CN106095709B - 电动汽车车载通信设备数据读写接口 - Google Patents

电动汽车车载通信设备数据读写接口 Download PDF

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Abstract

电动汽车车载通信设备数据读写接口，由比较器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一直流电源、限流电阻、第一上拉电阻和第二上拉电阻组成；还包括与逻辑电路；所述与逻辑电路的输出端连接两个NMOS管的栅极。本发明可以实现对移动设备USB电源输出线的有效保护，无论USB电源输出线VBUS发生对电源还是对地短路及过温状态下，均可实现内部电路的隔离，实现了可靠的短路保护。

Description

电动汽车车载通信设备数据读写接口
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体地，涉及一种电动汽车车载通信设备数据读写接口。
背景技术
为了保证使用安全，移动设备，例如电动汽车等使用的车载设备的安全性能要求很高，在设计时便要保证故障发生率尽量低。作为目前应用最为广泛的移动外设与主机间通讯接口，USB（Universal Serial Bus）具有成本低、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，在车载娱乐和存储设备上获得了广泛的应用。因为USB接口提供了内置电源，可提供500mA以上的电流，对于一些功率较大的设备，如移动硬盘等，其瞬时驱动电流则可达到1A以上。对于USB总线这种可以直接输出电源的接口，可能发生接口电路对电源或对地短路的情况及过热情况，此时将会损坏机体。
发明内容
为克服可对外供电充电的通信设备接口发生对电源或地短路时大电流及升温导致损坏内部器件及设备的技术缺陷，本发明公开了一种电动汽车车载通信设备数据读写接口。
本发明所述电动汽车车载通信设备数据读写接口，连接在移动设备数据接口的供电端和总线端之间，由比较器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一直流电源、限流电阻、第一上拉电阻和第二上拉电阻组成；
还包括与逻辑电路，所述与逻辑电路的输出端连接两个NMOS管的栅极；所述与逻辑电路包括两个输入端，分别连接比较器的输出端及温度检测电路输出端；所述温度检测电路检测温度并输出温度检测数字信号；
两个NMOS管的衬底分别连接供电端和总线端，并与各自的漏极连接，两个NMOS管的源极互联，并连接第一二极管的正极，限流电阻连接在第一二极管的负极与比较器反相输入端之间，比较器正相输入端通过第一上拉电阻连接第一直流电源，并连接第二二极管正极，第二二极管负极连接总线端。
优选的，所述比较器及温度检测电路的供电电源为第一直流电源。
优选的，所述比较器反相输入端与输出端之间连接有第一电容，比较器正相输入端与地之间连接有第二电容，比较器反相输入端与地之间连接有极点电阻。
优选的，所述温度检测电路包括第二上拉电阻、可控硅器件及温度延时控制电路，所述第二上拉电阻还与电源连接；所述温度延时控制电路的输出端连接可控硅器件的触发极；
所述温度延时控制电路包括三极管和数字延时电路，及连接在三极管集电极和电源之间的集电极电阻、连接在三极管基极和地之间的第一基极电阻、连接在三极管基极和电源之间的第二基极电阻，所述三极管发射极接地；所述可控硅器件正负极分别连接第二上拉电阻和地，
所述数字延时电路包括或非门及四个缓冲器，其中第一缓冲器输入端及输出端分别连接三极管集电极与或非门第一输入端，第二缓冲器与第三缓冲器串联，第二缓冲器输入端连接第一缓冲器输出端，第三缓冲器输出端连接或非门第二输入端，或非门输出端连接第四缓冲器输入端，所述第四缓冲器输出端作为温度延时控制电路的输出端，所述第二缓冲器的输出端连接有接地的延时电容；
所述可控硅器件的正极连接与逻辑电路的一个输入端。
进一步的，所述第二基极电阻为可调电阻。
进一步的，所述可控硅器件的负极通过发光二极管接地。
本发明所述电动汽车车载通信设备数据读写接口，可以实现对通信设备USB电源输出线的有效保护，无论USB电源输出线VBUS发生对电源短路还是对地短路，及由于大电流导致内部过热，均会自动关闭外界接口对设备内部电路的正常工作，实现了可靠的全面保护。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式示意图；
图2是本发明所述温度延时控制电路一种具体实施方式示意图；
附图中标记及相应的零部件名称：VIN-供电端，VBUS-总线端，VCC1-第一直流电源，COMP-比较器，R1–限流电阻，R2-极点电阻，R3-第一上拉电阻，R4-第二上拉电阻，D1-第一二极管，D2-第二二极管，D3-发光二极管，C1–第一电容，C2-第二电容，M1-第一NMOS管，M2-第二NMOS管，TD-温度延时控制电路，AND2-与逻辑电路，VT-可控硅器件；
B1-第一缓冲器、B2-第二缓冲器、B3-第三缓冲器、B4-第四缓冲器、R5-集电极电阻、R6-第一基极电阻、R7-第二基极电阻，T-三极管，C-延时电容，OUT-温度延时控制电路的输出端，NOR-或非门。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所述电动汽车车载通信设备数据读写接口，连接在移动设备数据接口的供电端和总线端之间，其特征在于，由比较器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一直流电源、限流电阻、第一上拉电阻和第二上拉电阻组成；
还包括与逻辑电路，所述与逻辑电路的输出端连接两个NMOS管的栅极；所述与逻辑电路包括两个输入端，分别连接比较器的输出端及温度检测电路输出端；所述温度检测电路检测温度并输出温度检测数字信号；
所述比较器的输出端连接两个NMOS管的栅极，两个NMOS管的衬底分别连接供电端和总线端，并与各自的漏极连接，两个NMOS管的源极互联，并连接第一二极管的正极，限流电阻连接在第一二极管的负极与比较器反相输入端之间，比较器正相输入端通过第一上拉电阻连接第一直流电源，并连接第二二极管正极，第二二极管负极连接总线端，比较器反相输入端连接第一二极管负极。
例如第一直流电源取3.3V，VIN=5V， 对于两个NMOS管，漏极为P区，衬底为N区，衬底与漏极连接，形成从漏极指向衬底的二极管，对于两个NMOS管连接在一起的源极A点，当在VBUS端接入外界设备时，无论VBUS端电压高于或低于VIN 的电压值5V，在A点电压都是VBUS端和VIN端之间的较高者。
当VBUS端电压误接地即小于3.3V时，A点电压为5V，通过第一二极管D1 和限流电阻在比较器反相输入端电压输入，而由于VBUS电压低于3.3V，使第二二极管导通，在比较器正相输入端，电压为低于3.3V的值，比较器输出低电平，关闭两个MOS管，避免VBUS端电压过低，即通常的短路接地时，造成VIN与地之间短路。而当VBUS电压高于5V时，A点电压为VBUS电压，但第二二极管不导通，使比较器正相输入端电压仍然为第一直流电源的3.3V，比较器正相输入端输入电压高于5V，输出电压仍然为负值，两个MOS管保持关闭，此时不充电，避免电流倒灌5V电压，损害电池。
而当VBUS电压高于5V时，由于此时对于第二NMOS管，栅极电压被VCC1限制在最多5V，第二NMOS管VGS已经变为负值，M2不会导通，避免高压损害内部器件。
温度检测电路在正常的温度状态下保证与逻辑电路AND2开启，但在过温状态下，温度检测电路将使与逻辑电路输出低电平信号，从而关闭两个NMOS管。
比较器与温度检测电路的电源均可以直接使用第一直流电源VCC1，以减少电路布线及供电电源接口。
所述比较器反相输入端可以通过限流电阻连接第一二极管负极，以避免第一二极管上电流过大。
本发明A点反馈到比较器反相输入端，实际构成一个反馈环路，为提高环路稳定性，可以采取在输入端接电容的措施，例如在所述比较器反相输入端与输出端之间连接有第一电容，比较器正相输入端与地之间连接有第二电容，比较器反相输入端与地之间连接有极点电阻R2；在设置限流电阻R1时，通常极点电阻R2 阻值远大于限流电阻R1，尽量削弱R1、R2分压带来的在比较器输入端带来的电压变化影响。R2和C1共同提供一个主极点，通过对R2的调节，可以更好的调节主极点的位置，C2电容用于抵消R2、C1所带来的零点，保证一定的相位裕度。
如图1、图2给出本发明所述温度检测电路的一种具体实施方式。
温度检测电路包括第二上拉电阻、可控硅器件及温度延时控制电路，所述第二上拉电阻还与电源连接；所述温度延时控制电路的输出端连接可控硅器件的触发极；
所述温度延时控制电路包括三极管T，连接在三极管集电极和电源之间的集电极电阻R5、连接在三极管基极和地之间的第一基极电阻R6、连接在三极管基极和电源之间的第二基极电阻R7及数字延时电路，所述三极管发射极接地；所述可控硅器件正负极分别连接第二上拉电阻R4和地，
所述数字延时电路包括或非门及四个缓冲器，其中第一缓冲器输入端及输出端分别连接三极管集电极与或非门第一输入端，第二缓冲器与第三缓冲器串联，第二缓冲器输入端连接第一缓冲器输出端，第三缓冲器输出端连接或非门NOR第二输入端，或非门输出端连接第四缓冲器输入端，所述第四缓冲器输出端作为温度延时控制电路的输出端，所述第二缓冲器的输出端连接有接地的延时电容；缓冲器的作用在于增强信号驱动能力，缓冲器并不改变信号的逻辑状态。
所述可控硅器件的正极连接与逻辑电路的一个输入端。
正常温度状态下，通过设置第一基极电阻和第二基极电阻的比例，使得三极管T不导通，在三极管集电极输出高电平，经过第一缓冲器、或非门和第四缓冲器后，输出低电平，使得可控硅器件的触发端为低电平，不能导通，此时由于R3与电源连接，使与逻辑电路正常工作。其中第二基极电阻可以设置为可调电阻，以方便调节过温点的温度设置。
当温度升高时，三极管T的阈值电压减小，使得T导通，将三极管集电极电压拉低，经过第一缓冲器后在或非门的第一输入端仍然是低电平，三极管集电极电压的另一条传输支路为经过第二缓冲器和第三缓冲器到达或非门的第二输入端，该条传输支路中，在两个缓冲器之间设置了延时电容C1，由于对延时电容C1的充放电需要时间，使得或非门的第二输入端的信号发生延迟。采用延时设计，可以有效避免温度瞬间波动带来的误关，以及电源纹波造成的误动作，使得三极管阈值电压仅短暂时间的降低不会导致数据接口直接关闭。
当温度持续保持高温状态，三极管阈值电压降低后并一直保持，则延时电容也被持续放电至低电平，导致或非门的第二输入端也为低电平，从而或非门输出高电平，使得可控硅器件VT被触发导通，拉低可控硅器件的正极，导致与逻辑电路输出低电平，关闭两个NMOS管，实现VBUS与VIN的隔离。在可控硅器件的负极可以连接一个接地的发光二极管D3，当可控硅器件导通时，该发光二极管发光，可以直观的提示出此时电路过热。
如上所述，可较好的实现本发明。

Claims (6)

1.电动汽车车载通信设备数据读写接口，连接在移动设备数据接口的供电端和总线端之间，其特征在于，由比较器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一直流电源、限流电阻、第一上拉电阻和第二上拉电阻组成；
还包括与逻辑电路，所述与逻辑电路的输出端连接两个NMOS管的栅极；所述与逻辑电路包括两个输入端，分别连接比较器的输出端及温度检测电路输出端；所述温度检测电路检测温度并输出温度检测数字信号；
两个NMOS管的衬底分别连接供电端和总线端，并与各自的漏极连接，两个NMOS管的源极互联，并连接第一二极管的正极，限流电阻连接在第一二极管的负极与比较器反相输入端之间，比较器正相输入端通过第一上拉电阻连接第一直流电源，并连接第二二极管正极，第二二极管负极连接总线端。
2.根据权利要求1所述的电动汽车车载通信设备数据读写接口，其特征在于，所述比较器及温度检测电路的供电电源为第一直流电源。
3.根据权利要求1所述的电动汽车车载通信设备数据读写接口，其特征在于，所述比较器反相输入端与输出端之间连接有第一电容，比较器正相输入端与地之间连接有第二电容，比较器反相输入端与地之间连接有极点电阻。
4.根据权利要求1所述的电动汽车车载通信设备数据读写接口，其特征在于，所述温度检测电路包括第二上拉电阻、可控硅器件及温度延时控制电路，所述第二上拉电阻还与电源连接；所述温度延时控制电路的输出端连接可控硅器件的触发极；
所述温度延时控制电路包括三极管和数字延时电路，及连接在三极管集电极和电源之间的集电极电阻、连接在三极管基极和地之间的第一基极电阻、连接在三极管基极和电源之间的第二基极电阻，所述三极管发射极接地；所述可控硅器件正负极分别连接第二上拉电阻和地，
所述数字延时电路包括或非门及四个缓冲器，其中第一缓冲器输入端及输出端分别连接三极管集电极与或非门第一输入端，第二缓冲器与第三缓冲器串联，第二缓冲器输入端连接第一缓冲器输出端，第三缓冲器输出端连接或非门第二输入端，或非门输出端连接第四缓冲器输入端，所述第四缓冲器输出端作为温度延时控制电路的输出端，所述第二缓冲器的输出端连接有接地的延时电容；
所述可控硅器件的正极连接与逻辑电路的一个输入端。
5.根据权利要求4所述的电动汽车车载通信设备数据读写接口，其特征在于，所述第二基极电阻为可调电阻。
6.根据权利要求4所述的电动汽车车载通信设备数据读写接口，其特征在于，所述可控硅器件的负极通过发光二极管接地。
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