的管腳UVLO。
采樣電路中除了采樣電阻R2以外,還包括濾波隔離元件:電阻R3、電阻R4和電容C1。采樣電路連接到輸入端的輸入管腳KL30,采樣電路還與PWM芯片IC1連接。具體而言,采樣電路連接到PWM芯片IC1中的管腳CSN和CSP。
升壓電路包括升壓電感L1和第四開關(guān)管Q4,還包括輔助的電阻R5和R12。升壓電路與PWM芯片IC1以及采樣電路連接。具體而言,升壓電感L1與采樣電阻R2連接,第四開關(guān)管Q4連接到PWM芯片IC1的管腳LO。
旁路電路中除了第三開關(guān)管Q3以外,還包括輔助的電阻R6和R7。旁路電路與升壓電路以及PWM芯片IC1相連接。具體而言,第三開關(guān)管Q3連接到升壓電路中升壓電感L1與第四開關(guān)管Q4的連接點(diǎn),第三開關(guān)管Q3還連接到PWM芯片IC1的管腳HO。
抗噪聲回路連接在PWM芯片IC1的不同管腳之間。具體而言,抗噪聲二極管D2和抗噪聲電容C7串聯(lián),抗噪聲二極管D2連接到PWM芯片IC1的管腳LO。軟啟動(dòng)電容C6與抗噪聲電容C7連接,在軟啟動(dòng)電容C6與抗噪聲電容C7之間的連接點(diǎn)連接到PWM芯片IC1的管腳SS,軟啟動(dòng)電容C6的另一端通過輔助電容R9連接到PWM芯片IC1的管腳UVLO。
在圖2所示的電路中,還包括其他的輔助元器件,包括:形成接地端GND(KL31管腳)的開關(guān)管Q1,其他元器件均是通過開關(guān)管Q1接地,在一個(gè)實(shí)施例中,開關(guān)管Q1是MOS管;跨接在輸入端(KL30管腳)和接地端GND之間的電解電容E1、跨接在輸出端(KL30_S管腳)和接地端GND之間的電解電容E2;連接在PWM芯片IC1的管腳BST和VCC之間的二極管D1和電容C2;連接在PWM芯片IC1的管腳RES和SLOPE之間的電阻R11和電容C3;連接在PWM芯片IC1的管腳COMP和FB之間的電容C4、電容C5和電阻R10;將在PWM芯片IC1的管腳SYNRT接地的電阻R8。PWM芯片IC1的其余管腳的連接方式如下:管腳OPT、管腳AGND、管腳DAP和管腳PGND互相連接;管腳SW連接到輸出端(管腳KL30_S);管腳VIN、管腳VCC和管腳MODE互相連接;管腳SYNCOUT閑置。
冗余旁路電路的冗余旁路功能實(shí)現(xiàn)如下:PWM芯片IC1的管腳HO輸出持續(xù)的高電平,該高電平使得第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通。參考圖2所示的電路結(jié)構(gòu)圖,在Q3導(dǎo)通的情況下,輸入端與輸出端直接導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)了旁路的功能。該旁路與主開關(guān)管Q2是并聯(lián)的,因此是冗余旁路。
當(dāng)MCU控制單元MCU檢測到第一檢測管腳KL15和第二檢測管腳KL50上為高電平時(shí)MCU控制單元MCU發(fā)出升壓信號(hào),啟動(dòng)升壓(Boost)過程。在升壓過程中,PWM芯片IC1的管腳SS上的電壓上升到1.2V,PWM芯片IC1發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使得第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4導(dǎo)通,升壓電感L1實(shí)現(xiàn)升壓功能將輸出端的輸出管腳KL30_S的輸出電壓維持在12V。當(dāng)?shù)诙z測管腳KL50上的高電平持續(xù)5秒的時(shí)間后,MCU控制單元MCU發(fā)出關(guān)斷信號(hào)關(guān)斷升壓過程。關(guān)斷升壓過程后,PWM芯片IC1的管腳HO輸出持續(xù)的高電平,該高電平使得第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通,開啟旁路功能,輸入端和輸出端直接導(dǎo)通由電池供電,此時(shí)電池電壓已經(jīng)穩(wěn)定因此不再需要進(jìn)行升壓。
當(dāng)電池的啟動(dòng)電壓在12V以下,通常為6V~12V時(shí),上述過程能夠正常進(jìn)行。當(dāng)電池的啟動(dòng)電壓較高,在12V~16V時(shí),PWM芯片IC1的管腳SS上可能會(huì)耦合到開關(guān)噪聲,SS管腳上的開關(guān)噪聲會(huì)引起PWM芯片IC1的誤動(dòng)作,使得旁路功能被錯(cuò)誤的關(guān)閉,即關(guān)斷第三開關(guān)管Q3。當(dāng)SS管腳上的開關(guān)噪聲足夠大時(shí),可能會(huì)超過PWM芯片IC1的內(nèi)部比較器的比較門檻,然后引發(fā)內(nèi)部比較器誤動(dòng)作而發(fā)出信號(hào)關(guān)斷旁路功能。為了提升抗噪聲的能力,本發(fā)明的冗余旁路電路中還提供了抗噪聲回路??乖肼暬芈钒乖肼暥O管D2、抗噪聲電容C7和軟啟動(dòng)電容C6。當(dāng)PWM芯片IC1的管腳SS上的電壓上升到1.2V時(shí),PWM芯片IC1的管腳LO會(huì)輸出一個(gè)窄脈沖信號(hào)。PWM芯片IC1的管腳LO通過抗噪聲二極管D2和抗噪聲電容C7連接到PWM芯片IC1的管腳SS上,因此該窄脈沖信號(hào)也通過抗噪聲二極管D2和抗噪聲電容C7被耦合到PWM芯片IC1的管腳SS上。PWM芯片IC1的管腳SS與軟起動(dòng)電容C6連接,因此該窄脈沖能夠使得軟起動(dòng)電容C6的充電過程產(chǎn)生跳變,調(diào)變的等效結(jié)果是提高了PWM芯片IC1的內(nèi)部比較器的滯回。PWM芯片IC1的管腳HO輸出高電平,該高電平在PWM芯片IC1的管腳BST、二極管D1和電容C2的輔助下被輸出至第三開關(guān)管Q3,第三開關(guān)管Q3由該高電平開啟,實(shí)現(xiàn)冗余的旁路功能。圖3揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的車載啟停穩(wěn)壓器電路中抗噪聲電路的等效電路圖。圖3中的VSS表示PWM芯片IC1的管腳SS上的電壓,ISS表示PWM芯片IC1的管腳SS上的電流,C6是軟起動(dòng)電容,C7是抗噪聲電容,D2是抗噪聲二極管,LO表示PWM芯片IC1的管腳LO上產(chǎn)生的窄脈沖。圖4揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的車載啟停穩(wěn)壓器電路的仿真波形圖。圖4的上半部分是PWM芯片IC1的管腳LO的輸出波形,可見在PWM芯片IC1的管腳SS上的電壓上升到1.2V的時(shí)刻T在當(dāng)PWM芯片IC1的管腳LO上輸出了一個(gè)窄脈沖。圖4的上半部分是PWM芯片IC1的管腳SS上,或者說是軟起動(dòng)電容C6上的電壓變化波形,由于窄脈沖通過抗噪聲電容C7耦合到了PWM芯片IC1的管腳SS上,進(jìn)一步被耦合至軟起動(dòng)電容C6,使得軟起動(dòng)電容C6的充電波形產(chǎn)生一個(gè)跳變,能提高PWM芯片IC1內(nèi)部比較器的滯回,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的旁路(Bypass)功能。
本發(fā)明的車載啟停穩(wěn)壓器電路提供冗余旁路電路,能在主旁路電路出現(xiàn)開路狀態(tài)時(shí)提供冗余旁路,即能滿足針對(duì)汽車啟動(dòng)時(shí)電池電壓波動(dòng)的穩(wěn)壓需求,也能滿足由給負(fù)載電路長期供電的功能,不會(huì)導(dǎo)致電子元器件損壞而影響車輛行駛,該車載啟停穩(wěn)壓器電路易于實(shí)現(xiàn),可靠性高且成本低。
上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的,熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下,對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改或變化,因而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限,而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。