CN111446707B - 一种电动汽车电源过电压的保护电路及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种电动汽车电源过电压的保护电路及电动汽车，保护电路用以保护一工作电路，其中，包括：电压输入端；开关，开关提供控制端，工作电路的输入端通过开关连接电压输入端；泄放支路，并联于电压输入端与地之间，泄放支路提供控制端用以导通或关断泄放支路；控制单元，并联于电压输入端及地之间，并提供第一控制输出连接泄放支路的控制端，以及提供第二控制输出连接开关的控制端；泄放支路提供第三控制输出连接开关的控制端，以于泄放支路导通时关断开关。本发明的技术方案的有益效果在于：当电压输入端的电压变化较大时，泄放支路导通将电压输入端输出的电压泄放至地，从而保护开关以及开关后面工作电路的元器件。

Description

一种电动汽车电源过电压的保护电路及电动汽车

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种电动汽车电源过电压的保护电路及电动汽车。

背景技术

电动汽车中的电源的正常电压范围在9V～16V之间，优选的，为12V。一般情况下，电动汽车中的电源电压需要连接的外部元件器较多，若其中某个外部元器件突然断开，会导致输入的电源电压出现瞬时大脉冲，可能造成外部元器件的损坏问题。

现有技术中，为了避免由于电源电压出现瞬时大脉冲而引起外部元器件的损坏，通常用场效应管来控制电源电压的导通，从而为外部元器件供电，然而当场效应管的栅极和源极之间的电压超过场效应管的最大电压时，容易导致场效应管的损坏。进而为了防止场效应管的损坏，现有技术中还在场效应管的栅极和源极之间并联一个稳压二极管，该稳压二极管稳压值小于栅极和源极之间的最大电压限制值，但是，现有技术中采取在场效应管的栅极和源极之间并联稳压二极管的技术手段，却不能限制电源电压往场效应管连接的工作电路的传输，因此，电源电压出现瞬时大脉冲时仍然会对外部元器件造成损坏。因此，针对电源电压出现瞬时大脉冲时会对外部元器件造成损坏的问题，成为本领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种电动汽车电源过电压的保护电路。

具体技术方案如下：

本发明提供一种电动汽车电源过电压的保护电路，用以保护一工作电路，其特征在于，包括：

一电压输入端；

一开关，所述开关提供一控制端，所述工作电路的输入端通过所述开关连接所述电压输入端；

一泄放支路，并联于所述电压输入端与地之间，所述泄放支路提供一控制端用以导通或关断所述泄放支路，所述泄放支路导通时所述电压输入端输出的电压直接由所述泄放支路泄放至地；

一控制单元，并联于所述电压输入端及地之间，并提供一第一控制输出连接所述泄放支路的控制端，用以根据所述电压输入端的电压变化控制所述泄放支路导通或关断，以及提供一第二控制输出连接所述开关的控制端，以于所述泄放支路关断时导通所述开关；

所述泄放支路提供一第三控制输出连接所述开关的控制端，以于所述泄放支路导通时关断所述开关。

优选的，所述泄放支路包括，一三极管，所述三极管的集电极连接所述电压输入端，所述三极管的基极及所述三极管的发射极形成所述泄放支路的控制端；

所述三极管的发射极连接所述开关的控制端以形成所述第三控制输出。

优选的，所述泄放支路还包括一电容，所述电容串联于所述三极管的发射极与地之间。

优选的，所述控制单元包括一分压电路，所述分压电路至少包括一第一分压节点及一第二分压节点，所述第一分压节点的电压值高于所述第二分压节点的电压值；

所述第一分压节点连接所述三极管的基极，且所述第二分压节点连接所述三极管的发射极，以形成所述第一控制输出；

所述第二分压节点连接所述开关的控制端以形成所述第二控制输出。

优选的，所述分压电路为电阻分压电路，所述电阻分压电路包括由所述电压输入端至地依次串联的第一电阻，第二电阻及第三电阻；

所述第一电阻与所述第二电阻的连接节点形成所述第一分压节点；

所述第二电阻与所述第三电阻的连接节点形成所述第二分压节点。

优选的，所述第二电阻及所述第三电阻的阻值通过以下算式计算：

V_pct/V_BE＝(R1+R2+R3)/R2

其中，

V_pct为需要导通所述泄放支路时所述电压输入端的电压；

V_BE为所述三极管集电极与发射极之间的电压；

R1为所述第一电阻的阻值；

R2为所述第二电阻的阻值；

R3为所述第三电阻的阻值。

优选的，所述开关为一P型MOS管，

所述P型MOS管的源极连接所述电压输入端，所述P型MOS管的漏极连接所述工作电路的输入端；

所述P型MOS管的栅极形成所述P型MOS管的控制端。

本发明还提供一种电动汽车，包括动力电池及连接所述动力电池的变压装置，其中，还包括上述所述的保护电路，所述电压输入端连接所述变压装置的输出端。

优选的，所述控制单元于所述电压输入端的电压小于一电压阈值时关断所述泄放支路并使所述开关导通；以及所述控制单元于所述电压输入端的电压大于等于所述电压阈值时时导通所述泄放支路。

优选的，所述电压阈值为21V。

本发明的技术方案的有益效果在于：通过在电压输入端与地之间分别并联泄放支路和控制单元，当电压输入端的电压变化较大时，泄放支路导通以将电压输入端输出的电压泄放至地，从而保护开关以及开关连接的工作电路中的元器件。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的实施例的保护电路的原理框图；

图2为本发明的实施例的保护电路的电路图；

图3为本发明的实施例的电动汽车的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种电动汽车电源过电压的保护电路，用以保护一工作电路1，如图1所示,其中，包括：

一电压输入端INV；

一开关M，开关M提供一控制端，工作电路1的输入端通过开关M连接电压输入端INV；

一泄放支路2，并联于电压输入端INV与地GND之间，泄放支路2提供一控制端用以导通或关断泄放支路2，泄放支路2导通时电压输入端G输出的电压直接由泄放支路2泄放至地GND；

一控制单元3，并联于电压输入端INV及地GND之间，并提供一第一控制输出连接泄放支路2的控制端，用以根据电压输入端INV的电压变化控制泄放支路2导通或关断，以及提供一第二控制输出连接开关M的控制端，以于泄放支路2关断时导通开关M；

泄放支路2提供一第三控制输出连接开关M的控制端，以于泄放支路2导通时关断开关M。

通过上述提供的保护电路，当电压输入端INV的电压发生大电压脉冲时，进而输出超出正常工作电压范围的电压时，使控制单元3所提供的第一控制输出控制泄放支路2导通，以将电压输入端INV输出的电压泄放至地GND，且在泄放支路2导通后，该泄放支路2所提供的第三控制输出控制开关M关断，从而保护开关M以及开关M连接的工作电路1中的元器件，当电压输入端INV的电压在正常工作电压范围内时，控制单元3所提供的第一控制输出控制泄放支路2关断，此时，控制单元3所提供的第二控制输出控制开关M导通，进而电压输入端INV的电压经过开关M传输至工作电路1的输入端，不会影响开关M和工作电路1中的元器件。

在一种较优的实施方式中，控制单元3包括一分压电路30，分压电路30至少包括一第一分压节点300及一第二分压节点301，第一分压节点300的电压值高于第二分压节点301的电压值；

第一分压节点300及第二分压节点301，共同形成第一控制输出，连接泄放支路2的控制端；

第二分压节点301单独形成第二控制输出，连接开关M的控制端。

当电压输入端INV的电压在正常工作电压范围内时，第一控制输出输出一较低的电压，使泄放支路2处于断开状态，第二控制输出输出的电压使开关M处于导通状态。当电压输入端INV的电压超出正常工作电压范围时，第一控制输出输出的电压增大，使泄放支路2导通。

在一种较优的实施方式中，泄放支路2包括一三极管Q1，三极管Q1的集电极连接电压输入端INV，三极管Q1的基极及三极管Q1的发射极形成泄放支路2的控制端；

三极管Q1的发射极连接开关M的控制端以形成第三控制输出。

具体地，如图2所示，泄放支路2包括三极管Q1和电容C，电容C串联在三极管Q1的发射极与地GND之间，三极管Q1可采用NPN型三极管，其发射极和基极之间的开通电压为0.7V，控制单元3的第一控制输出连接三极管Q1的基极及发射极，当电压输入端INV的电压在正常工作电压范围内时，第一控制输出输出的电压低于0.7V，使三极管Q1处于关断状态，此时开关M被控制单元3控制导通，电压输入端INV输入的电压通过开关M进入工作电路1；当电压输入端INV的电压超出正常工作电压范围时，第一控制输出输出的电压大于0.7V，使三极管Q1处于导通状态，将电压输入端INV的电压通过电容C泄放至地GND，从而起到保护工作电路1中的元器件的作用；当电压输入端INV的电压持续增大，三极管Q1工作于饱和状态。三极管Q1的发射极还形成第三控制输出连接开关M的控制端。在一种较优的实施方式中，开关M可选用P型MOS管，该P型MOS管的栅极形成开关M的控制端，源极连接电压输入端INV，漏极连接工作电路1。当电压输入端INV的电压在正常工作电压范围内时，控制单元3的第二控制输出输出的电压被连接至该P型MOS管的栅极，从而使该P型MOS管被导通，电压输入端INV的电压通过该P型MOS管进入工作电路1，使工作电路1可正常工作；当电压输入端INV的电压超出正常工作电压范围时，泄放支路2的三极管Q1由被导通至工作于饱和状态，三极管Q1的集电极与发射极之间的压降趋于0，而三极管Q1的发射极作为第三控制输出连接该P型MOS管的栅极，导致该P型MOS管的栅极源极连接的电压与栅极连接的电压相同，即形成栅源电压＝0的局面，而使该P型MOS管截止，从而使电压输入端INV的电压无法进入工作电路1，在电压输入端INV的电压超出正常工作电压范围时保护工作电路1中的元件不受损坏；当电压输入端INV的电压恢复正常后，控制单元3的第一控制输出输出的电压下降，使泄放支路2的三极管Q1退出饱和状态直至被关断，三极管Q1的发射极提供的第三控制输出随三极管Q1退出饱和状态直至被关断而消失，该P型MOS管的栅极重新由控制单元3提供的第二控制输出控制，因而使其退出栅源电压＝0的状态，恢复成导通状态，使电压输入端INV的电压可以进入工作电路1。

以下以一个具体的实施例来说明本申请的可行性，需要说明的是，以下实施例中器件的选择及器件参数的确定仅用于说明本申请的可行性，不应当以此限定本申请的保护范围。具体地，如图2所示，本实施例中的开关M为P型MOS管，P型MOS管的栅极形成开关M的控制端，源极连接电压输入端INV，漏极连接工作电路。

本实施例中的控制单元3包括分压电路30，其中分压电路为电阻分压电路，电阻分压电路包括由电压输入端INV至地GND依次串联的第一电阻R1，第二电阻R2及第三电阻R3，第一电阻R1和第二电阻R2的连接点形成上述的第一分压节点300，第二电阻R2和第三电阻R3的连接点形成上述的第二分压节点301。

本实施例中的控制单元3还包括一N型MOS管Q2，连接于第三电阻R3和地GND之间。

本实施例中，泄放电路2包括三极管Q1，三极管Q1的集电极连接电压输入端INV，三极管Q1的基极及三极管Q1的发射极形成泄放支路2的控制端；三极管Q1的发射极连接开关M的控制端以形成第三控制输出。

由第一分压节点300引出连接至三极管Q1的基极，及第二分压节点301引出连接至三极管Q1的发射极，共同形成第一控制输出，以控制三极管Q1的导通或关断，由第二分压节点301引出连接至开关M的控制端，以形成第二控制输出控制开关M的导通或关断。当电压输入端INV输入的电压在正常工作电压范围内时，控制单元3控制开关M导通，此时，第二电阻R2两端的电压，也就是三极管Q1的发射极和基极之间的电压小于三极管Q1的发射极和基极之间的开通电压0.7V，则三极管Q1不工作。当电压输入端INV输入的电压超出正常工作电压范围时，使得第二电阻R2两端的电压等于0.7V，此时第一控制输出控制三极管Q1导通，从而三极管Q1将该电压输入端INV输入的电压泄放至地GND，三极管Q1由导通并进入饱和状态后，三极管Q1的集电极和发射极之间的电压近乎为0，从而使开关M的源极和栅极之间的电压为0即小于P型MOS管的导通电压，开关M关断，进而保护控制单元3后续的工作电路1。

在本实施例中，第一电阻R1，第二电阻R2及第三电阻R3的阻值通过以下算式计算：

V_pct/V_BE＝(R1+R2+R3)/R2

其中，

V_pct为需要导通泄放支路时电压输入端INV的电压；

V_BE为三极管Q1集电极与发射极之间的电压；

R1为第一电阻的阻值；

R2为第二电阻的阻值；

R3为第三电阻的阻值。

具体地，本实施例中，可通过上述算式以及保护电路中的电流范围来获得第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3的阻值。例如，若设定需要导通泄放支路时电压输入端INV的电压V_pct为21V，三极管Q1集电极与发射极之间的电压V_BE为0.7V，根据上述算式可得(R1+R2+R3)/R2＝30，进而根据需要的电流可选择第一电阻R1为2KΩ，第二电阻R2为1KΩ，第三电阻R3为27KΩ。

需要说明的是，本实施例中所设定的需要导通泄放支路时电压输入端INV的电压V_pct以及相应所选择的第一电阻R1，第二电阻R2及第三电阻R3的阻值仅用以说明可行性，不应当以此限定本申请的保护范围。

本发明还提供一种电动汽车，如图3所示，包括动力电池4及连接动力电池的变压装置5，其中，还包括上述的保护电路6，电压输入端INV连接变压装置5的输出端。

在一种较优的实施例中，控制单元3于电压输入端INV的电压小于一电压阈值时关断泄放支路2并使开关M导通；以及控制单元3于电压输入端INV的电压大于等于电压阈值时导通泄放支路2。

具体地，当电压输入端INV的电压小于电压阈值时，此时泄放支路2处于关断状态，而开关M处于导通状态，控制单元3后续的电路处于正常工作状态；当电压输入端INV的电压大于电压阈值时，此时泄放支路2处于导通状态，从而将大于电压阈值的电压输入端INV的电压泄放至地GND，进而保护控制单元3后续连接的电路。

在较优的实施例中，电压阈值为21V。

本发明的技术方案的有益效果在于：通过在电压输入端与地之间分别并联泄放支路和控制单元，当电压输入端的电压变化较大时，泄放支路导通以将电压输入端输出的电压泄放至地，从而保护开关以及开关后面工作电路中的元器件。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电动汽车电源过电压的保护电路，用以保护一工作电路，其特征在于，包括：

一电压输入端；

一开关，所述开关提供一控制端，所述工作电路的输入端通过所述开关连接所述电压输入端；

一泄放支路，并联于所述电压输入端与地之间，所述泄放支路提供一控制端用以导通或关断所述泄放支路，所述泄放支路导通时所述电压输入端输出的电压直接由所述泄放支路泄放至地；

一控制单元，并联于所述电压输入端及地之间，并提供一第一控制输出连接所述泄放支路的控制端，用以根据所述电压输入端的电压变化控制所述泄放支路导通或关断，以及提供一第二控制输出连接所述开关的控制端，以于所述泄放支路关断时导通所述开关；

所述泄放支路提供一第三控制输出连接所述开关的控制端，以于所述泄放支路导通时关断所述开关；

所述泄放支路包括一三极管，所述三极管的集电极连接所述电压输入端，所述三极管的基极及所述三极管的发射极形成所述泄放支路的控制端；

所述三极管的发射极连接所述开关的控制端以形成所述第三控制输出；

所述控制单元包括一分压电路，所述分压电路至少包括一第一分压节点及一第二分压节点，所述第一分压节点的电压值高于所述第二分压节点的电压值；

所述第一分压节点连接所述三极管的基极，且所述第二分压节点连接所述三极管的发射极，以形成所述第一控制输出；

所述第二分压节点连接所述开关的控制端以形成所述第二控制输出；

所述分压电路为电阻分压电路，所述电阻分压电路包括由所述电压输入端至地依次串联的第一电阻，第二电阻及第三电阻；

所述第一电阻与所述第二电阻的连接节点形成所述第一分压节点；

所述第二电阻与所述第三电阻的连接节点形成所述第二分压节点。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述泄放支路还包括一电容，所述电容串联于所述三极管的发射极与地之间。

3.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一电阻，所述第二电阻及所述第三电阻的阻值通过以下算式计算：

V_pct/V_BE＝(R1+R2+R3)/R2

其中，

V_pct为需要导通所述泄放支路时所述电压输入端的电压；

V_BE为所述三极管集电极与发射极之间的电压；

R1为所述第一电阻的阻值；

R2为所述第二电阻的阻值；

R3为所述第三电阻的阻值。

4.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述开关为一P型MOS管，所述P型MOS管的源极连接所述电压输入端，所述P型MOS管的漏极连接所述工作电路的输入端；

所述P型MOS管的栅极形成所述P型MOS管的控制端。

5.一种电动汽车，包括动力电池及连接所述动力电池的变压装置，其特征在于，还包括如权利要求1-4任意一项所述的保护电路，所述电压输入端连接所述变压装置的输出端。

6.如权利要求5所述的电动汽车，其特征在于，所述控制单元于所述电压输入端的电压小于一电压阈值时关断所述泄放支路并使所述开关导通；以及所述控制单元于所述电压输入端的电压大于等于所述电压阈值时导通所述泄放支路。

7.如权利要求6所述的电动汽车，其特征在于，所述电压阈值为21V。

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